缓冲技术
- 单缓冲区：初始：工作区满，缓冲区空
每块用时max(处理时间, 输入时间) + 传送时间 - 双缓冲区：先装1，1满才装2。初始：工作区空，1空，2满
每块用时max(处理时间, 传送时间) + 输入时间
- 若 处理时间 + 传送时间 < 输入时间，可使块设备连续输入
- 若 处理时间 + 传送时间 > 输入时间，可使CPU不必等设备输入
- 缓冲池：多个系统公用的缓冲区。
- 真题：
- 键盘中断（按一次触发一次中断）服务例程执行结束时，所输入的数据存放位置是：
- CPU通用寄存器：是程序处理内部暂存
- 键盘控制器数据缓冲区：它的功能是，按多个键记录手同时按了谁，比如ctrl+shift，然后整体发出
- 内核缓冲区：先做下一步处理再给用户看 √
- 用户缓冲区
- 三队列
- 空缓冲队列
- 输入队列：装满输入数据的缓冲队列
- 输出队列：装满输出数据的缓冲队列
- 四工作缓冲区
- 收容输入工作缓冲区
- 提取输入工作缓冲区
- 收容输出工作缓冲区
- 提取输出工作缓冲区
- 三队列+四区工作流程：
- 当输入进程要输入数据，从空缓冲队列首部取一，作为收容输入放入数据，装满后挂到输入队列队尾。
- 当计算进程要使用数据，从输入队列首部取一，作为提取输入拿走数据，用完后挂到空缓冲队列队尾。
- 当计算进程要输出数据，从空缓冲队列首部取一，作为收容输出放入数据，装满后挂到输出队列队尾。
- 当输出进程要输出数据，从输出队列首部取一，作为提取输出拿走数据，用完后挂到空缓冲队列队尾。
SPOOLing技术
| 关键点 | 内容 |
|---|---|
| 核心思想 | 通过输入/输出井虚拟化独占设备，实现共享，即让多个作业共享一台独占设备 |
| 依赖条件 | 1. 外存（井文件） 2. 多道程序设计 |
| 虚拟实现 | 多道程序技术+磁盘缓冲 |
| 数据流方向 | 输入设备 → 输入井 → CPU → 输出井 → 输出设备 |
| 用户权限 | 仅操作内存缓冲区的数据读写，设备与井的传输由系统OS后台进程管理。 |
| 典型应用 | 打印机共享，批量作业处理，磁带机操作 |
| 不适合应用 | 不适用于交互式I/O（如键盘输入），仅适合批处理作业 |
| 对比缓冲技术 | SPOOLing持久化到磁盘，缓冲仅暂存于内存 |
- 输入/输出井：本质是磁盘缓冲，必须依赖外存（如硬盘）
- 输入/输出进程：本质是后台进程，负责设备与井之间的数据传输（SPOOLing技术/系统控制，用户不感知）。由操作系统内核管理，用户无权直接干预。
- 井管理程序就是用户进程，只负责自己的缓冲区。
- 目标：空间换时间，用户与物理设备解耦，传输对用户透明。
- 请求队列：多个用户作业共享设备时的排队机制（如打印队列）。排队可能调度：FIFO、优先级。
- 外围控制机将 低速IO设备上数据 传到 高速磁盘上：外围控制机是专门管理低速I/O设备（如打印机、卡片阅读器）与高速磁盘（SPOOLing缓冲区）之间数据传输的硬件控制器或专用处理机。它的工作有：
- 数据中转：将低速设备的数据预先传输到磁盘（输入井）或从磁盘（输出井）传回设备。
- 调度管理：协调多台I/O设备的并发操作，避免主机等待。
- 缓冲机制：通过磁盘缓冲实现速度匹配（低速设备vs高速CPU/磁盘）。
- 与缓冲技术的区别：
- 缓冲（Buffer）：仅解决速度差异（如CPU vs 内存），数据不持久。
- SPOOLing：解决设备独占性，数据持久化到磁盘（井文件）。
- 性能影响：
- 优点：提高I/O速度、减少空闲时间、支持多作业并发。
- 缺点：占用额外磁盘空间、增加系统复杂度。
- 与DMA的对比：
| 对比项 | SPOOLing | DMA (Direct Memory Access) |
|---|---|---|
| 控制主体 | 操作系统（软件） | DMA 控制器（硬件） |
| 数据目标 | 磁盘（输入/输出井） | 内存 |
| 速度匹配 | 解决低速设备与 CPU 的矛盾 | 解决高速设备与内存的矛盾 |
| 传输单位 | 文件/作业级 | 数据块级（如磁盘扇区） |
| CPU 干预 | 需要调度和管理进程 | 传输期间完全不需要 CPU 参与 |
| 典型应用 | 打印机共享、批处理作业 | 磁盘、网卡、显卡等高速设备 |
| 依赖条件 | 需要多道程序设计和外存 | 需要 DMA 控制器和总线支持 |
- 与传统IO的对比：
| 特性 | SPOOLing 系统 | 传统 I/O 方式 |
|---|---|---|
| 设备共享性 | 虚拟共享（多作业并发使用） | 独占（单作业独占设备） |
| CPU 利用率 | 高（CPU 不等待 I/O） | 低（CPU 需等待 I/O 完成） |
| 用户控制层级 | 用户仅控制内存缓冲区，设备传输由系统管理 | 用户直接控制设备 |
| 依赖技术 | 多道程序设计 + 外存支持 | 无特殊要求 |
| 数据持久性 | 数据暂存于磁盘（井文件） | 数据不持久 |
| 适用场景 | 打印机、磁带机等独占设备 | 简单交互式 I/O |
- 做题
对于SPOOLing技术的描述，错误的是：
A、 只能在多任务操作系统上使用
B、 可以将物理上的独占设备抽象成逻辑上的共享设备
C、 输出数据由输出进程送入输出井中保存
D、 输入数据由输入进程送入输入井中保存
根据SPOOLing技术的工作原理和特点，我们分析各选项：
正确答案：AC
详细解析：
| 选项 | 分析 | 结论 |
|---|---|---|
| A | SPOOLing技术可以在单任务系统（如早期批处理系统）上实现，并非必须多任务环境 | 错误 |
| B | 正确描述，通过输入/输出井实现物理独占设备→逻辑共享设备的转换 | 正确 |
| C | 输出方向应为：用户进程→输出井→输出设备（选项描述反了） | 错误 |
| D | 输入方向正确：输入设备→输入井→用户进程 | 正确 |
关键点说明：
SPOOLing核心组件：
- 输入井/输出井（磁盘空间）
- 输入/输出进程（后台守护进程）
- 设备分配表（记录虚拟-物理映射）
技术本质图解：
：小版本迭代，问题修复与功能优化)
