RingBuff在多核通訊之間的妙用
[導(dǎo)讀]大家好，我是小麥，今天分享一篇RingBuff相關(guān)的文章。整體感覺很不錯(cuò)。前言兩個(gè)核（分為主核和從核）之間進(jìn)行通訊，一般使用共享內(nèi)存的形式進(jìn)行。核間通訊的機(jī)制，是以共享內(nèi)存為媒介，利用核間中斷來通知對(duì)方。通過核間對(duì)象的句柄進(jìn)行具體的訪問和操作；（1）多個(gè)核進(jìn)行核間通訊時(shí)，首先由一...
前言
兩個(gè)核（分為主核和從核）之間進(jìn)行通訊，一般使用共享內(nèi)存的形式進(jìn)行。核間通訊的機(jī)制，是以共享內(nèi)存為媒介，利用核間中斷來通知對(duì)方。通過核間對(duì)象的句柄進(jìn)行具體的訪問和操作；（1）多個(gè)核進(jìn)行核間通訊時(shí)，首先由一個(gè)核創(chuàng)建一個(gè)核間對(duì)象，另外一個(gè)核通過名稱或索引定位到該對(duì)象的句柄，從而對(duì)核間通訊對(duì)象進(jìn)行操作。（2）核間中斷來通知對(duì)方，采用“硬件信號(hào)量”對(duì)資源進(jìn)行臨界保護(hù)，再利用操作系統(tǒng)的信號(hào)量使得核間任務(wù)的通訊如同單核任務(wù)上的通訊。1、定義
RingBuf又稱為Circular Buffer,分為兩種：分片形式的RingBuf、內(nèi)存分割形式的RingBuf。2、特點(diǎn)
- 由主核和從核定義好要進(jìn)行數(shù)據(jù)共享內(nèi)存區(qū)域（地址、大?。?；
- 環(huán)形緩沖區(qū)RingBuf用于兩個(gè)核之間通訊；
- 環(huán)形緩沖區(qū)RingBuf的使用遵守嚴(yán)格的先進(jìn)先出順序進(jìn)行處理；
- 環(huán)形緩沖區(qū)RingBuf是一項(xiàng)很好的技術(shù)，不用頻繁的分配內(nèi)存，而且在大多數(shù)情況下，內(nèi)存的反復(fù)使用也使得我們能用更少的內(nèi)存塊做更多的事。
- 環(huán)形緩沖區(qū)RingBuf是一個(gè)先進(jìn)先出的循環(huán)緩沖區(qū)，可以向通信程序提供對(duì)緩沖區(qū)的互斥訪問。
- 環(huán)形緩沖區(qū)RingBuf是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的單向通訊；
3、環(huán)形緩沖區(qū)的實(shí)現(xiàn)原理
環(huán)形緩沖區(qū)通常有一個(gè)讀指針和一個(gè)寫指針。讀指針指向環(huán)形緩沖區(qū)中可讀的數(shù)據(jù)，寫指針指向環(huán)形緩沖區(qū)中可寫的緩沖區(qū)。通過移動(dòng)讀指針和寫指針就可以實(shí)現(xiàn)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)讀取和寫入。分片形式的RingBuf
1 原理分片形式的RingBuf首先在內(nèi)存堆中申請(qǐng)一塊兩核共享的內(nèi)存區(qū)域，然后將這塊內(nèi)存區(qū)域分割成固定大小的分片，然后使用相應(yīng)的內(nèi)存管理結(jié)構(gòu)進(jìn)行管理。如下圖所示：typedef?struct
{
????u32?WrIndex;//寫入分片的索引值
????u32?RdIndex;//讀出分片的索引值
????u8??*MemBufAddr;//內(nèi)存堆的起始地址
????u32?MemShardingNum;//內(nèi)存分片數(shù)量
????u32?MemShardingSize;//每個(gè)內(nèi)存分片大小
????u32?InitDoneFlag;//初始化完成標(biāo)志
????u32HandleSem;//RingBuf使用的信號(hào)量
????u32?SrcCpuID;//寫入端CPU?ID號(hào)
????u32?DstCpuID;//讀取端CPU?ID號(hào)
}RingBufMan;
3 RingBuf要實(shí)現(xiàn)的函數(shù)接口- 初始化RingBuf對(duì)象
RingBufInit(), 由其中一個(gè)核根據(jù)Ringbuf配置參數(shù)創(chuàng)建RingBuf對(duì)象，創(chuàng)建完成后需要完成Ringbuf管理結(jié)構(gòu)體的初始化； - 將新創(chuàng)建的RingBuf對(duì)象加入到共享對(duì)象管理結(jié)構(gòu)體，便于集中管理(RingBufJoinShareQue())；
- 查找相應(yīng)的RingBuf對(duì)象ID（根據(jù)寫入端/讀取端CPU ID號(hào)在共享對(duì)象隊(duì)列中查找RingBufGetID()）；
- 判空
RingBufIsEmpty()
(ringBufMan->?WrIndex?==?ringBufMan->?RdIndex)
- 判滿?
