【文章內(nèi)容簡介】 進程發(fā)出一 I/O請求時，168。 字符設備輸入時，緩沖區(qū)用于暫存用戶輸入 /輸出的一行數(shù)據(jù)；168。 塊設備輸入類似，對成塊數(shù)據(jù)處理。168。 以輸入數(shù)據(jù)為例，比較三個時間：數(shù)據(jù)輸入緩沖區(qū)用時T、從緩沖送入到用戶內(nèi)存區(qū)用時 M、 CPU計算用時 C。單緩沖下， T、 C可并行。所以輸入用時：max（ T、 C ） +MOS在主存中為之分配一個緩沖區(qū)。CPU和外設 輪流使用 ，一方處理完后等待對方處理。2/8/2023 41T1M1C1T2M2C2T3M3C3單緩沖雙緩沖T1M1C1T2M2C2T3M3C3T M①T1 M1②T2 M22/8/2023 42n 雙緩沖（ Double Buffer）168。 進一步加快輸入和輸出速度，提高設備利用率168。 雙緩沖區(qū)機制，也稱為緩沖對換 （ Buffer Swapping）n 輸入：先將數(shù)據(jù)送入第一緩沖區(qū)，裝滿后便轉(zhuǎn)向第二緩沖區(qū)。n 讀出： OS從第一緩沖區(qū)中移出數(shù)據(jù)，并送入用戶進程。接著由 CPU對數(shù)據(jù)進行計算。兩個緩沖區(qū)， CPU和外設都可以 連續(xù)處理 無需等待對方。要求 CPU和外設的速度相近。2/8/2023 43雙機通訊時緩沖區(qū)的設置緩沖區(qū)A機緩沖區(qū)B機單緩沖發(fā)送 緩沖區(qū) 接收 緩沖區(qū) A機 接收 緩沖區(qū) 發(fā)送 緩沖區(qū)B機雙緩沖u 僅配置單緩沖，任意時刻都只能實現(xiàn)單方向的數(shù)據(jù)傳輸，而絕不允許雙方同時向?qū)Ψ桨l(fā)送數(shù)據(jù)。u 為實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸，必須在兩臺機器中都設置兩個緩沖區(qū)，一個用作發(fā)送緩沖區(qū)，另一個用作接受緩沖區(qū)。2/8/2023 442）循環(huán)緩沖 (circular buffer)n 輸入與輸出速度基本相匹配，采用雙緩沖能獲得較好的效果，基本上能并行操作。n 但若兩者的速度相差甚遠，雙緩沖的效果仍不夠理想；n So：增加緩沖區(qū)數(shù)量，引入多緩沖機制。組織形式：循環(huán)緩沖、緩沖池。增加多個緩沖區(qū)， CPU和外設的處理速度可以相差較大。2/8/2023 45① 循環(huán)緩沖的組成n 多個緩沖區(qū)。多個緩沖區(qū)。 循環(huán)緩沖有多個大小相同的緩沖區(qū)。三種類型緩沖區(qū)：168。 用于裝輸入數(shù)據(jù)的空緩沖區(qū) R168。 裝滿數(shù)據(jù)的緩沖區(qū) G168。 計算進程正在使用的現(xiàn)行工作緩沖區(qū) Cn 多個指針。多個指針。168。 指示 計算進程 正在使用的緩沖區(qū) C的指針 Current168。 指示 計算進程 下一個可取的緩沖區(qū) G的指針 Nextg168。 指示 輸入進程 下次可放的緩沖區(qū) R的指針 Nexti2/8/2023 46循環(huán)緩沖的組成示意圖16 25 34RRGGCGNextiNextgcurrent2/8/2023 47② 循環(huán)緩沖區(qū)的使用n 計算進程 (CPU)和輸入進程 (I/O操作 )可利用兩個過程來使用循環(huán)緩沖區(qū)。n 主要就是利用指針，操作上述不同類型緩沖區(qū)uGetbuf過程： 使用緩沖區(qū)時，可調(diào)用該過程（ ?。簭腘extg取，設置 current， nextg下移一個。放：使用nexti， nexti下移一個）uReleasebuf過程： 當計算進程把 C緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)提取完畢時，便調(diào)用該過程將緩沖區(qū) G釋放。當輸入進程把緩沖區(qū)裝滿時，也調(diào)用該進程將緩沖區(qū)釋放。2/8/2023 48③ 進程同步n 輸入進程和計算進程并行執(zhí)行，如何控制相應的兩個指針不斷順時針方向移動，這樣就可能出現(xiàn)兩種情況：1. Nexti趕上 Nextg。意味著輸入速度大于計算速度，緩沖區(qū)滿，此情況稱為系統(tǒng)受計算限制。2. Nextg趕上 Nexti。意味著輸入速度低于計算速度，緩沖區(qū)空，此情況稱為系統(tǒng)受I/O限制。2/8/2023 493）緩沖池（ Buffer Pool）n 上述的緩沖區(qū)僅適用于某特定的 I/O進程和計算進程，因而它們屬于 專用緩沖 。