Операции ввода/вывода

Операции ввода/вывода

На рис. 4.14 представлена схема выполнения операций ввода/вывода с использованием буферного кэша. Важной особенностью этой подсистемы является то, что она обеспечивает независимое выполнение операций чтения или записи данных процессом как результат соответствующих системных вызовов, а также фактический обмен данными с периферийным устройством.

Рис. 4.14. Схема работы буферного кэша

Когда процессу требуется прочитать или записать данные он использует системные вызовы read(2) или write(2), направляя тем самым запрос файловой подсистеме. В свою очередь файловая подсистема транслирует этот запрос в запрос на чтение или запись соответствующих дисковых блоков файла и направляет его в буферный кэш. Прежде всего кэш просматривается на предмет наличия требуемого блока в памяти. Если соответствующий буфер найден, его содержимое копируется в адресное пространство процесса в случае чтения и наоборот при записи, и операция завершается. Если блок в кэше не найден, ядро размещает буфер, связывает его с дисковым блоком с помощью заголовка buf и направляет запрос на чтение драйверу устройства. Обычно используется схема чтения вперед (read-ahead), когда считываются не только запрашиваемые блоки, но и блоки, которые с высокой вероятностью могут потребоваться в ближайшее время (рис. 4.14, а). Таким образом, последующие вызовы read(2) скорее всего не потребуют дискового ввода/вывода, а будут включать лишь копирование данных из буферов в память процесса, — операция, которая, как отмечалось, обладает на несколько порядков большей производительностью (рис. 4.14, б–в). При запросе на модификацию блока изменения также затрагивают только буфер кэша. При этом ядро помечает буфер как "грязный" в заголовке buf (рис. 4.14, г). Перед освобождением такого буфера для повторного использования, его содержимое должно быть предварительно сохранено на диске (рис. 4.14, д).

Перед фактическим использованием буфера, например при чтении или записи буфера процессом, или при операции дискового ввода/вывода, доступ к нему для других процессов должен быть заблокирован. При обращении к уже заблокированному буферу процесс переходит в состояние сна, пока данный ресурс не станет доступным.

Не заблокированные буферы помечаются как свободные и помещаются в специальный список. Буферы в этом списке располагаются в порядке наименее частого использования (Least Recently Used, LRU). Таким образом, когда ядру необходим буфер, оно выбирает тот, к которому не было обращений в течение наиболее продолжительного промежутка времени. После того как работа с буфером завершена, он помещается в конец списка и является наименее вероятным кандидатом на освобождение и повторное использование. Поэтому, если процесс вскоре опять обратится к тому же блоку данных, операция ввода/вывода по-прежнему будет происходить с буфером кэша. С течением времени буфер перемещается в направлении начала очереди, но при каждом последующем обращении к нему, будет помещен в ее конец.

Основной проблемой, связанной с буферным кэшем, является "старение" информации, хранящейся в дисковых блоках, образы которых находятся в буферном кэше. Как следует из схемы работы кэша, большинство изменений затрагивают только данные в соответствующих буферах, в то время, как дисковые блоки хранят уже устаревшую информацию. Разумеется в нормально работающей системе проблемы как таковой не возникает, поскольку в операциях ввода/вывода всегда используются свежие данные буферного кэша. Однако при аварийном останове системы, это может привести к потере изменений данных файлов, сделанных процессами непосредственно перед остановом.

Для уменьшения вероятности таких потерь в UNIX имеется несколько возможностей:

? Во-первых, может использоваться системный вызов sync(2), который обновляет все дисковые блоки, соответствующие "грязным" буферам. Необходимо отметить, что sync(2) не ожидает завершения операции ввода/вывода, таким образом после возврата из функции не гарантируется, что все "грязные" буферы сохранены на диске.[50]

? Во-вторых, процесс может открыть файл в синхронном режиме (указав флаг O_SYNC в системном вызове open(2)). При этом все изменения в файле будут немедленно сохраняться на диске.

? Наконец, через регулярные промежутки времени в системе пробуждается специальный системный процесс — диспетчер буферного кэша (в различных версиях UNIX его названия отличаются, чаще всего используется fsflush или bdflush). Этот процесс освобождает "грязные" буферы, сохраняя их содержимое в соответствующих дисковых блоках[51] (рис. 4.14, д).

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

Похожие главы из других книг

5.4.1. Потоки ввода-вывода

Из книги Linux для пользователя автора Костромин Виктор Алексеевич

5.4.1. Потоки ввода-вывода Когда программа запускается на выполнение, в ее распоряжение предоставляются три потока (или канала): • стандартный ввод (standard input или stdin). По этому каналу данные передаются программе; • стандартный вывод (standard output или stdout). По этому каналу


5.2. Перенаправление ввода/вывода

Из книги Linux-сервер своими руками автора Колисниченко Денис Николаевич

5.2. Перенаправление ввода/вывода Практически все операционные системы обладают механизмом перенаправления ввода/вывода, и Linux не является исключением из этого правила. Обычно программы вводят текстовые данные с консоли (терминала) и выводят данные на консоль. При вводе


