Sistemas Operacionais. Prof. MSc. André Yoshimi Kusumoto

Transcrição

1 Sistemas Operacionais Prof. MSc. André Yoshimi Kusumoto

2 Fundamentos Gerência de memória Memória Virtual Todo o espaço lógico mapeado no espaço físico O tamanho do programa é limitado pelo tamanho da memória Um programa ocupando apenas um espaço de memória que realmente é necessária permite uma economia substancial de espaço de memória 2/

3 Memória Virtual Técnica que permite a execução de um processo sem que ele esteja completamente em memória Apenas parte do programa precisa estar na memória para execução. Princípios básicos Manter em memória apenas as páginas necessárias Paginação por demanda Espaço de endereçamento lógico pode ser maior que o espaço físico. 3/

4 Paginação sob Demanda Forma mais comum de implementação de memória virtual Similar a paginação com swapping Invés de ser realizado o swap-in/out de um processo, se realiza o swap-in/out de apenas uma página do processo (page-in/out) 4/

5 Paginação sob Demanda Traz a página para a memória somente quando ela for necessária. Menos I/O necessário Menos memória necessária Vem de encontro com a filosofia de memória virtual Reduz operações de E/S: carrega apenas página necessária Reduz quantidade de memória utilizada por processo Aumenta grau de multiprogramação 5/

6 Paginação sob Demanda Necessita conhecimento de quais páginas estão na memória secundária e quais páginas estão na memória principal Página é necessária página presente na memória -> acesso página ausente -> traz para a memória 6/

7 Paginação sob Demanda Bit de Presença (válido-inválido) A cada entrada de tabela de página, um bit de válido-inválido é associado (1 -> na memória, 0 -> ausente) Durante a tradução de endereço, se o bit de presença para a página que será acessada for zero -> falta de página. Página BP Tabela de páginas 7/

8 Falta de Página (Page Fault) Paginação sob Demanda Se há uma referência para uma página ausente, a execução é desviada para o Sistema Operacional (trap - falta de página). O SO busca frame livre na memória. Traz a página do disco para o frame livre (page-in). Atualiza a tabela de páginas, bit de presença da página passa para 1. Reinicia a execução do ponto interrompido. 8/

9 Paginação Excessiva - Thrashing Tratamento de uma falta de páginas é caro (tempo) Impacto de falta de páginas é grande para o desempenho do processo A medida que o número de páginas físicas alocadas a um processo diminui, a taxa de falta de páginas aumenta Um processo está em thrashing quando ele passa a maior parte do seu tempo de execução no processo de paginação 9/

10 Paginação Excessiva - Thrashing Se o número de frames alocados a um processo é inferior ao número de páginas efetivamente em uso O processo tentará acessar uma nova página que não está presente => falta de página Para carregar a página não presente, uma página do processo é retirada 10/

11 Consequências Paginação Excessiva - Thrashing Baixa taxa de uso da CPU para execução de processos de usuários Sistema operacional pode pensar que está faltando processos aptos para execução e permite a criação/adição de novos processos Adição de processos implica em maior necessidade de frames (agrava a situação) Conclusão: Existe um ponto onde o grau de multiprogramação compromete o desempenho do sistema Para retirar um sistema do estado de thrashing é necessário suspender alguns processos temporariamente 11/

12 Algoritmos de Substituição de Páginas É utilizado um algoritmo para a escolha da página a ser substituída. O algoritmo deve resultar no menor número possível de faltas de página. A página escolhida deve ficar o maior tempo possível e ser acessada para que não ocorra outra falta de página => é desejável o menor número de faltas de páginas 12/

13 Algoritmo First-In-First-Out (FIFO) A página carregada a mais tempo é a candidata a ser retirada da memória Exemplo com 3 frames: Desempenho: Nem sempre bom. Página escolhida para ser retirada pode ainda estar sendo muito utilizada. 13/

14 Algoritmo Least Recently Used (LRU) Menos Recentemente Utilizada (MRU) Substitui a página que não foi acessada a mais tempo menos recentemente utilizada. Premissa básica é que páginas acessadas recentemente por um processo serão novamente acessadas em um futuro próximo Exemplo com 3 frames: 14/

15 Implementação Algoritmo Least Recently Used (LRU) Contadores na tabela de páginas Contador Tempo da última referência (time stamp) Desvantagem é o overhead Implementação do contador Cada entrada de página tem um contador; toda vez que a página é referenciada por essa entrada, copia o clock para o contador Quando uma página precisa ser mudada, veja os contadores para determinar quais devem mudar (menor valor do campo contador) 15/

16 Tamanho de página Fatores a serem considerados na definição do tamanho de página Fragmentação Tamanho de estruturas internas do sistema operacional (tabelas de páginas) Overhead das operações de E/S Localidade Menor a página, menor a quantidade de fragmentação interna Menor a página, maior a quantidade de páginas por processo Mais páginas por processo, maior tabela de páginas Maior a tabela de páginas, maior a necessidade de uso de memória 16

17 Tamanho de página Menor é o tamanho da página, maior é o número de páginas que podem ser mantidas na memória principal Execução tende a deixar em memória apenas as páginas que são necessárias (localidade). Com muitas páginas, tendência é reduzir a taxa de page-fault Entretanto, página grande tende a desperdiçar a memória pois mantém além das referências necessárias, outras não utilizadas Tendência a aumentar a taxa de page-fault 17