操作系统缓冲区管理(单缓冲、双缓冲、循环缓冲以及缓冲池)

2025-06-20 00:31:34

一、缓冲区管理

(一)什么是缓冲区?有什么作用?

缓冲区是一个存储区域,可以由专门的硬件寄存器组成,也可利用内存作为缓冲区。使用硬件作为缓冲区的成本较高,容量也较小,一般仅用在对速度要求非常高的场合(如存储器管理中所用的联想寄存器,由于对页表的访问频率极高,因此使用速度很快的联想寄存器来存放页表项的副本)一般情况下,更多的是利用内存作为缓冲区,“设备独立性软件”的缓冲区管理就是要组织管理好这些缓冲区。

(二)单缓冲

假设某用户进程请求某种块设备读入若干块的数据。若采用单缓冲的策略,操作系统会在主存中为其分配一个缓冲区(若题目中没有特别说明,一个缓冲区的大小就是一个块)。注意:当缓冲区数据非空时,不能往缓冲区冲入数据,只能从缓冲区把数据传出;当缓冲区为空时,可以往缓冲区冲入数据,但必须把缓冲区充满以后,才能从缓冲区把数据传出。

(1)情况一:T>C

(2)情况二:T

(3)总结:

结论:采用单缓冲策略,处理一块数据平均耗时 Max(C, T)+M

(三)双缓冲

假设某用户进程请求某种块设备读入若干块的数据。若采用双缓冲的策略,操作系统会在主存中为其分配两个缓冲区(若题目中没有特别说明,一个缓冲区的大小就是一个块)双缓冲题目中,假设初始状态为:工作区空,其中一个缓冲区满,另一个缓冲区空

(1)情况一:T>C+M

(1)情况:T

结论:采用双缓冲策略,处理一个数据块的平均耗时为 Max (T, C+M)

(四)使用单/双缓冲在通信时的区别

两台机器之间通信时,可以配置缓冲区用于数据的发送和接受。显然,若两个相互通信的机器只设置单缓冲区,在任一时刻只能实现数据的单向传输。 若两个相互通信的机器设置双缓冲区,则同一时刻可以实现双向的数据传输。注:管道通信中的“管道”其实就是缓冲区。要实现数据的双向传输,必须设置两个管道

(五)循环缓冲区

将多个大小相等的缓冲区链接成一个循环队列。注:以下图示中,橙色表示已充满数据的缓冲区,绿色表示空缓冲区。

(六)缓冲池

缓冲池由系统中共用的缓冲区组成。这些缓冲区按使用状况可以分为:空缓冲队列、装满输入数据的缓冲队列(输入队列)、装满输出数据的缓冲队列(输出队列)。另外,根据一个缓冲区在实际运算中扮演的功能不同,又设置了四种工作缓冲区:用于收容输入数据的工作缓冲区(hin)、用于提取输入数据的工作缓冲区(sin)、用于收容输出数据的工作缓冲区(hout)、用于提取输出数据的工作缓冲区(sout)

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