【文章內容簡介】 3）緩沖池（ Buffer Pool） 2/8/2023 40 1）單緩沖與多緩沖 ? 單緩沖（ Single Buffer） ?每當用戶進程發(fā)出一 I/O請求時， ?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； ?塊設備輸入類似，對成塊數(shù)據處理。 ?以輸入數(shù)據為例，比較三個時間：數(shù)據輸入緩沖區(qū)用時T、從緩沖送入到用戶內存區(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 ） +M OS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 41 T1 M1 C1 T2 M2 C2 T3 M3 C3 單緩沖 雙緩沖 T1 M1 C1 T2 M2 C2 T3 M3 C3 T M ① T1 M1 ② T2 M2 2/8/2023 42 ? 雙緩沖（ Double Buffer） ?進一步加快輸入和輸出速度，提高設備利用率 ?雙緩沖區(qū)機制，也稱為緩沖對換 （ Buffer Swapping） ? 輸入：先將數(shù)據送入第一緩沖區(qū)，裝滿后便轉向第二緩沖區(qū)。 ? 讀出： OS從第一緩沖區(qū)中移出數(shù)據，并送入用戶進程。接著由 CPU對數(shù)據進行計算。 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 ? 僅配置單緩沖，任意時刻都只能實現(xiàn)單方向的數(shù)據傳輸，而絕不允許雙方同時向對方發(fā)送數(shù)據。 ? 為實現(xiàn)雙向數(shù)據傳輸，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 44 2）循環(huán)緩沖 (circular buffer) ? 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。 ? 但若兩者的速度相差甚遠，雙緩沖的效果仍不夠理想； ? 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 45 ①循環(huán)緩沖的組成 ? 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)： ? 用于裝輸入數(shù)據的空緩沖區(qū) R ? 裝滿數(shù)據的緩沖區(qū) G ? 計算進程正在使用的現(xiàn)行工作緩沖區(qū) C ? 多個指針。 ? 指示 計算進程 正在使用的緩沖區(qū) C的指針 Current ? 指示 計算進程 下一個可取的緩沖區(qū) G的指針 Nextg ? 指示 輸入進程 下次可放的緩沖區(qū) R的指針 Nexti 2/8/2023 46 循環(huán)緩沖的組成示意圖 1 6 2 5 3 4 R R G G C G Nexti Nextg current 2/8/2023 47 ②循環(huán)緩沖區(qū)的使用 ? 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)。 ? 主要就是利用指針，操作上述不同類型緩沖區(qū) ?Getbuf過程： 使用緩沖區(qū)時，可調用該過程（ ?。簭腘extg取，設置 current， nextg下移一個。放：使用nexti， nexti下移一個） ?Releasebuf過程： 當計算進程把 C緩沖區(qū)中的數(shù)據提取完畢時，便調用該過程將緩沖區(qū) G釋放。當輸入進程把緩沖區(qū)裝滿時，也調用該進程將緩沖區(qū)釋放。 2/8/2023 48 ③進程同步 ? 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 49 3）緩沖池（ Buffer Pool） ? 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)） ? 當系統(tǒng)較大時，許多這樣的循環(huán)緩沖，不僅消耗大量內存空間，而且利用率不高。 ? 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 50 ? 系統(tǒng)設置多個緩沖區(qū)，形成一個緩沖池。 ? 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） ? 組織形式：隊列及隊列指針 也是雙方向緩沖技術；緩沖區(qū)整體利用率高。 i n queueem pt y queueout queueBu ff er P o olD evi ce C P U2/8/2023 51 ①緩沖池的組成 ? 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)據的緩沖區(qū)； 3. 裝滿輸出數(shù)據的緩沖區(qū)； 為方便管理，將上述類型相同的緩沖區(qū)連成隊列 ?空緩沖區(qū)隊列 ?輸入隊列 ?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 ?每隊設置一個互斥信號量 MS； ?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）。 ? Getbuf： ? Putbuf： 2/8/2023 53 ②緩沖區(qū)的工作方式 ? 四種工作方式： 1. 收容輸入： Getbuf(emq),hin；輸入數(shù)據填入一空緩沖區(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)據區(qū)的內容； Putbuf(emq,sin) 3. 收容輸出： Getbuf(emq),hout；輸出數(shù)據填入一空緩沖區(qū)； Putbuf(outq,hout) 4. 提取輸出： Getbuf(outq),sout；從輸出緩沖隊列中取一數(shù)據區(qū)的內容； Putbuf(emq,sout) 工作緩沖區(qū)有四種： ?收容輸入數(shù)據的工作緩沖區(qū)； ?收容輸出數(shù)據的工作緩沖區(qū)； ?提取輸入數(shù)據的工作緩沖區(qū)； ?提取輸出數(shù)據的工作緩沖區(qū)； 緩沖池 hin sout 磁盤 打印機 sin hout 內存 用戶 程序 emq … inq … outq … 2/8/2023 54 ?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。 ?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 55 1）設備分配中的數(shù)據結構 ? 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)據結構： ?設備控制表 ?控制器控制表 ?通道控制表 ?系統(tǒng)設備表 2/8/2023 56 ①設備控制表（ DCT） ? 系統(tǒng)為每一設備都配置一張 ? 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 1 DCT 2 DCT 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 57 ②控制器控制表