Sistemas Operativos - Memoria
- 1. Presentación sobre las estrategias de Administración de Memoria principal, paginación, Segmentación, Memoria virtual. Asignatura: Sistemas Operativos I Autor: Víctor Delgado
- 2. Memoria Memoria: son los circuitos o campos que nos permiten almacenar los datos para así poder usarlos y recuperarlos. Memoria principal: Recurso a repartir entre el S.O. y los procesos. La unidad de almacenamiento es el bit “Binary Element” aunque su estructura general es en Bytes (8bits). Acceso a la memoria: Según la manera de acceder a las celdas de información de la memoria las podemos clasificar: Memorias asociativas Direccionales por contenidos: se obtiene toda la información de las celdas suministrando parte de esa información. Utilizada principalmente en las caches. Memorias convencionales Cada celda es direccional por un número al que llamaremos dirección.
- 4. Administración de Memoria En un sistema el S.O. debe llevar contabilidad de la memoria El S.O. tiene que llevar contabilidad de la memoria disponible en el sistema: la memoria no contabilizada por el S.O. no está disponible para los procesos El S.O. también tiene que llevar una contabilidad por proceso El S.O. asigna memoria a los procesos cuando se inicia su ejecución y cuando la solicitan, Cuando el proceso termina el S.O. RECUPERA la memoria que tenía asignada. Si el sistema tiene memoria virtual es el S.O es quien se encarga de gestionarla.
- 5. Objetivos del sistema de gestión de memoria Sistemas con multiprogramación Requisitos deseables a cumplir por cualquier política de administración de memoria: 1. Reubicación 2. Protección 3. Compartición 4. Organización lógica de los programas 5. Organización física 6. Maximizar el rendimiento 7. Mapas de memoria de los procesos.
- 6. Paginación Es una técnica de manejo de memoria, en la cual el espacio de memoria se divide en secciones físicas de igual tamaño, denominadas marcos de página. Los programas se dividen en unidades lógicas, denominadas páginas, que tienen el mismo tamaño que los marcos de páginas. De esta forma, se puede cargar una página de información en cualquier marco de página. Las páginas sirven como unidad de almacenamiento de información y de transferencia entre memoria principal y memoria auxiliar o secundaria. Cada marco se identifica por la dirección de marco, que está en la posición física de la primera palabra en el marco de página.
- 7. Tablas de páginas: Cada página tiene un número que se utiliza como índice en la tabla de páginas, lo que da por resultado el número del marco correspondiente a esa página virtual. Si el bit presente / ausente es 0, se provoca un señalamiento (trap) hacia el sistema operativo. Si el bit es 1, el número de marco que aparece en la tabla de páginas se copia en los bits de mayor orden del registro de salida, junto con el ajuste (offset) de 12 bits, el cual se copia sin modificaciones de la dirección virtual de entrada. Juntos forman una dirección física de 15 bits. El registro de salida se coloca entonces en el bus de la memoria como la dirección en la memoria física.
- 8. Características de la paginación: El espacio de direcciones lógico de un proceso puede ser no contiguo. Se divide la memoria física en bloques de tamaño fijo llamados marcos (frames). Se divide la memoria en bloques de tamaño llamados páginas. Se mantiene información en los marcos libres. Para correr un programa de n páginas de tamaño, se necesitan encontrara n marcos y cargar el programa. Se establece una tabla de páginas para trasladar las direcciones lógicas a físicas. Se produce fragmentación interna.
- 9. Ventajas de la paginación 1. Es posible comenzar a ejecutar un programa, cargando solo una parte del mismo en memoria, y el resto se cargara bajo la solicitud. 2. No es necesario que las paginas estén contiguas en memoria, por lo que no se necesitan procesos de compactación cuando existen marcos de páginas libres dispersos en la memoria. 3. Es fácil controlar todas las páginas, ya que tienen el mismo tamaño. 4. El mecanismo de traducción de direcciones (DAT) permite separar los conceptos de espacio de direcciones y espacios de memoria. Todo el mecanismo es transparente al usuario. 5. Se libera al programador de la restricción de programar para un tamaño físico de memoria, con lo que s e aumenta su productividad. Se puede programar en función de una memoria mucho más grande a la existente. 6. Al no necesitarse cargar un programa completo en memoria para su ejecución, se puede aumentar el número de programas multiprogramándose. 7. Se elimina el problema de fragmentación externa.
