缓冲技术 课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
缓冲池由内存中的一组缓冲区构成。 操作系统与用户进程将轮流地使用各个 缓冲区，以改善系统性能。 缓冲池的组成: ①空闲缓冲区队列emq ②输入队列inq ③输出队列outq
1.
除了上述三个队列外， 除了上述三个队列外，还应具有四种 工作缓冲区： 工作缓冲区： 用于收容输入数据的工作缓冲区。 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。 用于提取输出数据的工作缓冲区。
缓冲池工作在收容输入、提取输入、 缓冲池工作在收容输入、提取输入、 收容输出和提取输出四种方式下 ① 收容输入工作方式 ② 提取输入工作方式 ③ 收容输出工作方式 ④ 提取输出工作方式
缓冲池 收容输 入
hin
sin
提取输 入 收容输 出
提取输 出
sout
hout
用 户 程 序
图4-7缓冲池的工作方式 缓冲池的工作方式
(3)提高 提高CPU和I/O设备之间的并行性 提高 和 设备之间的并行性
缓冲的引入可显著提高CPU和设备的并行操作程度，提高 和设备的并行操作程度， 缓冲的引入可显著提高 和设备的并行操作程度 系统的吞吐量和设备的利用率。 系统的吞吐量和设备的利用率。
4.4.2缓冲技术的分类 缓冲技术的分类
缓冲有硬件缓冲和软件缓冲之分。 缓冲有硬件缓冲和软件缓冲之分。 根据系统设置的缓冲区个数， 根据系统设置的缓冲区个数，可以将缓 冲技术分为： 冲技术分为： 单缓冲、双缓冲、环形缓冲和缓冲池。 单缓冲、双缓冲、环形缓冲和缓冲池。
4.4.3缓冲的使用
getbuf(type): Putbuf(type,i): p(n); P(mutex); 指示的缓冲区挂到type type列 P(mutex) 把i指示的缓冲区挂到type列； type缓冲队列首摘下以缓冲区 缓冲队列首摘下以缓冲区； 从type缓冲队列首摘下以缓冲区； V（mutex); V(mutex); V(n);
(2)减少对 减少对CPU的中断频率， 放宽对中 的中断频率， 减少对 的中断频率 断响应时间的限制
如果I/O操作每传送 就要产生一次中断 ， 那么设置了 操作每传送1B就要产生一次中断 那么设置了n 如果 操作每传送 就要产生一次中断， 个字节的缓冲区后，则可以等到缓冲区满才产生中断， 个字节的缓冲区后，则可以等到缓冲区满才产生中断，这 样中断次数就减少到1/n， 样中断次数就减少到 ， 而且中断响应的时间也可以相 应地放宽。 应地放宽。
输入 I/o设备 设备
缓冲区
传送
用户区
图4—5 单缓冲方式Fra bibliotek双缓冲
双缓冲指在操作系统中为某一设备设置两 个缓冲区，当一个缓冲区中的数据尚未被 处理时可使用另一个缓冲区存放从设备读 入的数据，以此来进一步提高CPU和外设的 并行程度。 引入双缓冲，可以提高处理机与设备的并 行操作程度。
用户进程
操作系统
用户区
A B
I/O设备 设备
图4-6 双缓冲示意图
环形缓冲
通过增加缓冲区的数量可以增强缓冲 效果，将多缓冲组织成环形就构成了 环形缓冲。 环形缓冲中包含多个大小相等的缓冲 区，每个缓冲区中有一个链接指针最 后一个缓冲区指针指向第一个缓冲区。 环形缓冲仅适用于特定的I/O进程和 计算机进程。
缓冲池（Buffer Pool）
（1）改善CPU与I/O设备间速度 不匹配的矛盾
例如，通常的程序都是时而时而输出。 例如，通常的程序都是时而时而输出。若 没有缓冲，则程序在输出数据时， 没有缓冲，则程序在输出数据时，必然会由于 打印机的速度跟不上CPU，而使得CPU长时间 打印机的速度跟不上 ，而使得 长时间 地等待。 地等待。 在计算阶段，打印机又空闲无事。 在计算阶段，打印机又空闲无事。 在打印机或控制区中设置一缓冲区， 在打印机或控制区中设置一缓冲区，用来 快速暂存程序输出的数据， 快速暂存程序输出的数据，以后再由打印机慢 慢的从中取出数据打印。 慢的从中取出数据打印。 这样就实现了CPU与I/O设备之间的并行工 与 设备之间的并行工 这样就实现了 作。
