linux鏈表，是一種非常實用，方便的鏈表管理。
鏈表數據結構的定義很簡單（節選自[include/linux/list.h]，以下所有代碼，除非加以說明，其餘均取自該文件）：
struct list_head {
struct list_head *next, *prev;
};
list_head結構包含兩個指向list_head結構的指針prev和next，由此可見，內核的鏈表具備雙鏈表功能，實際上，通常它都組織成雙循環鏈表。
和普通雙鏈表結構模型不同，這裏的list_head沒有數據域。
在Linux內核鏈表中，不是在鏈表結構中包含數據，而是在數據結構中包含鏈表節點。
實際上Linux只定義了鏈表節點，並沒有專門定義鏈表頭，那麼一個鏈表結構是如何建立起來的呢？讓我們來看看LIST_HEAD()這個宏：
#define LIST_HEAD_INIT(name) { &(name), &(name) }
#define LIST_HEAD(name) struct list_head name = LIST_HEAD_INIT(name)
|
當我們用LIST_HEAD(nf_sockopts)聲明一個名爲nf_sockopts的鏈表頭時，它的next、prev指針都初始化爲指向自己，這樣，我們就有了一個空鏈表，因爲Linux用頭指針的next是否指向自己來判斷鏈表是否爲空：
static inline int list_empty(const struct list_head *head)
{
return head->next == head;
}
|
除了用LIST_HEAD()宏在聲明的時候初始化一個鏈表以外，Linux還提供了一個INIT_LIST_HEAD宏用於運行時初始化鏈表：
#define INIT_LIST_HEAD(ptr) do { \
(ptr)->next = (ptr); (ptr)->prev = (ptr); \
} while (0)
|
我們用INIT_LIST_HEAD(&nf_sockopts)來使用它。
a) 插入
對鏈表的插入操作有兩種：在表頭插入和在表尾插入。Linux爲此提供了兩個接口：
static inline void list_add(struct list_head *new, struct list_head *head); static inline void list_add_tail(struct list_head *new, struct list_head *head); |
因爲Linux鏈表是循環表，且表頭的next、prev分別指向鏈表中的第一個和最末一個節點，所以，list_add和list_add_tail的區別並不大，實際上，Linux分別用
__list_add(new, head, head->next); |
和
__list_add(new, head->prev, head); |
來實現兩個接口，可見，在表頭插入是插入在head之後，而在表尾插入是插入在head->prev之後。
假設有一個新nf_sockopt_ops結構變量new_sockopt需要添加到nf_sockopts鏈表頭，我們應當這樣操作：
list_add(&new_sockopt.list, &nf_sockopts); |
從這裏我們看出，nf_sockopts鏈表中記錄的並不是new_sockopt的地址，而是其中的list元素的地址。如何通過鏈表訪問到new_sockopt呢？下面會有詳細介紹。
b) 刪除
static inline void list_del(struct list_head *entry); |
當我們需要刪除nf_sockopts鏈表中添加的new_sockopt項時，我們這麼操作：
list_del(&new_sockopt.list); |
被剔除下來的new_sockopt.list，prev、next指針分別被設爲LIST_POSITION2和LIST_POSITION1兩個特殊值，這樣設置是爲了保證不在鏈表中的節點項不可訪問--對LIST_POSITION1和LIST_POSITION2的訪問都將引起頁故障。與之相對應，list_del_init()函數將節點從鏈表中解下來之後，調用LIST_INIT_HEAD()將節點置爲空鏈狀態。
c) 搬移
Linux提供了將原本屬於一個鏈表的節點移動到另一個鏈表的操作，並根據插入到新鏈表的位置分爲兩類：
static inline void list_move(struct list_head *list, struct list_head *head); static inline void list_move_tail(struct list_head *list, struct list_head *head); |
例如list_move(&new_sockopt.list,&nf_sockopts)會把new_sockopt從它所在的鏈表上刪除，並將其再鏈入nf_sockopts的表頭。
d) 合併
除了針對節點的插入、刪除操作，Linux鏈表還提供了整個鏈表的插入功能：
static inline void list_splice(struct list_head *list, struct list_head *head); |
假設當前有兩個鏈表，表頭分別是list1和list2（都是struct list_head變量），當調用list_splice(&list1,&list2)時，只要list1非空，list1鏈表的內容將被掛接在list2鏈表上，位於list2和list2.next（原list2表的第一個節點）之間。新list2鏈表將以原list1表的第一個節點爲首節點，而尾節點不變。如圖（虛箭頭爲next指針）：
圖4 鏈表合併list_splice(&list1,&list2)
當list1被掛接到list2之後，作爲原表頭指針的list1的next、prev仍然指向原來的節點，爲了避免引起混亂，Linux提供了一個list_splice_init()函數：
static inline void list_splice_init(struct list_head *list, struct list_head *head); |
該函數在將list合併到head鏈表的基礎上，調用INIT_LIST_HEAD(list)將list設置爲空鏈。
遍歷是鏈表最經常的操作之一，爲了方便核心應用遍歷鏈表，Linux鏈表將遍歷操作抽象成幾個宏。在介紹遍歷宏之前，我們先看看如何從鏈表中訪問到我們真正需要的數據項。
