数据存储——缓冲区管理
操作系统第五章答案
第五章设备管理1、试说明设备控制器的组成。
P163答：设备控制器的组成由设置控制器与处理机的接口；设备控制器与设备的接口；I/O 逻辑。
2、为了实现CPU与设备控制器间的通信，设备控制器应具备哪些功能？P162-P163 答：基本功能：接收和识别命令；数据交换；标识和报告设备的状态；地址识别；数据缓冲；差错控制。
3、什么是字节多路通道？什么是数组选择通道和数组多路通道？P164-P165 答：1、字节多路通道：这是一种按字节交叉方式工作的通道。
它通常都含有许多非分配型子通道，其数量可从几十到数百个，每个子通道连接一台I/O 设备，并控制该设备的I/O 操作。
这些子通道按时间片轮转方式共享主通道。
只要字节多路通道扫描每个子通道的速率足够快，而连接到子通道上的设备的速率不是太高时，便不致丢失信息。
2、数组选择通道：字节多路通道不适于连接高速设备，这推动了按数组方式进行数据传送的数组选择通道的形成。
3、数组多路通道：数组选择通道虽有很高的传输速率，但它却每次只允许一个设备数据。
数组多路通道是将数组选择通道传输速率高和字节多路通道能使各子通道（设备）分时并行操作的优点相结合而形成的一种新通道。
它含有多个非分配型子通道，因而这种通道既具有很多高的数据传输速率，又能获得令人满意的通道利用率。
4、如何解决因通道不足而产生的瓶颈问题？P166答：解决“瓶颈”问题的最有效的方法，便是增加设备到主机间的通路而不增加通道，就是把一个设备连接到多个控制器上，而一个控制器又连接到多个通道上。
多通路方式不仅解决了“瓶颈”问题。
而且提高了系统的可靠性，因为个别通道或控制器的故障不会使设备和存储器之间没有通路。
5、试对VESA及PCI两种总线进行比较。
P167答：1、VESA 该总线的设计思想是以低价位迅速点领市场。
VESA 总线的带宽为32 位，最高传输速率为132Mb/s。
VESA 总线仍存在较严重的缺点，它所能连接的设备数仅为2—4 台，在控制器中无缓冲，故难于适应处理器速度的不断提高，也不能支持后来出现的Pentium 微机。
5_缓冲区分析
5_缓冲区分析
缓冲区（Buffer）是在计算机中存储数据的一小块内存区域。
在数据传输中，缓冲区扮演着容纳数据、暂存数据、加速数据传输的重要角色。
在网络编程中，缓冲区常被用于存储从网络上接收的数据，以及发送到网络的数据。
缓冲区分析是指分析通信中传输数据时使用的缓冲区分配方案，以及其对系统性能和通信质量的影响。
通过对缓冲区大小、分配策略、数据管理和传输速率等因素的分析，可以优化通信系统的性能和稳定性，避免数据丢失或延迟等问题。
常见的缓冲区分析技术包括：流量控制、拥塞控制、优先级管理等。
流量控制通过限制发送方发送数据的速率，以避免接收方因数据接收过快而无法处理的情况；拥塞控制则通过监控网络拥塞状态，调节数据发送速度，防止网络拥塞。
优先级管理将数据划分为不同的优先级，对不同优先级的数据进行不同程度的缓冲处理，以确保重要数据的传输质量。
综合应用上述技术，可以提高通信系统的吞吐量、降低延迟、保证数据的可靠性和完整性，提高通信的可靠性和稳定性。
膀冲操作流程
膀冲操作流程介绍膀冲操作流程是一种用于管理和控制监控设备的技术，可以有效提高监控设备的性能和稳定性。
本文将详细介绍膀冲操作流程的定义、原理、步骤和注意事项。
什么是膀冲操作流程膀冲操作流程是一种通过将原始数据存储在缓冲区中，并将数据按特定规则从缓冲区中读取和处理的技术。
它可以提高监控设备的性能，减少数据处理的延迟，并降低数据丢失的风险。
膀冲操作流程的原理膀冲操作流程依赖于缓冲区的概念。
缓冲区是一块内存区域，用于临时存储数据。
在监控设备中，缓冲区用于存储原始数据。
当缓冲区被填满时，操作流程会按照特定规则从缓冲区中读取并处理数据。
膀冲操作流程的步骤膀冲操作流程包括以下几个步骤：步骤一：数据采集首先，监控设备会采集原始数据，并将其存储在缓冲区中。
数据可以来自各种传感器、摄像头等监测设备。
步骤二：缓冲区管理监控设备会监控缓冲区的状态，并根据一定的规则进行管理。
当缓冲区被填满时，设备会准备进行后续的数据处理。
步骤三：数据处理一旦缓冲区被填满，监控设备会按照事先设定的算法和规则对数据进行处理。
处理的方式可以包括数据压缩、噪声过滤、数据分析等。
步骤四：数据输出处理后的数据可以被输出给用户或其他设备进行进一步的处理和展示。
输出的方式可以是存储到数据库中、发送到其他设备或通过网络传输等。
膀冲操作流程的注意事项在使用膀冲操作流程时，需要注意以下几点：注意事项一：缓冲区大小缓冲区的大小需要根据监控设备的需求和数据产生的速率进行调整。
如果缓冲区过小，可能会导致数据丢失。
如果缓冲区过大，可能会影响系统的响应速度和性能。
注意事项二：数据处理算法选择合适的数据处理算法对于提高监控设备的性能和精度非常重要。
需要根据实际应用场景和需求选择适合的算法，并进行性能和稳定性测试。
