【文章內(nèi)容簡介】 ostponing）– 用戶進(jìn)程生成下一個(gè)輸出數(shù)據(jù)的工作與 OS輸出前一個(gè)輸出數(shù)據(jù)的工作可以同時(shí)進(jìn)行。42/28操作系統(tǒng) I/O緩沖的組織形式?單緩沖區(qū) (Single Buffer)?雙緩沖區(qū) (Double Buffer)?循環(huán)緩沖區(qū) (Circular Buffer)?緩沖池（ Buffer pool)43/28操作系統(tǒng)設(shè)備以速率 V向緩沖輸入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)滿后 CPU以速率 W讀出數(shù)據(jù)緩沖區(qū)處理完后再由設(shè)備輸入數(shù)據(jù)接收解決了速率不匹配問題速度 V速度 W1 單緩沖外部設(shè)備 OS 用戶進(jìn)程In Move44/28操作系統(tǒng)? 假定，一塊數(shù)據(jù)從外部設(shè)備輸入到內(nèi)存所花費(fèi)的時(shí)間為 T， 在內(nèi)存中移動(dòng)所花費(fèi)的時(shí)間為 M， 被用戶進(jìn)程加工處理所花費(fèi)的時(shí)間為 C， 那么– 在沒有使用 I/O緩沖區(qū)的情況下，平均每塊數(shù)據(jù)的處理時(shí)間近似為： T+C；– 在使用單 I/O緩沖區(qū)的情況下，平均每塊數(shù)據(jù)的處理時(shí)間近似為： max(T,C)+M（計(jì)算前一個(gè)數(shù)據(jù)和輸入下一個(gè)數(shù)據(jù)并列）。分 析45/28操作系統(tǒng)1.單緩沖 (SingleBuffer)圖 511 單緩沖工作示意圖 46/28操作系統(tǒng)? 相對于沒有使用 I/O緩沖區(qū)的情形，引入單 I/O緩沖區(qū)后，用戶進(jìn)程的運(yùn)行效率得到了提高。? 但如果用戶進(jìn)程在對有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理時(shí)不釋放相關(guān)的I/O緩沖區(qū)，用戶進(jìn)程的性能則不能得到改善。? 如果 T遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 C， 即外部設(shè)備的 I/O速度比用戶進(jìn)程的計(jì)算速度慢得多，那么即使引入單 I/O緩沖區(qū)，用戶進(jìn)程的性能也幾乎沒有得到改善。? 涉及到 2個(gè)輸入輸出設(shè)備時(shí)，單緩沖無能為力。結(jié) 論47/28操作系統(tǒng)2雙緩沖外部設(shè)備 OS 用戶進(jìn)程In Move雙緩沖區(qū)? 對于 OS設(shè)立雙 I/O緩沖區(qū)，外部設(shè)備和應(yīng)用進(jìn)程交替引用，也稱為 緩沖交換 (Buffer Swapping)。48/28操作系統(tǒng)設(shè)備 CPU同時(shí)設(shè)備 1設(shè)備 2CPU幾種情形如：讀卡、打印如：輸入、計(jì)算雙向通信接收發(fā)送CPU49/28操作系統(tǒng)? 引入雙 I/O緩沖區(qū)后，即使用戶進(jìn)程在對有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理時(shí)不釋放相關(guān)的 I/O緩沖區(qū)， 用戶進(jìn)程的性能也能得到改善。? 不過，與使用單 I/O緩沖區(qū)的情形類似，如果 T遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 C， 即外部設(shè)備的 I/O速度比用戶進(jìn)程的計(jì)算速度慢得多，那么即使引入雙 I/O緩沖區(qū)，用戶進(jìn)程的性能也幾乎沒有得到改善。? 如果外部設(shè)備的 I/O速度與用戶進(jìn)程的計(jì)算速度差異很大， 那么緩和兩者速度不匹配的一種有效的辦法就是在外部設(shè)備和用戶進(jìn)程之間設(shè)立多個(gè) I/O緩沖區(qū)。通常，這些 I/O緩沖區(qū)被組織成一個(gè)環(huán)形隊(duì)列， I/O緩沖區(qū)的這種組織形式為 循環(huán)緩沖 。評 價(jià)50/28操作系統(tǒng)3循環(huán)緩沖外部設(shè)備 OS 用戶進(jìn)程In Move…循環(huán)緩沖區(qū)51/28操作系統(tǒng)RGGGCRNextiCurrentNextg多個(gè)緩沖區(qū)循環(huán)使用1.循環(huán)緩沖區(qū)的組成：三類緩沖區(qū)：空緩沖區(qū) R已裝滿數(shù)據(jù)的緩沖區(qū) G現(xiàn)行工作緩沖區(qū) C緩沖區(qū)的指針： Nextg。 