内核循环缓冲区数据结构在用户态使用

oliliango

    忘记了之前是有个什么事情一时想起好像需要用个cycler buffer，手头一时又没有，懒得自己实现。就向同学要了个。后来好像也没有用到，倒是一直记得好像老早以前看到ldd上提到双向链表的时候有提到个kfifo，只是一直没有用到这个，所以一直没看。倒是无聊的时候想起过printk是否用的就是这个数据结构。
    昨天临下班的时候想到kfifo这个东东，今天就抽点时间看看。
    刚开始是把双向链表拎出来编一下看看，结果让我大吃一惊。居然没有list.h，看来fc从4以后开始倒退倒是有点佐证了。好在机器上还有linux-libc-headers的包，解包覆盖一下应该就ok了吧。不要高兴，还是不行。打开list.h一看，居然里面只包含了另一个文件，只扔给我一个#error，超ft。没办法，只好上内核源码里去拷了，于是把include/*都copy到了/usr/include。再编，靠，居然还是不过。nnd，再看list.h，居然还有个宏定义才能使用里面的inline函数，要不就extern reference了，郁闷。只好在源文件中加了：
#ifdef CONFIG_DEBUG_LIST
#undef CONFIG_DEBUG_LIST
#endif        然后再包含上linux/autoconf.h，这才一切ok。汗......
    有了上面的折腾，在开始搞kfifo之前就先看看kfifo.h和他的实现吧。结果一看kfifo.h和kfifo.c，头文件里面extern了好几个kfifo.c里面实现的东东不说，还用了spinlock，看来直接用是没有指望了，还是dirty hack到user space算了。于是只能把文件copy出来dirty hack了。吭哧吭哧搞了一气，搞了个可用的东东开列如下：
    kfifo.c:
#include "kfifo.h"
#include
#include
#include
#include
struct kfifo *kfifo_init(unsigned char *buffer, unsigned int size)
{
    struct kfifo *fifo;
    fifo = malloc(sizeof(struct kfifo));
    if (!fifo)
        return (void*)(-ENOMEM);
    fifo->buffer = buffer;
    fifo->size = size;
    fifo->in = fifo->out = 0;
    return fifo;
}
struct kfifo *kfifo_alloc(unsigned int size)
{
    unsigned char *buffer;
    struct kfifo *ret;
    if (size & (size - 1)) {
        fprintf(stderr,"size > 0x80000000\n");
        size = roundup_pow_of_two(size);
    }
    buffer = malloc(size);
    if (!buffer)
        return (void *)(-ENOMEM);
    ret = kfifo_init(buffer, size);
    if ((unsigned long)retbuffer);
    free(fifo);
}
unsigned int __kfifo_put(struct kfifo *fifo, unsigned char *buffer, unsigned int len)
{
    unsigned int l;
    len = min(len, fifo->size - fifo->in + fifo->out);
        l = min(len, fifo->size - (fifo->in & (fifo->size - 1)));
    memcpy(fifo->buffer + (fifo->in & (fifo->size - 1)), buffer, l);
    memcpy(fifo->buffer, buffer + l, len - l);
    fifo->in += len;
    return len;
}
unsigned int __kfifo_get(struct kfifo *fifo,
             unsigned char *buffer, unsigned int len)
{
    unsigned int l;
    len = min(len, fifo->in - fifo->out);
    l = min(len, fifo->size - (fifo->out & (fifo->size - 1)));
    memcpy(buffer, fifo->buffer + (fifo->out & (fifo->size - 1)), l);
    fifo->out += len;
    return len;
}
    kfifo.h:
#ifndef _LINUX_KFIFO_H
#define _LINUX_KFIFO_H
#define __u32 unsigned long
#define __u64 unsigned long long
#define min(x,y) ({ \
        typeof(x) _x = (x);     \
        typeof(y) _y = (y);     \
        (void) (&_x == &_y);            \
        _x  _y ? _x : _y; })
static inline int fls(int x)
{
    int r;
    __asm__("bsrl %1,%0\n\t"
            "jnz 1f\n\t"
            "movl $-1,%0\n"
            "1:" : "=r" (r) : "rm" (x));
    return r+1;
}
static inline int fls64(__u64 x)
{
    __u32 h = x >> 32;
    if (h)
        return fls(h) + 32;
    return fls(x);
}
static inline unsigned fls_long(unsigned long l)
{
    if (sizeof(l) == 4)
        return fls(l);
    return fls64(l);
}
static inline unsigned long roundup_pow_of_two(unsigned long x)
{
    return 1UL in = fifo->out = 0;
}
static inline void kfifo_reset(struct kfifo *fifo)
{
    __kfifo_reset(fifo);
}
static inline unsigned int kfifo_put(struct kfifo *fifo,
                     unsigned char *buffer, unsigned int len)
{
    unsigned int ret;
    ret = __kfifo_put(fifo, buffer, len);
    return ret;
}
static inline unsigned int kfifo_get(struct kfifo *fifo,
                     unsigned char *buffer, unsigned int len)
{
    unsigned int ret;
    ret = __kfifo_get(fifo, buffer, len);
    if (fifo->in == fifo->out)
        fifo->in = fifo->out = 0;
    return ret;
}
static inline unsigned int __kfifo_len(struct kfifo *fifo)
{
    return fifo->in - fifo->out;
}
static inline unsigned int kfifo_len(struct kfifo *fifo)
{
    unsigned int ret;
    ret = __kfifo_len(fifo);
    return ret;
}
#endif   
    用起来还是不错的，初步测试了一下效果还行，在去掉了spinlock的保护之后还揣测了一段时间是不是把spinlock改成sem用来sync，不过看到代码的实现又觉得这个spinlock不是对fifo的index进行保护的，也就是说这个实现是免锁的。在kernel中的代码也不过是在smp的情况下加了mb而已。
    贴一下测试的代码如下：
   
