OS(十九)：设备管理之 缓冲管理

1、缓冲引入

　　为缓和CPU和I/O设备速度不匹配的矛盾，提高CPU和I/O设备的并行性，I/O设备在与处理机交换数据时都使用了缓冲区。

　　缓冲管理主要职责是组织好这些缓存区，提供获得和释放缓冲区的手段。

　　1、缓和CPU和I/O设备间速度不匹配的矛盾；

　　2、减少对CPU的中断频率，放宽对CPU中断响应时间的限制。

2、单缓冲和双缓冲

　　单缓冲，每当用户进程发出一 I/O 请求时，操作系统便在主存中为之分配一缓冲区。在字符设备输入时。缓冲区用于暂存用户输入的一行数据，在输入期间，用户进程被挂起以等待数据输入完毕；在输出时，用户进程将一行数据输入到缓冲区后，继续进行处理。

　　双缓冲，也称为缓冲对换(Buffer Swapping)。在设备输入是，先将数据送入第一缓冲区，装满后转向第二缓冲区。

 

　　单缓冲，任一时刻只能实现单方向的数据传输；为实现双向数据传输，在设置两个缓冲区，一个用作发送缓冲区，一个用作接收缓冲区。

3、缓冲池(Buffer Pool)

3.1、缓冲池的组成

3.1.1、缓冲区类型

　　空(闲)缓冲区；

　　装满输入数据的缓冲区；

　　装满输出数据的缓冲区。

3.1.2、队列类型

　　空缓冲队列emq；

　　输入队列 inq；

　　输出队列 outq；

3.1.3、工作缓冲区

　　用于收容输入数据的工作缓冲区

　　用于提取输入数据的工作缓冲区

　　用于收容输出数据的工作缓冲区

　　用于提取输出数据的工作缓冲区

3.2、缓冲区的工作方式

　　缓冲区工作在收容输入、提取输入、收容输出和提取输出四种工作方式。

 

　　收容输入：输入进程需要输入数据,调用GetBuf(emq)过程，从空缓冲队列emq的队首摘下一空缓冲区，将它作为收容输入工作缓冲区hin。

　　提取输入：进程需要输入数据时，调用GetBuf(inq)，从输入队列inq的队首取得一个缓冲区，作为提取输入工作缓冲区(sin)，计算进程从中提取数据。

　　收容输出：进程需要输出时，调用GetBuf(emq)过程从空缓冲队列emq的队首取得一个空缓冲区，作为收容输出工作缓冲区hout。

　　提取输出：输出进程调用GetBuf(outq)过程，从输出队列的队首取得一装满输出数据的缓冲区，作为提取输出工作缓冲区sout。