环形缓冲区(ring buffer)原理与实现详解

discrete

ring buffer称作环形缓冲区，也称作环形队列（circular queue），是一种用于表示一个固定尺寸、头尾相连的缓冲区的数据结构，适合缓存数据流。如下为环形缓冲区（ring buffer） 的概念示意图。


在任务间的通信、串口数据收发、log缓存、网卡处理网络数据包、音频/视频流处理中均有环形缓冲区（ring buffer） 的应用。在RT-Thread的ringbuffer.c和ringbuffer.h文件中，Linux内核文件kfifo.h和kfifo.c中也有**环形缓冲区（ring buffer）**的代码实现。

环形缓冲区的一些使用特点如下：
4 z! A# X7 |: N  _# c
. u; H0 q8 \% V+ X  M当一个数据元素被读取出后，其余数据元素不需要移动其存储位置；
适合于事先明确了缓冲区的最大容量的情形。缓冲区的容量（长度）一般固定，可以用一个静态数组来充当缓冲区，无需重复申请内存；
如果缓冲区的大小需要经常调整，就不适合用环形缓冲区，因为在扩展缓冲区大小时，需要搬移其中的数据，这种场合使用链表更加合适；
因为缓冲区成头尾相连的环形，写操作可能会覆盖未及时读取的数据，有的场景允许这种情况发生，有的场景又严格限制这种情况发生。选择何种策略和具体应用场景相关。
2 原理
由于计算机内存是线性地址空间，因此**环形缓冲区（ring buffer）**需要特别的算法设计才可以从逻辑上实现。

shikensa

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