（每個進程都要維護自己的一個循環(huán)緩沖區(qū)）n 當系統(tǒng)較大時，許多這樣的循環(huán)緩沖，不僅消耗大量內(nèi)存空間，而且利用率不高。n 為提高緩沖區(qū)的利用率，目前廣泛流行緩沖池，在池中設置多個可供若干個進程共享的緩沖區(qū)。2/8/2023 50n 系統(tǒng)設置多個緩沖區(qū)，形成一個緩沖池。n 池中緩沖區(qū)為系統(tǒng)中所有的進程共享使用 （如 UNIX系統(tǒng)在塊設備管理中設置了一個 15個緩沖區(qū)組成的緩沖池）n 組織形式：隊列及隊列指針也是雙方向緩沖技術(shù)；緩沖區(qū)整體利用率高。2/8/2023 51① 緩沖池的組成n 對于既可輸入又可輸出的公用緩沖池，至少應含有下列三種類型的緩沖區(qū)：1. 空緩沖區(qū)；2. 裝滿輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)；3. 裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)；為方便管理，將上述類型相同的緩沖區(qū)連成隊列168。空緩沖區(qū)隊列168。輸入隊列168。輸出隊列2/8/2023 52使用兩個過程注意，是有同步控制的隊列操作過程168。每隊設置一個互斥信號量 MS；168。判斷每個隊列是否有可用的緩沖區(qū)，需一個資源信號量 RS。獲取緩沖區(qū)時 P（ RS），釋放時V（ RS）。n Getbuf：n Putbuf：2/8/2023 53② 緩沖區(qū)的工作方式n 四種工作方式：1. 收容輸入： Getbuf(emq),hin；輸入數(shù)據(jù)填入一空緩沖區(qū)； Putbuf(inq,hin)2. 提取輸入： Getbuf(inq),sin；從輸入緩沖隊列中取出一數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)容； Putbuf(emq,sin)3. 收容輸出： Getbuf(emq),hout；輸出數(shù)據(jù)填入一空緩沖區(qū)； Putbuf(outq,hout)4. 提取輸出： Getbuf(outq),sout；從輸出緩沖隊列中取一數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)容； Putbuf(emq,sout)工作緩沖區(qū)有四種：?收容輸入數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)；?收容輸出數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)；?提取輸入數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)；?提取輸出數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)；緩沖池hinsout磁盤打印機sinhout內(nèi)存用戶程序emq …inq …outq …2/8/2023 54n多道環(huán)境下，系統(tǒng)中設備是所有進程共享的。要 防止無序競爭 ，提高外設資源的利用率。n所以，除解決基本設備處理問題，還需由 OS進行統(tǒng)一、合理的設備分配。 設備分配2/8/2023 551）設備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)n 記錄相應設備或控制器的 狀態(tài)， 及對設備或控制器進行 控制 所需的 信息 。所需數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：168。設備控制表168?？刂破骺刂票?68。通道控制表168。系統(tǒng)設備表2/8/2023 56① 設備控制表（ DCT）n 系統(tǒng)為每一設備都配置一張n 記錄本設備的情況。設備類型 type設備標識符 deviceid設備狀態(tài)：等待 /不等待 忙 /閑指向控制器表的指針重復執(zhí)行次數(shù)或時間設備隊列的隊首指針DCT 1DCT 2DCT n設備控制表集合指向因請求該設備而阻塞的 進程的 PCB組 成的隊列。2/8/2023 57② 控制器控制表（ COCT）控制器標識符： controllerid控制器狀態(tài)：忙 /閑與控制器連接的通道表指針控制器隊列的隊首指針控制器隊列的隊尾指針n 系統(tǒng)為每一控制器都配置一張n 記錄本控制器的情況。③ 通道控制表 CHCT通道標識符： channelid通道狀態(tài)：忙 /閑與通道連接的控制器表首址通道隊列的隊首指針通道隊列的隊