缓冲技术驱动调度技术.ppt

缓冲技术 5.4.1 单缓冲 5.4.2 双缓冲 5.4.3 多缓冲 5.4缓冲技术(1) 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， ?协调逻辑记录大小与物理记录大小不一致， ?提高CPU和I/O设备的并行性。 缓冲技术(2)缓冲技术实现基本思想 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。 5.4.1 单缓冲 对于块设备,单缓冲机制如下工作： C为数据计算时间，T为外设与缓冲区传输时间，M为用户区与缓冲区传输时间， 数据处理时间约为max[C，T]+M， 对于字符设备,单缓冲机制如下工作： 缓冲区可存放一行数据。 5.4.2 双缓冲(1) 输入数据时，首先填满缓冲区1,操作系统可从缓冲区1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2 当缓冲区1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2的数据传送到用户进程区,用户进程开始加工缓冲2的数据。 双缓冲(2) 传输和处理一块的时间(1) 如果计算时间CI/O传输时间T，由于缓冲区传到用户区时间M远小于T，在将磁盘上的一块数据传送到缓冲区其间，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。 双缓冲(3) 传输和处理一块的时间(2) 如果CT，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。 5.4.3 多缓冲(1) 操作系统从主存区域中分配一组缓冲区组成循环缓冲，每个缓冲区的大小等于物理记录的大小。多缓冲的缓冲区是系统的公共资源，可供各个进程共享，并由系统统一分配和管理。 缓冲区可用途分为：输入缓冲区，处理缓冲区和输出缓冲区。 多缓冲(2) Unix I/O字符缓存队列 5.4.4缓冲区高速缓存 (1) 内核建立数据缓冲区高速缓存，专门用于保存最近被使用过的磁盘数据块。 数据缓冲区高速缓存实现思想： 1 当请求从指定文件读写数据时，给定设备号和盘块号，必须能快速查询该数据块是否在高速缓存中，如果在的话，是在哪个缓冲区并能获得其内容； 2高速缓存中的每个缓冲区链表都有一个缓冲控制块，包含：逻辑设备号、盘块号、高速缓存虚拟地址、数据所属文件描述符、数据在文件内的位移等等；如果数据块不在高速缓存中，则需要从磁盘上读数据，并将其缓冲起来，系统采用合适的算法把尽可能多的数据保存在缓冲区高速缓存。 缓冲区高速缓存 (2) 3向磁盘上写的数据也被暂存于数据缓冲区高速缓存中，以供回写磁盘之前再次使用。内核还会判定数据是否真的需要回写，或数据是否很快就要被回写，尽量采用延迟写来减少I/O次数。 4当有文件关闭或撤销时，可采用策略(如LRU)把单独的缓冲区链在一起，于是，最不可能被再次访问的缓冲区将被最先重用。 5 提供一组高速缓存操作，为文件驱动程序实现读写文件数据。 5.5 驱动调度技术(1) 5.5.1 存储设备的物理结构 5.5.2 循环排序 5.5.3 优化分布 5.5.4 搜查定位 5.5.5 独立磁盘冗余阵列 5.5.6 提高磁盘I/O速度的一些方法 驱动调度技术(2) 驱动调度:能按最佳次序执行访问请求的调度。相应有驱动调度算法。 驱动调度能减少为若干个I/O请求服务所需的总时间，提高系统效率、除了I/O请求的优化排序外，信息在辅助存储器上的排列方式，存储空间分配方法都能影响存取访问速度。 5.5.1 存储设备的物理结构(1) 顺序存取存储设备是严格依赖信息的物理位置进行定位和读写的存储设备 具有存储容量大、稳定可靠、卷可装卸和便于保存等优点 存储设备的物理结构(2)直接存取存储设备 磁盘是一种直接(随机)存取存储设备。每个物理记录有确定的位置和唯一的地址，存取任何一个物理块所需的时间几乎不依赖于此信息的位置。 访问磁盘记录参数：柱面号、磁头号、