a) 由鏈表節點到數據項變量
我們知道，Linux鏈表中僅保存了數據項結構中list_head成員變量的地址，那麼我們如何通過這個list_head成員訪問到作爲它的所有者的節點數據呢？Linux爲此提供了一個list_entry(ptr,type,member)宏，其中ptr是指向該數據中list_head成員的指針，也就是存儲在鏈表中的地址值，type是數據項的類型，member則是數據項類型定義中list_head成員的變量名，例如，我們要訪問nf_sockopts鏈表中首個nf_sockopt_ops變量，則如此調用：
list_entry(nf_sockopts->next, struct nf_sockopt_ops, list); |
這裏"list"正是nf_sockopt_ops結構中定義的用於鏈表操作的節點成員變量名。
list_entry的使用相當簡單，相比之下，它的實現則有一些難懂：
#define list_entry(ptr, type, member) container_of(ptr, type, member)
container_of宏定義在[include/linux/kernel.h]中：
#define container_of(ptr, type, member) ({ \
const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr); \
(type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );})
offsetof宏定義在[include/linux/stddef.h]中：
#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)
|
size_t最終定義爲unsigned int（i386）。
這裏使用的是一個利用編譯器技術的小技巧，即先求得結構成員在與結構中的偏移量，然後根據成員變量的地址反過來得出屬主結構變量的地址。
container_of()和offsetof()並不僅用於鏈表操作，這裏最有趣的地方是((type *)0)->member，它將0地址強制"轉換"爲type結構的指針，再訪問到type結構中的member成員。在container_of宏中，它用來給typeof()提供參數（typeof()是gcc的擴展，和sizeof()類似），以獲得member成員的數據類型；在offsetof()中，這個member成員的地址實際上就是type數據結構中member成員相對於結構變量的偏移量。
如果這麼說還不好理解的話，不妨看看下面這張圖：
圖5 offsetof()宏的原理
對於給定一個結構，offsetof(type,member)是一個常量，list_entry()正是利用這個不變的偏移量來求得鏈表數據項的變量地址。
b) 遍歷宏
在[net/core/netfilter.c]的nf_register_sockopt()函數中有這麼一段話：
……
struct list_head *i;
……
list_for_each(i, &nf_sockopts) {
struct nf_sockopt_ops *ops = (struct nf_sockopt_ops *)i;
……
}
……
|
函數首先定義一個(struct list_head *)指針變量i，然後調用list_for_each(i,&nf_sockopts)進行遍歷。在[include/linux/list.h]中，list_for_each()宏是這麼定義的：
#define list_for_each(pos, head) \
for (pos = (head)->next, prefetch(pos->next); pos != (head); \
pos = pos->next, prefetch(pos->next))
|
它實際上是一個for循環，利用傳入的pos作爲循環變量，從表頭head開始，逐項向後（next方向）移動pos，直至又回到head（prefetch()可以不考慮，用於預取以提高遍歷速度）。
那麼在nf_register_sockopt()中實際上就是遍歷nf_sockopts鏈表。爲什麼能直接將獲得的list_head成員變量地址當成struct nf_sockopt_ops數據項變量的地址呢？我們注意到在struct nf_sockopt_ops結構中，list是其中的第一項成員，因此，它的地址也就是結構變量的地址。更規範的獲得數據變量地址的用法應該是：
struct nf_sockopt_ops *ops = list_entry(i, struct nf_sockopt_ops, list); |
大多數情況下，遍歷鏈表的時候都需要獲得鏈表節點數據項，也就是說list_for_each()和list_entry()總是同時使用。對此Linux給出了一個list_for_each_entry()宏：
#define list_for_each_entry(pos, head, member) …… |
與list_for_each()不同，這裏的pos是數據項結構指針類型，而不是(struct list_head *)。nf_register_sockopt()函數可以利用這個宏而設計得更簡單：
……
struct nf_sockopt_ops *ops;
list_for_each_entry(ops,&nf_sockopts,list){
……
}
……
|
某些應用需要反向遍歷鏈表，Linux提供了list_for_each_prev()和list_for_each_entry_reverse()來完成這一操作，使用方法和上面介紹的list_for_each()、list_for_each_entry()完全相同。
如果遍歷不是從鏈表頭開始，而是從已知的某個節點pos開始，則可以使用list_for_each_entry_continue(pos,head,member)。有時還會出現這種需求，即經過一系列計算後，如果pos有值，則從pos開始遍歷，如果沒有，則從鏈表頭開始，爲此，Linux專門提供了一個list_prepare_entry(pos,head,member)宏，將它的返回值作爲list_for_each_entry_continue()的pos參數，就可以滿足這一要求。