第六章 输入输出系统(四)——缓冲区

引入缓冲区的主要原因:
缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。
缓冲区数据成批传入内存,也可进一步减少对CPU的中断频率
最终目的:提高CPU和I/O设备的并行性。

**单缓冲区:**加缓冲区是为了增加效率,OS在主存中为之分配一个缓冲区。CPU和外设轮流使用,一方处理完后等待对方处理
**双缓冲区:**进一步加快输入和输出速度,提高设备利用率制,输入:数据送入第一缓冲区,装满后转向第二缓冲区。读出:OS从第一缓冲区中移出数据,送入用户进程,再由CPU对数据进行计算。两个缓冲区,CPU和外设不再针对一块交替,可能实现连续处理无需等待对方。前提是CPU和外设对一块数据的处理速度相近。而如下图情况CPU仍需等待慢速设备。
双向通信至少两个缓冲区
**环形缓冲区:**增大缓冲区数量,设置多块缓冲区,用循环结构组织,只供两个相关进程使用,顺一个方向放入或取出
输入循环缓冲的进程同步
两个进程的控制:输入进程和计算进程并行执行,如何控制相应的两个指针不断顺时针方向移动,这样就可能出现两种情况:
1.Nexti赶上Nextg。意味着输入速度大于计算速度,缓冲区满,只能阻塞输入进程等计算进程取,此情况称为系统受计算限制。
2.Nextg赶上Nexti。意味着输入速度低于计算速度,缓冲区空,只能阻塞计算进程等输入进程放,此情况称为系统受I/O限制。

缓冲池
循环缓冲的问题
不能同时双向通讯
利用率不高。缓冲区是专用缓冲。(每个进程都要维护自己的一个循环缓冲区),使用有剩余时也不给其他进程使用,消耗大量内存空间。
系统并发程序很多时,许多这样的循环缓冲需要管理,比较复杂。
为提高缓冲区的利用率,目前广泛流行缓冲池,在池中设置多个可供若干个进程共享的缓冲区。

系统将多个缓冲区形成一个缓冲池。池中缓冲区为系统中所有的进程共享使用(如UNIX系统在块设备管理中设置了一个15个缓冲区组成的缓冲池)
组织形式:队列及队列指针

缓冲池的组成:
空缓冲区队列(所有进程都可用)
输入队列(n个进程有各自的队列)
输出队列(n个进程有各自的队列)

缓冲区可以工作在如下四种工作方式:
1.收容输入:Getbuf(emq),hin;输入数据填入一空缓冲区;Putbuf(inq,hin)
2.提取输入: Getbuf(inq),sin;从输入缓冲队列中取出一数据区的内容;Putbuf(emq,sin)
3.收容输出: Getbuf(emq),hout;输出数据填入一空缓冲区;Putbuf(outq,hout)
4.提取输出: Getbuf(outq),sout;从输出缓冲队列中取一数据区的内容;Putbuf(emq,sout)

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