【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 入輸出設(shè)備時(shí)，單緩沖無(wú)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(duì)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(duì)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(guò)，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(méi)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(píng) 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(duì)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(duì)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(duì)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(guò)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(hào)量， RS(type)為每個(gè)隊(duì)列的資源信號(hào)量， Addbuf(type, number)過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(qǐng)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(shí)符SDTDCTCOCTCHCT設(shè)備控制表設(shè)備標(biāo)識(shí)符 設(shè)備控制表設(shè)備標(biāo)識(shí)符 設(shè)備控制表設(shè)備標(biāo)識(shí)符 設(shè)備控制表SDT 設(shè)備標(biāo)識(shí)符控制器表指針設(shè)備標(biāo)識(shí)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(shí)符狀態(tài)通道標(biāo)識(shí)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(shí)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，表中的內(nèi)容根據(jù)系統(tǒng)執(zhí)行情況被動(dòng)態(tài)的修改。（ 1） 設(shè)備類型 ，反映設(shè)備的特性，如是終端設(shè)備、塊設(shè)備或字符設(shè)備等。（ 2） 設(shè)備標(biāo)識(shí)符 ，用來(lái)區(qū)別設(shè)備。66/28操作系統(tǒng) 1. 設(shè)備控制表 DCT （ 3） 設(shè)備狀態(tài) ， 表明設(shè)備是處于工作還是空閑狀態(tài)。當(dāng)設(shè)備正處于使用狀態(tài)時(shí)，應(yīng)將設(shè)備忙狀態(tài)置 “1”，若與該設(shè)備相連接的控制器或通道正忙，則應(yīng)將等待標(biāo)志置 “1”。 （ 4） 指向控制器表的指針 ，指向與該設(shè)備相連接的控制器控制表。在設(shè)置有多通路的情況下，在 DCT中還應(yīng)設(shè)置多個(gè)控制表指針。 （ 5） 重復(fù)執(zhí)行次數(shù) ，這是由系統(tǒng)規(guī)定的，外部設(shè)備在傳送數(shù)據(jù)時(shí)，若發(fā)生信息傳送錯(cuò)誤，系統(tǒng)并不立即認(rèn)為傳送失敗，而是允許它重新傳送。 在重復(fù)執(zhí)行次數(shù)內(nèi)若能恢復(fù)正常傳送，則仍認(rèn)為傳送成功。僅當(dāng)屢次失敗致使重復(fù)執(zhí)行次數(shù)達(dá)到規(guī)定值仍不成功時(shí)，才認(rèn)為本次傳送失敗。67/28操作系統(tǒng)1.設(shè)備控制表 DCT圖 520設(shè)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(gè)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(gè)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(shè)備表 SDT(System Device Table ) 整個(gè)系統(tǒng)一張，反映系統(tǒng)中設(shè)備資源的狀態(tài)，記錄已被連接到系統(tǒng)中的所有物理設(shè)備的情況，并為每個(gè)設(shè)備設(shè)置一表目項(xiàng)。 SDT表項(xiàng)的主要組成包括：（ 1） DCT指針，該指針指向相應(yīng)設(shè)備的 DCT。（ 2）設(shè)備使用進(jìn)程標(biāo)識(shí)，表明正在使用該設(shè)備的進(jìn)程標(biāo)識(shí)。（ 3） DCT信息，為引用方便而保存的 DCT信息，如設(shè)備標(biāo)識(shí)、設(shè)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(shè)備表 圖 521 COCT、 CHCT和 SDT表 71/28操作系統(tǒng)6．系統(tǒng)設(shè)備表 SDT 72/28操作系統(tǒng) 根據(jù)用戶請(qǐng)求的 I/O設(shè)備的邏輯名，查找邏輯設(shè)備和物理設(shè)備的映射表；以物理設(shè)備為索引，查找 SDT,找到該設(shè)備所連接的DCT。繼續(xù)查找與該設(shè)備連接的 COCT和 CHCT，就找到了一條通路。73/28操作系統(tǒng)當(dāng)某進(jìn)程向系統(tǒng)提出 I/O請(qǐng)求時(shí)，設(shè)備分配程序按一定策略分配設(shè)備、控制