1.linux内核数据结构之kfifo
2.kfifo（linux kernel 无锁队列）

linux内核数据结构之kfifo

       Linux内核中的kfifo是一个精简且巧妙设计的环形队列，常用于解决生产者和消费者模型中的数据缓冲问题，确保数据处理的高效性。本文将探讨kfifo的数据结构、实现方法以及在并发环境下的使用。

       在项目开发中，c 流量监控源码环形缓冲区（ring buffer）作为缓存机制，通过Linux内核的kfifo实现，能够有效降低CPU与内存或磁盘之间的交互压力。kfifo利用FIFO特性，通过队列形式处理数据，避免了进程间的频繁等待。维基百科提供详细的实现方法，包括判断队列状态的技巧。

       内核的kfifo设计独具匠心，其数据结构简洁，包含in和out两个无符号变量。put和get操作通过自旋锁保证并发安全，当in或out达到最大值时，若10000的源码通过溢出机制实现循环使用。代码中，如put和get的memcpy调用处理边界情况，展示了缓冲区的动态变化过程。

       为了更好地理解kfifo，可以参考Linux内核源码学习资源，同时，作者还分享了一个学习交流群，其中包含了丰富的微信 家校通 源码学习资料。通过编写测试程序，我们可以模拟生产者和消费者场景，验证kfifo在并发环境下的性能和稳定性。

       总结，kfifo是Linux内核中实用的环形队列，通过理解和应用，我们可以优化生产者消费者模型的性能，并在实际项目中有效利用它。

kfifo（linux kernel 无锁队列）

       队列作为常见数据结构，李广平源码时代其主要特点是先进先出（FIFO）。FIFO用于缓冲通信速度不匹配场景，例如生产者快速生成数据，消费者则难以及时处理。在通信接口驱动中，数据被暂存于队列中，驱动程序可以立即返回接收新数据或等待，而解析程序仅需从队列中获取数据。FIFO也可解决“多生产者-单消费者”问题。Django开源源码

       kfifo是Linux内核中实现队列功能的一种无锁环形队列。无锁意味着在单生产者单消费者场景下无需加锁操作。它通过使用in和out两个变量作为入队和出队索引来实现无锁操作，避免了在多个生产者或消费者场景下的加锁需求。通过将in/out与fifo的空间大小减一进行“与”操作，kfifo实现了比取余操作更快的队列循环。这意味着当in和out超过队列大小时，它们会继续向前加，而不是简单地减去队列大小后重新开始。

       kfifo实现“无锁”特性仅针对“单生产者-单消费者”场景。对于“多生产者”或“多消费者”情况，需对入队或出队操作进行加锁以避免数据竞争。

       使用kfifo有两种方式：动态申请和静态定义。动态申请包括包含头文件、定义结构体、申请内存、执行入队和出队操作，最后释放内存。静态定义则在定义fifo变量时使用宏，操作函数更加简洁，无需内存管理步骤。

       kfifo结构体包含用于管理队列的变量，如in、out、mask等。内存申请过程确保了用mask大小掩码与in/out索引进行“与”操作，实现队列循环，避免了取余运算的开销。使用kfifo_alloc动态申请内存时，最终分配的内存空间是向上取2的次方，以支持mask大小掩码操作。这可能导致使用者在不了解规则的情况下踩坑，例如，申请字节内存时实际上分配了字节，可能导致数据错位。

       入队操作涉及确定内存地址、拷贝数据并确保内存屏障以避免乱序异常。整个过程高效且简洁。对于更深入的了解，可查阅kfifo的源码。