Cap. 10 Gerência de Memória Virtual 1

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1 Arquitetura de Sistemas Operacionais Francis Berenger Machado Luiz Paulo Maia Capítulo 10 Gerência de Memória Virtual Cap 10 Gerência de Memória Virtual 1

2 Introdução Espaço de Endereçamento Virtual Mapeamento Memória Virtual por Paginação Política de Busca de Páginas Política de Alocação de Páginas Política de Substituição de Páginas Working Set Algoritmo de Substituição de Páginas Tamanho de Página Paginação em Múltiplos Níveis Sumário Cap 10 Gerência de Memória Virtual 2

3 Memória Virtual por Paginação (cont) Translation Lookaside Buffer Proteção de Memória Compartilhamento de Memória Memória Virtual por Segmentação Memória Virtual por Segmentação com Paginação Swapping em Memória Virtual Thrashing Sumário Cap 10 Gerência de Memória Virtual 3

4 Introdução Memória virtual é uma técnica que combina memória principal e secundária Maximizar o número de processos na memória Reduzir a fragmentação Permitir estruturas e dados maiores que a memória Cap 10 Gerência de Memória Virtual 4

5 Espaço de Endereçamento Virtual Vetor de 100 posições Endereço Físico VET [1] VET [2] VET [3] VET [4] VET [5] VET [100] Cap 10 Gerência de Memória Virtual 5

6 Espaço de Endereçamento Virtual Espaço de endereçamento virtual e real Espaço de endereçame ento virtual Endereço virtual 0 Endereço virtual 1 Endereço virtual 2 Endereço virtual 3 Endereço virtual 4 Endereço virtual 5 Endereço virtual V Espaço de endere reçamento real Endereço real 0 Endereço real 1 Endereço real 2 Endereço real 3 Endereço real R Cap 10 Gerência de Memória Virtual 6

7 Espaço de Endereçamento Virtual Espaço de endereçamento virtual Memória Virtual Memória Principal Memória Secundária Cap 10 Gerência de Memória Virtual 7

8 Mapeamento Mapeamento Memória Virtual Memória Principal Mapeamento Cap 10 Gerência de Memória Virtual 8

9 Tabela de mapeamento Espaço de endereçamento virtual de A Endereço virtual 1 Mapeamento Tabela de mapeamento de A Memória Principal Processo A Espaço de endereçamento virtual de B Endereço virtual 1 Tabela de mapeamento de B Processo B Cap 10 Gerência de Memória Virtual 9

10 Mapeamento Espaço virtual x tamanho do bloco Cap 10 Gerência de Memória Virtual 10

11 Memória Virtual por Paginação Tabela de páginas Memória Virtual Página virtual 0 Memória Principal Página real 0 Página virtual 1 Página virtual 2 Tabela de páginas Página real 1 ETP Página real R Memória Secundária Página virtual V Cap 10 Gerência de Memória Virtual 11

12 Memória Virtual por Paginação Tradução do endereço virtual Página virtual Deslocamento Endereço virtual NPV Desloc Tabela de páginas ETP End do frame End do frame Desloc Frame Deslocamento Endereço físico Cap 10 Gerência de Memória Virtual 12

13 Page fault Memória Virtual por Paginação Mecanismo de tradução Endereço virtual Tabela de páginas Memória Principal Bit de validade 0 Page in Memória secundária Tabela de páginas Memória Principal Bit de validade 1 Memória secundária Cap 10 Gerência de Memória Virtual 13

14 Política de Busca de Páginas Determina quando uma página deve ser carregada para a memória Paginação por demanda Paginação antecipada Cap 10 Gerência de Memória Virtual 14

15 Política de Alocação de Páginas Determina quantos frames um processo pode ter na memória Alocação fixa Alocação variável Cap 10 Gerência de Memória Virtual 15

16 Políticas de Substituição Substituição de páginas de Páginas Memória Principal Arquivo de paginação out o Page Page in Cap 10 Gerência de Memória Virtual 16

17 Working Set Conceito de localidade Página 0 Inicialização Página 1 WHILE () DO BEGIN Página 2 Página 3 END; Página 4 Imprime resultados Cap 10 Gerência de Memória Virtual 17

18 Working Set Modelo de working set Janela do working set ( t) P2 P3 P2 P8 t 1 t 2 W(t, t) 2 tempo Cap 10 Gerência de Memória Virtual 18

19 Tamanho do working set Working Set P2 P3 P4 P5 P2 P5 P5 P5 P5 P6 t 1 t 2 t 3 tempo t a t b Cap 10 Gerência de Memória Virtual 19

20 Working Set Taxa de page fault x limite de páginas reais Taxa de page fault Limite de páginas reais Cap 10 Gerência de Memória Virtual 20

21 FIFO Algoritmos de Substituição de Páginas saída entrada Página mais antiga Página mais recente Cap 10 Gerência de Memória Virtual 21

