【文章內(nèi)容簡介】 入輸出設備時，單緩沖無能為力。結(jié) 論47/28操作系統(tǒng)2雙緩沖外部設備 OS 用戶進程In Move雙緩沖區(qū)? 對于 OS設立雙 I/O緩沖區(qū)，外部設備和應用進程交替引用，也稱為 緩沖交換 (Buffer Swapping)。48/28操作系統(tǒng)設備 CPU同時設備 1設備 2CPU幾種情形如：讀卡、打印如：輸入、計算雙向通信接收發(fā)送CPU49/28操作系統(tǒng)? 引入雙 I/O緩沖區(qū)后，即使用戶進程在對有關數(shù)據(jù)進行加工處理時不釋放相關的 I/O緩沖區(qū)， 用戶進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遠遠大于 C， 即外部設備的 I/O速度比用戶進程的計算速度慢得多，那么即使引入雙 I/O緩沖區(qū)，用戶進程的性能也幾乎沒有得到改善。? 如果外部設備的 I/O速度與用戶進程的計算速度差異很大， 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備和用戶進程之間設立多個 I/O緩沖區(qū)。通常，這些 I/O緩沖區(qū)被組織成一個環(huán)形隊列， I/O緩沖區(qū)的這種組織形式為 循環(huán)緩沖 。評 價50/28操作系統(tǒng)3循環(huán)緩沖外部設備 OS 用戶進程In Move…循環(huán)緩沖區(qū)51/28操作系統(tǒng)RGGGCRNextiCurrentNextg多個緩沖區(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。 指示計算進程下一個可用的滿緩沖區(qū) G； Nexti。 指示輸入進程下次可用的空緩沖區(qū) R； Current。 指示計算進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進程和計算進程，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)可供多個進程共享。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)鏈成一個隊列 ,于是，可形成以下三個隊列。 54/28操作系統(tǒng)1．緩沖池的組成(1) 空緩沖區(qū)隊列 emq。該隊列是由空緩沖區(qū)所鏈成的隊列，隊首指針 F(emq)和隊尾指針 L(emq)分別指向該隊列的首、尾緩沖區(qū)(2) 輸入隊列 inq。該隊列是由裝滿輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)所鏈成的隊列，其隊首指針 F(inq)和隊尾指針 L(inq)分別指向該隊列的首、尾緩沖區(qū)。(3) 輸出隊列 outq。該隊列是由裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)所鏈成的隊列，其隊首指針 F(outq)和隊尾指針 L(outq)分別指向隊列的首、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隊列外，還應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基本操作， Getbuf(type)和Putbuf(type， number)，它們既可以實現(xiàn)對緩沖區(qū)的互斥使用又可以實現(xiàn)同步使用。 ? （ 1） Getbuf(type)：用于從 type所指定的隊列的隊首， 摘下一個緩沖區(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)為每個隊列的互斥型號量， RS(type)為每個隊列的資源信號量， Addbuf(type, number)過程用于將參數(shù) number所指示的緩沖區(qū)掛在 type隊列上。 Takebuf(type)過程用于從 type 所指示的隊列的隊首摘下一個緩沖區(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。 輸入進程需要輸入數(shù)據(jù)時調(diào)用 Getbuf(emq)過程，從空緩沖區(qū)隊列 emq隊首摘下一空緩沖區(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 ,把它掛在輸入隊列 inq隊列上。（ 2）提取輸入。 計算進程需要輸入數(shù)據(jù)時調(diào)用 Getbuf(inq )過程，從輸入隊列 inq的隊首取得一緩沖區(qū)，把它作為提取輸入工作緩沖區(qū) sin，計算進程從中提取數(shù)據(jù)。計算進程用完該數(shù)據(jù)后，再調(diào)用 Putbuf(emq,sin)過程，將它掛在空緩沖隊列 emq上。61/28操作系統(tǒng)（ 3）收容輸出。 