Unix/Linux系统编程第十二章学习笔记

Unix/Linux系统编程第十二章学习笔记

作者：20191322wyl

目录

• Unix/Linux系统编程第十二章学习笔记
  • 知识点总结
    • 块设备I/O缓冲区
    • Unix I/O缓冲区管理算法
    • 新的I/O缓冲区管理法
    • PV算法
  • 实践

知识点总结

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。

Unix I/O缓冲区管理算法

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。

   

   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。为了便于讨论，这里将它们定义为int。

2. 设备表：每个块设备用一个设备表结构表示。

   

   每个设备表都有一个dev_Iist，包含当前分配给该设备的I/O缓冲区，还有一个io_queue，包含设备上等待I/O操作的缓冲区。I/O队列的组织方式应确保最佳I/O操作。例如，它可以实现各种磁盘调度算法，如电梯算法或线性扫描算法等。为了简单起见，Unix使用FIFO I/O队列。

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T/O队列均为空。

4. 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。

5. Unix getblk/brelse算法

   

   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。

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);
    }

证明PV算法正确性：

• 缓冲区唯一性
• 无重试循环
• 无不必要唤醒
• 缓存效果
• 无死锁和饥饿

实践

代码：

#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    FILE* fd;
    fd = fopen("20191322.txt","r");
    if(NULL==fd)
    {
        perror("error");
        return -1;
    }
    return 0;
}