Substituição de Páginas
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- Lucas Mangueira
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1 Substituição de Páginas Pedro Cruz EEL770 Sistemas Operacionais
2 Lembranças sobre memória Tempo virtual Segmentação de memória Realocação Estática Dinâmica Sobreposições MMU Memory Management Unit Página Quadro de página Conjunto de trabalho Conjunto residente Tabela de página TLB (Translation Lookaside Buffers) Page fault Leve (soft) Pesado (hard) Inválido Swapping Processo Página Bit sujo 2
3 Substituição de página Processos usando mais do que a memória primária Páginas ociosas mapeadas na memória secundária Acesso à página que está em memória secundária Page fault Substituição de páginas Página A sai da memória primária Vai para memória secundária Quando? Página B entra na memória primária Sai da memória secundária Quando? 3
4 Caso ótimo Operacional sabe quantas instruções até que cada página seja referenciada Mantém em memória as páginas que serão referenciadas a seguir Retira as páginas que serão referenciadas em futuro muito distante 4
5 Algoritmos factíveis Substituição de páginas não usadas recentemente Substituição de páginas primeira a entrar, primeira a sair Substituição de páginas segunda chance Substituição de páginas do relógio Substituição de páginas usadas menos recentemente Substituição de páginas não usadas frequentemente Substituição de páginas do conjunto de trabalho Substituição de páginas WSClock 5
6 Hardware necessário Indicadores Referenciada (R) Ativado sempre que página é referenciada Modificada (M) Ativado sempre que página é escrita Página R M
7 Substituição de páginas não usadas recentemente Operacional Apaga o bit R regularmente Interrupções de relógio Inspeciona as páginas antes da substituição Divide em classes Operacional remove ao acaso página da classe mais baixa Página R M Classe
8 Substituição de páginas não usadas recentemente Ideia principal Página referenciada será referenciada novamente Página modificada, nem sempre Página R M Classe
9 Substituição de páginas primeiro a entrar, primeiro a sair Páginas são ordenadas por tempo em que estão na memória Quando ocorre uma falta de página, operacional remove a página mais antiga para dar espaço para a mais nova Você usaria esse algoritmo? 9
10 Substituição de páginas segunda chance Páginas são ordenadas da mais antiga para a mais recente Lista encadeada Sistema Operacional busca a página mais antiga Se R for 0 Remove a página Se R for 1 Coloca 0 em R Coloca a página no fim da lista Finge que página acabou de ser carregada Busca a nova página mais antiga Se todas as páginas foram referenciadas, vira FIFO 10
11 Substituição de páginas segunda chance - Exemplo As tabelas representam a lista encadeada Pág. R M Pág. R M Pág. R M Pág. R M
12 Substituição de páginas do relógio Páginas ficam em uma lista circular ordenada por chegada Ponteiro aponta para a mais antiga Operacional verifica a página mais antiga Se R for 0 Remove a página Coloca nova página no lugar Avança o ponteiro Se R for 1 Coloca 0 em R Avança o ponteiro Coloca a página no fim da lista Repete verificação 12
13 Substituição de páginas do relógio - Exemplo Pág. R M 1) 2) Pág. R M Pág. R M Pág. R M Pág. R M Pág. R M Pág. R M Pág. R M Pág. R M 3) 4) Pág. R M Pág. R M Pág. R M Pág. R M Pág. R M Pág. R M Pág. R M
14 Substituição de páginas usadas menos recentemente Páginas são ordenadas pelo tempo de acesso Página acessada é colocada no início da lista Falta de página gera remoção da última página da lista Nova página é carregada no lugar Problema? 14
15 Substituição de páginas menos usadas Cada página possui um contador de acessos A cada referência de memória, o contador da página acessada é incrementado Quando há falta de página, operacional substitui página de menor contador pela nova página Problema? 15
16 Substituição de páginas não usadas frequentemente Contador de referências é mantido para cada página Contador é incrementado no bit mais significativo Em cada clock, contador é dividido por dois Envelhecimento Em uma falta de página, página com menor contador é escolhida 16
