操作系统14：缓冲区和磁盘调度算法

目录

1、缓冲区管理

（1）单缓冲区和双缓冲区

1.1 - 单缓冲区

1.2 - 双缓冲区

（2）环形缓冲区/多缓冲区

（3）缓冲池(Buffer Pool)

3.1 - 缓冲池的组成

3.2 - 缓冲池的工作方式

2、磁盘存储器的性能和调度

（1）磁盘的数据组织和格式

（2）磁盘格式化和磁盘分区

（3）磁盘调度算法

3.1 - 先来先服务(FCFS)

3.2 - 最短寻道时间优先(SSTF)

3.3 - 磁盘扫描(SCAN)算法

3.4 - 循环扫描(C-SCAN)算法

3.5 - NStep-SCAN 调度算法

3.6 - F-SCAN 调度算法

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1、缓冲区管理

        缓冲区是一个存储区域，它可以由专门的硬件寄存器组成，也可以由内存组成。

        由寄存器组成的缓冲区较小，成本较高，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存储器，设备控制器中用的数据缓冲区等。更多情况下，都是使用内存作为缓冲区。

（1）单缓冲区和双缓冲区

        如果在生产者与消费者之间未设置任何缓冲，生产者与消费者之间在时间上会相互限制。例如，生产者已经完成了数据的生产，但消费者尚未准备好接收，生产者无法把所生产的数据交付给消费者，此时生产者必须暂停等待，直到消费者就绪。如果在生产者与消费者之间设置了一个缓冲区，则生产者无需等待消费者就绪，便可把数据输出到缓冲区。//例如消息队列

1.1 - 单缓冲区

        当用户进程发出 I/O请求时，操作系统便在主存中为之分配一个缓冲区。

        由于缓冲区是共享资源，生产者与消费者在使用缓冲区时必须互斥。如果消费者尚未取走缓冲区中的数据，即使生产者又生产出新的数据，也无法将它送入缓冲区，生产者等待。

1.2 - 双缓冲区

        为了加快输入和输出速度，提高设备利用率，又引入了双缓冲区机制，也称为缓冲对换(Buffer Swapping)。在设备输入时，先将数据送入第一缓冲区，装满后便转向第二缓冲区。//表面上看，无非就是多了一份缓冲区容量

        双缓冲区在两台机器之间的通信应用

        如果两台机器之间的通信仅使用单缓冲区，那么它们之间在任一时刻都只能实现单方向的数据传输。例如，只允许把数据从 A 传送到 B 或者从 B 传送到 A，而绝不允许双方同时向对方发送数据。//半双工通信

        为了实现双向数据传输，必须在两台机器中都设置两个缓冲区，一个用作发送缓冲区，另一个用作接收缓冲区。

（2）环形缓冲区/多缓冲区

        环形缓冲区由多个缓冲区的组成，其每个缓冲区的大小相同。其中的缓冲区可分为三种类型：空缓冲区 R、已装满数据的缓冲区 G 以及正在使用的缓冲区 C，如下图所示。//多缓冲区

        因此，环形缓冲区也包含多个指针。如，用于指示下一个有数据的缓冲区 G 的指针 Nextg，指示下次可用的空缓冲区 R 的指针 Nexti，以及用于指示正在使用的缓冲区 C 的指针 Current。

// 对空间的循环使用，比如循环队列等

（3）缓冲池(Buffer Pool)

        当系统较大时，会有许多的循环缓冲区，这不仅要消耗大量的内存空间，而且其利用率不高。为了提高缓冲区的利用率，可以使用既可用于输入又可用于输出的公用缓冲池，在池中设置了多个可供进程共享的缓冲区。//统一管理缓冲区

        缓冲池与缓冲区的区别在于：缓冲区仅仅是一组内存块的链表࿰