linux内核环形缓冲区【转】

转自：https://blog.csdn.net/eydwyz/article/details/56671023

循环缓冲区在一些竞争问题上提供了一种免锁的机制，免锁的前提是，生产者和消费
 都只有一个的情况下，否则也要加锁。下面就内核中提取出来，而经过修改后的fifo进
 行简要的分析。
 
 先看其只要数据结构：
 struct my_fifo {
 unsignedchar *buffer;/* the
buffer holding the data*/
 unsignedint size;/* the
size of the allocated buffer*/
unsignedint in;/* data is added at offset (in % size)*/
 unsignedint out;/* data
is extracted from off. (out % size)*/

}

也不用多说，一看就明白。size, in, out 都设成无符号型的，因为都不存在负值的情型。

/*
 form kernel/kfifo.c
 */
 
 #include <stdio.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <fifo.h>
 
 #define min(a,b) ((a) < (b) ? (a):(b))
 /*

my_fifo_init

*/

struct my_fifo *my_fifo_init(unsignedchar *buffer,unsigned int size)
 {
 struct my_fifo *fifo;
 
 fifo = malloc(sizeof(struct my_fifo));
 if (!fifo)
 returnNULL;

fifo->buffer = buffer;
 fifo->size = size;
 fifo->in = fifo->out = 0;

return fifo;
 }
这个初始化fifo结构的函数一般也不会在应用层里进行调用，而是被下面的fifo_alloc
 调用。依我的观点来看，这两个函数合成一个函数会更加的清晰,但是这一情况只针对

buffer是系统开辟的空间，如果buffer的空间是由其它的函数来提供，就只能用上面的这个函数。

/*
 my_fifo_alloc
*/
 struct my_fifo *my_fifo_alloc(unsignedint size)
 {
 unsignedchar *buffer;
 struct my_fifo *ret;
 /*
 * round up to the next power of 2, since our 'let the indices
 * wrap' tachnique works only in this case.
 */
 
 buffer = malloc(size);
 if (!buffer)
 returnNULL;
 
 ret = my_fifo_init(buffer, size);
 
 if (ret ==NULL)
 free(buffer);
 
 return ret;
 }
 /*
 * my_fifo_free
 */
 void my_fifo_free(struct my_fifo *fifo)
 {
 free(fifo->buffer);
 free(fifo);
 }
 
 这两个函数也不作过多的分析，都很清晰。

/*
 my_fifo_put()
 */
 unsignedint my_fifo_put(struct my_fifo
*fifo,
 unsignedchar *buffer, unsigned int len)
 {
 unsignedint l;
 
 len = min(len, fifo->size - fifo->in + fifo->out);/*可能是缓冲区的空闲长度或者要写长度*/
 
 /* first put the data starting from fifo->in to buffer end*/
 l = min(len, fifo->size - (fifo->in & (fifo->size -1)));
 memcpy(fifo->buffer + (fifo->in & (fifo->size -1)), buffer, l);
 
 /* then put the rest (if any) at the beginning of the buffer*/
 memcpy(fifo->buffer, buffer + l, len - l);
 
 fifo->in += len;
 
 return len;
 }

/*
 my_fifo_get
 */
 unsignedint my_fifo_get(struct my_fifo
*fifo,
 unsignedchar *buffer, unsigned int len)
 {
 unsignedint l;
 
 len = min(len, fifo->in - fifo->out); /*可读数据*/
 
 /* first get the data from fifo->out until the end of the buffer*/
 l = min(len, fifo->size - (fifo->out & (fifo->size -1)));
 memcpy(buffer, fifo->buffer + (fifo->out & (fifo->size -1)), l);
 
 /* then get the rest (if any) from the beginning of the buffer*/
 memcpy(buffer + l, fifo->buffer, len - l);
 
 fifo->out += len;
 
 return len;
 }
 这两个读写结构才是循环缓冲区的重点。在fifo结构中，size是缓冲区的大小，是由用
 户自己定义的，但是在这个设计当中要求它的大小必须是2的幂次。
 当in==out时，表明缓冲区为空的，当(in-out)==size 时，说明缓冲区已满。
 
 我们看下具体实现，在86行处如果size-in+out ==0,也即获得的len值会0，而没有数
 据写入到缓冲区中。所以在设计缓冲区的大小的时候要恰当，读出的速度要比定入的速
 度要快，否则缓冲区满了会使数据丢失，可以通过成功写入的反回值来做判断尝试再次
 写入.
 另一种情况则是缓冲区有足够的空间给要写入的数据，但是试想一下，如果空闲的空间
 在缓冲的首尾两次，这又是如何实现呢？这部分代码实现得非常巧妙。
 我们看fifo->in &(fifo->size-1) 这个表达式是什么意思呢？我们知道size是2的幂次
 项，那么它减1即表示其值的二进制所有位都为1，与in相与的最终结果是in%size,比
 size要小，所以看in及out的值都是不断地增加，但再相与操作后，它们即是以size为
 周期的一个循环。89行就是比较要写入的数据应该是多少，如果缓冲区后面的还有足够
 的空间可写，那么把全部的值写到后面，否则写满后面，再写到前面去93行。
 读数据也可以作类似的分析，108行表示请求的数据要比缓冲区的数据要大时，只
 读取缓冲区中可用的数据。
 
 staticinline void my_fifo_reset(struct my_fifo
*fifo)
 {
 fifo->in = fifo->out = 0;
 }
 
 staticinline unsigned int my_fifo_len(struct my_fifo
*fifo)

return fifo->in - fifo->out;
 }
 在头文件里还有缓冲区置位及返回缓冲区中数据大小两个函数，很简单，不必解释