注意事项三：故障处理膀冲操作流程可能会面临各种故障和异常情况，如硬件故障、数据丢失等。
需要有相应的故障处理机制和备份策略，以保证系统的稳定运行和数据的完整性。
注意事项四：性能优化为了提高监控设备的性能和响应速度，可以通过优化膀冲操作流程的各个环节来实现。
计算机操作系统(第二版)课件：缓冲管理
① 缓冲区的组成 ⅰ 缓存数组 —— 含有磁盘上的数据的存储器数组 ⅱ 缓存首部 —— 描述缓冲区特性的数据结构
（2）缓冲管理数据结构
② 缓存首部结构
设备号 dev 块号 blkno 状态 flag 指向数据区域的指针 字节数 返回的I/O出错信息 b_forw
设备缓冲区队列前向指针
A 1000
B 1100
C 1200
D 1500
提交
解题思路：
某文件占10个磁盘块，现要把该文件磁盘块依次读入主存缓冲区，并送至 用户区进行处理，假设一个缓冲区与一个磁盘块大小相同，把一个磁盘块读 入缓冲区的时间为100us，将缓冲区的数据传送到用户区的时间为50us， CPU对一块数据的处理时间为50us，在单缓冲区和双缓冲区机制下，读入 并处理完成该文件的时间分别是多少？
③ 缓冲区队列结构 ⅱ 空闲缓冲区队列 ：简称av链。
空闲缓冲区与空 缓冲区一样吗？
av_forw av_back
av_forw av_back
av_forw av_forw av_back av_back
空闲缓冲区队列
5. UNIX系统的缓冲区管理
（2）缓冲管理数据结构
③ 缓冲区队列结构
存放着某个设备的数据 缓冲区
A 1500
B 1550
C 500
D 1600
提交
解题思路：
某文件占10个磁盘块，现要把该文件磁盘块依次读入主存缓冲区，并送至 用户区进行处理，假设一个缓冲区与一个磁盘块大小相同，把一个磁盘块读 入缓冲区的时间为100us，将缓冲区的数据传送到用户区的时间为50us， CPU对一块数据的处理时间为50us，在单缓冲区和双缓冲区机制下，读入 并处理完成该文件的时间分别是多少？
操作系统复习资料大全——考试必备
操作系统学习指导书操作系统课程组信息工程学院计算机系第1章操作系统引论知识点总结1、什么是操作系统操作系统：是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效地组织多道程序运行的系统软件（或程序集合），是用户与计算机之间的接口。
1) OS是什么：是系统软件（一整套程序组成，如UNIX由上千个模块组成）2) 管什么：控制和管理系统资源（记录和调度）2、操作系统的主要功能操作系统的功能：存储器管理、处理机管理、设备管理、文件管理和用户接口管理。
1) 存储器管理：内存分配，地址映射，内存保护和内存扩充2) 处理机管理：作业和进程调度，进程控制和进程通信3) 设备管理：缓冲区管理，设备分配，设备驱动和设备无关性4) 文件管理：文件存储空间的管理，文件操作的一般管理，目录管理，文件的读写管理和存取控制5) 用户接口：命令界面/图形界面和系统调用接口3、操作系统的地位操作系统是裸机之上的第一层软件，是建立其他所有软件的基础。
它是整个系统的控制管理中心，既管硬件，又管软件，它为其它软件提供运行环境。
4、操作系统的基本特征操作系统基本特征：并发，共享和异步性。
1) 并发：并发性是指两个或多个活动在同一给定的时间间隔中进行。
2) 共享：共享是指计算机系统中的资源被多个任务所共用。
3) 异步性：每个程序什么时候执行，向前推进速度快慢，是由执行的现场所决定。
但同一程序在相同的初始数据下，无论何时运行都应获得同样的结果。
5、操作系统的主要类型多道批处理系统、分时系统、实时系统、个人机系统、网络系统和分布式系统1) 多道批处理系统(1) 批处理系统的特点：多道、成批(2) 批处理系统的优点：资源利用率高、系统吞吐量大(3) 批处理系统的缺点：等待时间长、没有交互能力2) 分时系统(1) 分时：指若干并发程序对CPU时间的共享。
它是通过系统软件实现的。
共享的时间单位称为时间片。
(2) 分时系统的特征：同时性：若干用户可同时上机使用计算机系统交互性：用户能方便地与系统进行人--机对话独立性：系统中各用户可以彼此独立地操作，互不干扰或破坏及时性：用户能在很短时间内得到系统的响应(3) 优点主要是：响应快，界面友好多用户，便于普及便于资源共享3) 实时系统(1) 实时系统：响应时间很快，可以在毫秒甚至微秒级立即处理(2) 典型应用形式：过程控制系统、信息查询系统、事务处理系统(3) 与分时系统的主要区别：4) 个人机系统(1) 单用户操作系统单用户操作系统特征：个人使用：整个系统由一个人操纵，使用方便。
PostgreSQL数据库缓冲管理的分析与研究
