【操作系统·考研】设备独立性软件

1.磁盘高速缓存(Disk Cache)

OS使用磁盘高速缓存来提高磁盘的I/O速度，对磁盘高速缓存的访问要比对磁盘数据的直接访问更为高效。
磁盘高速缓存技术不同于常规意义下的介于CPU和内存之间的小容量高速存储器，而是利用内存中的存储空间暂存从磁盘中读出的一系列盘块中的信息，因此，磁盘高速缓冲物理上是驻留在内存中的盘块，逻辑上属于磁盘。

高速缓存在内存中分为两种形式，一种是在内存中开辟一个单独的空间作为磁盘高速缓存；另一种是把未利用的内存空间作为一个缓冲池，供请求分页系统和磁盘I/O时共享。

2.缓冲区(Buffer)

2.1 概述

引入缓冲区技术的目的：

1. 缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。
2. 减少对CPU的中断频率，放宽对CPU中断响应时间的限制。
3. 解决基本数据单位(数据粒度)不匹配的问题。
4. 提供CPU与I/O设备之间的并行性。

2.2 实现方法

2.2.1 硬件缓冲器

但是硬件缓冲器成本太高，除了一些关键部位外，其他地方一般很少使用硬件缓冲器。

2.2.2 缓冲区(位于内存区域)

2.2.2.1 单缓冲

在内存中设置一个缓冲区，当设备和处理机需要交换数据时，先将数据写入缓冲区，然后需要数据的设备或处理机就从缓冲区取走数据。在一方写入或取出数据的过程中，另一方需要等待。

通常认为 工作区大小 ≈ 缓冲区大小。

单缓冲区对每块数据的处理用时为max(C,T) + M。

2.2.2.2 双缓冲

由于在数据传送时间M内，CPU处于空闲状态，因而CPU的利用率不高，因此引入双缓冲。I/O设备输入数据时先装填数据到缓冲区1，在缓冲区1装满后再去装填缓冲区2，与此同时处理机可以从缓冲区1取出数据送入工作区，当缓冲区1中的数据处理完之后，若缓冲区2的数据已经填满，则处理机又从缓冲器2取出数据进行处理，而此时I/O设备可能又把缓冲区1的数据填满了，然后如此反复。

双缓冲区对每块数据的处理用时为max(C + M,T)。