第十二章学习笔记
块设备I/O和缓冲区管理
本章讨论了块设备1O和缓冲区管理；解释了块设备I/O的原理和I/O缓冲的优点；论述了Unix的缓冲区管理算法，并指出了其不足之处；还利用信号量设计了新的缓冲区管理算法，以提高I/O缓冲区的缓存效率和性能；表明了简单的PV算法易于实现，缓存效果好，不存在死锁和饥饿问题；还提出了一个比较Unix缓冲区管理算法和PV算法性能的编程方案。编程项目还可以帮助读者更好地理解文件系统中的I/O操作。
块设备I/O缓冲区
I/O缓冲的基本原理非常简单。文件系统使用一系列I/O缓冲区作为块设备的缓存内存。当进程试图读取（dev，blk）标识的磁盘块时，它首先在缓冲区缓存中搜索分配给磁盘块的缓冲区。如果该缓冲区存在并且包含有效数据，那么它只需从缓冲区中读取数据，而无须再次从磁盘中读取数据块。如果该缓冲区不存在，它会为磁盘块分配一个缓冲区，将数据从磁盘读入缓冲区，然后从缓冲区读取数据。当某个块被读入时，该缓冲区将被保存在缓冲区缓存中。以供任意进程对同一个块的下一次读/写请求使用。同样，当进程写入磁盘块时，它首先会获取一个分配给该块的缓冲区。然后，它将数据写人缓冲区，将缓冲区标记为脏，以延迟写入，并将其释放到缓冲区缓存中。由于脏缓冲区包含有效的数据，因此可以使用它来满足对同一块的后续读/写请求，而不会引起实际磁盘1O。脏缓冲区只有在被重新分配到不同的块时才会写人磁盘
物理块设备I/O：每个设备都有一个I/O队列，其中包含等待I/O操作的缓冲区。
Unix I/O缓冲区管理算法
I/O缓冲区：内核中的一系列NBUF缓冲区用作缓冲区缓存。每个缓冲区用一个结构体表示
缓冲区结构体由两部分组成：用于缓冲区管理的缓冲头部分和用于数据块的数据部分。
为了保护内核内存，状态字段可以定义为一个位向量，其中每个位表示一个唯一的状态条
件。
设备表：每个块设备用一个设备表结构表示。
缓冲区初始化：当系统启动时，所有I/O缓冲区都在空闲列表中，所有设备列表和T/O队列均为空。
缓冲区列表：当缓冲区分配给(dev,blk)时，它会被插入设备表的dev_list中。如果缓冲区当前正在使用，则会将其标记为BUSY(繁忙)并从空闲列表中删除。
Unix算法的缺点
- 效率低下
- 缓存效果不可预知
- 可能会出现饥饿
- 该算法使用只适用于单处理器系统的休眠/医腿操作。
新的I/O缓冲区管理算法
信号量的主要优点是：
（1） 计数信号量可用来表示可用资源的数量。例如：空阅冲区的数量。
（2） 当多个进程等待一个资源时，信号量上的V操作只会释放一个等待进程，改进程不必重试，因为它保证拥有资源。
使用信号量的缓冲区管理算法
（1）保证数据一致性
（2）良好的缓冲效果
（3）高效率：没有重试循环，没有不必要的进程“唤醒”
（4）无死锁和饥饿
PV算法
证明PV算法是正确的，并且满足要求
（1） 缓冲区唯一性
（2）无重试循环
（3） 无不必要唤醒
（4） 缓存效果
（5） 无死锁和饥饿
苏格拉底挑战
块设备I/O缓冲区
PV算法
chatgpt
在Linux中，缓冲区缓存的管理是如何进行的？
在Linux中，PV算法是指什么？它的作用是什么
代码