PostgreSQL数据库缓冲管理的分析与研究鲁笛;向阳;刘增宝【摘要】With the proposed concept of relational database,a growing number of relational database management system) RDBMS) have also appeared. The storage system is the base of whole DBMS,and the storage system's performance determines the overall merits of the database. According to such situation,analyse the open source PostgreSQL database storage system module,storage system is involved in many key technologies, the buffer storage system module is the core. It focuses on PostgreSQL buffer management sub-module's organization and implementation mechanisms,makes the conclusion based on the PostgreSQL 8. 4. 2 source code,it points out management module's implementation mechanism,and analyse the fit or unfit of its local buffer and share buffer.%随着关系型数据库概念的提出,越来越多的关系型数据库管理系统(RDBMS)也先后出现,而存储系统是整个DBMS的基础,其性能的好坏决定着数据库整体的优劣.针对这一情况,分析了开源数据库PostgreSQL的存储系统模块.存储系统涉及很多关键技术,而缓冲区正是整个存储系统模块的核心部分,重点阐述了PostgreSQL缓冲区管理子模块内部的组织架构与实现机制,在PostgreSQL 8.4.2缓冲区部分源码的基础上提出结论.结论指出了缓冲区管理模块的实现机制,并通过对比分析了其内部本地缓冲区和共享缓冲区的优劣.【期刊名称】《计算机技术与发展》【年(卷),期】2011(021)012【总页数】4页(P41-44)【关键词】PostgreSQL;存储系统;缓冲管理【作者】鲁笛;向阳;刘增宝【作者单位】同济大学电子与信息工程学院,上海201804;同济大学电子与信息工程学院,上海201804;兖州矿业集团东滩煤矿,山东邹城273512【正文语种】中文【中图分类】TP310 引言PostgreSQL数据库是一种非常复杂的面向对象的关系型数据库管理系统(OR－DBMS)，它的很多特性正是当今许多商业数据库管理系统的前身。
usb中trb的作用 -回复
usb中trb的作用-回复USB（通用串行总线）是一种用于计算机和外部设备之间传输数据和供电的通信接口。
TRB（传输环形缓冲区）是USB的一种缓冲区管理机制，它在USB传输过程中起着重要的作用。
本文将通过一步一步的回答，详细介绍USB中TRB的作用。
第一步：什么是USB传输？在计算机和外部设备之间进行数据传输时，使用USB接口是一种常见的选择。
USB传输可以以不同的速率进行数据传输，包括低速（1.5 Mbps）、全速（12 Mbps）、高速（480 Mbps）和超速（5 Gbps）。
第二步：什么是TRB？TRB是传输环形缓冲区（Transfer Ring Buffer）的简称，是一种管理USB 传输过程中的缓冲区机制。
TRB被用于存储传输数据的描述信息，它按照特定的结构存储在主机控制器的内存中。
第三步：TRB的作用是什么？TRB的作用是管理USB传输过程中的数据传输和控制信息。
具体来说，TRB用于记录每个数据传输的相关信息，这些信息包括传输类型、数据长度、传输方向、状态等。
第四步：TRB的结构是怎样的？TRB的结构在不同的USB标准下略有差异，以下是一个常见的TRB结构示例（参考USB 3.0标准）：- TRB类型：用于标识TRB的类型，如数据传输、命令、事件等。
- 状态：记录TRB执行的状态，如传输是否完成、是否出错等。
- 数据缓冲区指针：指向存储数据的缓冲区的地址。
- 数据长度：记录要传输的数据的长度。
- 传输方向：指示数据传输的方向，如从主机到设备、从设备到主机等。
- 其他控制字段：根据TRB的类型和USB标准的要求，可能包含其他控制信息。
第五步：TRB如何应用于USB传输过程中？在USB传输过程中，主机控制器通过读取存储在主机内存中的TRB来执行数据传输。
以下是TRB在不同阶段的应用过程：1. 初始化阶段：主机控制器会创建一组初始的TRB，用于描述将要执行的数据传输任务。
2. 数据传输阶段：主机控制器会按照TRB的顺序逐个读取，将TRB中的描述信息用于执行相应的数据传输任务。
第六章 DBMS
语言处理层
关系定义表 关系名 别名 建立者 属性个数 记录长度 记录总数 属性定义指针 视图定义指针 视图表 视图属性指针 基关系指针 视图表达式指针 用户表 用户名 口令