- 10. Desventajas de la paginación 1. El costo de hardware y software se incrementa, por la nueva información que debe manejarse y el mecanismo de traducción de direcciones necesario. Se consume mucho más recursos de memoria, tiempo en el CPU para su implantación. 2. Se deben reservar áreas de memoria para las PMT de los procesos. Al no ser fija el tamaño de estas, se crea un problema semejante al de los programas (como asignar un tamaño óptimo sin desperdicio de memoria, u "ovearhead" del procesador). 3. Aparece el problema de fragmentación interna. Así, si se requieren 5K para un programa, pero las paginas son de 4K, deberán asignárseles 2 paginas (8k), con lo que quedan 3K sin utilizar. La suma de los espacios libres dejados de esta forma puede ser mayor que el de varias páginas, pero no podrá ser utilizados. Debe asignarse un tamaño promedio a las páginas, evitando que si son muy pequeñas, se necesiten TABLAS BMT y PMT muy grandes, y si son muy grandes, se incremente el grado de fragmentación interna.
- 11. Segmentación Es un esquema de manejo de memoria mediante el cual la estructura del programa refleja su división lógica; llevándose a cabo una agrupación lógica de la información en bloques de tamaño variable denominados segmentos. Cada uno de ellos tienen información lógica del programa: subrutina, arreglo, etc. Luego, cada espacio de direcciones de programa consiste de una colección de segmentos, que generalmente reflejan la división lógica del programa.
- 12. La segmentación permite alcanzar los siguientes objetivos: 1. Modularidad de programas 2. Estructuras de datos de largo variable 3. Protección 4. Comparación 5. Enlace dinámico entre segmentos Ventajas de la segmentación El esquema de segmentación ofrece las siguientes ventajas: El programador puede conocer las unidades lógicas de su programa, dándoles un tratamiento particular. Es posible compilar módulos separados como segmentos el enlace entre los segmentos puede suponer hasta tanto se haga una referencia entre segmentos. Debido a que es posible separar los módulos se hace más fácil la modificación de los mismos. Cambios dentro de un módulo no afecta al resto de los módulos.
- 13. Ventajas de la segmentación Es fácil el compartir segmentos. Es posible que los segmentos crezcan dinámicamente según las necesidades del programa en ejecución. Existe la posibilidad de definir segmentos que aún no existan. Así, no se asignara memoria, sino a partir del momento que sea necesario hacer usos del segmento. Un ejemplo de esto, serían los arreglos cuya dimensión no se conoce hasta tanto no se comienza a ejecutar el programa. En algunos casos, incluso podría retardar la asignación de memoria hasta el momento en el cual se referencia el arreglo u otra estructura de dato por primera vez.
- 14. Desventajas de la segmentación Hay un incremento en los costos de hardware y de software para llevar a cabo la implantación, así como un mayor consumo de recursos: memoria, tiempo de CPU, etc. Debido a que los segmentos tienen un tamaño variable se pueden presentar problemas de fragmentación externas, lo que puede ameritar un plan de reubicación de segmentos en memoria principal. Se complica el manejo de memoria virtual, ya que los discos almacenan la información en bloques de tamaños fijos, mientras los segmentos son de tamaño variable. Esto hace necesaria la existencia de mecanismos más costosos que los existentes para paginación.
- 15. Desventajas de la segmentación Al permitir que los segmentos varíen de tamaño, puede ser necesarios planes de reubicación a nivel de los discos, si los segmentos son devueltos a dicho dispositivo; lo que conlleva a nuevos costos. No se puede garantizar, que al salir un segmento de la memoria, este pueda ser traído fácilmente de nuevo, ya que será necesario encontrar nuevamente un área de memoria libre ajustada a su tamaño. La compartición de segmentos permite ahorrar memoria, pero requiere de mecanismos adicionales da hardware y software. Estas desventajas tratan de ser minimizadas, bajo la técnica conocida como Segmentación paginada.
