【文章內(nèi)容簡介】 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(yuǎn)，雙緩沖的效果仍不夠理想； 為進(jìn)一步協(xié)調(diào)速度差，可增加緩沖區(qū)數(shù)量，同時(shí)進(jìn)行一定的多緩沖管理入和出的同步。 引入多緩沖機(jī)制。組織形式：循環(huán)緩沖、緩沖池。 1/31/2023 49 2）循環(huán)緩沖 (circular buffer) 1 6 2 5 3 4 R R G G C G Nexti Nextg current ?設(shè)置多塊緩沖區(qū) ?用循環(huán)結(jié)構(gòu)組織，只供兩個(gè)相關(guān)進(jìn)程使用 ?順一個(gè)方向放入或取出 循環(huán)緩沖的組成示意圖 1/31/2023 50 ①循環(huán)緩沖的組成 ? 多個(gè)緩沖區(qū)。 大小相同，三種類型： ? 預(yù)備裝輸入數(shù)據(jù)的空緩沖區(qū) R ? 裝滿數(shù)據(jù)的緩沖區(qū) G ? 計(jì)算進(jìn)程正在使用的現(xiàn)行工作緩沖區(qū) C ? 多個(gè)指針。 ? 指示正在使用的緩沖區(qū) C的指針 Current ? 指示 計(jì)算進(jìn)程 下一個(gè)可取的緩沖區(qū) G的指針Nextg ? 指示 輸入進(jìn)程 下次可放的緩沖區(qū) R的指針Nexti 1/31/2023 51 ②循環(huán)緩沖區(qū)的使用 ? 計(jì)算進(jìn)程 (CPU)和輸入進(jìn)程 (I/O操作 )可利用兩個(gè)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(shí)，可調(diào)用該過程 ?計(jì)算進(jìn)程?。?current=Nextg,G— C， nextg下移一個(gè)。 ?輸入進(jìn)程放： current=nexti， R— C， nexti下移一個(gè) Releasebuf過程： 計(jì)算進(jìn)程： CR 輸入進(jìn)程： CG 一個(gè)時(shí)段只能用于輸入或輸出，不能同時(shí)雙向通信。 1/31/2023 52 ③進(jìn)程同步 ? 兩個(gè)進(jìn)程的控制：輸入進(jìn)程和計(jì)算進(jìn)程并行執(zhí)行，如何控制相應(yīng)的兩個(gè)指針不斷順時(shí)針方向移動(dòng)，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(jì)算速度，緩沖區(qū)滿，只能阻塞輸入進(jìn)程等計(jì)算進(jìn)程取，此情況稱為系統(tǒng)受計(jì)算限制。 2. Nextg趕上 Nexti。意味著輸入速度低于計(jì)算速度，緩沖區(qū)空，只能阻塞計(jì)算進(jìn)程等輸入進(jìn)程放，此情況稱為系統(tǒng)受 I/O限制。 1/31/2023 53 3）緩沖池（ Buffer Pool） 循環(huán)緩沖的問題 ? 不能同時(shí)雙向通訊 ? 利用率不高。 緩沖區(qū)是 專用緩沖 。（每個(gè)進(jìn)程都要維護(hù)自己的一個(gè)循環(huán)緩沖區(qū)），使用有剩余時(shí)也不給其他進(jìn)程使用，消耗大量內(nèi)存空間。 ? 系統(tǒng)并發(fā)程序很多時(shí)，許多這樣的循環(huán)緩沖需要管理，比較復(fù)雜。 為提高緩沖區(qū)的利用率，目前廣泛流行緩沖池，在池中設(shè)置多個(gè)可供若干個(gè)進(jìn)程共享的緩沖區(qū)。 1/31/2023 54 ? 系統(tǒng)將多個(gè)緩沖區(qū)形成一個(gè)緩沖池。 ? 池中緩沖區(qū)為系統(tǒng)中所有的進(jìn)程共享使用 （如 UNIX系統(tǒng)在塊設(shè)備管理中設(shè)置了一個(gè) 15個(gè)緩沖區(qū)組成的緩沖池） ? 組織形式：隊(duì)列及隊(duì)列指針 i n queueem pt y queueout queueBu ff er P o olD evi ce C P U1/31/2023 55 ①緩沖池的組成 ? 對(duì)于既可輸入又可輸出的公用緩沖池，至少應(yīng)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(duì)列 ?空緩沖區(qū)隊(duì)列 （所有進(jìn)程都可用） ?輸入隊(duì)列 （ n個(gè)進(jìn)程有各自的隊(duì)列） ?