Gerência de Memória. Sistemas Operacionais Flavio Figueiredo (

Transcrição

1 Gerência de Memória Sistemas Operacionais Flavio Figueiredo ( 1

2 Até Agora Aprendemos que o SO é uma interface entre o hardware eo software Trocas de contexto Gerência de Interrupções Chamadas de sistemas Processo: Abstração base de sistemas operacionais Escalonamento: Qual processo vai executar e quando Threads: Paralelismo e compartilhamento de dados dentro de um processo Sincronização: Como fazer a comunicação entre processos 2

3 Novo problema... Como referenciar a memória? 3

4 Novo problema... Como referenciar a memória? load store jmp/move 4

5 Se Removermos Multiprogramação Podemos utilizar endereços absolutos Operating System Programa pode ocupar todo espaço Libraries Free Memory Program Memory 5

6 Se Removermos Multiprogramação Podemos utilizar endereços absolutos Operating System Libraries Programa pode ocupar todo espaço Endereços podem iniciar em 0x0000 Program Problemas: Garantir que processos não escrevam na área do SO/Libraries Memory Perdemos tudo que aprendemos em Processos 6

7 E se o programa não encaixar? 7

8 E se o programa não encaixar? Operating System Libraries Free Memory Program Memory 8

9 E se o programa não encaixar? Operating System Libraries Overlay driver para carregar partes do programa Compilador: 1st: Análise Sintática 2nd: Análise Semântica Overlay Driver Program (1st pass) Program (2nd pass) Memory 9

10 E se o programa não encaixar? Operating System Libraries Overlay Driver Program (1st pass) Program (2nd pass) Overlay driver para carregar partes do programa E a outra parte fica aonde? Ainda mais se precisarmos chavear entre elas MergeSort Divide e Conquer são chamados de forma intercaladas Memory 10

11 + 1 problema... Como fazer com que processos coexistam na memória? 11

12 Multiprogramação na memória E se GCC precisar de mais memória? Emacs escrever em 0x3001 Alguém abrir o Chrome? 12

13 Segunda Solução Blocos de tamanho fixo de memória Problemas? Operating System OK Program Small Large program Memory 13

14 Segunda Solução Blocos de múltiplos de tamanho fixo de memória Problemas? Operating System OK Program Small Large program Memory 14

15 Segunda Solução Blocos de múltiplos de tamanho fixo de memória Problemas? Operating System Small Small Small Small Small Small Memory 15

16 Segunda Solução Blocos de múltiplos de tamanho fixo de memória Problemas? Operating System Small Small Small Small Small Small Como os processos endereçam? Memory 16

17 Segunda Solução Blocos de múltiplos de tamanho fixo de memória Problemas? Operating System Small Small Small Small Small Small Como os processos endereçam? Cada um vai saber o bloco onde executa? Memory 17

18 + Problemas Quem deve fazer a tradução de endereços? 18

19 Terceira Solução: Alocação Contígua Não precisamos dividir a memória Como executar múltiplos programas? Operating System Memory 19

20 Terceira Solução Não precisamos dividir a memória Como executar múltiplos programas? Operating System Program A Memory 20

21 Terceira Solução Não precisamos dividir a memória Como executar múltiplos programas? Operating System Program A Program B Memory 21

22 Terceira Solução Não precisamos dividir a memória Como executar múltiplos programas? Operating System Program A Program B Program C Memory 22

23 Terceira Solução Não precisamos dividir a memória Como executar múltiplos programas? Operating System Program A Program C Memory 23

24 Terceira Solução Não precisamos dividir a memória Como executar múltiplos programas? Operating System Program A Program C Program D Memory 24

25 Terceira Solução Não precisamos dividir a memória Como executar múltiplos programas? Operating System Program A Program C Program E Program D Memory 25

26 Terceira Solução Não precisamos dividir a memória Como executar múltiplos programas? Operating System Program E Program C Program D Memory 26

27 Terceira Solução Não precisamos dividir a memória Como executar múltiplos programas? Operating System Program F Program E Program C Program D Memory 27

28 Terceira Solução Não precisamos dividir a memória Como executar múltiplos programas? Operating System Program F Program C Program D Memory 28

29 Terceira Solução Não precisamos dividir a memória Como executar múltiplos programas? Operating System Program F Program G Program C Program D Memory 29

33 Fragmentação Com o tempo vamos ficando com buracos na memória Como fazer melhor uso de tal espaço? 33

34 Fragmentação Com o tempo vamos ficando com buracos na memória Como fazer melhor uso de tal espaço? Compactação Re-alocar os processos 34

35 Compactando Operating System Program F Program G Program C Program D Memory 35

36 Compactando Operating System Program G Program F Program C Program D Memory 36

37 Compactando Operating System Program G Program F Program C Program D Memory 37

38 + Problemas: Fragmentação Interna Ainda assim o programa pode estar desperdiçando espaço internamente Heap Pilha Precisa de espaço para crescer que pode estar sendo mal utilizado Precisa de espaço para crescer que pode estar sendo mal utilizado Stack Wasted Space Heap Data Text Program 38

