缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾

减少对CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制

提高CPU和I/O设备的并行性

按照缓冲区存在的位置分类

• 软件缓冲区：存在于内存中，用于临时存储数据。
• 硬件缓冲区：存在于专用硬件中，常用于高性能I/O设备。

按照缓冲区的个数以及缓冲区的组织形式分类

• 固定大小缓冲区：缓冲区的大小固定，不支持动态扩展。
• 动态缓冲区：缓冲区的大小可以根据需求进行调整。
• 环形缓冲区：数据存储在环形结构中，首尾相连，循环利用。
• 双端队列（deque）缓冲区：数据可以从两端同时进行读写操作。

缓冲池中的三类缓冲区队列

• 空缓冲队列（empty queue，emq）：用于存储尚未被使用的缓冲区。
• 输入队列（input queue，inq）：存储已从I/O设备读取的数据，等待处理。
• 输出队列（output queue，outq）：存储需要写入I/O设备的数据。

缓冲池中的工作缓冲区

• 收容输入缓冲区（hin）：用于暂存从I/O设备读取的输入数据。
• 提取输入缓冲区（sin）：用于从输入缓冲区中提取数据进行处理。
• 收容输出缓冲区（hout）：用于暂存计算结果需要输出的数据。
• 提取输出缓冲区（sout）：用于将数据从输出缓冲区中提取并发送到I/O设备。

缓冲池的操作过程

• 取出缓冲区（Take_buf）：从指定队列中取出一个缓冲区。
• 插入缓冲区（Add_buf）：将缓冲区插入到指定队列中。
• 申请缓冲区（Get_buf）：进程申请指定类型的缓冲区。
• 将工作缓冲区插入队列（Put_buf）：将工作缓冲区插入相应的队列中。

Get_buf和Put_buf的实现原理

缓冲池的工作流程

• 收容输入：进程调用Get_buf(emq)取出空缓冲区，作为收容输入工作缓冲区hin，装入数据后调用Put_buf(inq, hin)将缓冲区挂入输入队列。
• 提取输入：计算进程调用Get_buf(inq)取出输入缓冲区sin，提取数据后调用Put_buf(emq, sin)将缓冲区挂回空缓冲队列。
• 收容输出：计算进程调用Get_buf(emq)取出空缓冲区，作为收容输出工作缓冲区hout，装入数据后调用Put_buf(outq, hout)将缓冲区挂入输出队列。
• 提取输出：输出进程调用Get_buf(outq)取出输出缓冲区sout，提取数据后调用Put_buf(emq, sout)将缓冲区挂回空缓冲队列。