RingBufIsFull()
Tmp?=?ringBufMan->?WrIndex?-?ringBufMan->?RdIndex? ?1
(Tmp?==0?||?Tmp?==?ringBufMan->?MemShardingNum)
- 寫入
RingBufPut(RingBufMan*,u8 *BufAddr,u32 LenPut)
pWr=ringBufMan->MemBufAddr ringBufMan->WrIndex*ringBufMan->MemShardingSize;
*(u32*)pWr?=?LenPut;
memcpy((void*)(?pWr sizeof(u32)?),(void*)pBufAddr,?LenPut);
ringBufMan->WrIndex=?(ringBufMan->WrIndex 1)%?ringBufMan->?MemShardingNum;
- 讀取
RingBufGet(RingBufMan*,u8 *BufAddr,u32 LenMaxGut,u8 *Len)
pRd=ringBufMan->MemBufAddr ringBufMan->RdIndex*ringBufMan->MemShardingSize;
LenValid=?*(u32*)pRd;
Lencp=min(LenValid,?LenMaxGut);
memcpy((void*)BufAddr?,(void*)(?pWr sizeof(u32)?),?Lencp);
ringBufMan->RdIndex=?(ringBufMan->RdIndex 1)%?ringBufMan->?MemShardingNum;
*Len=?Lencp;
內(nèi)存分割形式的RingBuf
typedef?struct?{?
????????unsigned?char?*buffer;?
????????unsigned?int?size;?
????????unsigned?int?in;?
????????unsigned?int?out;?
????????spinlock_t?*lock;?
}kfifo?;
其中buffer指向存放數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，size是緩沖區(qū)的大小，in是寫指針下標(biāo)，out是讀指針下標(biāo)，lock是加到struct kfifo上的自旋鎖（上面說不加鎖不是這里的鎖），防止多個(gè)進(jìn)程并發(fā)訪問此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。- 當(dāng)
in==out時(shí)，說明緩沖區(qū)為空； - 當(dāng)
(in-out)==size時(shí)，說明緩沖區(qū)已滿。
注：我們保有對(duì)應(yīng)的讀寫指針，當(dāng)?shù)谝慌鷶?shù)據(jù)（藍(lán)色）完成，第二批數(shù)據(jù)（紅色）會(huì)根據(jù)當(dāng)前的寫指針位置繼續(xù)我們的數(shù)據(jù)操作，當(dāng)達(dá)到最大的Buffer_Size時(shí)，會(huì)重新回到Buffer的開始端。
4、多個(gè)應(yīng)用讀寫RingBuf情況下的處理
互斥鎖
在通常情況下，環(huán)形緩沖區(qū)的讀用戶僅僅會(huì)影響讀指針，而寫用戶僅僅會(huì)影響寫指針。如果僅僅有一個(gè)讀用戶和一個(gè)寫用戶，那么不需要添加互斥保護(hù)機(jī)制就可以保證數(shù)據(jù)的正確性。如果有多個(gè)讀寫用戶訪問環(huán)形緩沖區(qū)，那么必須添加互斥保護(hù)機(jī)制來確保多個(gè)用戶互斥訪問環(huán)形緩沖區(qū)。互斥鎖可以采用兩個(gè)核共享的自旋鎖來實(shí)現(xiàn)，哪個(gè)核等到鎖，哪個(gè)核有權(quán)對(duì)RingBuf資源進(jìn)行讀寫操作。使用異步消息隊(duì)列AsyncMsgQ
AsyncMsgQ是基于RingBuf來實(shí)現(xiàn)的，用于主從核內(nèi)多個(gè)線程之間數(shù)據(jù)交換。- AsyncMsgQ是基于RingBuf，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)核之間兩個(gè)線程之間的通訊，通過MsgAttr來表示消息來自哪個(gè)核的哪個(gè)線程ID；
- 可以將AsyncMsgQ與線程ID進(jìn)行綁定，并在收發(fā)端設(shè)置一個(gè)守護(hù)線程，根據(jù)接收到的MsgAttr中的目的線程ID進(jìn)行消息分發(fā)，進(jìn)而將消息分發(fā)到不同的AsyncMsgQ隊(duì)列中，一包消息接收完成之后可以調(diào)用AsyncMsgQ已經(jīng)掛載好的回調(diào)函數(shù)，進(jìn)一步對(duì)消息進(jìn)行解析或使用信號(hào)量將消息發(fā)送到任務(wù)。
typedef?struct
{
????u32?MsgShardingNum;//本消息包占用的Ringbuf分片數(shù)
????u32?MsgLen;//本消息包的長(zhǎng)度
????u32?SrcCpuID;//源端CPU?ID號(hào)
????u32?DstCpuID;//目的端CPU?ID號(hào)
????u32?SrcThreadID;//源端線程ID
????u32?DstThreadID;//目的端線程ID
}MsgAttr;
同時(shí)為了表示每個(gè)分片所屬消息ID及有效數(shù)據(jù)大小，還涉及了以下結(jié)構(gòu)：typedef?struct
{
????u16ShardingID;//分片ID，用于識(shí)別是第幾個(gè)分片
????u16ShardingLen;//分片有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)度
}ShardingAttr;
RingBuf在內(nèi)存中的分布如下：- 初始化AsyncMsgQ
- AsyncMsgQ通道申請(qǐng)
- 數(shù)據(jù)發(fā)送
MsgAttr\?ShardingAttr- 數(shù)據(jù)接收
推薦好文??
BLDC驅(qū)動(dòng)入門最簡(jiǎn)教程2021-07-01 深究：預(yù)編譯指令的點(diǎn)點(diǎn)滴滴2021-06-13 工作五年反思2021-06-05 Linux系統(tǒng)是如何用虛擬內(nèi)存來欺騙應(yīng)用程序的？2021-05-25
原創(chuàng)不易，歡迎轉(zhuǎn)發(fā)、留言、點(diǎn)贊、分享給你的朋友，感謝您的支持！
長(zhǎng)按識(shí)別二維碼關(guān)注我
你點(diǎn)的每個(gè)好看，我都認(rèn)真當(dāng)成了喜歡
下載文檔
