c++ - 没有优先级反转的环形缓冲区

Question

我有一个高优先级进程需要将数据传递给低优先级进程。我写了一个基本的环形缓冲区来处理数据的传递:

class RingBuffer {
  public:
    RingBuffer(int size);
    ~RingBuffer();

    int count() {return (size + end - start) % size;}

    void write(char *data, int bytes) {
      // some work that uses only buffer and end
      end = (end + bytes) % size;
    }

    void read(char *data, int bytes) {
      // some work that uses only buffer and start
      start = (start + bytes) % size;
    }

  private:
    char *buffer;
    const int size;
    int start, end;
};

问题来了。假设低优先级进程有一个 oracle 可以准确地告诉它需要读取多少数据，因此永远不需要调用 count()。然后(除非我遗漏了什么)没有并发问题。但是，一旦低优先级线程需要调用 count()(高优先级线程可能也想调用它来检查缓冲区是否太满)，就有可能count() 中的数学运算或结束更新不是原子的，因此引入了错误。

我可以在开始和结束的访问周围放置一个互斥锁，但如果高优先级线程必须等待低优先级线程获取锁，这会导致优先级倒置。

我也许可以使用原子操作来解决问题，但我不知道有一个不错的跨平台库可以提供这些操作。

是否有标准的环形缓冲区设计可以避免这些问题？

Answer 1

只要您遵守以下准则，您所拥有的应该没问题:

• 只有一个线程可以写入。
• 只有一个线程可以读取。
• 对start 和end 的更新和访问是原子的。这可能是自动的，例如 Microsoft 声明:

Simple reads and writes to properly-aligned 32-bit variables are atomic operations. In other words, you will not end up with only one portion of the variable updated; all bits are updated in an atomic fashion.

• 您考虑到 count 可能已过时这一事实，即使您获得了值。在阅读线程中，count 将返回您可以依赖的最小 计数；对于写入线程，count 将返回最大 计数，而真实计数可能会更低。