计算机操作系统设备管理
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从缓冲区A把数据送到用户进程区,用户进程便 可对数据进行加工计算;与此同时,输入设备填充 缓冲区B。 当缓冲区A空出后，输入设备再次向缓冲区1
输入。操作系统又可把缓冲区B的数据传送到
用户进程区,用户进程开始加工缓冲B的数据。
双缓冲
用户进程 处理机
工作区
读
缓冲区A 缓冲区B
写
I/O设备
双缓冲
用户进程 处理机
对于字符设备,缓冲区用于暂存用户输入的一行数 据，输入时，进程挂起等待输入完毕；输出时进程 将一行数据输入到缓冲区，继续执行处理。如果前 面的数据尚未提取完毕，则进程应阻塞。 用户进程 处理机 工作区
传送(M)
单缓冲
输入(T)
I/O设备
缓冲区属于临界资源，不允许多个进 程同时对一个缓冲区操作，读、写在单缓 冲上互斥发生，因此单缓冲无法实现CPU 与设备的并行操作。
循环缓冲
Nexti ：指示写进程下次可 用的空缓冲区R
R
Current_R
C
Next i
R
Next g
C G
Current_W
G G
循环缓冲
R
Current_R
C
Next i
R
Nextg ：指示读进程 下一个可用的缓冲区G
Next g
C G
Current_W
G G
循环缓冲
R
Current_R: 指示读进程 正在使用的缓冲区
继续它的计算，系统将缓冲区内容写到I/O设
备上。 进程执行读操作输入数据时，向系统申请 一个缓冲区，系统将一个物理记录的内容读 到缓冲区，根据进程要求，把当前需要的逻 辑记录从缓冲区中选出并传送给进程。
在输出数据时，只有在系统还来不及腾空 缓冲而进程又要写数据时，它才需要等待； 在输入数据时，仅当缓冲区空而进程又要 从 中读取数据时，它才被迫等待。 根据系统对缓冲区的不同设置，可把缓冲 技 术分为以下几类： 单缓冲 双缓冲 循环缓冲 缓冲池
循环缓冲
R
Current_R
C
Next i
R
Next g
C G
Current_W
G G
循环缓冲区的使用
（1）访问缓冲区的过程Getbuf ： –
–
Current_R= Nextg ; Nextg = Nextg next; 读操作；· · · · · ·
Current_W = Nexti ; Nexti = Nexti
Current_R
C
Next i
R
Next g
C G
Current_W
G G
循环缓冲
R
Current_R
C
Next i
R
Next g
C G
Current_W
G G
Current_W: 指示写进程 正在使用的缓冲区
进程同步问题
（1）Nexti指针追赶上Nextg指针。
这意味着进程输入数据的速度大于进程取数据的速度，已 把全部缓冲区装满。此时，写进程应阻塞，直到读进 程把某个缓冲区的数据全部提取完，使之成为空缓冲 区R，并调用Releasebuf过程将它释放时，才将写进 程唤醒。 （2）Nextg指针追赶上Nexti指针 这意味着读进程取数据的速度高于写进程输入数据的速度， 使全部缓冲区都被抽空，读进程只能阻塞，直到写进 程装满某个缓冲区，调用Releasebuf过程将它释放时， 才去唤醒计算进程。
工作区
读
缓冲区A 缓冲区B
写
I/O设备
如果C<T，由于M远小于T，在将磁盘上的一块数据 传送到缓冲区期间(所花时间为T)，计算机已完成将另 一个缓冲区中的数据传送到用户区并对这块数据进行计 算的工作，一块数据的传输和处理时间为T、即
max(C,T)，显然，这种情况下可保证块设备连续工作；
如果C>T，当上一块数据计算完毕后，需把一个缓 冲区中的数据传送到用户区，花费时间为M，再对这块
数据进行计算，花费时间为C，所以，一块数据的传输
和处理时间为C+M、即max(C,T)+M，这种情况下进程 不必要等待I/O。
双缓冲
计算机系统中的外围设备较多，读/写 数据速度有很大的差异，在向缓冲区读/写 数据的过程中，高速设备等待的情况仍然 比较严重，设备利用率比较低。
循环缓冲