19.7.2. Перенаправление ввода/вывода

Из книги Основы AS/400 автора Солтис Фрэнк

19.7.2. Перенаправление ввода/вывода Перенаправление ввода/вывода уже рассматривалось в гл. 5, поэтому я лишь напомню общий формат команд:команда > (>>) файлсписок > (>>) файлКак вы уже знаете, при использовании одного знака больше файл, в который переназначен вывод,


Система ввода-вывода

Из книги Программирование на языке Ruby [Идеология языка, теория и практика применения] автора Фултон Хэл

Система ввода-вывода Ввод-вывод — это Родни Дэнжерфилд[ 76 ] (Rodney Dangerfield) вычислительных систем: на него никто не обращает внимания. Всеобщий любимчик — процессор, а подсистема ввода-вывода рядом с ним — падчерица. Вот пример: когда надо охарактеризовать производительность


Операции ввода-вывода в AS/400

Из книги Linux: Полное руководство автора Колисниченко Денис Николаевич

Операции ввода-вывода в AS/400 Теперь от аппаратной архитектуры ввода-вывода AS/400 перейдем к совместной работе OS/400, SLIC и аппаратуры при выполнении операции ввода-вывода для прикладной программы. Сначала рассмотрим объекты, поддерживающие ввод-вывод, затем — многоуровневую


Компоненты ввода-вывода

Из книги Язык Си - руководство для начинающих автора Прата Стивен

Компоненты ввода-вывода 4 Денис! Эту сноску — на поля! Таблица по старому изданию, сравнить с новым. Для верстальщика: по-моему, стоит убрать рамку — будет красивееТаблица 10.1. Язык ввода-вывода AMQ Очередь свободных сообщений BCT Таблица управления шиной BCU Устройство


Будущее ввода-вывода AS/400

Из книги Операционная система UNIX автора Робачевский Андрей М.

Будущее ввода-вывода AS/400 Высокопроизводительные процессоры для будущих систем AS/400 ничего не дадут, если им не поставлять достаточно данных для полноценной загруженности. Давайте кратко рассмотрим будущее подсистемы ввода-вывода AS/400. Хотя этому вопроса уже уделено


10.1.14. Специальные операции ввода/вывода

Из книги UNIX: разработка сетевых приложений автора Стивенс Уильям Ричард

10.1.14. Специальные операции ввода/вывода В Ruby можно выполнять низкоуровневые операции ввода/вывода. Мы только упомянем о существовании таких методов; если вы собираетесь ими пользоваться, имейте в виду, что некоторые машиннозависимы (различаются даже в разных версиях


3.4.6. Потоки ввода-вывода

Из книги Разработка ядра Linux автора Лав Роберт

3.4.6. Потоки ввода-вывода Как я уже сказал, каждому процессу сопоставлена таблица открытых им файлов. Три первых позиции в этой таблице заняты всегда: каждый процесс открывает потоки (помните, что в UNIX файл — это и есть поток данных?) для ввода и вывода данных, а также вывода


Устройство ввода-вывода

Из книги UNIX — универсальная среда программирования автора Пайк Роб

Устройство ввода-вывода Вообще говоря, существует много способов ведения диалога человека с ЭВМ, но мы будем предполагать, что вы вводите команды при помощи клавиатуры и читаете ответ на экране


Подсистема ввода/вывода

Из книги Конец холивара. Pascal vs C автора Кривцов М. А.

Подсистема ввода/вывода Подсистема ввода/вывода выполняет запросы файловой подсистемы и подсистемы управления процессами для доступа к периферийным устройствам (дискам, магнитным лентам, терминалам и т.д.). Она обеспечивает необходимую буферизацию данных и


6.2. Модели ввода-вывода

Из книги Описание языка PascalABC.NET автора Коллектив РуБоард

6.2. Модели ввода-вывода Прежде чем начать описание функций select и poll, мы должны вернуться назад и уяснить основные различия между пятью моделями ввода-вывода, доступными нам в Unix:? блокируемый ввод-вывод;? неблокируемый ввод-вывод;? мультиплексирование ввода-вывода


Планировщики ввода-вывода

Из книги автора

Планировщики ввода-вывода Простая отправка запросов на устройство ввода-вывода в том же порядке, в котором эти запросы направляет ядро, приводит к очень плохой производительности. Одна из наиболее медленных операций, которые вообще могут быть в компьютере,— это поиск по


Процедуры ввода и вывода

Из книги автора

Процедуры ввода и вывода Для ввода исходных данных применяются процедуры READ и READLN. После выполнения процедуры READ значение следующего данного читается из этой же строки, а при выполнении процедуры READLN – с новой строки.READ – читатьНапример: READ (X);READLN – читать с новой


Подпрограммы ввода-вывода

Из книги автора

Подпрограммы ввода-вывода procedure Read(a,b,...); Вводит значения a,b,... с клавиатуры procedure Readln(a,b,...); Вводит значения a,b,... с клавиатуры и осуществляет переход на следующую строку function ReadInteger: integer; Возвращает значение типа integer, введенное с клавиатуры function ReadReal: