高速緩存

1、,操作系統(tǒng)內(nèi)核的I/O子系統(tǒng),內(nèi)核I/O子系統(tǒng),內(nèi)核與I/O有關(guān)服務： I/O調(diào)度、緩沖、高速緩沖、spooling、設備預訂、錯誤處理.內(nèi)核I/O子系統(tǒng)負責：文件和設備命名空間的管理文件和設備訪問控制操作控制（for example,a moderm cannot seek()）文件系統(tǒng)空間的分配設備分配緩沖、高速緩存、假脫機I/O調(diào)度設備狀態(tài)監(jiān)控、錯誤處理、失敗恢復設備驅(qū)動程序的配置和初始化,,I/O調(diào)度,I/O

2、調(diào)度：調(diào)度一組I/O請求就是確定一個好的順序來執(zhí)行這些請求。某些I/O需要按設備隊列的順序--先來先服務 某些操作系統(tǒng)嘗試著公平--優(yōu)先級高者優(yōu)先 磁盤I/O調(diào)度實現(xiàn)OS通過為每個設備維護一個請求隊列來實現(xiàn)調(diào)度。可以試圖公平，也可以根據(jù)不同的優(yōu)先級進行I/O調(diào)度。其他方法：緩沖、高速緩沖、假脫機,緩沖buffer,緩沖 Buffering—用來保存在兩設備之間或在設備和應用程序之間所傳輸數(shù)據(jù)的內(nèi)存區(qū)域。。緩沖區(qū)管理：為了

3、解決CPU與I/O之間速度不匹配的矛盾，在它們之間配置了緩沖區(qū)。這樣設備管理程序又要負責管理緩沖區(qū)的建立、分配和釋放。緩沖作用：解決設備速度不匹配解決設備傳輸塊的大小不匹配為了維持拷貝語義“copy semantics”要求單緩沖、雙緩沖、多緩沖、緩沖池,高速緩存,高速緩存 Caching—高速緩存（cache）：是可以保留數(shù)據(jù)拷貝的高速內(nèi)存。緩沖與高速緩存的差別是緩沖只是保留數(shù)據(jù)僅有的一個現(xiàn)存拷貝，而根據(jù)定義高速緩存只是

4、提供了一個駐留在其他地方的數(shù)據(jù)的一個高速拷貝。高速緩存和緩沖是兩個不同的功能，但有時一塊內(nèi)存區(qū)域也可以同時用于兩個目的。當內(nèi)核接收到I/O請求時，內(nèi)核首先檢查高速緩存以確定相應文件的內(nèi)容是否在內(nèi)存中。如果是，物理磁盤I/O就可以避免或延遲。,假脫機技術(shù),SPOOLing（Simultaneous Peripheral Operation On Line），稱為假脫機技術(shù)。：用來保存設備輸出的緩沖，這些設備如打印機不能接收交叉的數(shù)據(jù)流

5、。操作系統(tǒng)通過截取對打印機的輸出來解決這一問題。應用程序的輸出先是假脫機到一個獨立的磁盤文件上。當應用程序完成打印時，假脫機系統(tǒng)將相應的待送打印機的假脫機文件進行排隊Printing：打印機雖然是獨享設備，通過SPOOLing技術(shù)，可以將它改造為一臺可供多個用戶共享的設備。,設備預訂和錯誤處理,設備預訂—提供對設備的獨占訪問分配和再分配的系統(tǒng)調(diào)用有可能產(chǎn)生死鎖錯誤處理 Error Handling 操作系統(tǒng)可以恢復磁盤讀

6、，設備無效，暫時的失敗當I/O失敗時，大多數(shù)返回一個錯誤碼 系統(tǒng)日志記錄了出錯報告,,內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),內(nèi)核需要保存留I/O組件使用的狀態(tài)信息，包括打開文件表，網(wǎng)絡連接，字符設備狀態(tài)等許多復雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用來跟蹤緩沖，內(nèi)存分配，及“臟”塊某些OS用面向?qū)ο蟮姆椒ê拖鬟f的方法來實現(xiàn)I/O,,UNIX I/O內(nèi)核結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)換I/O請求為硬件操作,I/O請求到硬件操作考慮一個進程從磁盤中讀取一個文件過程確定保存文件的設備轉(zhuǎn)換名字到設

7、備的表示法把數(shù)據(jù)從磁盤讀到緩沖區(qū)中通知請求進程數(shù)據(jù)現(xiàn)在是有效的把控制權(quán)返回給進程,I/O請求的周期,數(shù)據(jù)已在緩沖區(qū),啟動I/O設備,習題分析,1．在操作系統(tǒng)中，用戶在使用I/O設備時，通常采用 　A．設備的絕對號 　　B．設備的相對號　　C．虛擬設備號　　　 D．設備名2．在現(xiàn)代操作系統(tǒng)中采用緩沖技術(shù)的主要目的是 A.改善用戶編程環(huán)境 B.提高CPU的處理速度

8、C.提高CPU和設備之間的并行程度 D.實現(xiàn)與設備無關(guān)性 3. 設備的打開、關(guān)閉、讀、寫等操作是由 完成的。A．用戶程序 B．編譯程序 C．設備分配程序 D．設備驅(qū)動程序,習題分析,4．I/O系統(tǒng)有三種常用方式來與主機交換數(shù)據(jù)，它們是程序輪詢方式、中斷方式和ＤＭＡ方式，其中ＤＭＡ方式主要由硬件來實現(xiàn)，此時高速外設和內(nèi)存之間進行數(shù)據(jù)交換 。A．不通過ＣＰＵ的控制，不利用系統(tǒng)總