Linux 内核 kfifo 原理与用法详解

1. 前言

在内核和驱动开发中，**FIFO（First-In-First-Out，先进先出队列）**是一种极为常用的数据结构。它广泛应用于缓冲区管理、异步通信、事件队列、数据流处理等场景。Linux 内核为此提供了通用、高效、线程安全的 kfifo 实现，支持多种数据类型、静态/动态分配、并发访问等特性。

本文将系统分析 kfifo 的设计原理、内核实现、关键 API。

2. kfifo 的设计原理

2.1 什么是 FIFO

FIFO 是一种队列结构，遵循“先进先出”原则。即最先入队的数据最先出队。其典型操作包括：

• 入队（put/in）：将数据放入队尾。

• 出队（get/out）：从队头取出数据。

• 判空/判满：判断队列是否为空或已满。

2.2 kfifo 的核心思想

kfifo 采用环形缓冲区（circular buffer或者叫ring buffer）实现 FIFO。其基本原理如下：

• 用一个固定大小的数组作为缓冲区，数组大小必须为 2 的幂（便于取模优化）。

• 维护两个指针/计数器：in（写入位置）、out（读取位置）。

• 入队时将数据写入 in 指向的位置，in