环形缓冲技术是在主存中分配一组大小 相等的存储区作为缓冲区，并将这些缓冲区 链接起来，每个缓冲区中有一个指向下一个 缓冲的指针，最后一个缓冲区的指针指向第 一个缓冲区，这样n个缓冲区就成了一个环形。 三种类型的缓冲区：用于装输入数据 的空缓冲区R、已经装满数据的缓冲区G、以 及计算进程正在访问的工作缓冲区C。 设置了四个指针。
一次仅允许一个进程 访问的资源称为临界 资源。 硬件资源 如打印机、 磁带机等。 软件资源 如共享变 量、表格、队列、栈 等。
缓冲区属于临界资源，不允许多个进 程同时对一个缓冲区操作，读、写在单缓 冲上互斥发生，因此单缓冲无法实现CPU 与设备的并行操作。
双缓冲－－提高设备并行操作
输入数据时，首先填满缓冲区A,操作系统可
制作者：张晓艳 2010年5月
第四章 设备管理
设备管理程序的功能：
（1）提供和进程管理系统的接口。 （2）进行设备分类。按照设备类型和相应的分配算法把设
备和其他有关的硬件分别给请求该设备的进程，并把未分配到
所请求设备或其他有关硬件的进程放入等待队列。 （3）实现设备和设备、设备和CPU等之间的并行操作。 （4）进行缓冲管理，解决低速I/O设备与高速CPU之间传送 数据不匹配问题。
4.3 缓冲管理
引入缓冲技术的目的
•改善中央处理器与外围设备之间速度不配的 矛盾，凡是数据到达和离去速度不匹配的地方均 可采用缓冲技术。 •减少对CPU的中断频率，放宽对CPU中断响 应时间的限制， •提高CPU和I/O设备的并行性。
缓冲技术实现的基本思想：
பைடு நூலகம்
进程执行写操作输出数据时，向系统申
请一个缓冲区，若为顺序写请求，则不断把 数据填到缓冲区，直到被装满。此后，进程
单缓冲
单缓冲是操作系统提供的最简单的一种缓冲形 式。每当一个进程发出一个I/O请求时，操作系统 便在主存中为之分配一缓冲区，该缓冲区用来临 时存放输入/输出数据。 对于块设备,单缓冲机制如下工作： OS为进程分配一缓冲区，块设备输入时从磁 盘把一块数据输入缓冲区的时间为T，OS将缓冲 区的数据传送给用户区的时间为M，计算时间为 C，则T和C时可以并行的。数据处理时间约为 max[C，T]+M。
输入。操作系统又可把缓冲区B的数据传送到
用户进程区,用户进程开始加工缓冲B的数据。
双缓冲
用户进程 处理机
工作区
读
缓冲区A 缓冲区B
写
I/O设备
双缓冲
用户进程 处理机
对于字符设备,缓冲区用于暂存用户输入的一行数 据，输入时，进程挂起等待输入完毕；输出时进程 将一行数据输入到缓冲区，继续执行处理。如果前 面的数据尚未提取完毕，则进程应阻塞。 用户进程 处理机 工作区
传送(M)
单缓冲
输入(T)
I/O设备
缓冲区属于临界资源，不允许多个进 程同时对一个缓冲区操作，读、写在单缓 冲上互斥发生，因此单缓冲无法实现CPU 与设备的并行操作。
循环缓冲
Nexti ：指示写进程下次可 用的空缓冲区R
R
Current_R
C
Next i
R
Next g
C G
Current_W
G G
循环缓冲
R
Current_R
C
Next i
R
Nextg ：指示读进程 下一个可用的缓冲区G
Next g
C G
Current_W
G G
循环缓冲
R
Current_R: 指示读进程 正在使用的缓冲区
继续它的计算，系统将缓冲区内容写到I/O设
备上。 进程执行读操作输入数据时，向系统申请 一个缓冲区，系统将一个物理记录的内容读 到缓冲区，根据进程要求，把当前需要的逻 辑记录从缓冲区中选出并传送给进程。
在输出数据时，只有在系统还来不及腾空 缓冲而进程又要写数据时，它才需要等待； 在输入数据时，仅当缓冲区空而进程又要 从 中读取数据时，它才被迫等待。 根据系统对缓冲区的不同设置，可把缓冲 技 术分为以下几类： 单缓冲 双缓冲 循环缓冲 缓冲池
循环缓冲
R
Current_R
C
Next i
R
Next g
C G
Current_W
G G
循环缓冲区的使用
（1）访问缓冲区的过程Getbuf ： –
–