22 Algoritmos de Substituição Ótimo Aleatório FIFO LFU LRU NRU FIFO com buffer de páginas FIFO circular de Páginas Cap 10 Gerência de Memória Virtual 22

23 Algoritmos de Substituição de Páginas Bits de referência e modificação Cap 10 Gerência de Memória Virtual 23

24 Algoritmos de Substituição de Páginas FIFO com Buffer de Páginas início Lista de páginas livres fim (a) (c) (b) fim Lista de páginas alocadas início Cap 10 Gerência de Memória Virtual 24

25 Algoritmos de Substituição FIFO Circular (Clock) de Páginas BR= 1 BR= 0 P1 P1 BR= 1 BR= 0 Pn página mais antiga P2 Pn P2 BR= 0 P3 página selecionada BR= 0 P3 P5 P4 P5 P4 (a) (b) Cap 10 Gerência de Memória Virtual 25

26 Fragmentação interna Tamanho de Página Página 0 PROGRAM Frag; VAR Página 1 PROCEDURE A; Página 2 END; Página 3 BEGIN Página 4 END Fragmentação Cap 10 Gerência de Memória Virtual 26

27 Paginação em Múltiplos Níveis Paginação em um nível 0 Tabela de páginas Endereço Virtual NPV Desloc 20 bits 12 bits Mb 20 (2-1) 32 bits Cap 10 Gerência de Memória Virtual 27

28 Paginação em Múltiplos Níveis Endereço virtual em dois níveis Endereço Virtual NPV 1 10 bits NPV 2 10 bits Desloc 12 bits Tabela diretório Tabela de páginas frame Cap 10 Gerência de Memória Virtual 28

29 Paginação em Múltiplos Níveis Paginação em dois níveis Tabela de páginas 0 frame 100 frame Tabela diretório Tabela de páginas 1 frame 4000 frame Memória Principal Tabela de páginas Cap 10 Gerência de Memória Virtual 29

30 Translation Lookaside Buffer Translation Lookaside Buffer (TLB) Endereço Virtual NPV Desloc Translation Lookaside Buffer (TLB) BV Tag End Físico Memória principal 1 Tabela de mapeamento BV End Físico Memória secundária Cap 10 Gerência de Memória Virtual 30

31 Translation Lookaside Buffer Campos da TLB Cap 10 Gerência de Memória Virtual 31

32 Proteção para páginas Proteção de Memória L G Endereço da página/ segmento Bits de proteção Cap 10 Gerência de Memória Virtual 32

33 Mecanismo de proteção Proteção de Memória LG Descrição Sem acesso Acesso de leitura Acesso para leitura/gravação Cap 10 Gerência de Memória Virtual 33

34 Compartilhamento de Memória Espaço de endereçamento virtual de A Endereço virtual 1 Tabela de mapeamento de A Memória Principal Processo A Página Espaço de endereçamento virtual de B Endereço virtual 1 Tabela de mapeamento de B Processo B Cap 10 Gerência de Memória Virtual 34

35 Segmentação Memória Virtual por Segmentação PROGRAM Segmento; VAR A: ARRAY C: PROCEDURE X; END; FUNCTION Y; Procedimento X Programa Principal Função Y Array A END; BEGIN END Variável C Cap 10 Gerência de Memória Virtual 35

36 Tradução do endereço virtual Memória Virtual por Segmentação Segmento virtual Deslocamento Endereço virtual Desloc Tabela de segmentos ETS End do segmento Desloc Segmento na memória principal Deslocamento Endereço físico Cap 10 Gerência de Memória Virtual 36

37 Campos da ETS Memória Virtual por Segmentação Cap 10 Gerência de Memória Virtual 37

38 Memória Virtual por Segmentação Paginação x segmentação Cap 10 Gerência de Memória Virtual 38

39 Memória Virtual por Segmentação com Paginação Segmentação com paginação Segmento virtual Endereço virtual Num segmento Num página Deslocamento Tabela de segmentos ETS End da tabela de páginas Tabela de páginas ETP Endereço do frame Endereço do frame Deslocamento Endereço físico Cap 10 Gerência de Memória Virtual 39

40 Swapping em Memória Virtual Swapping em memória virtual Processo A Memória Principal Processo B Processo F Processo C Processo D out Swap o Processo E Memória Principal Processo C Processo A Processo F Swap in Processo B Arquivo de swapping Processo B Processo D Cap 10 Gerência de Memória Virtual 40

41 Thrashing Excessiva transferência de páginas e/ou segmentos entre a memória principal e memória secundária Ocorre em dois níveis: no próprio processo no sistema Cap 10 Gerência de Memória Virtual 41

42 Thrashing Se existirem mais processos para serem executados que memória real disponível, a única solução é a expansão da memória principal Este problema não ocorre apenas em sistemas que implementam memória virtual, mas também em sistemas com outros mecanismos de gerência de memória Cap 10 Gerência de Memória Virtual 42

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