操作系统缓冲区管理（单缓冲双缓冲循环缓冲以及缓冲池）

Posted 2022-12-28 bfhonor

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<C

（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<C+M

• 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）