1. DPDK Ring简介

dpdk实现了一个无锁环形队列Ring，可用于在dpdk不同的应用程序之间进行通信。

Ring支持的效果：

先进先出
最大大小是固定的，指针存储在表中
无锁实现
多消费者或单消费者出队
多生产者或单生产者入队

struct rte_ring {                                                                                                                            /* Ring producer status. */                                                                                struct prod {                                                                                                uint32_t watermark;     /**< Maximum itemsbefore EDQUOT. */                                             uint32_t sp_enqueue;    /**< True, if single producer. */                                                uint32_t size;          /**< Size of ring.*/                                                           uint32_t mask;          /**< Mask (size-1)of ring. */                                                   volatile uint32_thead;  /**< Producer head.*/                                                           volatileuint32_t tail;  /**< Producer tail.*/                                                           } prod __rte_cache_aligned;                                                 /* Ring consumer status. */                                                                                struct cons {                                                                                                uint32_t sc_dequeue;    /**< True, if single consumer. */                                                uint32_t size;          /**< Size of thering. */                                                       uint32_t mask;          /**< Mask (size-1)of ring. */                                                   volatileuint32_t head;  /**< Consumer head.*/                                                           volatileuint32_t tail;  /**< Consumer tail.*/                                                                                                                                      } cons __rte_cache_aligned;                                                                                  void*ring[] __rte_cache_aligned;  };

2. Ring实现

2.1 单一生产者入队

首先，将ring-> prod_head和ring-> cons_tail复制到局部变量中。prod_next局部变量指向表的下一个元素，或在批量入队的情况下指向多个元素。

如果环中没有足够的空间（通过检查cons_tail可以检测到），它将返回错误。

第二步是修改环结构中的ring-> prod_head以指向与prod_next相同的位置。

指向添加对象的指针将复制到环（obj4）中。

将对象添加到环中后，将修改环结构中的ring-> prod_tail使其指向与ring-> prod_head相同的位置。入队操作完成。

2.2 单一消费者出队

首先，将ring-> cons_head和ring-> prod_tail复制到局部变量中。cons_next局部变量指向表的下一个元素，或在批量出队的情况下指向多个元素。

如果环中没有足够的对象（通过检查prod_tail可以检测到），它将返回错误。

第二步是修改ring结构中的ring-> cons_head，使其指向与cons_next相同的位置。

指向出队对象（obj1）的指针被复制到用户指定的指针中。

最后，将ring结构中的ring-> cons_tail修改为指向与ring-> cons_head相同的位置。出队操作完成。

2.3 多个生产者入队

当两个生产者同时将对象添加到环时会发生什么？

在两个CPU core上，ring-> prod_head和ring-> cons_tail都复制到局部变量中。prod_next局部变量指向表的下一个元素，或者在批量入队的情况下指向多个元素。

如果环中没有足够的空间（通过检查cons_tail可以检测到），它将返回错误。

第二步是修改ring结构中的ring-> prod_head以指向与prod_next相同的位置。此操作使用“比较并交换”（CAS）指令完成，该指令自动执行以下操作：

如果ring-> prod_head与局部变量prod_head不同，则CAS操作失败，并且代码在第一步重新启动。
否则，将ring-> prod_head设置为本地prod_next，CAS操作成功，然后继续处理。

在该图中，操作在内核1上成功完成，而第一步在内核2上重新启动。

成功在核心2上重试CAS操作。

核心1更新了ring（obj4）的一个元素，核心2更新了另一个（obj5）的元素。

每个内核现在都想更新ring-> prod_tail。仅当ring-> prod_tail等于prod_head局部变量时，内核才能更新它。这仅在内核1上成立。操作已在内核1上完成。

内核1更新了ring-> prod_tail之后，内核2也可以对其进行更新。该操作也在内核2上完成。

3. 参考

DPDK Ring Library
Linux Lockless Ring Buffer Design

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