kfifo_alloc深度解析

最新推荐文章于 2025-07-07 21:22:59 发布

刘一痕

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分类专栏： LINUX

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/u013177568/article/details/62432369

本文深入探讨了Linux内核中的kfifo_alloc函数，解析其工作原理和使用场景，适用于理解内核级别的数据结构和驱动开发。同时，文章提到了相关技术如ioremap_nocache和shell命令的运用。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

Linux kernel里面从来就不缺少简洁，优雅和高效的代码，只是我们缺少发现和品味的眼光。在Linux kernel里面，简洁并不表示代码使用神出鬼没的超然技巧，相反，它使用的不过是大家非常熟悉的基础数据结构，但是kernel开发者能从基础的数据结构中，提炼出优美的特性。

kfifo就是这样的一类优美代码，它十分简洁，绝无多余的一行代码，却非常高效。关于kfifo信息如下：

本文分析的原代码版本：2.6.24.4

kfifo的定义文件：kernel/kfifo.c

kfifo的头文件： include/linux/kfifo.h

1. kfifo概述

kfifo是内核里面的一个First In First Out数据结构，它采用环形循环队列的数据结构来实现；它提供一个无边界的字节流服务，最重要的一点是，它使用并行无锁编程技术，即当它用于只有一个入队线程和一个出队线程的场情时，两个线程可以并发操作，而不需要任何加锁行为，就可以保证kfifo的线程安全。

kfifo代码既然肩负着这么多特性，那我们先一敝它的代码：

view plaincopy to clipboardprint?
·········10········20········30········40········50········60········70········80········90········100·······110·······120·······130·······140·······150
struct kfifo {
    unsigned char *buffer;    /* the buffer holding the data */
    unsigned int size;    /* the size of the allocated buffer */
    unsigned int in;    /* data is added at offset (in % size) */
    unsigned int out;    /* data is extracted from off. (out % size) */
    spinlock_t *lock;    /* protects concurrent modifications */
};
struct kfifo {
    unsigned char *buffer;    /* the buffer holding the data */
    unsigned int size;    /* the size of the allocated buffer */
    unsigned int in;    /* data is added at offset (in % size) */
    unsigned int out;    /* data is extracted from off. (out % size) */
    spinlock_t *lock;    /* protects concurrent modifications */
};

这是kfifo的数据结构，kfifo主要提供了两个操作，__kfifo_put(入队操作)和__kfifo_get(出队操作)。它的各个数据成员如下：

buffer，用于存放数据的缓存

size, buffer空间的大小，在初化时，将它向上扩展成2的幂

lock, 如果使用不能保证任何时间最多只有一个读线程和写线程，需要使用该lock实施同步。

in, out, 和buffer一起构成一个循环队列。 in指向buffer中队头，而且out指向buffer中的队尾，它的结构如示图如下：

+--------------------------------------------------------------+
|           |<----------data---------->|                                    |
+--------------------------------------------------------------+
            ^                                       ^
             |                                        |
            in                                       out

当然，内核开发者使用了一种更好的技术处理了in, out和buffer的关系，我们将在下面进行详细的分析。

2. kfifo_alloc 分配kfifo内存和初始化工作

view plaincopy to clipboardprint?
·········10········20········30········40········50········60········70········80········90········100·······110·······120·······130·······140·······150
struct kfifo *kfifo_alloc(unsigned int size, gfp_t gfp_mask, spinlock_t *lock)
{
    unsigned char *buffer;
    struct kfifo *ret;

    /*
     * round up to the next power of 2, since our 'let the indices
     * wrap' tachnique works only in this case.
     */
    if (size & (size - 1)) {
        BUG_ON(size > 0x80000000);
        size = roundup_pow_of_two(size);
    }

    buffer = kmalloc(size, gfp_mask);
    if (!buffer)
        return ERR_PTR(-ENOMEM);

    ret = kfifo_init(buffer, size, gfp_mask, lock);

    if (IS_ERR(ret))
        kfree(buffer);

    return ret;
}
struct kfifo *kfifo_alloc(unsigned int size, gfp_t gfp_mask, spinlock_t *lock)
{
    unsigned char *buffer;
    struct kfifo *ret;

    /*
     * round up to the next power of 2, since our 'let the indices
     * wrap' tachnique works only in this case.
     */
    if (size & (size - 1)) {