爲了緩和CPU與I/O設備速度不匹配的矛盾，提高它們之間的並行性，在現代計算機系統中，幾乎所有的I/O設備在與CPU交換數據時，都用了緩衝區。緩衝管理的主要職責是組織好這些緩衝區，並向進程提供獲得和釋放緩衝區的手段。
緩衝機制的作用：1）緩和CPU和I/O設備間速度不匹配的矛盾 2）減少對CPU 的中斷頻率 3）提高CPU和I/O設備的並行性
可以通過下面這個例子分析緩衝區對CPU中斷頻率和響應時間的影響。
例子：在一個遠程通信系統中，在本地接收從遠程終端發來的數據，速率爲100kb/s。
1）對於一位緩衝
CPU中斷頻率爲100kb/1b=100k，CPU響應時間爲10us。
2）對於一個8緩衝區
設備可以等到8位緩衝區填充完後再向CPU發出中斷，所以CPU中斷頻率爲100kb/8b=12.5k
當緩衝區填滿時，不能再接受下一位的輸入，所以CPU的響應時間必須是1b/100kb=10us。
3）對於兩個8位緩衝區
設備可以等到1號8位緩衝區填充完後再向CPU發出中斷，所以CPU中斷頻率爲100kb/8b=12.5k
當1號8位緩衝區填滿時，可以將本區內容傳遞至2號緩衝區進行送內存操作，而1號緩衝區繼續接受下8位數據，所以CPU的響應時間必須是8b/100kb=80us。
緩衝的實現機制：
按照系統中設置的緩衝區個數及對緩衝區的組織方式，緩衝區的實現機制分爲單緩衝、雙緩衝、循環緩衝、緩衝池機制。
1）單緩衝
在塊設備輸入數據的過程中，首先把磁盤數據送到緩衝區，花費的時間爲Ts，（簡記爲Ts過程）
然後把操作系統緩衝區的數據送到用戶區，花費的時間爲Tm，（簡記爲Tm過程）
最後用戶進程對這批數據進行計算，花費的時間爲Tc。（簡記爲Tc過程）
當Tc過程與Tm過程操作同一塊緩衝區時，這兩個操作不能並行（讀寫鎖），Ts過程和Tm一直都不能並行
單緩衝的情況如下：
當Ts>Tc，（上圖）主要是Tm與Ts不能並行，因此總時間T=(n*(Ts+Tm)+Tc)/n=Ts+Tm
當Ts<Tc，（上圖）主要是Tm與Tc不能並行，因此總時間T=(n*(Tc+Tm)+Ts)/n=Tc+Tm
綜上，單緩衝下總時間T=max(Ts+Tc)+Tm
2）
雙緩衝條件下，Ts過程與Tm過程可以並行，Tm過程與Tc過程不能並行
當Ts>Tc時，（上圖）由於Tm<<Tc且Tm<<Ts,所以T=(n*Ts+Tm+Tc)/n=Ts=max(Tc,Ts)
當Ts<Tc時，Tm與Tc不能並行，T=(n*(Tm+Tc)+Ts)/n=Tm+Tc=max(Tc,Ts)+Tm,但Ts<Tc這種情況非常少，所以一般做題時填雙緩衝的時間都填Ts>Tc情況下的max(Tc,Ts)
綜上，雙緩衝時間爲max(Tc,Ts)
3）循環緩衝
相比雙緩衝區，增加了緩衝區的數量。對於多緩衝區，將它們組織成循環緩衝的形式。
4）緩衝池
爲了提高緩衝區的利用率，目前廣泛採用公用緩衝池機制。在緩衝池中設置多個緩衝區，可供若干個進程共享。
參考博客：https://blog.csdn.net/a649339266/article/details/77836813