相关Ring性能测试介绍链接如下：https://blog.csdn.net/NachtZ/article/details/72789820
官方文档查看地址：
http://doc.dpdk.org/guides/prog_guide/ring_lib.html
PDF下载地址：
https://www.intel.com/content/www/us/en/embedded/technology/packet-processing/dpdk/dpdk-programmers-guide.html
本篇难度系数：
翻译：★★★★☆
理解：★★★☆☆
5.环库
该环允许管理队列。rte_ring没有无限大小的链表，而是具有以下属性:
- 先进先出
- 最大大小是固定的，指针存储在一个表中
- 无锁的实现
- 多用户或单用户出队列
- 多生产者或单生产者入队列
- 批量出队列——如果成功，则退出指定的对象数量;否则失败
- 批量入队列——如果成功，则对指定的对象计数进行排队;否则失败
- 突发出队列——如果无法完成指定的计数，则删除最大可用对象
- 突发入队列——如果无法完成指定的计数，则对最大可用对象排队
这种数据结构相对于链表队列的优点如下:
- 快;只需要一个sizeof(void *)的比较和交换指令，而不是几个双比较和交换指令。
- 比完整的无锁队列更简单。
适用于批量入/出队列操作。由于指针存储在表中，多个对象的dequeue不会产生与链接队列中一样多的缓存丢失。此外，许多对象的批量脱队列并不比简单对象的脱队列花费更多。
缺点:
- 尺寸是固定的
- 与链表队列相比，拥有多个环需要更多的内存。空环至少包含N个指针。
一个简单的环表示形式如下所示:消费者和生产者的头和尾指针指向存储在数据结构中的对象。
5.1在FreeBSD*中实现环的参考资料
以下代码是在FreeBSD 8.0中添加的，并在一些网络设备驱动程序中使用(至少在Intel驱动程序中):
- 在FreeBSD bufring.h
- 在FreeBSD bufring.c
5.2。Linux*中的无锁环缓冲区
下面是描述Linux无锁环缓冲区设计的链接。 Linux Lockless Ring Buffer Design http://lwn.net/Articles/340400/
5.3附加功能
5.3.1名字
一个环由一个唯一的名字来标识。不可能创建具有相同名称的两个环(如果尝试这样做，rte_ring_create()将返回NULL)。
5.4用例
Ring库的用例包括:
- DPDK中的应用程序之间的通信
- 内存池分配器使用
5.5环缓冲器的解剖
本节解释循环缓冲区的工作方式。环结构由两对头尾对组成;一个供生产者使用，一个供消费者使用。以下部分的图将它们称为prod_head、prod_tail、cons_head和cons_tail。
每个图表示一个简化的环形状态，即一个循环缓冲区。函数局部变量的内容在图的顶部表示，环结构的内容在图的底部表示。
5.5.1单一生产者入队
本节解释当生产者向环中添加对象时会发生什么。在本例中，只修改了生产者head和tail (prod_head和prod_tail)，并且只有一个生产者。
初始状态是使prod_head和prod_tail指向相同的位置。
5.5.1.1入队的第一步
首先，在局部变量中复制ring->prod_head和ring->cons_tail。prod_next局部变量指向表的下一个元素，或者在批量排队时指向表后的几个元素。如果环中没有足够的空间(通过检查cons_tail可以检测到)，它将返回一个错误。
5.5.1.2入队第二步
第二步是修改环结构中的ring->prod_head，使其指向与prod_next相同的位置。
一个指向添加对象的指针被复制到环中(obj4)
5.5.2单个消费者出列
本节解释当使用者将对象从环中取出时会发生什么。在本例中，只修改了使用者head和tail (cons_head和cons_tail)，并且只有一个使用者。
初始状态是cons_head和cons_tail指向同一个位置。
5.5.2.1出列的第一步
首先，在局部变量中复制ring->cons_head和ring->prod_tail。cons_next局部变量指向表的下一个元素，或者在批量脱队列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来检测)，则返回一个错误。
5.5.2.2出列第二步
第二步是修改环结构中的ring->cons_head，使其指向与cons_next相同的位置。
指向dequeued对象(obj1)的指针被复制到用户给出的指针中。
5.5.2.3出列最后一步
最后，将环结构中的ring->cons_tail修改为指向与ring->cons_head相同的位置。退出队列操作已经完成。
5.5.3多个生产者排队
本节解释当两个生产者同时向环中添加一个对象时会发生什么。在本例中，只修改了生产者head和tail (prod_head和prod_tail)。
初始状态是使prod_head和prod_tail指向相同的位置。
5.5.3.1第一步是多个生产者排队
在两个核心上，ring->prod_head和ring->cons_tail都被复制到局部变量中。prod_next局部变量指向表的下一个元素，或者在批量排队的情况下指向后几个元素。
如果环中没有足够的空间(通过检查cons_tail可以检测到)，它将返回一个错误。
5.5.3.2多个生产者进入第二步
第二步是修改环结构中的ring->prod_head，使其指向与prod_next相同的位置。这个操作是使用比较和交换(CAS)指令完成的，它原子性地执行以下操作:
- 如果ring->prod_head与本地变量prod_head不同，则CAS操作失败，代码在第一步重新启动。
- 否则，将ring->prod_head设置为local prod_next, CAS操作成功，处理继续。
在图中，操作在core 1上成功，步骤1在core 2上重新启动。
5.5.3.3多个生产者进入第三步
CAS操作在core 2上重试成功。核心1更新环的一个元素(obj4)，核心2更新另一个元素(obj5)。
5.5.3.4多个生产者排队进入第四步
现在每个核心都想要更新ring->prod_tail。核心只能在ring->prod_tail等于prod_head局部变量时更新它。这只适用于core 1。核心1上的操作已经完成。
5.5.3.5最后一步是多个生产者排队
一旦core 1更新了ring->prod_tail, core 2也可以更新它。操作也在core 2上完成。
5.5.4模32位的索引
在前面的图中，prod_head、prod_tail、cons_head和cons_tail索引由箭头表示。在实际实现中，这些值不像假设的那样介于0和size(ring)-1之间。索引的值在0到2^32 -1之间，当我们访问指针表(环本身)时，将屏蔽它们的值。32位模数还意味着，如果结果超出32位数字范围，索引上的操作(例如，加法/减法)将自动执行2^32的模数运算。
下面是两个示例，它们有助于解释索引如何在环中使用。
请注意
为了简化解释，使用了模16位而不是模32位的运算。此外，这四个索引被定义为无符号16位整数，而在更实际的情况下定义为无符号32位整数。
请注意
为了便于理解，我们在上面的示例中使用了模65536操作。在实际的执行案例中，这对于低效率来说是冗余的，但是当结果溢出时就会自动执行。
代码始终在生产者和消费者之间保持0和size(ring)-1之间的距离。由于这个属性，我们可以在一个32位基中对两个索引值进行减法:这就是索引溢出不是问题的原因。
在任何时候，条目和free_entries都在0和size(ring)-1之间，即使只有减法的第一项溢出:
uint32_t entries = (prod_tail - cons_head);
uint32_t free_entries = (mask + cons_tail -prod_head);
5.6 参考文献
bufring.h in FreeBSD (version 8) https://svnweb.freebsd.org/base/release/8.0.0/sys/sys/buf_ring.h?revision=199625&view=markup
bufring.c in FreeBSD (version 8) https://svnweb.freebsd.org/base/release/8.0.0/sys/kern/subr_bufring.c?revision=199625&view=markup
Linux Lockless Ring Buffer Design https://lwn.net/Articles/340400/