#define FIFO_LENGTH 4096
struct ll_param
{
    struct kfifo * fifo;
    int msg_len;
};
static struct ll_param fifo;
void thread_reader(void * param)
{
    int read_len=0;
    unsigned int counter=0;
    unsigned char buffer[FIFO_LENGTH]={0};
    struct ll_param * p=(struct ll_param *)param;
   
    for(;;)
    {
        bzero(buffer,FIFO_LENGTH);
        read_len=kfifo_get(p->fifo,buffer,FIFO_LENGTH);
        if(read_len!=0)
        {
            printf("Read len:%d,buffer is:%s\n",read_len,buffer);
        }
        else
        {
            counter++;
        }
        if(counter>20)
        {
            break;
        }
        usleep(50000);
    }
}
void thread_writer(void * param)
{
    unsigned int write_len=0;
    unsigned int counter=0;
    unsigned char buffer[32]={0};
    struct ll_param * p=(struct ll_param *)param;
   
    for(counter=0;counterfifo,buffer,strlen((char *)buffer));
        usleep(100);
    }
}
int main(void)
{
    pthread_t pidr;
    pthread_t pidw;
    fifo.msg_len=10;
    fifo.fifo=kfifo_alloc(FIFO_LENGTH);
    pthread_create(&pidw,NULL,(void *)thread_writer,&fifo);
    pthread_create(&pidr,NULL,(void *)thread_reader,&fifo);
    pthread_join(pidr,NULL);
    pthread_join(pidw,NULL);
    kfifo_free(fifo.fifo);
    printf("\nGoodbye!\n");
    return 0;
}
    要说明的是，初步测了一下，似乎reader中用来get的buffer大小对受writer和reader之间不一致的速率的影响较大。比如如果reader里面定义的buffer长度设置为小于fifo长度，在writer和reader个子usleep不同时间时表现会不同。以后再慢慢找吧（boss刚刚来电话又要搞个恶心的任务。所以心情大坏）。
    先这样。
               
               
               

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