指示計(jì)算進(jìn)程下一個(gè)可用的滿緩沖區(qū) G； Nexti。 指示輸入進(jìn)程下次可用的空緩沖區(qū) R； Current。 指示計(jì)算進(jìn)程正在使用的緩沖區(qū)單元。： Getbuf/Releasebuf :NextiNextg52/28操作系統(tǒng) 緩沖池 (數(shù)據(jù)的輸入和輸出具有陣發(fā)性 ) 由于循環(huán)緩沖僅適用于某特定的 I/O進(jìn)程和計(jì)算進(jìn)程，因此，它們屬于專用緩沖。為了提高緩沖區(qū)的利用率，目前廣泛流行著緩沖池，池中的緩沖區(qū)可供多個(gè)進(jìn)程共享。53/28操作系統(tǒng)1．緩沖池的組成 對于既可用于輸入又可用于輸出的公用緩沖池， 其中至少應(yīng)包含以下三種類型的緩沖區(qū)： ① 空閑緩沖區(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) 。為了管理方便，可將相同類型的緩沖區(qū)鏈成一個(gè)隊(duì)列 ,于是，可形成以下三個(gè)隊(duì)列。 54/28操作系統(tǒng)1．緩沖池的組成(1) 空緩沖區(qū)隊(duì)列 emq。該隊(duì)列是由空緩沖區(qū)所鏈成的隊(duì)列，隊(duì)首指針 F(emq)和隊(duì)尾指針 L(emq)分別指向該隊(duì)列的首、尾緩沖區(qū)(2) 輸入隊(duì)列 inq。該隊(duì)列是由裝滿輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)所鏈成的隊(duì)列，其隊(duì)首指針 F(inq)和隊(duì)尾指針 L(inq)分別指向該隊(duì)列的首、尾緩沖區(qū)。(3) 輸出隊(duì)列 outq。該隊(duì)列是由裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)所鏈成的隊(duì)列，其隊(duì)首指針 F(outq)和隊(duì)尾指針 L(outq)分別指向隊(duì)列的首、尾緩沖區(qū)。 55/28操作系統(tǒng)1．緩沖池的組成F(outq)圖 56/28操作系統(tǒng)1．緩沖池的組成 在緩沖池中除了上述三個(gè)隊(duì)列外，還應(yīng)具有四種工作緩沖區(qū)：① 用于收容輸入數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū) hin；② 用于提取輸入數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū) sin；③ 用于收容輸出數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū) hout；④ 用于提取輸出數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū) sout。57/28操作系統(tǒng) 2．緩沖池的工作方式 對緩沖池管理提供兩個(gè)基本操作， Getbuf(type)和Putbuf(type， number)，它們既可以實(shí)現(xiàn)對緩沖區(qū)的互斥使用又可以實(shí)現(xiàn)同步使用。 ? （ 1） Getbuf(type)：用于從 type所指定的隊(duì)列的隊(duì)首， 摘下一個(gè)緩沖區(qū)； （ 2） Putbuf(type， number)：用于將用參數(shù) number所指示的緩沖區(qū)， 掛在 type隊(duì)列上。 Getbuf(type)和 Putbuf(type， number)過程描述如下：58/28操作系統(tǒng)2．緩沖池的工作方式Procedure Getbuf(type)? begin? P(RS(type))。? P(MS(type))。? B(number)=Takebuf(type)。? V(MS(type))。? end?Procedure Putbuf(type, number)? begin? P(MS(type))。? Addbuf(type, number)。? V(MS(type))。? V(RS(type))。? end 其中 MS(type)為每個(gè)隊(duì)列的互斥型號量， RS(type)為每個(gè)隊(duì)列的資源信號量， Addbuf(type, number)過程用于將參數(shù) number所指示的緩沖區(qū)掛在 type隊(duì)列上。 Takebuf(type)過程用于從 type 所指示的隊(duì)列的隊(duì)首摘下一個(gè)緩沖區(qū)。