C++ 无优先级反转的环形缓冲区

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

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;
};

问题出在这里。假设低优先级进程有一个oracle，它确切地告诉它需要读取多少数据，这样就永远不需要调用

count（）

。然后（除非我遗漏了什么），就没有并发问题了。但是，只要低优先级线程需要调用

count（）

（高优先级线程可能也要调用它以检查缓冲区是否已满），count（）中的数学运算或结束更新就可能不是原子的，从而引入错误

我可以在访问开始和结束时放置一个互斥锁，但如果高优先级线程必须等待低优先级线程获取的锁，则会导致优先级反转

我可能能够使用原子操作解决一些问题，但我不知道有一个很好的跨平台库提供这些功能

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是否有一种标准的环形缓冲区设计可以避免这些问题？

只要您遵守以下准则，您所拥有的应该是正常的：

• 只有一个线程可以执行写操作
• 只有一个线程可以执行读取
• 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：

简单的读写操作 正确对齐的32位变量是 原子操作。换句话说，你 不会只吃一份 变量的更新时间；所有位都是 以原子的方式更新

• 您可以考虑这样一个事实，

  count

  即使在您获得值时也可能已过期。在读取线程中，

  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，真实计数可能更低

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Boost提供了一个循环缓冲区，但它不是线程安全的。不幸的是，我不知道有任何实现是这样的

即将到来的C++标准将原子操作添加到标准库中，因此它们将来可用，但大多数实现还不支持它们。 我看不到任何跨平台的解决方案可以在两个线程都写入时保持

count

正常，除非实现锁定
通常，您可能会使用消息传递系统，强制低优先级线程请求高优先级线程进行更新或类似操作。例如，如果低优先级线程消耗15个字节，它应该要求高优先级线程将计数减少15

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本质上，您将限制对高优先级线程的“写”访问，而只允许低优先级线程读取。这样，您可以避免所有锁定，高优先级线程不必担心等待较低线程完成写入，使高优先级线程真正具有高优先级。

boost:：interprocess

在

boost/interprocess/detail/atomic中提供跨平台原子函数。hpp

编译器是否存在将更新拆分为非原子步骤序列的风险？即，将write（）的最后一行转换为

end+=字节；结束%=大小？编译器可以非原子地计算RHS，根据您的平台，甚至可能非原子地存储int（即，在8位平台上使用两次8位写入来存储16位int）。@user168715，如果您绝对不相信编译器会做正确的事，创建一个
volatile
临时变量来保存计算，然后复制它以进行更新。您对所使用的平台有任何限制吗？@Peter让我们假设x86（其中IIRC 32位写入对齐地址是原子的），但越是可移植越好。下面是一个队列，它的运行基本上是无等待的