无锁环形缓冲区队列 kfifo

kfifo的移植

两个月前，我花了两天时间，查找Linux内核里kfifo的相关资料，将其从内核层移植到应用层，并成功应用于多线程CAN总线采集程序（一个线程接收/一个线程输出）。kfifo.c是从Linux 5.3 stable内核代码里复制出来的，路径是lib/kfifo，对应的kfifo.h路径是include/linux/kfifo.h。由于kfifo是内核里的代码，应用层无法直接使用，我做了如下修改：

• 注释掉无关的或不必要的代码，如对内核头文件的引用，如涉及dma、sgl的代码

• 重新实现某些功能，如采用SO上的代码取代了roundup_pow_of_two，用GCC内置函数__sync_synchronize取代了smp_wmb，重新定义了ARRAY_SIZE

代码仓库：https://github.com/liigo/kfifo

kfifo的使用

很简单就三点：用 DEFINE_KFIFO 定义缓冲区变量并初始化，用 kfifo_in 向缓冲区内写入数据，用 kfifo_out 从缓冲区取出数据。DEFINE_KFIFO宏参数1是一个变量名（调用者只给一个名称，宏内部负责定义类型和变量），参数2是自定义结构体（也可以是任意其他类型），参数3是缓冲区长度（必须是2的幂，单位是参数2的类型尺寸）。

DEFINE_KFIFO(g_canbuf, buf_item_t, 1024);
kfifo_in(&g_canbuf, &bufitem, 1);
int n = kfifo_out(&g_canbuf, &bufitem, 1);

kfifo代码里大量使用宏，理解起来很费劲，主要因为宏参数的类型不明确。

kfifo的设计和实现

关于Linux内核kfifo的设计和实现的精妙之处，推荐大家阅读如下文章：

• 博主chen19870707的《眉目传情之匠心独运的kfifo》
• 博主张小小飞的《Linux kfifo 源码分析》
• 博主海枫的《巧夺天工的kfifo(修订版）》

需要特别说明的是，以上第三方分析文章所基于的kfifo内核版本都相对陈旧，而本文所采用的代码所属内核版本是当前最新的5.3。