緩沖技術
- 單緩沖區：初始：工作區滿，緩沖區空
每塊用時max(處理時間, 輸入時間) + 傳送時間 - 雙緩沖區：先裝1，1滿才裝2。初始：工作區空，1空，2滿
每塊用時max(處理時間, 傳送時間) + 輸入時間
- 若 處理時間 + 傳送時間 < 輸入時間，可使塊設備連續輸入
- 若 處理時間 + 傳送時間 > 輸入時間，可使CPU不必等設備輸入
- 緩沖池：多個系統公用的緩沖區。
- 真題：
- 鍵盤中斷（按一次觸發一次中斷）服務例程執行結束時，所輸入的數據存放位置是：
- CPU通用寄存器：是程序處理內部暫存
- 鍵盤控制器數據緩沖區：它的功能是，按多個鍵記錄手同時按了誰，比如ctrl+shift，然后整體發出
- 內核緩沖區：先做下一步處理再給用戶看 √
- 用戶緩沖區
- 三隊列
- 空緩沖隊列
- 輸入隊列：裝滿輸入數據的緩沖隊列
- 輸出隊列：裝滿輸出數據的緩沖隊列
- 四工作緩沖區
- 收容輸入工作緩沖區
- 提取輸入工作緩沖區
- 收容輸出工作緩沖區
- 提取輸出工作緩沖區
- 三隊列+四區工作流程：
- 當輸入進程要輸入數據，從空緩沖隊列首部取一，作為收容輸入放入數據，裝滿后掛到輸入隊列隊尾。
- 當計算進程要使用數據，從輸入隊列首部取一，作為提取輸入拿走數據，用完后掛到空緩沖隊列隊尾。
- 當計算進程要輸出數據，從空緩沖隊列首部取一，作為收容輸出放入數據，裝滿后掛到輸出隊列隊尾。
- 當輸出進程要輸出數據，從輸出隊列首部取一，作為提取輸出拿走數據，用完后掛到空緩沖隊列隊尾。
SPOOLing技術
| 關鍵點 | 內容 |
|---|---|
| 核心思想 | 通過輸入/輸出井虛擬化獨占設備，實現共享，即讓多個作業共享一臺獨占設備 |
| 依賴條件 | 1. 外存（井文件） 2. 多道程序設計 |
| 虛擬實現 | 多道程序技術+磁盤緩沖 |
| 數據流方向 | 輸入設備 → 輸入井 → CPU → 輸出井 → 輸出設備 |
| 用戶權限 | 僅操作內存緩沖區的數據讀寫，設備與井的傳輸由系統OS后臺進程管理。 |
| 典型應用 | 打印機共享，批量作業處理，磁帶機操作 |
| 不適合應用 | 不適用于交互式I/O（如鍵盤輸入），僅適合批處理作業 |
| 對比緩沖技術 | SPOOLing持久化到磁盤，緩沖僅暫存于內存 |
- 輸入/輸出井：本質是磁盤緩沖，必須依賴外存（如硬盤）
- 輸入/輸出進程：本質是后臺進程，負責設備與井之間的數據傳輸（SPOOLing技術/系統控制，用戶不感知）。由操作系統內核管理，用戶無權直接干預。
- 井管理程序就是用戶進程，只負責自己的緩沖區。
- 目標：空間換時間，用戶與物理設備解耦，傳輸對用戶透明。
- 請求隊列：多個用戶作業共享設備時的排隊機制（如打印隊列）。排隊可能調度：FIFO、優先級。
- 外圍控制機將 低速IO設備上數據 傳到 高速磁盤上：外圍控制機是專門管理低速I/O設備（如打印機、卡片閱讀器）與高速磁盤（SPOOLing緩沖區）之間數據傳輸的硬件控制器或專用處理機。它的工作有：
- 數據中轉：將低速設備的數據預先傳輸到磁盤（輸入井）或從磁盤（輸出井）傳回設備。
- 調度管理：協調多臺I/O設備的并發操作，避免主機等待。
- 緩沖機制：通過磁盤緩沖實現速度匹配（低速設備vs高速CPU/磁盤）。
- 與緩沖技術的區別：
- 緩沖（Buffer）：僅解決速度差異（如CPU vs 內存），數據不持久。
- SPOOLing：解決設備獨占性，數據持久化到磁盤（井文件）。
- 性能影響：
- 優點：提高I/O速度、減少空閑時間、支持多作業并發。
- 缺點：占用額外磁盤空間、增加系統復雜度。
- 與DMA的對比：
| 對比項 | SPOOLing | DMA (Direct Memory Access) |
|---|---|---|
| 控制主體 | 操作系統（軟件） | DMA 控制器（硬件） |
| 數據目標 | 磁盤（輸入/輸出井） | 內存 |
| 速度匹配 | 解決低速設備與 CPU 的矛盾 | 解決高速設備與內存的矛盾 |
| 傳輸單位 | 文件/作業級 | 數據塊級（如磁盤扇區） |
| CPU 干預 | 需要調度和管理進程 | 傳輸期間完全不需要 CPU 參與 |
| 典型應用 | 打印機共享、批處理作業 | 磁盤、網卡、顯卡等高速設備 |
| 依賴條件 | 需要多道程序設計和外存 | 需要 DMA 控制器和總線支持 |
- 與傳統IO的對比：
| 特性 | SPOOLing 系統 | 傳統 I/O 方式 |
|---|---|---|
| 設備共享性 | 虛擬共享（多作業并發使用） | 獨占（單作業獨占設備） |
| CPU 利用率 | 高（CPU 不等待 I/O） | 低（CPU 需等待 I/O 完成） |
| 用戶控制層級 | 用戶僅控制內存緩沖區，設備傳輸由系統管理 | 用戶直接控制設備 |
| 依賴技術 | 多道程序設計 + 外存支持 | 無特殊要求 |
| 數據持久性 | 數據暫存于磁盤（井文件） | 數據不持久 |
| 適用場景 | 打印機、磁帶機等獨占設備 | 簡單交互式 I/O |
- 做題
對于SPOOLing技術的描述，錯誤的是：
A、 只能在多任務操作系統上使用
B、 可以將物理上的獨占設備抽象成邏輯上的共享設備
C、 輸出數據由輸出進程送入輸出井中保存
D、 輸入數據由輸入進程送入輸入井中保存
根據SPOOLing技術的工作原理和特點，我們分析各選項：
正確答案：AC
詳細解析：
| 選項 | 分析 | 結論 |
|---|---|---|
| A | SPOOLing技術可以在單任務系統（如早期批處理系統）上實現，并非必須多任務環境 | 錯誤 |
| B | 正確描述，通過輸入/輸出井實現物理獨占設備→邏輯共享設備的轉換 | 正確 |
| C | 輸出方向應為：用戶進程→輸出井→輸出設備（選項描述反了） | 錯誤 |
| D | 輸入方向正確：輸入設備→輸入井→用戶進程 | 正確 |
關鍵點說明：
SPOOLing核心組件：
- 輸入井/輸出井（磁盤空間）
- 輸入/輸出進程（后臺守護進程）
- 設備分配表（記錄虛擬-物理映射）
技術本質圖解：
：小版本迭代，問題修復與功能優化)