輸出隊(duì)列 （ n個(gè)進(jìn)程有各自的隊(duì)列） *（隊(duì)列長度不固定，根據(jù)進(jìn)程實(shí)際情況靈活變動(dòng)，需要多少用多少） 1/31/2023 56 ? 工作狀態(tài)決定了 current有四種工作緩沖區(qū)： 狀態(tài) 操作者 ?收容輸入數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)； hin ?提取輸入數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)； sin ?收容輸出數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)； hout ?提取輸出數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)； sout cpu 設(shè)備 緩沖 1/31/2023 57 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(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(duì)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(duì)列中取一數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)容； Putbuf(emq,sout) 緩沖池 hin sout 磁盤 打印機(jī) sin hout 內(nèi)存 用戶 程序 emq … inq … outq … 1/31/2023 58 緩沖區(qū)的使用 ? Getbuf（隊(duì)列，工作區(qū)） ? Putbuf（隊(duì)列，工作區(qū)） ? 同步控制 ?每隊(duì)設(shè)置一個(gè)互斥信號(hào)量 MS； ?判斷每個(gè)隊(duì)列是否有可用的緩沖區(qū)，需一個(gè)資源信號(hào)量 RS。獲取緩沖區(qū)時(shí) P（ RS），釋放時(shí)V（ RS）。 緩沖池：可雙向緩沖；緩沖區(qū)整體利用率高。 1/31/2023 59 ?多道環(huán)境下，系統(tǒng)中設(shè)備是所有進(jìn)程共享的。要防止無序競爭 ，提高外設(shè)資源的利用率。 ?所以，除解決基本設(shè)備處理問題，還需由 OS進(jìn)行統(tǒng)一、合理的設(shè)備分配。 1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 2）設(shè)備分配需考慮的因素 3）設(shè)備的分配過程 ?設(shè)備獨(dú)立性 ?I/O系統(tǒng)的軟件層次 4） Spooling虛擬技術(shù) 設(shè)備分配 1/31/2023 60 1）設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ? 記錄相應(yīng)設(shè)備或控制器的 狀態(tài)， 及對(duì)設(shè)備或控制器進(jìn)行 控制 所需的 信息 。所需數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： ?設(shè)備控制表 ?控制器控制表 ?通道控制表 ?系統(tǒng)設(shè)備（總）表 1/31/2023 61 ①設(shè)備控制表（ DCT） ? 系統(tǒng)為每一設(shè)備都配置一張 ? 記錄本設(shè)備的情況。 設(shè)備類型 type 設(shè)備標(biāo)識(shí)符 deviceid 設(shè)備狀態(tài)：等待 /不等待 忙 /閑 指向控制器表的指針 重復(fù)執(zhí)行次數(shù)或時(shí)間 設(shè)備隊(duì)列的隊(duì)首指針 DCT 1 DCT 2 DCT n 設(shè)備控制表集合 指向因請(qǐng)求該設(shè)備而阻塞的 進(jìn)程的 PCB組 成的隊(duì)列。 1/31/2023 62 ②控制器控制表（ COCT） 控制器標(biāo)識(shí)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(duì)列的隊(duì)首指針 控制器隊(duì)列的隊(duì)尾指針 ? 系統(tǒng)為每一控制器都配置一張 ? 記錄本控制器的情況。 ③通道控制表 CHCT 通道標(biāo)識(shí)符： channelid 通道狀態(tài)：忙 /閑 與通道連接的控制器表首址 通道隊(duì)列的隊(duì)首指針 通道隊(duì)列的隊(duì)尾指針 1/31/2023 63 ④系統(tǒng)設(shè)備表（ SDT） 表目 1 表目 i 設(shè)備類型 設(shè)備標(biāo)識(shí)符 DCT 驅(qū)動(dòng)程序入口 ? 系統(tǒng)根據(jù)進(jìn)程對(duì)設(shè)備的請(qǐng)求進(jìn)行設(shè)備分配的過程： IO請(qǐng)求中的 設(shè)備名 ? SDT ? DCT ? COCT ? CHCT 細(xì)節(jié)考慮 1/31/2023 64 ? 設(shè)備固有屬性：獨(dú)占、共享、獨(dú)占但可虛擬。根據(jù)屬性采取互斥、次序調(diào)度、虛擬等不同分配策略。 ? 設(shè)備分配算法（對(duì)不同進(jìn)程的設(shè)備請(qǐng)求序列，如何進(jìn)行選擇），常采用兩種： ?FCFS ?優(yōu)先級(jí)高者優(yōu)先 ? 設(shè)備分配的安全性：進(jìn)程開始 I/O后就阻塞直到 I/O完成。不“請(qǐng)求和保持”（安全的）；允許連續(xù) I/O請(qǐng)求，是不安全的，此類分配方式需進(jìn)行安全性檢查。 ? 設(shè)備獨(dú)立性 ?用戶 IO請(qǐng)求中使用邏輯名申請(qǐng)某類設(shè)備，實(shí)際物理名稱是系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備類型分析分配后才確定的。 2）設(shè)備分配需考慮的因素 1/31/2023 65 3）獨(dú)占設(shè)備的分配過程 ? 基本分配步驟 （一個(gè)有通道的例子）： 1. 分配設(shè)備： ? 根據(jù) 請(qǐng)求設(shè)備名 ，查找 SDT，找到 DCT； ? 狀態(tài)、安全性等因素都可能導(dǎo)致本申請(qǐng)進(jìn)程阻塞，掛入 DCT等待隊(duì)列中。 2. 分配控制器 ? 通過 1步分配設(shè)備后，從 DCT找到 COCT； ? 檢查 COCT狀態(tài)字，若忙碌，進(jìn)程 PCB掛到其等待隊(duì)列 3. 分配通道 ? COCT找到 CHCT ? 判斷狀態(tài)， … ? 當(dāng)上述三步都通過后，才可啟動(dòng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸 1/31/2023 66 ? 設(shè)備分配程序的改進(jìn)細(xì)節(jié) 1. 增加設(shè)備的獨(dú)立性 ? 進(jìn)程使用邏輯設(shè)備名提出 I/O請(qǐng)求。 ? 系統(tǒng)從 SDT中依次找下去，直到找到一個(gè)該類設(shè)備中空閑可用的進(jìn)行分配。 2. 考慮多通路情況 ? 控制器、通道也是反復(fù)查找，直到找到一條通路。 1/31/2023 67 【 ?設(shè)備獨(dú)立性（無關(guān)性）】 —— Device Independence ? 指用戶編程時(shí)所用的設(shè)備名（邏輯上的）與實(shí)際物理設(shè)備無關(guān)； 好處： 1. 設(shè)備分配時(shí)的靈活性 3個(gè)物理設(shè)備（如打印機(jī)），程序中申請(qǐng)一臺(tái)打印機(jī)，執(zhí)行時(shí)不拘泥必須是某臺(tái)（如第 2個(gè)）打印機(jī) 2. 易于實(shí)現(xiàn) I/O重定向 指用于 I/O操作的設(shè)備可以更換（重定向），而不必 改變應(yīng)用程序。 程序調(diào)試、運(yùn)行中的“打印”，可通過修改邏輯設(shè)備表的顯示終端，實(shí)現(xiàn)不同時(shí)候的不同的設(shè)備使用。 根據(jù)請(qǐng)求設(shè)備名，查找 SDT 1/31/2023 68 邏輯 設(shè)備名 物理 設(shè)備名 驅(qū)動(dòng)程序 入口地址 / dev / tty 2 1024 / dev / printer 5 2046 … 邏輯設(shè)備名到物理設(shè)備名的映射 ① 邏輯設(shè)備表 LUT（ Logical Unit Table） ② LUT的設(shè)置問題 ? 整個(gè)系統(tǒng)設(shè)置一張 LUT（設(shè)備重名問題） ? 為每個(gè)用戶設(shè)置一張 LUT，記入各自 PCB。 1/31/2023 69 I/O系統(tǒng)的軟件層次 兩個(gè)概念： ? 邏輯設(shè)備：用戶應(yīng)用程序