语言处理层---DB2预编译方法示例
源模块
修改后的 源模块
该原语言编译器
DBRM
Select… From… Where…
预编译器 数据字典
DBMS 内存基本 主存 存取模块
束缚（bind） 应用规划
目标模块
连接 装载模块
（装载模块） （应用规划） 运行监督器 数据存储编译方法
dbmsdbms程序模块的组成dbms功能模块数据库定义数据库存取数据库运行处理数据组织存储和管理数据库建立维护和其他系统初启程序初始化dbms程序建立dbms系统缓冲区系统工作区打开数据字典等管理程序安全性控制完整性控制并发控制事务管理运行日志管理等运行监控程序监视数据库操作控制管理数据库资源处理多用户并发操作等dbmsdbms程序模块的组成dbms功能模块数据库定义数据库存取数据库运行处理数据组织存储和管理数据库建立维护和其他文件读写存取路径管理与维护缓冲区管理等dbmsdbms程序模块的组成dbms功能模块数据库定义数据库存取数据库运行处理数据组织存储和管理数据库建立维护和其他系统初始装入程序转储程序恢复程序数据库重构造程序数据转换程序通讯程序等dbms数据库操作系统数据存取层语言翻译处理层应用层应用层
Ui
O.S. DB 文件
DBMS系统结构
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DBMS和操作系统的缓冲区管理 和操作系统的 和操作系统
相似点 1、操作系统的虚拟内存管理和数据库管理系统 的缓冲区管理都是为了提高系统的处理效率。 2、主要思想是必要时从磁盘读入数据页，并替 换掉主存中不再使用的页。
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DBMS和操作系统的缓冲区管理 和操作系统的缓冲区管理
区别： 1、DBMS能够预测引用模式，从而实现对于下 面几个页请求的预读取，而操作系统的虚存管 理则不能预取页面。 2、DBMS需要强制写回数据，而OS的缓冲写 回一般通过记录写请求来实现，是推迟的写回。
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FIFO（先进先出） （先进先出）
算法简述 当有数据库读写请求时，扫描缓冲池中的各个 帧，当发现Free frame时就把数据读入到该帧 中；但是如果遍寻之后没有发现空闲帧，则去 查找缓冲池，从中找出最先进入缓冲池的帧， 进行替换， 此算法的根本在于缓冲池优先保留进入缓冲池 时间较短的数据。
15
12
LRU（最近最少使用） （最近最少使用）
下面用Oracle 9iCache管理的 实际例子来说明 LRU算法在实际 系统中的应用。
State 3 State 0
MRU端 端
State 1 State 2
A
MRU端 端
…… …… …… ……
LRU端 端
LRU端 端
B A
MRU端 端
LRU端 端
C B A
FIFO（先进先出） （先进先出）
State 0 State 1 State 2 State 3
A B A C B A M
x x
…… …… …… …… ……
…………
State m
C B A C B N
16
State n
M x
x
……
Clock（“时钟”策略） （ 时钟”策略）
该算法是LRU的一个常用的、有效的近似算法。 算法实现： 1、为每一个缓冲区设置一个标志位，该位的值 为1时表示该帧被访问过，该位为0时表示该位可 以被替换。 2、按照顺时针轮转的方式查看标志位，选择最 近的一个标志为0的帧进行页面替换。
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LRU（最近最少使用） （最近最少使用）
最近最少使用策略是替换出最长时间没有读过 或写过的页面。 算法实现： 1、缓冲管理器中保持一张时间表，记录各缓冲 区块的访问时间情况。 2、每个数据库访问请求有一个表项，实时更新 最新的访问时间。
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LRU（最近最少使用） （最近最少使用）
算法简述 当有数据库读写请求时，扫描缓冲池中的各个 帧，当发现Free frame时就把数据读入到该帧 中；但是如果遍寻之后没有发现空闲帧，则去 查找缓冲池，从中找出“较不常使用”的帧， 进行替换，然后将该帧的最新访问时间进行更 新。 此算法的根本就是缓冲区尽可能的先保留使用 者最常使用的数据。
MRU端 端
右图中的表格是 Oracle中定义的
State m State n
M
MRU端 端 MRU端 端
x
x
……… …… … C B A
……
x
LRU端 端
1 LRU list表 表 3
LRU端 端
N M
x
C B
LRU端 端
FIFO（先进先出） （先进先出）
