1、前言
最近項目中用到一個環形緩沖區（ring buffer），代碼是由linux核心的kfifo改過來的。緩沖區在檔案系統中經常用到，通過緩沖區緩解cpu讀寫記憶體和讀寫磁盤的速度。例如一個程序a産生資料發給另外一個程序b，程序b需要對程序a傳的資料進行處理并寫入檔案，如果b沒有處理完，則a要延遲發送。為了保證程序a減少等待時間，可以在a和b之間采用一個緩沖區，a每次将資料存放在緩沖區中，b每次沖緩沖區中取。這是典型的生産者和消費者模型，緩沖區中資料滿足fifo特性，是以可以采用隊列進行實作。linux核心的kfifo正好是一個環形隊列，可以用來當作環形緩沖區。生産者與消費者使用緩沖區如下圖所示：
2、linux 核心kfifo
kfifo設計的非常巧妙，代碼很精簡，對于入隊和出對處理的出人意料。首先看一下kfifo的資料結構：
kfifo提供的方法有：
定義自旋鎖的目的為了防止多程序/線程并發使用kfifo。因為in和out在每次get和out時，發生改變。初始化和建立kfifo的源代碼如下：
在kfifo_init和kfifo_calloc中，kfifo->size的值總是在調用者傳進來的size參數的基礎上向2的幂擴充，這是核心一貫的做法。這樣的好處不言而喻--對kfifo->size取模運算可以轉化為與運算，如：kfifo->in % kfifo->size 可以轉化為 kfifo->in & (kfifo->size – 1)
kfifo的巧妙之處在于in和out定義為無符号類型，在put和get時，in和out都是增加，當達到最大值時，産生溢出，使得從0開始，進行循環使用。put和get代碼如下所示：
put和get在調用__put和__get過程都進行加鎖，防止并發。從代碼中可以看出put和get都調用兩次memcpy，這針對的是邊界條件。例如下圖：藍色表示空閑，紅色表示占用。
（1）空的kfifo，
（2）put一個buffer後
（3）get一個buffer後
（4）當此時put的buffer長度超出in到末尾長度時，則将剩下的移到頭部去
3、測試程式
仿照kfifo編寫一個ring_buffer，現有線程互斥量進行并發控制。設計的ring_buffer如下所示：
采用多線程模拟生産者和消費者編寫測試程式，如下所示：
測試結果如下所示：