在現(xiàn)代OS中，幾乎所有的I/O設備在與處理機（內存）交換數(shù)據(jù)時，都使用了緩沖區(qū)。因

為提高I/O速度和設備的利用率，在很大程度上都需要借助于緩沖技術來實現(xiàn)。緩沖管理的主要

功能是組織好這些緩沖區(qū)，并提供獲得和釋放緩沖區(qū)的手段。

    OS提供以下幾種緩沖形式：

 緩沖的引入

        在操作系統(tǒng)中，引入緩沖的主要原因，可歸納為以下三點：

          緩和CPU與I/O設備間速度不匹配的矛盾；

          減少對CPU的中斷頻率，防寬對中斷響應時間的限制；

          提高CPU和I/O設備之間的并行性；
            

            


            △ 利用緩沖寄存器實現(xiàn)緩沖
            
            

 單緩沖

        單緩沖是OS提供的最簡單的一種緩沖形式。每當一個用戶進程發(fā)出一I/O請求時，操

    作系統(tǒng)便在主存中為之分配一緩沖區(qū)，如下圖（a）：

        在塊設備輸入時，緩沖區(qū)用于暫存塊

    設備輸入的一塊數(shù)據(jù)；

        在字符設備輸入時，緩沖區(qū)用于暫存

    用戶輸入的一行數(shù)據(jù)。

 雙緩沖

        為了加快輸入、輸出速度和提高設備利用率，又引入了雙緩沖工作方式，也稱為緩沖

    對換（Buffer Swapping）方式。如下圖（b）：

        在設備輸入時，先將數(shù)據(jù)輸入第一緩

    沖區(qū)，裝滿后便轉向第二緩沖區(qū)。

        此時操作系統(tǒng)可從第一緩沖區(qū)中移出

    數(shù)據(jù)送用戶進程區(qū)，接著由CPU對數(shù)據(jù)進

    行計算。

        如果我們在實現(xiàn)兩臺機器之間的通信時，僅為它們配置了單緩沖，如下圖（a）：

        為了實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸，必須在兩臺機器中都設置兩個緩沖區(qū)，分別用作發(fā)送和接收緩

    沖區(qū)。如上圖（b）：

 循環(huán)緩沖

        當輸入、輸出或生產者--消費者的速度相差甚遠時，雙緩沖的效果則不夠理想，但可

    以增加緩沖區(qū)數(shù)量而使情況有所改善。因此，引入了多緩沖，并將多緩沖組織成循環(huán)緩沖形

    式。如下圖（c）：

    循環(huán)緩沖的組成

       多個緩沖區(qū)

             在循環(huán)緩沖中含有多個緩沖區(qū)，每個緩沖區(qū)的大小相同。緩沖區(qū)可分成三種類型：

          空緩沖區(qū)R；

          已裝滿數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)G；

          現(xiàn)行工作緩沖區(qū)C；

       多個指針

          Nextg----指示計算進程下一個可用的緩沖區(qū)G；

          Nexti----指示輸入進程下次可用的空緩沖區(qū)R；

          Current----指示計算進程正在使用的緩沖區(qū)單元。

       循環(huán)緩沖的組成如下圖：

    緩沖區(qū)的使用

          計算進程和輸入進程可利用下述兩個過程來使用循環(huán)緩沖區(qū)：

          Getbuf過程

          Releasebuf過程

    進程同步

          使用輸入緩沖可使輸入進程和計算進程并行執(zhí)行。相應地，指針Nexti和Nexitg將不

      斷地沿順時針方向移動，這樣就可能出現(xiàn)下述兩種情況：

          Nexti 指針追趕上Nextg 指針

          Nextg 指針追趕上Nexti 指針

 緩沖池

        上述的循環(huán)緩沖屬專用緩沖。當系統(tǒng)較大時，為了提高緩沖區(qū)的利用率，目前廣泛流

    行公用緩沖池，池中的緩沖區(qū)可供多個進程共享。

    緩沖池（Buffer Pool）的組成

       對于既可用于輸入和輸出的公用緩沖區(qū)，至少應含有以下三種類型的緩沖區(qū)：

          空（閑）緩沖區(qū)；  裝滿輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)；  裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)；

       為了管理上的方便，可將相同類型的緩沖區(qū)鏈成一個隊列，形成以下三個隊列：

          空緩沖隊列emq；

          輸入隊列inq；

          輸出隊列outq；

       除了上述三種（個）隊列外，還應具有四種工作緩沖區(qū)：

          用于收容輸入數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)；

          用于提取輸入數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)；

          用于收容輸出數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)；

          用于提取輸出數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)；

    Getbuf過程和Putbuf過程

          為使諸進程能互斥地和同步地訪問緩沖池隊列，可分別為每一隊列設置一個互斥信號

      量MS(type)和資源信號量RS(type)，過程描述如下：

    緩沖區(qū)的工作方式

          緩沖區(qū)可以工作在收容輸入、提取輸入、收容輸出、提取輸出四種工作方式下，如下

      圖：