- 16. Segmentación Paginada Paginación y segmentación son técnicas diferentes, cada una de las cuales busca brindar las ventajas enunciadas anteriormente. Para la segmentación se necesita que estén cargadas en memoria, áreas de tamaños variables. Si se requiere cargar un segmento en memoria; que antes estuvo en ella y fue removido a memoria secundaria; se necesita encontrar una región de la memoria lo suficientemente grande para contenerlo, lo cual no es siempre factible; en cambio "recargar" una página implica solo encontrar un merco de página disponible.
- 17. Segmentación Paginada Las direcciones tienen tres componentes: (s, p,d), donde la primera indica el número del segmento, la segunda el número de la página dentro del segmento y la tercera el desplazamiento dentro de la página. Se deberán usar varias tablas: SMT (tabla de mapas de segmentos): una para cada proceso. En cada entrada de la SMT se almacena la información descrita bajo segmentación pura, pero en el campo de dirección se indicara la dirección de la PMT (tabla de mapas de páginas) que describe a las diferentes páginas de cada segmento. PMT (tabla de mapas de páginas): una por segmento; cada entrada de la PMT describe una página de un segmento; en la forma que se presentó la pagina pura. TBM (tabla de bloques de memoria): para controlar asignación de páginas por parte del sistema operativo. JT (tabla de Jobs): que contiene las direcciones de comienzo de cada una de las SMT de los procesos que se ejecutan en memoria.
- 18. Ventajas de la segmentación paginada El esquema de segmentación paginada tiene todas las ventajas de la segmentación y la paginación: Debido a que los espacios de memorias son segmentados, se garantiza la facilidad de implantar la compartición y enlace. Como los espacios de memoria son paginados, se simplifican las estrategias de almacenamiento. Se elimina el problema de la fragmentación externa y la necesidad de compactación.
- 19. Desventajas de la segmentación paginada Las tres componentes de la dirección y el proceso de formación de direcciones hace que se incremente el costo de su implantación. El costo es mayor que en el caso de segmentación pura o paginación pura. Se hace necesario mantener un número mayor de tablas en memoria, lo que implica un mayor costo de almacenamiento. Sigue existiendo el problema de fragmentación interna de todas- o casi- todas las páginas finales de cada uno de los segmentos. Bajo paginación pura se desperdician solo la última página asignada, mientras que bajo segmentación – paginada el desperdicio puede ocurrir en todos los segmentos asignados.
- 20. Memorita Virtual La memoria virtual es una técnica de gestión de la memoria que permite que el sistema operativo disponga, tanto para el software de usuario como para sí mismo, de mayor cantidad de memoria que esté disponible físicamente. La mayoría de los ordenadores tienen cuatro tipos de memoria: registros en la CPU, la memoria caché (tanto dentro como fuera del CPU), la memoria RAM y el disco duro. En ese orden, van de menor capacidad y mayor velocidad a mayor capacidad y menor velocidad.
- 21. Operación básica al uso de Memoria Virtual Cuando se usa memoria virtual, o cuando una dirección es leída o escrita por la CPU, una parte del hardware dentro de la computadora traduce las direcciones de memoria generadas por el software (direcciones virtuales) en: La dirección real de memoria (la dirección de memoria física). Una indicación de que la dirección de memoria deseada no se encuentra en memoria principal (llamado excepción de memoria virtual)
- 22. Paginación y memoria virtual La memoria virtual usualmente (pero no necesariamente) es implementada usando paginación. En paginación, los bits menos significativos de la dirección de memoria virtual son preservados y usados directamente como los bits de orden menos significativos de la dirección de memoria física. Los bits más significativos son usados como una clave en una o más tablas de traducción de direcciones (llamadas tablas de paginación), para encontrar la parte restante de la dirección física buscada.