循环缓冲区(参考linux内核Kfifo)

1 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
2 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
3 行简要的分析。
4
5 先看其只要数据结构：
6 struct my_fifo {
7 unsigned char *buffer; /* the buffer holding the data */
8 unsigned int size; /* the size of the allocated buffer */
9 unsigned int in; /* data is added at offset (in % size) */
10 unsigned int out; /* data is extracted from off. (out % size) */
11 };
12 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
13 型。
14
15 /*
16 form kernel/kfifo.c
17 */
18
19 #include
20 #include
21 #include
22
23 #define min(a,b) ((a) < (b) ? (a):(b))
24 /*
25 my_fifo_init
26 */
27 struct my_fifo *my_fifo_init( unsigned char *buffer, unsigned int size)
28 {
29 struct my_fifo *fifo;
30
31
32 fifo = malloc( sizeof( struct my_fifo));
33 if (!fifo)
34 return NULL;
35
36 fifo->buffer = buffer;
37 fifo->size = size;
38 fifo->in = fifo->out = 0;
39
40 return fifo;
41 }
42 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
43 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。

44 /*
45 my_fifo_alloc
46 */
47 struct my_fifo *my_fifo_alloc(unsignedint size)
48 {
49 unsignedchar *buffer;
50 struct my_fifo *ret;
51
52 /*
53 * round up to the next power of 2, since our 'let the indices
54 * wrap' tachnique works only in this case.
55 */
56
57 buffer = malloc(size);
58 if (!buffer)
59 returnNULL;
60
61 ret = my_fifo_init(buffer, size);
62
63 if (ret ==NULL)
64 free(buffer);
65
66 return ret;
67 }
68 /*
69 * my_fifo_free
70 */
71 void my_fifo_free(struct my_fifo *fifo)
72 {
73 free(fifo->buffer);
74 free(fifo);
75 }
76
77 这两个函数也不作过多的分析，都很清晰。

78 /*
79 my_fifo_put()
80 */
81 unsignedint my_fifo_put(struct my_fifo *fifo,
82 unsignedchar *buffer, unsigned int len)
83 {
84 unsignedint l;
85
86 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*/
87
88 /* first put the data starting from fifo->in to buffer end*/
89 l = min(len, fifo->size - (fifo->in & (fifo->size -1)));
90 memcpy(fifo->buffer + (fifo->in & (fifo->size -1)), buffer, l);
91
92 /* then put the rest (if any) at the beginning of the buffer*/
93 memcpy(fifo->buffer, buffer + l, len - l);
94
95 fifo->in += len;
96
97 return len;
98 }

99
100 /*
101 my_fifo_get
102 */
103 unsignedint my_fifo_get(struct my_fifo *fifo,
104 unsignedchar *buffer, unsigned int len)
105 {
106 unsignedint l;
107
108 len = min(len, fifo->in - fifo->out); /*可读数据*/
109
110 /* first get the data from fifo->out until the end of the buffer*/
111 l = min(len, fifo->size - (fifo->out & (fifo->size -1)));
112 memcpy(buffer, fifo->buffer + (fifo->out & (fifo->size -1)), l);
113
114 /* then get the rest (if any) from the beginning of the buffer*/
115 memcpy(buffer + l, fifo->buffer, len - l);
116
117 fifo->out += len;
118
119 return len;
120 }
121 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
122 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。
123 当in==out时，表明缓冲区为空的，当(in-out)==size 时，说明缓冲区已满。
124
125 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
126 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
127 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
128 写入.
129 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
130 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。
131 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
132 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
133 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
134 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
135 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。
136 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
137 读取缓冲区中可用的数据。
138
139 staticinline void my_fifo_reset(struct my_fifo *fifo)
140 {
141 fifo->in = fifo->out = 0;
142 }
143
144 staticinline unsigned int my_fifo_len(struct my_fifo *fifo)
145 {
146 return fifo->in - fifo->out;
147 }
148
149 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。

转载：http://hi.baidu.com/whj99154562/blog/item/5321f3fc6d42a200d9f9fdec.html