《信息安全系统设计与实现》第十一周学习笔记

第十二章块设备I/O和缓冲区管理

块设备I/O缓冲区

I/O缓冲的基本原理非常简单。文件系统使用一系列I/O缓冲区作为块设备的缓存内存。当进程试图读取（dev，blk）标识的磁盘块时。它首先在缓冲区缓存中搜索分配给磁盘块的缓冲区。如果该缓冲区存在并且包含有效数据、那么它只需从缓冲区中读取数据、而无须再次从磁盘中读取数据块。如果该缓冲区不存在，它会为磁盘块分配一个缓冲区，将数据从磁盘读人缓冲区，然后从缓冲区读取数据。

当某个块被读入时、该缓冲区将被保存在缓冲区缓存中，以供任意进程对同一个块的下一次读/写请求使用。同样，当进程写入磁盘块时，它首先会获取一个分配给该块的缓冲区。然后，它将数据写入缓冲区，将缓冲区标记为脏，以延迟写入，并将其释放到缓冲区缓存中。由于脏缓冲区包含有效的数据，因此可以使用它来满足对同一块的后续读/写请求，而不会引起实际磁盘I/O。

Unix/IO缓冲区管理算法

I/O缓冲区

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typdef struct buf[
struct buf*next__free;// freelist pointer
struct buf *next__dev;// dev_list pointer int dev.,blk;
// assigmed disk block;int opcode;
// READ|wRITE int dirty;
// buffer data modified
int async;
// ASYNC write flag int valid;
//buffer data valid int buay;
// buffer is in use int wanted;
// some process needs this buffer struct semaphore lock=1; /
// buffer locking semaphore; value=1
struct semaphore iodone=0;// for process to wait for I/0 completion;// block data area char buf[BLKSIZE];)
} BUFFER;
BUFFER buf[NBUF],*freelist;// NBUF buffers and free buffer list

设备表

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struct devtab{
u16 dev;
// major device number // device buffer list BUFFER *dev_list;BUFFER*io_queue
// device I/0 queue ) devtab[NDEV];

Unix getblk/brelse算法

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BUFFER *getblk(dev,blk){
    while(1){
     search dev_list for a bp=(dev,blk);
     if (bp in dev_lst)
       if(bp BUSY)
          set bp WANTED flag;
          sleep(bp);
          continue;
           }
      take bp put of freelist;
      mark bp BUSY;
      return bp;
}

Unix算法的优点：

数据的一致性；
缓存效果；
临界区；

Unix算法的缺点：

效率低下；
缓存效果不可预知；
可能会出现饥饿；
该算法使用只适用于单处理系统的休眠/唤醒操作。

使用信号量的缓冲区管理算法

保证数据一致性
良好的缓存效果
高效率：没有不必要进程唤醒
无死锁和饥饿

perror（）函数实践

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#include<stdio.h>
#include<errno.h>
#include<stdlib.h>
int main(){
   FILE* fd;
   fd=fopen("test","r");
   if(fd==NULL){
       perror("error:");
       return -1;
    }
    return 0;
}