第十二章学习笔记——块设备I/O和缓冲区管理
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,将数据从磁盘读人缓冲区,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,它将数据写入缓冲区,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I/O。
Unix/IO缓冲区管理算法
I/O缓冲区
typdef struct buf[
struct buf*next__free;// freelist pointer
struct buf *next__dev;// dev_list pointer int dev.,blk;
// assigmed disk block;int opcode;
// READ|wRITE int dirty;
// buffer data modified
int async;
// ASYNC write flag int valid;
//buffer data valid int buay;
// buffer is in use int wanted;
// some process needs this buffer struct semaphore lock=1; /
// buffer locking semaphore; value=1
struct semaphore iodone=0;// for process to wait for I/0 completion;// block data area char buf[BLKSIZE];)
} BUFFER;
BUFFER buf[NBUF],*freelist;// NBUF buffers and free buffer list
设备表
struct devtab{
u16 dev;
// major device number // device buffer list BUFFER *dev_list;BUFFER*io_queue
// device I/0 queue ) devtab[NDEV];
Unix getblk/brelse算法
BUFFER *getblk(dev,blk){
while(1){
search dev_list for a bp=(dev,blk);
if (bp in dev_lst)
if(bp BUSY)
set bp WANTED flag;
sleep(bp);
continue;
}
take bp put of freelist;
mark bp BUSY;
return bp;
}
Unix算法的优点:1.数据的一致性;2.缓存效果;3.临界区;
Unix算法的缺点:1.效率低下;2.缓存效果不可预知;3.可能会出现饥饿;4.该算法使用只适用于单处理系统的休眠/唤醒操作。
使用信号量的缓冲区管理算法
(1)保证数据一致性
(2)良好的缓存效果
(3)高效率:没有不必要进程唤醒
(4)无死锁和饥饿
PV算法
BUFFER *getb1k(dev,blk):
while(1){
(1). P(free);
//get a free buffer first
if (bp in dev_1ist){
(2). if (bp not BUSY){
remove bp from freelist;P(bp);
// lock bp but does not wait
(3).return bp;
// bp in cache but BUSY V(free);
// give up the free buffer
(4).P(bp);
// wait in bp queue
return bp;v
// bp not in cache,try to create a bp=(dev,blk)
(5).bp = frist buffer taken out of freelist;P(bp);
// lock bp,no wait
(6).if(bp dirty){
awzite(bp);
// write bp out ASYNC,no wait
continue;
// continue from (1)
(7).reassign bp to(dev,blk);1/ mark bp data invalid,not dir return bp;-
// end of while(1);
brelse(BUFFER *bp),
{
(8).iF (bp queue has waiter)( V(bp); return; ]
(9).if(bp dirty && free queue has waiter){ awrite(bp);zeturn;}(10).enter bp into(tail of) freelist;V(bp);V(free);
}
系统组织结构图
项目实践
- Box#1:用户界面﹐这是模拟系统的用户界面部分,提示输人命令、显示命令执行、显示系统状态和执行结果等。在开发过程中,可以手动输入命令来执行任务。在最后测试过程中,任务应该有自己的输入命令序列
- Box#2:多任务处理系统的CPU端,模拟单处理器(单CPU)文件系统的内核模式。当系统启动时,它会创建并运行一个优先级最低的主任务,但它会创建ntask工作任务,所有任务的优先级都是1,并将它们输人readyQueue。然后,主任务执行以下代码,该代码将任务切换为从readyQueue运行工作任务。
- Box#3:磁盘控制器,它是主进程的一个子进程。因此,它与CPU端独立运行,除了它们之间的通信通道,通信通道
- Box#4:Linux文件模拟的虚拟磁盘。使用Linux系统调用lseek()、read(和write(),支持虚拟磁盘上的任何块I/O操作。为了简单起见,将磁盘块大小设置为16字节。由于数据内容无关紧要,所以可以将它们设置为16个字符的固定序列。
perror()函数实践
#include<stdio.h>
#include<errno.h>
#include<stdlib.h>
int main(){
FILE* fd;
fd=fopen("test","r");
if(fd==NULL){
perror("error:");
return -1;
}
return 0;
}
出现报错是依照全局变量errno的值来决定要输出的字符串
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