先进先出策略替换的是占用某一缓冲区时间最 长的页面，即最先进入的页面。 算法实现： 1、缓冲管理器中保持一张时间表，记录各缓冲 区块的访问时间情况。 2、每个数据库访问请求有一个表项，只记录该 帧最初装入缓冲区的时间。
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缓冲区管理——缓冲池 缓冲池 缓冲区管理
高层代码的页请求 正在访问的Frame Dirty Frame Free Frame 已访问完且未被 修改的数据
如果所需的页不再Buffer Pool中且Buffer Pool已满 则用替换策略进行调度
缓冲池 示意图
7
缓 冲 区 管 理 流 程
8
思考和引出
当我们要进行调页时，先查看了是否有空闲的 帧，此时会做一个判断，如果有，那么下面的 执行是比较简单的。 那么如果当前Buffer Pool中没有空闲帧的时候， 我们该怎样决定替换掉哪一个帧呢？？？
这就要引出我们的缓冲区替换策略！
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缓冲区替换策略 缓冲区替换策略 替换
选择不同的替换策略进行页面替换显然影响着数据库 的执行效率，现介绍集中比较主流的替换策略。 LRU：最近最少使用策略 FIFO：先进先出策略 Clock：“时钟”策略 系统控制
数据存储
——缓冲区管理 缓冲区管理
姓名：付田原 学号：2011020817 指导老师：陈梅老师
1、缓冲区概述 2、缓冲区管理 3、缓冲区替换策略 4、DBMS和操作系统缓冲区管理对比
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缓冲区概述
缓冲区：主存储器中用于存储磁盘块的拷贝的 部分，由固定数目的缓冲块构成。 缓冲区设置目的：减少磁盘和主存储器之间传 输的块的数目。提高数据传输效率。 缓冲区管理器：负责缓冲区空间分配的子系统。
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实际应用中的替换策略 实际应用中的替换策略
DBMS DB2 Sybase Informix Oracle Sql Server 所用策略 Clock LRU LRU Clock 缓冲区个数 允许有多个Buffer 允许有多个 Pool 允许有多个Buffer 允许有多个 Pool 单个Buffer Pool 单个 单个Buffer Pool 单个
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缓冲区概述
缓冲区管理器：在必要时把页面从磁盘取到 主存的软件层。 一些概念： 缓冲池（Buffer Pool）： 即页集，通过把缓 冲区划分为不同的缓冲池来进行管理。 帧（frame）：缓冲池中的每页。 页：磁盘上读写信息的基本单位，大小相等 的片。经典的页大小值是4KB或8KB。
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缓冲区管理结构
两种主要的缓冲区管理结构 1、缓冲区管理器直接控制主存。这种管理结构 在大多数关系型DBMS中使用。 2、缓冲区管理器在虚拟内存中分配缓冲区，并 由操作系统干预缓冲区分配。这种管理结构在 大多数“主存”DBMS和面向对象的DBMS中使 用。
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缓冲区管理结构
读/写 写 请求 缓冲区
缓冲区 管理器
此图展示的是 关系型DBMS 关系型 的缓冲区管理 策略， 策略，即： 缓冲区管理器 直接控制主存， 直接控制ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ存， 相应内存访问 磁盘块的请求。
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Clock（“时钟”策略） （ 时钟”策略）
算法执行过程
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Clock（“时钟”策略） （ 时钟”策略）
0 0 1 0
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1 0 1 1
系统控制
该策略严格说不是一种替换算法，它是一种辅 助性的替换规则。 目的是防止完全利用LRU或FIFO这样的严格 策略所引起的错误。 这种技术的根本在于强行指定某些重要的帧一 直保留在内存中（把其变为“钉定”的块）， 以防止其频繁的被替换，影响数据库系统的性 能。
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希望大家批评指正！ 希望大家批评指正！ 谢谢大家！ 谢谢大家！
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