簡介
在通信程式中，經常使用環形緩衝器作為數據結構來存放通信中傳送和接收的數據。環形緩衝區是一個先進先出的循環緩衝區，可以向通信程式提供對緩衝區的互斥訪問。
用法
圓形緩衝區的一個有用特性是：當一個數據元素被用掉後，其餘數據元素不需要移動其存儲位置。相反，一個非圓形緩衝區（例如一個普通的佇列）在用掉一個數據元素後，其餘數據元素需要向前搬移。換句話說，圓形緩衝區適合實現先進先出緩衝區，而非圓形緩衝區適合後進先出緩衝區。
圓形緩衝區適合於事先明確了緩衝區的最大容量的情形。擴展一個圓形緩衝區的容量，需要搬移其中的數據。因此一個緩衝區如果需要經常調整其容量，用鍊表實現更為合適。
寫操作覆蓋圓形緩衝區中未被處理的數據在某些情況下是允許的。特別是在多媒體處理時。例如，音頻的生產者可以覆蓋掉音效卡尚未來得及處理的音頻數據。
工作過程
一個圓形緩衝區最初為空並有預定的長度。例如，這是一個具有七個元素空間的圓形緩衝區，其中底部的單線與箭頭表示“頭尾相接”形成一個圓形地址空間：
環形緩衝器假定1被寫入緩衝區中部（對於圓形緩衝區來說，最初的寫入位置在哪裡是無關緊要的）：
插入一個數據再寫入2個元素，分別是2 & 3 — 被追加在1之後：
添加元素如果兩個元素被處理，那么是緩衝區中最老的兩個元素被移除。在本例中，1 & 2被移除，緩衝區中只剩下3:
除去兩個元素如果緩衝區中有7個元素，則是滿的：
填滿緩衝區如果緩衝區是滿的，又要寫入新的數據，一種策略是覆蓋掉最老的數據。此例中，2個新數據— A & B — 寫入，覆蓋了3 & 4:
覆蓋數據也可以採取其他策略，禁止覆蓋緩衝區的數據，採取返回一個錯誤碼或者拋出異常。最終，如果從緩衝區中移除2個數據，不是3 & 4 而是 5 & 6 。因為 A & B 已經覆蓋了3 & 4：
移除數據圓形緩衝區工作機制
由於計算機記憶體是線性地址空間 ，因此圓形緩衝區需要特別的設計才可以從邏輯上實現。
讀指針與寫指針
一般的，圓形緩衝區需要4個指針 ：
•在記憶體中實際開始位置；
•在記憶體中實際結束位置，也可以用緩衝區長度代替；
•存儲在緩衝區中的有效數據的開始位置（讀指針）；
•存儲在緩衝區中的有效數據的結尾位置（寫指針）。
讀指針、寫指針可以用整型值來表示。下例為一個未滿的緩衝區的讀寫指針：
未滿緩衝區下例為一個滿的緩衝區的讀寫指針：
滿的緩衝區區分緩衝區滿或者空
緩衝區是滿、或是空，都有可能出現讀指針與寫指針指向同一位置：
指針在同一位置有多種策略用於檢測緩衝區是滿、或是空.
總是保持一個存儲單元為空
環形緩衝器緩衝區中總是有一個存儲單元保持未使用狀態。緩衝區最多存入 個數據。如果讀寫指針指向同一位置，則緩衝區為空。如果寫指針位於讀指針的相鄰後一個位置，則緩衝區為滿。這種策略的優點是簡單、魯棒；缺點是語義上實際可存數據量與緩衝區容量不一致，測試緩衝區是否滿需要做取餘數計算。
使用數據計數
這種策略不使用顯式的寫指針，而是保持著緩衝區記憶體儲的數據的計數。因此測試緩衝區是空是滿非常簡單；對性能影響可以忽略。缺點是讀寫操作都需要修改這個存儲數據計數，對於多執行緒訪問緩衝區需要並發控制。
鏡像指示位
環形緩衝器
環形緩衝器
環形緩衝器
環形緩衝器 環形緩衝器 環形緩衝器
環形緩衝器
環形緩衝器緩衝區的長度如果是n，邏輯地址空間則為至；那么，規定至為鏡像邏輯地址空間。本策略規定讀寫指針的地址空間為至，其中低半部分對應於常規的邏輯地址空間，高半部分對應於鏡像邏輯地址空間。當指針值大於等於時，使其折返（wrapped）到。使用一位表示寫指針或讀指針是否進入了虛擬的鏡像存儲區：置位表示進入，不置位表示沒進入還在基本存儲區。
鏡像指示位在讀寫指針的值相同情況下，如果二者的指示位相同，說明緩衝區為空；如果二者的指示位不同，說明緩衝區為滿。這種方法優點是測試緩衝區滿/空很簡單；不需要做取餘數操作；讀寫執行緒可以分別設計專用算法策略，能實現精緻的並發控制。 缺點是讀寫指針各需要額外的一位作為指示位。
如果緩衝區長度是2的冪，則本方法可以省略鏡像指示位。如果讀寫指針的值相等，則緩衝區為空；如果讀寫指針相差n，則緩衝區為滿，這可以用條件表達式（寫指針 == (讀指針 異或 緩衝區長度)）來判斷。
讀寫計數
用兩個有符號整型變數分別保存寫入、讀出緩衝區的數據數量。其差值就是緩衝區中尚未被處理的有效數據的數量。這種方法的優點是讀執行緒、寫執行緒互不干擾；缺點是需要額外兩個變數。
記錄最後的操作
使用一位記錄最後一次操作是讀還是寫。讀寫指針值相等情況下，如果最後一次操作為寫入，那么緩衝區是滿的；如果最後一次操作為讀出，那么緩衝區是空。 這種策略的缺點是讀寫操作共享一個標誌位，多執行緒時需要並發控制。
POSIX最佳化實現
Linux核心的kfifo
在Linux核心檔案kfifo.h和kfifo.c中，定義了一個先進先出圓形緩衝區實現。如果只有一個讀執行緒、一個寫執行緒，二者沒有共享的被修改的控制變數，那么可以證明這種情況下不需要並發控制。kfifo就滿足上述條件。kfifo要求緩衝區長度必須為2的冪。讀、寫指針分別是無符號整型變數。把讀寫指針變換為緩衝區內的索引值，僅需要“按位與”操作：（指針值 按位與 （緩衝區長度-1））。這避免了計算代價高昂的“求余”操作。且下述關係總是成立：讀指針 + 緩衝區存儲的數據長度 == 寫指針
即使在寫指針達到了無符號整型的上界，上溢出後寫指針的值小於讀指針的值，上述關係仍然保持成立（這是因為無符號整型加法的性質）。 kfifo的寫操作，首先計算緩衝區中當前可寫入存儲空間的數據長度：len = min{待寫入數據長度, 緩衝區長度 - （寫指針 - 讀指針）}然後，分兩段寫入數據。第一段是從寫指針開始向緩衝區末尾方向；第二段是從緩衝區起始處寫入餘下的可寫入數據，這部分可能數據長度為0即並無實際數據寫入。