59/28操作系統(tǒng) 緩沖池的工作方式包括 收容輸入、提取輸入、收容輸出、提取輸出 (p214)60/28操作系統(tǒng)（ 1）收容輸入。 輸入進(jìn)程需要輸入數(shù)據(jù)時(shí)調(diào)用 Getbuf(emq)過程，從空緩沖區(qū)隊(duì)列 emq隊(duì)首摘下一空緩沖區(qū)，把它作為收容輸入工作緩沖區(qū) hin，輸入進(jìn)程把數(shù)據(jù)輸入其中，裝滿后再調(diào)用 Putbuf(inq， hin)過程 ,把它掛在輸入隊(duì)列 inq隊(duì)列上。（ 2）提取輸入。 計(jì)算進(jìn)程需要輸入數(shù)據(jù)時(shí)調(diào)用 Getbuf(inq )過程，從輸入隊(duì)列 inq的隊(duì)首取得一緩沖區(qū)，把它作為提取輸入工作緩沖區(qū) sin，計(jì)算進(jìn)程從中提取數(shù)據(jù)。計(jì)算進(jìn)程用完該數(shù)據(jù)后，再調(diào)用 Putbuf(emq,sin)過程，將它掛在空緩沖隊(duì)列 emq上。61/28操作系統(tǒng)（ 3）收容輸出。 計(jì)算進(jìn)程需要輸出時(shí)調(diào)用 Getbuf(emq)過程，從空緩沖區(qū)隊(duì)列 emq的隊(duì)首取得一空緩沖區(qū)，作為收容輸出工作緩沖區(qū) hout，當(dāng)裝滿輸出數(shù)據(jù)后，又調(diào)用Putbuf(outq,hout)過程，將它掛在 outq末尾。（ 4）提取輸出。 當(dāng)要輸出時(shí)，由輸出進(jìn)程調(diào)用 Getbuf(outq)過程，從輸出隊(duì)列 outq的隊(duì)首取得一裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，作為提取輸出工作緩沖區(qū) sout，在數(shù)據(jù)提取完后，再調(diào)用 Putbuf(emq,sout)過程，將它掛在空緩沖隊(duì)列 emq的末尾。62/28操作系統(tǒng)當(dāng)某進(jìn)程向系統(tǒng)提出 I/O請求時(shí)，設(shè)備分配程序按一定策略分配設(shè)備、控制器和通道，形成一條數(shù)據(jù)傳輸通路，以供主機(jī)和設(shè)備間信息交換。*保證： “有 ”—— 用戶能得到設(shè)備使用權(quán)?！鞍踩?”—— 用戶使用設(shè)備是安全的。設(shè)備分配功能設(shè)備的分配63/28操作系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)備表： 記錄系統(tǒng)設(shè)備情況設(shè)備控制表： 記錄設(shè)備信息及與設(shè)備相連的控制器表指針控制器控制表： 記錄控制器信息及通道控制表指針通道控制表： 記錄通道信息設(shè)備標(biāo)識符SDTDCTCOCTCHCT設(shè)備控制表設(shè)備標(biāo)識符 設(shè)備控制表設(shè)備標(biāo)識符 設(shè)備控制表設(shè)備標(biāo)識符 設(shè)備控制表SDT 設(shè)備標(biāo)識符控制器表指針設(shè)備標(biāo)識符控制器表指針狀態(tài)狀態(tài)控制器 id通道表指針狀態(tài)控制器 id通道表指針狀態(tài)DCT COCT通道標(biāo)識符狀態(tài)通道標(biāo)識符狀態(tài)CHCT設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)64/28操作系統(tǒng) 1. 設(shè)備控制表 DCT (Device Control Table)記錄設(shè)備信息及與設(shè)備相連的控制器表指針 2. 控制器控制表 COCT （ COntroller Control Table ）記錄控制器信息及通道控制表指針 3． 通道控制表 CHCT(Channel Control Table) 記錄通道信息 4． 系統(tǒng)設(shè)備表 SDT SDT(System Device Table ) 記錄系統(tǒng)設(shè)備情況 65/28操作系統(tǒng)1. 設(shè)備控制表 DCT (Device Control Table) 設(shè)備控制表 DCT反映設(shè)備的特性、設(shè)備和 I/O控制器的連接情況。包括設(shè)備標(biāo)識符、使用狀態(tài)和等待使用設(shè)備的進(jìn)程隊(duì)列等。系統(tǒng)中每個(gè)設(shè)備必須有一張 DCT，且在系統(tǒng)生成時(shí)或在設(shè)備和系統(tǒng)連接時(shí)創(chuàng)建，表中