一、学习任务
自学教材第12章，提交学习笔记（10分），评分标准如下
1. 知识点归纳以及自己最有收获的内容，选择至少2个知识点利用chatgpt等工具进行苏格拉底挑战，并提交过程截图，提示过程参考下面内容 （4分）
“我在学***X知识点，请你以苏格拉底的方式对我进行提问，一次一个问题”
核心是要求GPT：“请你以苏格拉底的方式对我进行提问” 然后GPT就会给你提问，如果不知道问题的答案，可以反问AI：“你的理解（回答）是什么？”
如果你觉得差不多了，可以先问问GPT：“针对我XXX知识点，我理解了吗？” GPT会给出它的判断，如果你也觉得自己想清楚了，可以最后问GPT：“我的回答结束了，请对我的回答进行评价总结”，让它帮你总结一下。
2. 问题与解决思路，遇到问题最先使用chatgpt等AI工具解决，并提供过程截图（3分）
3. 实践过程截图，代码链接（2分）
4. 其他（知识的结构化，知识的完整性等，提交markdown文档，使用openeuler系统等）（1分）
二、知识总结
12.1块设备I/O缓冲区
基本原理
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。脏缓冲区只有在被重新分配到不同的块时才会写入磁盘。
算法
bread(dev,blk) 函数：它会返回一个包含有效数据的缓冲区(指针)
BUFFER *bread(dev,blk)
{
BUFFER *bp s getblk(dev,blk)
if(bp data valid)
return bp;
bp->opcode = READ;
start_io(bp);
wait for I/0 completion;
return bp;
}
write_block(dev,blk,data)函数：其中bwrite(bp)表示同步写入， dwrite(bp)表示延迟写入
write_block(dev,blk,data)
{
BUFFER *bp = bread(dev,blk);
write data to bp;
(synchronous write)?bwrite(bp):dwrite(bp);
}
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
start_io(BUFFER *bp)
{
enter bp into device I/0 queue;
if(bp is first buffer in I/0 queue)
issue I/0 command for bp to device;
}
12.2Unix I/O缓冲区管理算法
Unix 缓冲区管理子系 统由以下几部分组成：
(1)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。
(2)设备表：每个块设备用一个设备表结构表示。
(3)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 I/O队列均为空。
(4)缓冲区列表：当缓冲区分配给 (dey,blk)时，它会被插入设备表的dev_list 中。
(5)Unix getblk/brelse 算法。
关于Unix算法的具体说明：
(1)数据一致性：为了确保数据一致性，getblk一定不能给同一个(dey,blk) 分配多个 缓冲区。
(2)缓存效果
(3)临界区：设备中断处理程序可操作缓冲区列表。
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器系统的休眠/唤醒操作
12.3 新的I/O缓冲区管理算法
使用信号量的缓冲区管理算法
假设有一个单处理器内核(一次运行一个进程)。使用计数信号量上的P/V来设计满足 以下要求的新的缓冲区管理算法：
(1)保证数据一致性。
(2)良好的缓存效果。
(3)高效率：没有重试循环，没有不必要的进程“唤醒”。
(4)无死锁和饥饿。
12.4 PV算法
BUFFER *getblk(dev,blk)
(
while(1)(
(1). P(free); //get a free buffer first
(3). if(bp not BusY){
remove bp from freelist;
P(bp); /1 lock bp but does not wait
return bpi
)
//bp in cache but BusY
V(free)i //give up the free buffer
(4). P(bp); //wait in bp queue
return 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)(
awrite(bp); //write bp out AsrNc,no wait
continue; //continue from(1)
}
(7) · reassign bp to(dev,blk);//mark bp data invalid,not dirty
return bp;
) //end of while(1)
)
brelse(BUFFER *bp)
{
(8).if(bp queue has waiter)(V(bp);return;）
(9).it(bp dirty &&free queue has waiter)(awrite(bp);return;)
(10).enter bp into (tail of)freelist;V(bp);V(free);
}
12.5 编程项目：I/O 缓冲区管理算法比较
该编程项目将会实现一个模拟系统。
12.5.1 系统组织
12.5.2 多任务处理系统
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。
while(1){
while(task &k readyQ ==0);
if(readyQ)
kswitch();
else
end_task();
}
#define CMDLEN 10
int cmdfile[NTASK];//opened command file descriptors
int task =ntask; //number of active tasks
int body()
{
int dev,blk;
char opcode,cmd[CMDLEN]
while(1){
if(read(cmdfile[running->pid],cmd,CMDLEN)==0){
running->status =DEAD; //task ends
task--; //dec task count by 1
tswtich();
}
sscanf(cmd,"%c%4d%5d",&opcode,&dev,&blk);
if(opcode=='r') //read(dev,blk)
readBlk(dev,blk);
if(opcode=='w')
writeBlk(dev,blk); //write(dev,blk)
}
12.5.3 缓冲区管理器
缓冲区管理器实现各缓冲区管理函数。
12.5.4 磁盘驱动程序
(1)start_io():维护设备I/O队列，并对I/O队列中的缓冲区执行1/0操作。
(2)中断处理程序：在每次IO 操作结束时，磁盘控制器会中断CPU。当接收到中断 后，中断处理程序首先从IntStatus中读取中断状态。
12.5.5 磁盘控制器
12.5.6 磁盘中断
12.5.7 虚拟磁盘
三、苏格拉底问答
标签：10,blk,12.5,笔记,bp,dev,20211303,缓冲区,磁盘 From： https://www.cnblogs.com/liTCabcAbc/p/17837196.html