4.4 缓冲技术
4.4.1缓冲技术的基本思想：
缓冲技术好比水库
和外设之间设立缓冲区， 在CPU和外设之间设立缓冲区，用以暂存 和外设之间设立缓冲区 用以暂存CPU和外 和外 设之间交换的数据，从而缓和CPU与外设速度不匹配所产 设之间交换的数据，从而缓和 与外设速度不匹配所产 生的矛盾。 生的矛盾。 凡是数据到达和离去速度不匹配的地方均可采用缓冲技 操作， 术。在操作系统中采用缓冲是为了实现数据的I/O操作， 在操作系统中采用缓冲是为了实现数据的 操作 以缓解CPU与外部设备之间速度不匹配的矛盾，提高资源 与外部设备之间速度不匹配的矛盾， 以缓解 与外部设备之间速度不匹配的矛盾 利用率。 利用率。
单缓冲
单缓冲指当一个进程发出一I/O请求时，操 作系统便在主存中为之分配一个缓冲区， 用来临时存放输入／输出数据。 由于单缓冲只设置一个缓冲区，那么在某 一时刻该缓冲区只能存放输入数据或输出 数据，而不能既是输入数据又是输出数据， 否则会引起缓冲区中数据的混乱。 由上所述可知，单缓冲只能缓解输入设备、 输出设备速度差异造成的矛盾，不能解决 外设之间的并行问题的。
以缓冲池为例 收容输 入
hin
sin
提取输 入 收容输 出
提取输 出
sout
hout
用 户 程 序
图4-7缓冲池的工作方式 缓冲池的工作方式
谢谢观看！ 谢谢观看！
4.4.3缓冲的使用
缓冲池管理的基本操作Getbuf过程和 缓冲池管理的基本操作Getbuf过程和 Getbuf Putbuf过程 Putbuf过程 Getbuf（type）：用于从type所指定的 Getbuf（type）：用于从type所指定的 ）：用于从type 队列的队首摘下一个缓冲区。 队列的队首摘下一个缓冲区。 Putbuf（type，number）： ）：用于将由参 Putbuf（type，number）：用于将由参 number所指示的缓冲区挂在type队列 所指示的缓冲区挂在type 数number所指示的缓冲区挂在type队列 上。
1.
除了上述三个队列外， 除了上述三个队列外，还应具有四种 工作缓冲区： 工作缓冲区： 用于收容输入数据的工作缓冲区。 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。 用于提取输出数据的工作缓冲区。
缓冲池工作在收容输入、提取输入、 缓冲池工作在收容输入、提取输入、 收容输出和提取输出四种方式下 ① 收容输入工作方式 ② 提取输入工作方式 ③ 收容输出工作方式 ④ 提取输出工作方式
缓冲池 收容输 入
hin
sin
提取输 入 收容输 出
提取输 出
sout
hout
用 户 程 序
图4-7缓冲池的工作方式 缓冲池的工作方式
(3)提高 提高CPU和I/O设备之间的并行性 提高 和 设备之间的并行性
缓冲的引入可显著提高CPU和设备的并行操作程度，提高 和设备的并行操作程度， 缓冲的引入可显著提高 和设备的并行操作程度 系统的吞吐量和设备的利用率。 系统的吞吐量和设备的利用率。
4.4.2缓冲技术的分类 缓冲技术的分类
缓冲有硬件缓冲和软件缓冲之分。 缓冲有硬件缓冲和软件缓冲之分。 根据系统设置的缓冲区个数， 根据系统设置的缓冲区个数，可以将缓 冲技术分为： 冲技术分为： 单缓冲、双缓冲、环形缓冲和缓冲池。 单缓冲、双缓冲、环形缓冲和缓冲池。
4.4.3缓冲的使用
getbuf(type): Putbuf(type,i): p(n); P(mutex); 指示的缓冲区挂到type type列 P(mutex) 把i指示的缓冲区挂到type列； type缓冲队列首摘下以缓冲区 缓冲队列首摘下以缓冲区； 从type缓冲队列首摘下以缓冲区； V（mutex); V(mutex); V(n);
(2)减少对 减少对CPU的中断频率， 放宽对中 的中断频率， 减少对 的中断频率 断响应时间的限制
