操作系统~假脱机SPOOLing技术与缓冲区管理

文章目录

什么是脱机技术
假脱机技术—―输入/输出缓冲区
共享打印机的实现原理
缓冲区的管理
缓冲区的工作过程
- 单缓冲
- 双缓冲
- 循环缓冲区
- 缓冲池

什么是脱机技术

在传统的批处理操作系统中, 我们将输入数据统一写到磁带中, 又将输出数据统一写到磁带中, 这就是一种脱机技术

Tips:为什么称为“脱机”――脱离主机的控制进行的输入/输出操作。

假脱机技术—―输入/输出缓冲区

“假脱机技术”，又称“SPOOLing技术”是用软件的方式模拟脱机技术。SPOOLing系统的组成如下

共享打印机的实现原理

独占式设备―一只允许各个进程串行使用的设备。一段时间内只能满足一个进程的请求。共享设备――允许多个进程“同时”使用的设备（宏观上同时使用，微观上可能是交替使用)。可以同时满足多个进程的使用请求。

当多个用户进程提出输出打印的请求时，系统会答应它们的请求，但是并不是真正把打印机分配给他们,而是由假脱机管理进程为每个进程做两件事:

(1）在磁盘输出井中为进程申请一个空闲缓冲区（也就是说，这个缓冲区是在磁盘上的)，并将要打印的数据送入其中;
(2）为用户进程申请一张空白的打印请求表，并将用户的打印请求填入表中（其实就是用来说明用户的打印数据存放位置等信息的)，再将该表挂到假脱机文件队列上。

当打印机空闲时，输出进程会从文件队列的队头取出一张打印请求表，并根据表中的要求将要打印的数据从输出井传送到输出缓冲区，再输出到打印机进行打印。用这种方式可依次处理完全部的打印任务

虽然系统中只有一个台打印机，但每个进程提出打印请求时，系统都会为在输出井中为其分配一个存储区（相当于分配了一个逻辑设备），使每个用户进程都觉得自己在独占一台打印机，从而实现对打印机的共享。

SPoOLing 技术可以把一台物理设备虚拟成逻辑上的多台设备，可将独占式设备改造成共享设备。

缓冲区的管理

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

缓冲区的工作过程

CPU若是要写数据, 直接写入到内存缓冲区中, 缓冲区写完之后再使用I/O设备慢慢的读取数据, 提高CPU与I/O设备之间的并行性, 解决CPU与I/O设备速度不匹配问题, 降低中断的发生频率

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。

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

两台机器之间通信时，可以配置双缓冲区用于数据的发送和接受。

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

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。

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)

①输入进程请求输入数据

②计算进程想要取得一块输入数据

③计算进程想要将准备好的数据冲入缓冲区

④输出进程请求输出数据