39 Como encaixamos os programas na memória? 39

40 Como encaixamos os programas na memória? Mapa de Bits (b) Listas Encadeadas (c) Memória representada em (a) 40

41 Algoritmos para Encaixe Primeiro Encaixe Próximo Encaixe Melhor Encaixe Pior Encaixe 41

42 Algoritmos para Encaixe Primeiro Encaixe Caminhamos na lista até achar algum local para encaixe Próximo Encaixe Caminhamos a partir do último encaixe Melhor Encaixe Procuramos o encaixe mais perto do tamanho do programa Pior Encaixe Escolhemos o maior espaço livre 42

43 Algoritmos para Encaixe Primeiro Encaixe Caminhamos na lista até achar algum local para encaixe Melhores na prática Próximo Encaixe Caminhamos a partir do último encaixe Melhor Encaixe Procuramos o encaixe mais perto do tamanho do programa Pior Encaixe Escolhemos o maior espaço livre 43

44 Traduzindo Endereços Ainda não respondemos bem a seguinte pergunta Quem deve fazer a tradução de endereços? 44

45 Compilando um Programa 45

46 Compilation and loading of a program Source.c 46

47 Compilation and loading of a program Source.c Compiler Module.o 47

48 Compilation and loading of a program Source.c Compiler Other modules Module.o Linker Binary.exe 48

49 Compilation and loading of a program Source.c Compiler Other modules System library Module.o Linker Binary.exe Loader Program 49

50 Compilation and loading of a program Uma ideia: O loader pode traduzir endereços Ao executar o programa re-escrever instruções Other modules System library Source.c Compiler Module.o Linker Binary.exe Loader Program 50

51 Compilation and loading of a program Uma ideia: O loader pode traduzir endereços Ao executar o programa re-escrever instruções Other modules Source.c Compiler Module.o Linker Bibliotecas dinâmicas Como traduzir? System library Binary.exe Dynamic libraries Loader Program 51

52 Compilation and loading of a program Uma ideia: O loader pode traduzir endereços Ao executar o programa re-escrever instruções Other modules Source.c Compiler Module.o Linker Bibliotecas dinâmicas Como traduzir? System library Binary.exe Re-escrever operações do programa Custoso Dynamic libraries Loader Program Nada impede que um programa acesse regiões ilegais 52

53 Requisitos Proteção Um processo não deve escrever no espaço de outro Transparência Processos não devem trabalhar com endereços absolutos De qualquer forma, o processo tem que ter a ideia de memória contínua Recursos suficientes O programador e o processo podem assumir que memória é infinita O SO que se vire para tratar disto Disco ajuda No mundo ideal, o programador não se preocupa com memória 53

54 Exemplo 54

55 + Problemas Quem deve fazer a tradução de endereços? SO? Usuário? Hardware? 55

56 + Problemas Quem deve fazer a tradução de endereços? SO Da para ser feito, mas pode ser lento Operações de soma em cada operação que acessa memória Usuário Não é uma boa opção Hardware Melhor opção [Primeira Solução] Registradores base e limite 56

57 Endereços Virtuais Programas nunca referenciam a memória per-se Fazem uso de endereço virtual Traduzido para endereços reais Tradução deve ser eficiente Hardware como falamos 57

58 Unidade Gerenciadora de Memória Memory Management Unit (MMU) 58

59 Registradores Base e Limite Troca de contexto mais simples Atualizar 2 registradores Traduções em hardware Endereço = Endereço Requisitado + Base Limite cuida de acessos ilegais 59

60 Registradores Base e Limite 60

61 Novamente o Hardware Ajudando... 61

62 Limitações de Base e Limite? 62

63 Limitações de Base e Limite? Em um fork criamos um clone do processo Precisamos copiar tudo? 63

64 Limitações de Base e Limite? Em um fork criamos um clone do processo Precisamos copiar tudo? Como lidar com a fragmentação interna? Ainda mantemos aquele espaço entre a pilha e a fila 64

65 Limitações de Base e Limite? Em um fork criamos um clone do processo Precisamos copiar tudo? Como lidar com a fragmentação interna? Ainda mantemos aquele espaço entre a pilha e a fila E se um processo precisar de mais memória? Malloc que ultrapassa o limite de base e limit 65

66 Memória de um Programa Várias partes Code Hooks for libraries Data Global variables Stack Heap 66

67 Memory Memória layout de um of Programa a program Programa Code Hooks for libraries Data Global variables Stack Heap Linux Reference counters List and tree of vm_area Flags and basic segments Code Heap Stack Data struct vm_area Start/end Protection File pointer (mmap) 67

68 Memory E aquela layout fragmentação of a program interna? Programa Code Hooks for libraries Data Global variables Stack Heap Stack Heap Data Text Linux Reference counters List and tree of vm_area Flags and basic segments Code Heap Stack Data struct vm_area Start/end Protection File pointer (mmap) Program 68

69 Segmentação Stack Stack Heap Data Text Heap Data Text Program A Program B 69

70 Segmentação Stack Stack Heap Data Text Program A Text Text Heap Data Text Program B Physical Memory 70

71 Segmentação Stack Heap Data Text Program A Stack Heap Stack Kernel Heap Data Text Data Text Stack Heap Data Text Program B Physical Memory 71

72 Próximas aulas... Como implementar segmentação? Como lidar com fragmentação? Como fazer com que programas tenha a ideia de memória infinita? 72