c - 无等待环形缓冲区

Question

我有一个场景，我可以有多个生产者但有一个环形缓冲区的单个消费者。这是源代码:

typedef struct ring_buffer_t {
    uint8_t *data;
    uint32_t element_size;
    uint32_t element_count;
    uint32_t head;
    uint32_t tail;
    uint32_t mask;
} ring_buffer;

uint32_t ring_buffer_put(ring_buffer *buf, void *data_element) {
    int i;
    uint32_t status = 0;
    uint8_t *buf_pointer;
    uint8_t *element = (uint8_t *) data_element;

    if (buf && data_element) {

        buf_pointer = &buf->data[(buf->head & buf->mask) * buf->element_size];
        for (i = 0; i < buf->element_size; ++i) {
            buf_pointer[i] = element[i];
        }

        status = 1;
        __sync_fetch_and_add(&buf->head, 1);

    }

    return status;
}

uint32_t ring_buffer_size(ring_buffer *buf) {

    return buf->head - buf->tail;
}

uint32_t ring_buffer_empty(ring_buffer *buf) {

    return (ring_buffer_size(buf) == 0);
}

void *ring_buffer_get(ring_buffer *buf) {
    void *element;
    //preserve the invariant that tail is always <= head
    if (ring_buffer_empty(buf)) {
        return 0;
    }

    element = &buf->data[(buf->tail & buf->mask) * buf->element_size];
    __sync_fetch_and_add(&buf->tail, 1);
    return element;
}

问题陈述允许我覆盖旧条目，例如这就是为什么我使用 and 并且在放置时不检查缓冲区是否已满 - 我只是覆盖最旧的条目。但是，我很难推理这是否是线程安全的。如前所述 - 重要的是，这是无等待的(根据定义分别是无锁的)，因为生产者无法承受阻塞。大小始终是 2 的幂，这就是索引期间 & 起作用的原因。

任何意见都会受到赞赏？

Answer 1

不，您的实现不是线程安全的。

如果两个线程同时放入元素，它们最终可能会在同一位置写入，甚至在一个位置写入一半记录，在下一个位置写入另一半记录。