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Buffer Definition & Begriffserklärung

BufferAls Buffer wird im Bereich der Informatik ein Speicher, der zur Zwischenlagerung von Daten genutzt wird, bezeichnet. Abhängig von der jeweiligen Aufgabe variiert die Struktur dieses Speichers, der im Deutschen häufig auch Puffer genannt wird. Normalerweise werden die Daten zeitweise gespeichert. Der Buffer kann sich sowohl in einem flüchtigen, als auch in einem nicht flüchtigen Speicher befinden. Ein typischer flüchtiger Speicher ist zum Beispiel der Arbeitsspeicher, zu den nicht flüchtigen zählen unter anderem Festplatten.

Buffer können sowohl hardware- als auch softwareseitig realisiert werden, wobei meist die softwareseitige Variante bevorzugt wird. Um den unterschiedlichen Anforderungen an die Bufferspeicherung gerecht zu werden, gibt es verschiedene Formen.

FIFO-Buffer

Die FIFO-Buffer arbeiten nach dem „First In – First Out“-Prinzip. So kann ein Stau bei der Verarbeitung von Daten verwaltet werden. Diese Form ist auch als „Piping und Queueing“ bekannt, da sozusagen eine Warteschlange aus zu verarbeitenden Daten gebildet wird.
Ein Anwendungsbeispiel ist die Druckwarteschlange.

LIFO-Buffer

LIFO steht für „Last In – First Out“, dieses Prinzip ermöglicht es dem Programm nach einer Unterbrechung genau an der Stelle wieder einzusteigen, an der unterbrochen wurde. Diese Technik wird auf der Ebene der Maschinensprache realisiert und ist eine der ersten Speichersysteme in der Computertechnik gewesen. LIFO wird auch als Stapelspeicher oder Stacking bezeichnet. Problematischerweise hat der Stack eine feste Größe, die zum Pufferüberlauf führt, wenn das Zuviel an Daten nicht abgefangen wird. Dies nutzen zahlreiche Schadprogramme als Angriffspunkt.

Caching und Mapping

Um auf einem grundlegend eher langsamen Speichermedium einen schnelleren Zugriff auf Daten zu bekommen, wird ein sogenannter Cache genutzt. Bei hardwareseitiger Realisierung wird hier vom Mapping gesprochen. Diese Bufferform bildet einen Datenbereich in einem Speicher ab. Wenn die Daten eingelesen werden, erfolgt eine zusätzliche Speicherung im Cache, in dem die Daten direkt über ihre Adresse zugänglich sind. Die Adressierung des Speichermediums wird im Cache nachgebildet, wodurch ein sogenannter indirekter Zugriff ermöglicht wird. Das bedeutet, dass Schreibzugriffe während des laufenden Betriebes lediglich auf das Abbild erfolgen.

Werden die Daten sequenziell gelesen, verhält sich der Cache wie ein FIFO-Buffer. Der Vorteil eines parallelen Verfahrens ist, dass Befüllung der einen Seite des gemappten Bereiches unabhängig davon ist, wie die Daten ausgelesen werden sollen. Bei Schreibvorgängen auf Festplatten beispielsweise wird Mapping genutzt.

Swapping und Paging

Um Datensätze, die zurzeit nicht benutzt werden, aus einem schnellen Speichermedium in ein langsameres auszulagern, wird virtueller Speicher genutzt. Das hat den Vorteil, dass der schnellere, teurere Speicher kleiner dimensioniert werden kann. Der virtuelle Speicher täuscht einen wesentlich größeren aktiven Speicher vor. Beim Paging wird ein Speicherblock, beim Swapping ein komplett inaktiver Prozess ausgelagert. Die Auslagerungsdatei ist ein typisches Beispiel für einen Pagebuffer.

Heaping

Speicherbereiche, welche von Programmen mit Daten gefüllt werden, die für die spätere Bearbeitung benötigt werden, sind als dynamischer Speicher oder auch Heap bekannt. Diese Speicherreservierungen gehen über den eigentlichen Programmcode hinaus und werden üblicherweise vom Betriebssystem auf Anforderung des reservierenden Programmes bedient.

Clipboarding

Das Clipboarding umfasst Buffer, die eine fixe Anzahl von Plätzen bereitstellen. Diese können unabhängig voneinander belegt und auch gelesen werden. Die betriebssysteminterne Zwischenablage, die normalerweise nur den letzten Datensatz vorhält, ist ein solcher Kleinspeicherbereich.

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