如果I/O操作每传送 就要产生一次中断 ， 那么设置了 操作每传送1B就要产生一次中断 那么设置了n 如果 操作每传送 就要产生一次中断， 个字节的缓冲区后，则可以等到缓冲区满才产生中断， 个字节的缓冲区后，则可以等到缓冲区满才产生中断，这 样中断次数就减少到1/n， 样中断次数就减少到 ， 而且中断响应的时间也可以相 应地放宽。 应地放宽。
输入 I/o设备 设备
缓冲区
传送
用户区
图4—5 单缓冲方式Fra bibliotek双缓冲
双缓冲指在操作系统中为某一设备设置两 个缓冲区，当一个缓冲区中的数据尚未被 处理时可使用另一个缓冲区存放从设备读 入的数据，以此来进一步提高CPU和外设的 并行程度。 引入双缓冲，可以提高处理机与设备的并 行操作程度。
用户进程
操作系统
用户区
A B
I/O设备 设备
图4-6 双缓冲示意图
环形缓冲
通过增加缓冲区的数量可以增强缓冲 效果，将多缓冲组织成环形就构成了 环形缓冲。 环形缓冲中包含多个大小相等的缓冲 区，每个缓冲区中有一个链接指针最 后一个缓冲区指针指向第一个缓冲区。 环形缓冲仅适用于特定的I/O进程和 计算机进程。
缓冲池（Buffer Pool）
（1）改善CPU与I/O设备间速度 不匹配的矛盾
例如，通常的程序都是时而时而输出。 例如，通常的程序都是时而时而输出。若 没有缓冲，则程序在输出数据时， 没有缓冲，则程序在输出数据时，必然会由于 打印机的速度跟不上CPU，而使得CPU长时间 打印机的速度跟不上 ，而使得 长时间 地等待。 地等待。 在计算阶段，打印机又空闲无事。 在计算阶段，打印机又空闲无事。 在打印机或控制区中设置一缓冲区， 在打印机或控制区中设置一缓冲区，用来 快速暂存程序输出的数据， 快速暂存程序输出的数据，以后再由打印机慢 慢的从中取出数据打印。 慢的从中取出数据打印。 这样就实现了CPU与I/O设备之间的并行工 与 设备之间的并行工 这样就实现了 作。
4.4 缓冲技术
4.4.1缓冲技术的基本思想：
缓冲技术好比水库
和外设之间设立缓冲区， 在CPU和外设之间设立缓冲区，用以暂存 和外设之间设立缓冲区 用以暂存CPU和外 和外 设之间交换的数据，从而缓和CPU与外设速度不匹配所产 设之间交换的数据，从而缓和 与外设速度不匹配所产 生的矛盾。 生的矛盾。 凡是数据到达和离去速度不匹配的地方均可采用缓冲技 操作， 术。在操作系统中采用缓冲是为了实现数据的I/O操作， 在操作系统中采用缓冲是为了实现数据的 操作 以缓解CPU与外部设备之间速度不匹配的矛盾，提高资源 与外部设备之间速度不匹配的矛盾， 以缓解 与外部设备之间速度不匹配的矛盾 利用率。 利用率。
单缓冲
单缓冲指当一个进程发出一I/O请求时，操 作系统便在主存中为之分配一个缓冲区， 用来临时存放输入／输出数据。 由于单缓冲只设置一个缓冲区，那么在某 一时刻该缓冲区只能存放输入数据或输出 数据，而不能既是输入数据又是输出数据， 否则会引起缓冲区中数据的混乱。 由上所述可知，单缓冲只能缓解输入设备、 输出设备速度差异造成的矛盾，不能解决 外设之间的并行问题的。
以缓冲池为例 收容输 入
hin
sin
提取输 入 收容输 出
提取输 出
sout
hout
用 户 程 序
图4-7缓冲池的工作方式 缓冲池的工作方式
谢谢观看！ 谢谢观看！
4.4.3缓冲的使用
缓冲池管理的基本操作Getbuf过程和 缓冲池管理的基本操作Getbuf过程和 Getbuf Putbuf过程 Putbuf过程 Getbuf（type）：用于从type所指定的 Getbuf（type）：用于从type所指定的 ）：用于从type 队列的队首摘下一个缓冲区。 队列的队首摘下一个缓冲区。 Putbuf（type，number）： ）：用于将由参 Putbuf（type，number）：用于将由参 number所指示的缓冲区挂在type队列 所指示的缓冲区挂在type 数number所指示的缓冲区挂在type队列 上。