링 버퍼

링 버퍼란?

링 버퍼는 데이터를 저장하고 읽는 데 효율적인 자료 구조로, 고정된 크기의 메모리 공간을 원형 형태로 연결해 사용하는 것이 특징이다. 주로 선입선출(FIFO) 방식으로 데이터를 처리하며, 스트리밍과 실시간 데이터 처리에 효과적이다.

링 버퍼의 구조

링 버퍼는 배열과 두 개의 포인터로 구성된다.

• 헤드 포인터 (Head Pointer): 데이터를 쓰고 한 칸 올라가는 포인터
• 테일 포인터 (Tail Pointer): 데이터를 읽고 제거한 후 한 칸 올라가는 포인터

링 버퍼의 동작 원리

1. 데이터가 비어 있는 상태

• 헤드 포인터와 테일 포인터가 같은 위치에 있다.
  
  

2. 데이터 추가 (헤드 포인터 이동)

• 데이터를 추가하면서 헤드 포인터가 한 칸 이동한다

3. 데이터 읽기 (테일 포인터 이동)

• 데이터를 읽고 제거하면서 테일 포인터가 한 칸 이동한다.

4. 데이터 추가 (포화 상태)

• 데이터를 추가하며 헤드 포인터가 다섯 칸 이동한 후, 다시 1번 칸으로 돌아간다.
• 헤드 포인터의 1칸 앞에 테일 포인터가 있다면 버퍼는 포화 상태를 의미한다.

링 버퍼의 장점

1. 데이터 수신과 처리의 분리

링 버퍼를 사용하면 인터럽트 핸들러가 데이터를 버퍼에 저장하는 간단한 작업만 수행하고, 데이터 처리는 나중에 메인 루프에서 할 수 있다. 이를 통해 인터럽트 핸들러는 가능한 빨리 반환될 수 있다.

2. 메모리의 효율성

고정된 크기의 메모리 공간을 사용하기 때문에 메모리 할당 및 해제의 오버헤드가 없다. 이는 한정된 메모리 자원을 사용하는 환경에서 유리하다.

링 버퍼의 활용 사례

1. 데이터 스트리밍

오디오, 비디오와 같은 연속적인 데이터 스트림을 처리할 때, 데이터의 입출력 속도를 일정하게 유지하도록 도와준다.

2. UART 통신

UART와 같은 직렬 통신으로 데이터를 수신할 때, 링 버퍼를 사용하여 수신 데이터를 임시로 저장하고 처리할 수 있다.