Согласование скоростей обмена и кэширование данных

При обмене данными всегда возникает задача согласование скорости. Например, если один процесс вырабатывает некоторые данные и передает их другому процессу через оперативную память, то в общем случае скорости генерации данных и их чтения не совпадают. Согласование скорости обычно достигается за счет буферизации данных в оперативной памяти и синхронизации доступа процессов к буферу.

В подсистеме ввода-вывода для согласования скоростей обмена также широко используется буферизация данных в оперативной памяти. Однако буферизация только на основе оперативной памяти в подсистеме ввода-вывода оказывается недостаточной, из за большой разницы между скоростью обмена с оперативной памятью, куда процессы помещают данные для обработки, и скоростью работы внешнего устройства. Для таких случаев необходимо предусмотреть другие методы, и часто в качестве буфера используется дисковый файл, называемый спул-файлом. Типичный пример применения спулинга дает организация вывода данных на принтер. Печатаемые документы могут иметь объем в несколько десятков мегабайт, поэтому для их временного хранения (а печать документа может занимать десятки минут) объема оперативной памяти может просто не хватить.

Другим решением этой проблемы является использование большой буферной памяти в контроллерах внешних устройств. Такой подход особенно полезен в тех случаях, когда помещение данных на диск слишком замедляет обмен (или когда данные выводятся на сам диск).

Буферизация данных позволяет не только согласовать скорости работы процессора и внешнего устройства, но и решить другую задачу — сократить количество реальных операций ввода-вывода за счет кэширования данных. Дисковый кэш является непременным атрибутом подсистем ввода-вывода практически всех операционных систем, значительно сокращая время доступа к хранимым данным.