缓冲区的作用是什么？试述UNIX为块设备设置多缓冲的目的是什么？

因为在块设备输入时，假定从磁盘把一块数据输入到缓冲区的时间为T，缓冲区中的数据传送到用户工作区的时间为M，而系统处理(计算)的时间为C，如下图所示。



单缓冲工作过程图当第一块数据送入用户工作区后，缓冲区是空闲的可以传送第二块数据。这样第一块数据的处理C1与第二块数据的输入T2是可以并行的，依次类推，如下图所示。系统对每一块数据的处理时间为：Max(C, T)+M。因为，当T＞C时，处理时间为M+T；当T＜C时，处理时间为M+C。本题每一块数据的处理时间为15+5=20，Doc1文件的处理时间为20×10+1。



单缓冲并行工作示意图双缓冲工作方式基本方法是在设备输入时，先将数据输入到缓冲区1，装满后便转向缓冲区2。此时系统可以从缓冲区1中提取数据传送到用户区，最后由系统对数据进行处理，如下图所示。



双缓冲工作过程图双缓冲可以实现对缓冲区中数据的输入T和提取M，与CPU的计算C，三者并行工作，如下图所示。从图中可以看出，双缓冲进一步加快了I/O的速度，提高了设备的利用率。在双缓冲时，系统处理一块数据的时间可以粗略地认为是Max(C, T)。如果C＜T，可使块设备连续输入；如果C＞T，则可使系统不必等待设备输入。本题每一块数据的处理时间为10，采用双缓冲需要花费的时间为15×10+5+1=156。



双缓冲并行工作示意图

这是一个简单的缓冲区的问题。由于缓冲区的访问是互斥的，所以对单一缓冲区，从磁盘写入和读出到用户区的操作必须串行执行，也就是要保证互斥操作。而CPU对数据的分析与从用户区读数据也是需要互斥操作，但是CPU分析与从磁盘写入缓冲区的操作可以并行。从本题看，由于分析所用的时间小于从磁盘写入缓冲区的时间，因此，CPU会空闲。单缓冲区的总时间=（磁盘写入缓冲区时间+缓冲区读出时间）×10+CPU处理最后一块数据的时间=（16+5）×10+1=211μs。当采用双缓冲区时，每块缓冲区的操作也必须满足互斥操作，但是，对两块缓冲区的操作却可以并行，所以，当第一个缓冲区写满以后，磁盘紧接着写另一个缓冲区，同时，前一个已经满了的缓冲区被读出到用户区，并立即进行CPU的数据分析。读出操作和数据分析必须互斥进行，故，从时间上看，当数据被读出并分析后，恰好另一个缓冲区也写满了，可以立即进行读出数据到用户区并进行数据分析。两块缓冲区交替进行读写，直到数据分析完毕，因此，总时间=（磁盘写入缓冲区时间）×10+读出最后一块数据时间+CPU分析最后一块数据时间=（16）×10+5+1=166s。

单缓冲区：（10+5）×10+2=152

在块设备输入时，假定从磁盘把一块数据输入到缓冲区的时间为T，缓冲区中的数据传送到用户工作区的时间为M，而系统处理(计算)的时间为C，如下图所示。



当第一块数据送入用户工作区后，缓冲区是空闲的可以传送第二块数据。这样第一块数据的处理C1与第二块数据的输入T2是可以并行的，依次类推，如下图所示。系统对每一块数据的处理时间为：Max(C,T)+M。因为，当T＞C时，处理时间为M+T；当T＜C时，处理时间为M+C。本题每一块数据的处理时间为10+5=15，Doc1文件的处理时间为15*10+2。

本题的正确的答案为B。双缓冲工作方式基本方法是在设备输入时，先将数据输入到缓冲区1，装满后便转向缓冲区2。此时系统可以从缓冲区1中提取数据传送到用户区，最后由系统对数据进行处理，如下图(c)所示：



双缓冲可以实现对缓冲区中数据的输入T和提取M，与CPU的计算C，三者并行工作。所以双缓冲进一步加快了I/O的速度，提高了设备的利用率。在双缓冲时，系统处理一块数据的时间可以粗略地认为是Max(C，T)。如果C＜T，可使块设备连续输入；如果C＞T，则可使系统不必等待设备输入。本题每一块数据的处理时间为10，采用双缓冲需要花费的时间为10*10+5+2=107，如图(d)所示。