内核kfifo.c中in和out的问题-问答-阿里云开发者社区-阿里云

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内核kfifo.c中in和out的问题

2016-06-06 09:23:28 1452 1

先上内核循环缓冲结构体的定义:

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 */
};
如果对“Linux内核中的循环缓冲区”不是很了解的话,可以先参考 这里。内核中有关kfifo.c和kfifo.h两个文件的源码以及该问题的具体情况,可以查看这里。

对于结构体内的in和out两个变量,内核是作如下处理的:1、在读入数据时增加in;2、在取出数据时增加out;3、当检测到两个相等的时候将它们复位归0。1和2不作讨论和分析,针对第3点的处理,内核代码如下:

static inline unsigned int kfifo_get(struct kfifo *fifo,
                                     unsigned char *buffer, unsigned int len)
{
        unsigned long flags;
        unsigned int ret;

        spin_lock_irqsave(fifo->lock, flags);
        ret = __kfifo_get(fifo, buffer, len);

        /*
         * optimization: if the FIFO is empty, set the indices to 0
         * so we don't wrap the next time
         */
        if (fifo->in == fifo->out)
                fifo->in = fifo->out = 0;

        spin_unlock_irqrestore(fifo->lock, flags);

        return ret;
}

问题:当数据写入速度大于读取速度的时候,in和out的值将永远不会相等,也就是说buffer永远是有数据的,这样的话in和out都存在超出自身数值表示范围,从而导致错误?

针对这个问题,不知大家有什么好的建议?

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全部回答(1)
  • a123456678
    2019-07-17 19:27:34

    从源码的实现上来说,in和out的确是有可能会出现溢出,但是出现的情况非常极端:每次读取数据的时候都比当前缓冲区中的数据还少、而且这种情况持续直到写入的数据超过4GB。通常应该是不会遇到的;鉴于墨菲定律可能带来的恶果,的确还是得考虑一下。

    不过可以再想想,溢出了就真的会导致程序出错吗?

    回头再仔细看看 __kfifo_put() 里面的代码,在写入的时候是这样实现的:

    /* first put the data starting from fifo->in to buffer end */
    l = min(len, fifo->size - (fifo->in & (fifo->size - 1)));
    memcpy(fifo->buffer + (fifo->in & (fifo->size - 1)), buffer, l);

    注意 (fifo->in & (fifo->size - 1) 这里用了 & 符号,而不是直接 % fifo->size ,也就是说,初始化的时候size必然得设置成2的n次方(这个限制在内核里很合理,因为内核分配的空间通常是2的倍数,比如一个page)。

    在像x86这种溢出跟取模操作等价的处理器上,对于当前的写入操作实际上“正好”没有风险。同样的,由于in/out都是 unsigned int ,在后续的 kfifo_get/kfifo_len 里面 in - out (比如说 2 - 4294967295,你可以试试),结果仍然“正好”是正确的。

    结论就是,它居然真的没有风险(前提是在溢出、无符号整数减法操作与x86处理器类似的CPU上)。

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