在現代OS中，幾乎所有的I/O設備在與處理機（內存）交換數據時，都使用了緩沖區。因

為提高I/O速度和設備的利用率，在很大程度上都需要借助于緩沖技術來實現。緩沖管理的主要

功能是組織好這些緩沖區，并提供獲得和釋放緩沖區的手段。

    OS提供以下幾種緩沖形式：

 緩沖的引入

        在操作系統中，引入緩沖的主要原因，可歸納為以下三點：

          緩和CPU與I/O設備間速度不匹配的矛盾；

          減少對CPU的中斷頻率，防寬對中斷響應時間的限制；

          提高CPU和I/O設備之間的并行性；
            

            


            △ 利用緩沖寄存器實現緩沖
            
            

 單緩沖

        單緩沖是OS提供的最簡單的一種緩沖形式。每當一個用戶進程發出一I/O請求時，操

    作系統便在主存中為之分配一緩沖區，如下圖（a）：

        在塊設備輸入時，緩沖區用于暫存塊

    設備輸入的一塊數據；

        在字符設備輸入時，緩沖區用于暫存

    用戶輸入的一行數據。

 雙緩沖

        為了加快輸入、輸出速度和提高設備利用率，又引入了雙緩沖工作方式，也稱為緩沖

    對換（Buffer Swapping）方式。如下圖（b）：

        在設備輸入時，先將數據輸入第一緩

    沖區，裝滿后便轉向第二緩沖區。

        此時操作系統可從第一緩沖區中移出

    數據送用戶進程區，接著由CPU對數據進

    行計算。

        如果我們在實現兩臺機器之間的通信時，僅為它們配置了單緩沖，如下圖（a）：

        為了實現雙向數據傳輸，必須在兩臺機器中都設置兩個緩沖區，分別用作發送和接收緩

    沖區。如上圖（b）：

 循環緩沖

        當輸入、輸出或生產者--消費者的速度相差甚遠時，雙緩沖的效果則不夠理想，但可

    以增加緩沖區數量而使情況有所改善。因此，引入了多緩沖，并將多緩沖組織成循環緩沖形

    式。如下圖（c）：

    循環緩沖的組成

       多個緩沖區

             在循環緩沖中含有多個緩沖區，每個緩沖區的大小相同。緩沖區可分成三種類型：

          空緩沖區R；

          已裝滿數據的緩沖區G；

          現行工作緩沖區C；

       多個指針

          Nextg----指示計算進程下一個可用的緩沖區G；

          Nexti----指示輸入進程下次可用的空緩沖區R；

          Current----指示計算進程正在使用的緩沖區單元。

       循環緩沖的組成如下圖：

    緩沖區的使用

          計算進程和輸入進程可利用下述兩個過程來使用循環緩沖區：

          Getbuf過程

          Releasebuf過程

    進程同步

          使用輸入緩沖可使輸入進程和計算進程并行執行。相應地，指針Nexti和Nexitg將不

      斷地沿順時針方向移動，這樣就可能出現下述兩種情況：

          Nexti 指針追趕上Nextg 指針

          Nextg 指針追趕上Nexti 指針

 緩沖池

        上述的循環緩沖屬專用緩沖。當系統較大時，為了提高緩沖區的利用率，目前廣泛流

    行公用緩沖池，池中的緩沖區可供多個進程共享。

    緩沖池（Buffer Pool）的組成

       對于既可用于輸入和輸出的公用緩沖區，至少應含有以下三種類型的緩沖區：

          空（閑）緩沖區；  裝滿輸入數據的緩沖區；  裝滿輸出數據的緩沖區；

       為了管理上的方便，可將相同類型的緩沖區鏈成一個隊列，形成以下三個隊列：

          空緩沖隊列emq；

          輸入隊列inq；

          輸出隊列outq；

       除了上述三種（個）隊列外，還應具有四種工作緩沖區：

          用于收容輸入數據的工作緩沖區；

          用于提取輸入數據的工作緩沖區；

          用于收容輸出數據的工作緩沖區；

          用于提取輸出數據的工作緩沖區；

    Getbuf過程和Putbuf過程

          為使諸進程能互斥地和同步地訪問緩沖池隊列，可分別為每一隊列設置一個互斥信號

      量MS(type)和資源信號量RS(type)，過程描述如下：

    緩沖區的工作方式

          緩沖區可以工作在收容輸入、提取輸入、收容輸出、提取輸出四種工作方式下，如下

      圖：