操作系统 第8章幻灯片.ppt

用户进程 输入时间T 移动时间M 计算时间C ┇ 设备输入： 缓冲区： 拷贝到用户区： 用户区数据： 用户进程计算： 空 满 ··· t T=C M 图8.16单缓冲下处理数据块 满 满 满 ? 空 结束 对于TC，CT ? 8.5.2 单缓冲 单缓冲下设备并行问题: 单缓冲属于临界资源，不允许多个进程同时对一个缓冲区操作，故设备之间不能达到并行操作。 进一步说明；假定输入到缓冲块数据被立即打印出去，此时C 为打印一个数据块时间，并且仍假定 T=C，即输入的速度=输出的速度。这时输入与输出是串行操作的，即输入一个块数据时，输出等待，反之亦然。为使设备之间能够并行操作，就必须引入双缓冲。 8.5 缓冲技术 8.5.2 单缓冲 8.5.3 双缓冲 解决两台外设之间，I/O与计算之间并行操作问题是设置双缓冲，如图8.15（c）。 假定输入输出设备速度相同都需T 时间，如下图。 缓冲区1： 缓冲区2： 设备输入 设备输出 输入数据 输出数据 输入数据 t 输入数据 输出数据 T ··· 图8.17 （a）输入、输出并行操作 ? 结束 8.5.3 双缓冲 对于图8.16中的问题（输入、复制和计算），有两个缓冲区时： CPU将输入到一个缓冲区的数据取走的同时，输入设备可向另一个缓冲区输入数据。 CPU在计算时，输入设备也可以进行输入； 假定设备输入一块数据块时间T=2C+M，即输入数据的时间大于CPU计算时间，有 TC，处理一块数据平均时间为 max( T，C )。这时表明CPU存在等待设备，8.17（b）阴影部分；反之，若C T，则存在设备等待CPU。 8.5 缓冲技术 图8.17 双缓冲区的情况（b）输入、复制和计算 空 空 计算 缓冲区1： 缓冲区2： 传送数据： 用户区计算： 输入数据 计算 输入数据 输入数据 设备输入： t M T=2C+M C ··· ? 结束 闲 闲 显然,对于块数据的输入,复制,计算的处理为T=Max(T,C) 8.5.3 双缓冲 下一步 下一步 双缓冲分析： 双缓冲只是说明设备之间、CPU和设备并行操作简单模型，不能用于实际并行操作，有两个原因： 计算机系统中外围设备较多，各设备差异很大，双缓冲下设备间完全并行操作很难实现，可存在并行，但很不完全。图8.17（a）仅是理想情况。 CPU速度远高于外设，尤其出现阵发性I/O操作，使得CPU与设备间并行难以实现，因而,双缓冲情况下匹配设备和CPU速度受到制约。现代系统中一般使用多缓冲的循环缓冲或缓冲池结构。 8.5 缓冲技术 8.5.3 双缓冲 8.5.4 循环缓冲 可利用多缓冲来平滑计算与输入输出设备、输入设备与输出设备并行双方之间的数据流。多缓冲通常组织成循环缓冲的形式，如图 8.15（d）所示。 由图8.15（d）加以放大，可以有图8.18。通常多个缓冲的大小相同。 多缓冲组成 ┇ 8.15 （d）循环缓冲 I/O设备 进入 移动到 8.5 缓冲技术 E E C F F F Next-E Next-F Current-F 图8.18 循环缓冲 1 2 3 4 5 6 E E F F F F Next-E Next-F 1 2 3 4 5 6 (a) (b) 对用于输入的多缓冲分成三种类型，并有三个指针： 空缓冲区E；Next-E 指示进程下一个可用缓冲区E 满缓冲区 F；Next-F 指示进程下一个可用缓冲区F 工作缓冲区 C；Current指示进程正在使用缓冲区 8.5.4 循环缓冲 E→空 F→满 进程可利用申请和释放两个过程使用循环缓冲区： 多缓冲的使用与同步 申请一个缓冲区；对于计算进程，申请由Next-F指示缓冲区F供计算使用提取数据(复制到进程区)，且作为当前工作缓冲区，Next-F指针后移一个缓冲区。同理对于Next-E。 释放一个缓冲区；对于计算进程，释放已提取完数据缓冲区(由C改成E)。对于输入进程来说，已向当前空缓冲区输入完数据，应释放并将其改成缓冲区F。 8.5 缓冲技术 8.5.4 循环缓冲 输入与计算并行操作中，应考虑两种同步情况： Next-E 追上 Next-F；意味输入进程输入数据速度大于计算进程处理数据速度，已将全部缓冲区装满。这时阻塞输入进程，这种情况称为系统受计算限制。 Next-F追上Next-E；计算进程处理数据的速度大于输入进程的速度。这种情况称为系统受输入限制。 8.5 缓冲技术 8.5.4 循环缓冲 多缓冲的使用与同步 并行的一方速度超出了另一方不断工作所能完成的