Sistemas Operacionais

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1 Introução Sistemas Oeracionais Gerência e memória Asectos e imlementação Trabalho sob a Licença Atribuição-SemDerivações-SemDerivaos 3. Brasil Creative Commons. Para visualizar uma cóia esta licença, visite htt://creativecommons.org/licenses/by-nc-n/3./br/ Aula 21 A alocação não contígua resolve naturalmente o roblema e relocação o cóigo executável Cóigo executável (saía o ligaor) é o tio absoluto Ajuste e enereços é feito via harware (amarração inâmica) ela MMU Paginação, segmentação ou segmentação com aginação Sistemas oeracionais convencionais emregam aginação Harware e aginação mais simles e imlementar Software e gerenciamento mais simles, se comarao com a segmentação Segmentação tem ue manter listas e lacunas livres e ocuaas, olítica e alocação e lacunas (best-fit, worst-fit, first-fit), comactar, concatenar 2 Questões ara a imlementação a aginação Alocação e gerenciamento e memória (aginação) Alocação e gerenciamento o esaço em memória (uaros) Tabela e áginas Tamanho a tabela e áginas Conteúo a entraa a tabela e áginas Bits ara controle e ara inicar o número o uaro Desemenho a aginação Local e armazenamento a tabela em temo e execução Formatação o esaço e swa Se fosse emregao segmentação ou segmentação com aginação os roblemas e alocação e gerenciamento o esaço, imensionamento e tabelas e local e armazenamento seriam similares. Alocação com memória real Necessário alocar uantiae e uaros iêntico a uantiae e áginas Se não há memória isonível Processo não é criao Executa escalonaor e méio razo ara efetuar swa Gerenciamento a alocação Manter informação e uantos uaros estão ocuaos e uais uaros estão livres e ocuaos Contaor e uaros ocuaos Criação o rocesso ou swa-in: incrementa contaor em uaros Término o rocesso ou swa-out: ecrementa contaor em uaros Bitma ara inicar uaros livres e ocuaos 3 4

2 Tabelas e áginas Dimensionamento as tabelas e áginas Imlementação natural é um vetor Uma entraa (elemento) ara caa ágina Caa entraa na tabela e áginas contém: Bits e gerência (comartilhamento, valiae, acesso leitura ou leitura/escrita) Número o uaro ue a ágina ocua Problemas com tabelas e áginas Quantiae e entraas euivale a e áginas o maior rocesso ossível Tenência é as tabelas serem granes e subutilizaas Ex.: rocessaor e 32 bits e áginas e 4 Kbyte = 1 mega entraas Agravao elo fato ue caa rocesso tem sua rória tabela e áginas Objetivo é reuzir a área ocuaa elas tabelas e áginas Usar tabelas e áginas e tamanho variável É reciso saber a uantiae e entraas (tamanho) Dimensionar conforme a necessiae, mas como armazenar a tabela? Lembrano ue são aos ue ertencem ao núcleo o sistema Estratégias ossíveis ara essa aboragem Emregar uma área contígua em memória Paginar a rória tabela e áginas (aginação multinível) Tabela e áginas invertia 5 6 Tabela em área contígua e memória Paginação multinível com gerência mista Diviia em áginas (ara os esaços e enereçamento e rocessos) Diviia em segmentos (ara armazenar as tabelas e tamanho variável) Necessário manter or rocesso Ponteiro ara inicio a tabela em memória Tamanho a tabela Problemas e gerenciamento a segmentação Fragmentação externa Lista e lacunas livres e ocuaas Comactação e concatenação O objetivo final é imensionar a tabela or emana Consiste em aginar a área e memória necessária a tabela A tabela ocua uma uantiae e áginas suficiente ara a uantiae e entraas ue ela ossui Organiza a tabela e áginas em níveis hieráruicos Diretório(s) e tabelas e áginas Tabela e áginas roriamente ita Diretórios e tabela e áginas oem ser em n níveis Uma entraa o iretório a tabela e áginas e nível n aonta ara um iretório e tabelas e áginas e nível n-1 O último nível (o mais a ireita) é a tabela e áginas 7 8

3 Exemlo: Paginação em ois níveis Família 8x86 Paginação em três níveis Características Enereço lógico e 4 Gbytes (32 bits) com áginas e 4 kb (12 bits) Tamanho a tabela e áginas: 4 Gbytes / 4 kbytes = entraas Aruiteturas e rocessaores e 64 bits Nível 1 Nível 2 Nível 3 eslocamento 32 bits Registraor Esecial (CR3) t Diretório e tabela e áginas 123 Tabela e áginas Memória física Registraor Esecial Diretório global Diretório intermeiário Tabela e ágina Memória física 9 1 Tabela e áginas invertia Esuema a tabela e áginas invertia Estratégia A tabela ossui uma entraa or uaro a memória RAM, em vez e uma entraa or ágina (esaço e enereçamento o rocesso) Enereço lógico é uma tula (i, ágina, eslocamento) O ínice a entraa ue tem o enereço lógico é o uaro one a ágina está Prós e contras a estratégia Poua esaço usao ara armazenamento e tabelas uano memória lógica os rocessos excee a memória real (RAM) Uso e swa ou memória virtual A traução e áginas ara uaros é mais elaboraa Chave e esuisa é (n, ): necessário varrer a tabela inteira ela ocorrência a ágina ertencente ao rocesso n Enereço lógico CPU i Pi Tabela e áginas i Enereço físico i (euivale ao uaro ) RAM Memória física 11 12