17 Substituição de páginas do conjunto de trabalho Conjunto de trabalho Páginas referenciadas nas últimas k referências Páginas referenciadas no último intervalo de tempo t Operacional define o conjunto de trabalho dos processos A cada falta de página Verifica R de todas as páginas Mantém instante de último uso de cada página No tempo virtual de cada processo Idade da página Tempo virtual do processo menos instante de último uso 17
18 Substituição de páginas do conjunto de trabalho - Exemplo Quando ocorre falta de página Para cada página p na memória principal Se R=1 p está sendo usada (é parte do conjunto de trabalho)» Instante de último uso(p) = agora Se R=0 Se idade de p é maior que t» Remove p» Termina Se não» Armazena qual a página com maior idade Operacional remove página com maior idade 18
19 Substituição de páginas WSClock Páginas são mantidas em lista circular com ponteiro Instante de último uso R M 19
20 Substituição de páginas WSClock - Exemplo Ao ocorrer falta de página Página apontada é inspecionada Se R = 1 Página é mantida e ponteiro movido adiante e R recebe 0 Se R = 0: Se idade > t e M = 0» Página é reivindicada Se M = 1:» Escrita é escalonada» Ponteiro movido adiante 20
21 WSClock - final Não garante que alguma página seja escolhida Opção 1: escolher ao acaso página com M=0 Também não garante que alguma seja escolhida Opção 2: escolher página mais velha Não garante boa escolha Opção 3: escolher página ao acaso Não garante boa escolha Não dá trabalho 21
22 Questões de projeto Política global vs local Controle de carga Tamanho de página Espaços separados de instruções e dados Páginas compartilhadas Bibliotecas compartilhadas Arquivos mapeados Política de limpeza Interface de memória virtual 22
23 Política global vs local Algoritmos de substituição global Processos possuem frações variáveis de memória Substitui de página, independentemente de processo Falta de página significa mais memória para processo Algoritmos de substituição local Processos possuem fração fixa da memória Substitui página do processo que gerou a falta de página Processo que precisa de muita memória fica preso em faltas de página Frequência de falta de página (Page fault frequency-pff) Quanto mais page fault, mais memória um processo recebe 23
24 Controle de carga Processos podem precisar de mais páginas do que disponível Todos vão ter PFF alto Enviar processos inteiros para o disco 24
25 Espaços separados de instruções e dados Normalmente, dados e programa ficam no mesmo espaço de endereçamento Se não, deve haver paginação de ambos espaços 25
26 Páginas compartilhadas Compartilhamento geralmente de código Direto quando há diferentes endereçamentos de código e dados Processos A e B compartilham código Remoção do processo A gera falha de página em B Processos A e B compartilham dados Ambos processo recebem permissão de leitura dos dados Tentativa de escrita gera cópia dos dados (copy-on-write) A e B passam a ter cópias distintas dos dados 26
27 Bibliotecas compartilhadas Bibliotecas de Ligação Dinâmica (DLL Dynamic Link Library, no Windows) Carregadas como Singletons Só existem em um lugar da memória São acessíveis e executáveis por todos os processos ligados a elas 27
28 Bibliotecas compartilhadas Causam problemas na realocação dinâmica Processos têm a biblioteca em pedaços diferentes de seu endereçamento virtual Processos conseguem acessar a biblioteca Biblioteca não sabe como acessar seus endereços Deslocamentos relativos» Biblioteca faz referências utilizando endereço atual como base» Código independente de posicionamento» Gerado pelo compilador 28
29 Arquivos mapeados Um pedaço do que está no disco é escrito na memória primária Páginas são trocadas de acordo com a leitura 29
30 Política de limpeza Daemon de paginação Deixa páginas disponíveis para saírem da memória principal Percorre a memória de tempos em tempos Procura páginas modificadas Escreve em disco 30
31 Interface de memória virtual Se processos puderem nomear seus espaços de memória, comunicação entre processos é mais fácil Memória compartilhada distribuída Processos em máquinas diferentes podem compartilhar memória 31
32 Substituição de Páginas Pedro Cruz EEL770 Sistemas Operacionais
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