Current_R= Nextg ; Nextg = Nextg next; 读操作；· · · · · ·
Current_W = Nexti ; Nexti = Nexti
Current_R
C
Next i
R
Next g
C G
Current_W
G G
循环缓冲
R
Current_R
C
Next i
R
Next g
C G
Current_W
G G
Current_W: 指示写进程 正在使用的缓冲区
进程同步问题
（1）Nexti指针追赶上Nextg指针。
这意味着进程输入数据的速度大于进程取数据的速度，已 把全部缓冲区装满。此时，写进程应阻塞，直到读进 程把某个缓冲区的数据全部提取完，使之成为空缓冲 区R，并调用Releasebuf过程将它释放时，才将写进 程唤醒。 （2）Nextg指针追赶上Nexti指针 这意味着读进程取数据的速度高于写进程输入数据的速度， 使全部缓冲区都被抽空，读进程只能阻塞，直到写进 程装满某个缓冲区，调用Releasebuf过程将它释放时， 才去唤醒计算进程。
工作区
读
缓冲区A 缓冲区B
写
I/O设备
如果C<T，由于M远小于T，在将磁盘上的一块数据 传送到缓冲区期间(所花时间为T)，计算机已完成将另 一个缓冲区中的数据传送到用户区并对这块数据进行计 算的工作，一块数据的传输和处理时间为T、即
max(C,T)，显然，这种情况下可保证块设备连续工作；
如果C>T，当上一块数据计算完毕后，需把一个缓 冲区中的数据传送到用户区，花费时间为M，再对这块
数据进行计算，花费时间为C，所以，一块数据的传输
和处理时间为C+M、即max(C,T)+M，这种情况下进程 不必要等待I/O。
双缓冲
计算机系统中的外围设备较多，读/写 数据速度有很大的差异，在向缓冲区读/写 数据的过程中，高速设备等待的情况仍然 比较严重，设备利用率比较低。
循环缓冲
环形缓冲技术是在主存中分配一组大小 相等的存储区作为缓冲区，并将这些缓冲区 链接起来，每个缓冲区中有一个指向下一个 缓冲的指针，最后一个缓冲区的指针指向第 一个缓冲区，这样n个缓冲区就成了一个环形。 三种类型的缓冲区：用于装输入数据 的空缓冲区R、已经装满数据的缓冲区G、以 及计算进程正在访问的工作缓冲区C。 设置了四个指针。
一次仅允许一个进程 访问的资源称为临界 资源。 硬件资源 如打印机、 磁带机等。 软件资源 如共享变 量、表格、队列、栈 等。
缓冲区属于临界资源，不允许多个进 程同时对一个缓冲区操作，读、写在单缓 冲上互斥发生，因此单缓冲无法实现CPU 与设备的并行操作。
双缓冲－－提高设备并行操作
输入数据时，首先填满缓冲区A,操作系统可
制作者：张晓艳 2010年5月
第四章 设备管理
设备管理程序的功能：
（1）提供和进程管理系统的接口。 （2）进行设备分类。按照设备类型和相应的分配算法把设
备和其他有关的硬件分别给请求该设备的进程，并把未分配到
所请求设备或其他有关硬件的进程放入等待队列。 （3）实现设备和设备、设备和CPU等之间的并行操作。 （4）进行缓冲管理，解决低速I/O设备与高速CPU之间传送 数据不匹配问题。
4.3 缓冲管理
引入缓冲技术的目的
•改善中央处理器与外围设备之间速度不配的 矛盾，凡是数据到达和离去速度不匹配的地方均 可采用缓冲技术。 •减少对CPU的中断频率，放宽对CPU中断响 应时间的限制， •提高CPU和I/O设备的并行性。
缓冲技术实现的基本思想：
பைடு நூலகம்
进程执行写操作输出数据时，向系统申
请一个缓冲区，若为顺序写请求，则不断把 数据填到缓冲区，直到被装满。此后，进程
单缓冲
单缓冲是操作系统提供的最简单的一种缓冲形 式。每当一个进程发出一个I/O请求时，操作系统 便在主存中为之分配一缓冲区，该缓冲区用来临 时存放输入/输出数据。 对于块设备,单缓冲机制如下工作： OS为进程分配一缓冲区，块设备输入时从磁 盘把一块数据输入缓冲区的时间为T，OS将缓冲 区的数据传送给用户区的时间为M，计算时间为 C，则T和C时可以并行的。数据处理时间约为 max[C，T]+M。