計算進程需要輸出時調(diào)用 Getbuf(emq)過程，從空緩沖區(qū)隊列 emq的隊首取得一空緩沖區(qū)，作為收容輸出工作緩沖區(qū) hout，當裝滿輸出數(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。 當要輸出時，由輸出進程調(diào)用 Getbuf(outq)過程，從輸出隊列 outq的隊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，將它掛在空緩沖隊列 emq的末尾。62/28操作系統(tǒng)當某進程向系統(tǒng)提出 I/O請求時，設備分配程序按一定策略分配設備、控制器和通道，形成一條數(shù)據(jù)傳輸通路，以供主機和設備間信息交換。*保證： “有 ”—— 用戶能得到設備使用權?！鞍踩?”—— 用戶使用設備是安全的。設備分配功能設備的分配63/28操作系統(tǒng)系統(tǒng)設備表： 記錄系統(tǒng)設備情況設備控制表： 記錄設備信息及與設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： 記錄通道信息設備標識符SDTDCTCOCTCHCT設備控制表設備標識符 設備控制表設備標識符 設備控制表設備標識符 設備控制表SDT 設備標識符控制器表指針設備標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通道標識符狀態(tài)通道標識符狀態(tài)CHCT設備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)64/28操作系統(tǒng) 1. 設備控制表 DCT (Device Control Table)記錄設備信息及與設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)設備表 SDT SDT(System Device Table ) 記錄系統(tǒng)設備情況 65/28操作系統(tǒng)1. 設備控制表 DCT (Device Control Table) 設備控制表 DCT反映設備的特性、設備和 I/O控制器的連接情況。包括設備標識符、使用狀態(tài)和等待使用設備的進程隊列等。系統(tǒng)中每個設備必須有一張 DCT，且在系統(tǒng)生成時或在設備和系統(tǒng)連接時創(chuàng)建，表中的內(nèi)容根據(jù)系統(tǒng)執(zhí)行情況被動態(tài)的修改。（ 1） 設備類型 ，反映設備的特性，如是終端設備、塊設備或字符設備等。（ 2） 設備標識符 ，用來區(qū)別設備。66/28操作系統(tǒng) 1. 設備控制表 DCT （ 3） 設備狀態(tài) ， 表明設備是處于工作還是空閑狀態(tài)。當設備正處于使用狀態(tài)時，應將設備忙狀態(tài)置 “1”，若與該設備相連接的控制器或通道正忙，則應將等待標志置 “1”。 （ 4） 指向控制器表的指針 ，指向與該設備相連接的控制器控制表。在設置有多通路的情況下，在 DCT中還應設置多個控制表指針。 （ 5） 重復執(zhí)行次數(shù) ，這是由系統(tǒng)規(guī)定的，外部設備在傳送數(shù)據(jù)時，若發(fā)生信息傳送錯誤，系統(tǒng)并不立即認為傳送失敗，而是允許它重新傳送。 在重復執(zhí)行次數(shù)內(nèi)若能恢復正常傳送，則仍認為傳送成功。僅當屢次失敗致使重復執(zhí)行次數(shù)達到規(guī)定值仍不成功時，才認為本次傳送失敗。67/28操作系統(tǒng)1.設備控制表 DCT圖 520設備控制表 68/28操作系統(tǒng) 2. 控制器控制表 COCT（ COntroller Control Table ） 系統(tǒng)為每一個控制器都配置了一張 COCT, 它反映控制器使用狀態(tài)和通道的連接等情況。 3．通道控制表 CHCT(Channel Control Table) 在通道控制方式的系統(tǒng)中，每個通道都有一張通道控制表，描述通道工作狀態(tài)。69/28操作系統(tǒng)4．系統(tǒng)設備表 SDT(System Device Table ) 整個系統(tǒng)一張，反映系統(tǒng)中設備資源的狀態(tài)，記錄已被連接到系統(tǒng)中的所有物理設備的情況，并為每個設備設置一表目項。 SDT表項的主要組成包括：（ 1） DCT指針，該指針指向相應設備的 DCT。（ 2）設備使用進程標識，表明正在使用該設備的進程標識。（ 3） DCT信息，為引用方便而保存的 DCT信息，如設備標識、設備類型等。70/28操作系統(tǒng)5.控制器控制表、 通道控制表和系統(tǒng)設備表 圖 521 COCT、 CHCT和 SDT表 71/28操作系統(tǒng)6．系統(tǒng)設備表 SDT 72/28操作系統(tǒng) 根據(jù)用戶請求的 I/O設備的邏輯名，查找邏輯設備和物理設備的映射表；以物理設備為索引，查找 SDT,找到該設備所連接的DCT。繼續(xù)查找與該設備連接的 COCT和 CHCT，就找到了一條通路。73/28操作系統(tǒng)當某進程向系統(tǒng)提出 I/O請求時，設備分配程序按一定策略分配設備、控制