【笔记】Linux内核中的循环缓冲区
1. 有关ring buffer的理解
1) ring buffer位首尾相接的buffer，即类似生活中的圆形跑道；
2) 空闲空间+数据空间=ring buffer大小
3) ring buffer的读写，类似生活中在圆形跑道上的追赶游戏，领跑者位write，追赶着为read
4) 如果read跑的太快，追上write，追赶者read要停下来，否则游戏结束。即保证没有数据空间时，不再从ring buffer中读取数据；
5) 如果write跑的太快，反过来套圈要超过read，此时领跑者write也要停下来。即保证没有空闲空间时，不再往ring buffer中写入数据；
6) 所以，read和write之间的距离总是介于开区间(0, buffer大小)
2. linux2.6内核，kfifo的理解
假设buffer的大小为size，读指针为in，写指针为out
1) 在计算机中，整型数据加到最大值后溢出会回卷到0，从头开始）
2)buffer的长度必须是2的n次幂
3) buffer空闲空间和数据空间的大小
1> 空闲空间的大小=size-in+out
2> 空闲空间的大小=in-out
2.2 对数据空间大小计算的理解
本设计总能保证in前out前面的，in跑出unsigned int边界溢出后回卷。
因为buffer的大小是2的n次幂，而unsigned int也是2的n次幂（32位机器上，n=32），一般buffer大小不会超过unsigned int大小，即unsigned int被分成m个整块(m>=1)
空闲空间=size-数据控件=size-(in-out)=size-in+out
第2种情况：(in跑到unsigned int的边界后，溢出了)
out+数据空间=in，这个等式仍然成立。
所以：空闲空间=size-in+out，亦成立
2.3 写操作分析（读操作类似，不再赘述）
2.3.1 基本情况
设落在ring buffer内写指针为__in，读指针为__out，需要写入的空间大小为len, 其中
1. __in = fifo->in % (fifo->size - 1) (读写指针都是从0开始算起)
2. __out = fifo->out % (fifo->size - 1)
3. __size = fifo->size
4. len <= 空闲空间大小
2.3.2 写指针没有回卷
这种情况下，需要写两块buffer，做两次拷贝动作，设需要写入的大小为len，第一块空闲空间大小为left1，第二块为left2，需要第一次拷贝的大小为len1，第二次拷贝的大小为len2，len1 + len2 = len：
1. left1 = _size-__in;
2. len1 = min(len, left1) = min(len, _size-__in);
3. left2 = __out;
4. len2 = len - len1
2.3.3 写指针回卷
这种情况下，需要写一块buffer，做一次拷贝动作：
1. left1 = __out - __in <= __size - __in;
2. 而写入长度len <= 空闲空间大小，所以len <= left1 <= __size - __in，所以len1 = len, len1 = min(len, __size - __in)仍然成立
3. left2 = 0;
4. len2 = 0 = len -len1
2.3.4 两种特殊情况一般化
总结以上两种情形，第一块空闲空间大小为left1，第二块为left2，需要第一次拷贝的大小为len1，第二次拷贝的大小为len2，len1 + len2 = len，则通用情况如下：
1. len <= 空闲空间大小
2. len1 = min(len, _size-__in);
3. len2 = len -len1
附：linux2.6内核，kfifo的实现代码
点击(此处)折叠或打开
- unsigned int __kfifo_put(struct kfifo *fifo,
- unsigned char *buffer, unsigned int len)
- {
- unsigned int l;
- len = min(len, fifo->size - fifo->in + fifo->out);
- /* 前提条件写入大小len不超过空闲空间大小 */
- smp_mb();
- /* 第一块写入空闲空间，大小为min(len, size-in) */
- l = min(len, fifo->size - (fifo->in & (fifo->size - 1)));
- memcpy(fifo->buffer + (fifo->in & (fifo->size - 1)), buffer, l);
- /* 第二块写入空闲空间，大小为len-min(len, size-in) */
- memcpy(fifo->buffer, buffer + l, len - l);
- /*
- * Ensure that we add the bytes to the kfifo -before-
- * we update the fifo->in index.
- */
- smp_wmb();
- fifo->in += len;
- return len;
- }
- unsigned int __kfifo_get(struct kfifo *fifo,
- unsigned char *buffer, unsigned int len)
- {
- unsigned int l;
- len = min(len, fifo->in - fifo->out);
- /*
- * Ensure that we sample the fifo->in index -before- we
- * start removing bytes from the kfifo.
- */
- smp_rmb();
- /* 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);
- /*
- * Ensure that we remove the bytes from the kfifo -before-
- * we update the fifo->out index.
- */
- smp_mb();
- fifo->out += len;
- return len;
- }
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