4 Desemenho na traução o enereço lógico Tabela e áginas* na MMU Deene o local a tabela e áginas urante a execução o rocesso Comromisso entre tamanho a tabela e esemenho Locais ossíveis Registraores no harware o rório rocessaor (MMU) Disco (não rático em temo e execução) A tabela é armazenaa em um banco e registraores na MMU Caa registraor é uma entraa a tabela e áginas Registraores evem ser atualizaos a caa troca e contexto Vantagem: Temo e acesso ara traução e enereço lógico em físico Desvantagem: Tamanho a tabela e áginas Número e entraas (áginas) é limitao elo harware Custo e imlementação e viabiliae *Raciocínio válio ara segmentação e segmentação com aginação Tabela e áginas* em banco e registraores Tabela e áginas em memória ULA UC GPRs Processaor en. lógico Memory Management Unit (MMU) Tabela e áginas n-1 Banco e registraores en. Físico *Raciocínio válio ara segmentação e segmentação com aginação Acessa tabela e áginas na memória RAM Registraor esecial ara inicar one ela inicia e termina na memória PTBR (Page Table Base Register) PTLR (Page Table Length Register), se não for aginação multinível Vantagem: Tamanho a tabela e áginas não é limitao or harware Desvantagem: Temo e acesso Necessário elo menos ois acessos a RAM ara acessar um enereço o esaço o rocesso 15 16

5 Tabela e áginas* em memória Translation look-asie buffers (TLBs) ULA UC GPRs Processaor En. lógico Memory Management Unit (MMU) PTLR não INT PTBR sim + 1º acesso En. Físico 2º acesso *Raciocínio válio ara segmentação e segmentação com aginação Tabela e áginas 17 Solução ue busca aliar Desemenho a traução e enereços lógicos ara físicos via banco e registraores Tabelas sem limitação e tamanho (armazenamento em memória) Estratégia básica Manter em banco e registraores (MMU) aenas a arte a tabela e áginas* ue está em uso no momento (cóia arcial) Imlementação através e uma memória esecial na MMU Translation look-asie buffer TLB Memória associativa (acessaa or conteúo) Caa entraa ossui uma chave (key ou tag) e um valor Comara toas as chaves simultaneamente e, se existir, retorna o valor *Raciocínio válio ara segmentação e segmentação com aginação 18 Registraores associativos Traução e enereços via TLB Registraores associativos ermitem a busca e valores or conteúo, não or enereços Pesuisa aralela Funcionamento: Se valor key está na memória associativa, se obtém valor (value). Enereço lógico Key value Enereço físico 19 CPU Página/uaro En. lógico TLB Miss TLB PTLR Hit TLB + PTBR En. Físico Tabela e áginas *Raciocínio válio ara segmentação e segmentação com aginação 2

6 Conceito e hit ratio (h) ou taxa e acerto Exemlo a influência o hit ratio no esemenho Probabiliae o ao referenciao se encontrar na memória hit ratio (h) é a taxa e acerto e miss ratio (1-h) é a taxa e falhas Alicável a iferentes hieraruias e memória (TLB, cache, RAM) No caso a TLB Probabiliae o enereço físico ser trauzio no acesso a TLB Também chamao e temo efetivo e acesso Acessa ao CPU TLB h 1-h Acessa tabela na memória Acessa ao Acessa ao CPU TLB h 1-h Acessa tabela na memória Acessa ao Asectos relacionaos com o uso e TLB: aginação Atenção: TLB não é cache e aos e/ou instruções Melhora o esemenho no acesso a tabela e áginas Temo e acesso:1 a 3 ciclos e clock contra 1 a 2 ciclos a memória Desvantagem é o seu custo (área e silício) Tamanho limitao (e 8 a 496 entraas) Processaores atuais tem TLB organizaas em níveis TLB ertence a MMU e é comartilhaa or toos rocessos (forma exclusiva) Aenas as áginas em uso or um rocesso necessitam estar na TLB Um acesso é feito em uas artes: Se ágina está resente na TLB (hit) a traução é feita Se ágina não está resente na TLB (miss), consulta a tabela em memória e atualiza entraa na TLB Se aginação multinível acessa os iferentes níveis Página/Frame TLB + PTBR Hit TLB Tabela e áginas () Miss TLB Cache e aos/instruções valor valor 23 24

7 Leituras comlementares A. Tanenbaum. Sistemas Oeracionais Moernos (4 a eição), Pearson Brasil, 216. Caítulo 3: (seções a 3.3.4) A. Silberchatz, P. Galvin; Sistemas Oeracionais. (7 a eição). Camus, 28. Caítulo 8 (seções 8.4 e 8.5) R. Oliveira, A. Carissimi, S. Toscani; Sistemas Oeracionais. Eitora Bookman 4 a eição, 21 Caítulo 7 (seção 7.1) 25