Gerenciamento de memória

Transcrição

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2 Na memória principal ficam todos os programas e os dados que serão executados pelo processador. Possui menor capacidade e custo maior. S.O buscam minimizar a ocupação da memória e otimizar sua utilização. Componente é o gerenciador de memória.

3 Tarefas do gerenciador de memória: Monitorar quais partes da memória estão utilizadas e quais estão disponíveis. Realizar alocação e liberação da memória para os processos. Gerenciamento do swapping (troca) entre a memória principal e a secundária.

4 Esquemas de gerenciamento de memória: Mantém os processo fixos na memória principal. monoprogramação Movem os processos entre a memória principal e secundária (swapping e paginação). multiprogramação

5 Gerenciamento sem paginação Foram utilizadas nos sistemas mais antigos. A memória era compartilhada entre o S.O e os programas. Chamada de monousuário ou monoprogramação. Somente um processo pode ser executado a cada instante.

6 Gerenciamento sem paginação Três maneiras simples de organizar memória com um sistema operacional e com processos.

7 com partições fixas Surge um problema quando partições grandes está com a fila vazia e uma fila para partição pequena está com a fila cheia. Solução: utilizar uma única fila. O processo mais próximo do início da fila que se ajusta na partição vazia poderia ser carregado.

8 com partições fixas fila única Partições fixas de memória com fila única.

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10 Alocação contígua simples Sistema mais simples Memória principal é dividida em duas partições: o Sistema operacional (parte baixa de memória) o Processo de usuário (restante da memória) Usuário tem controle total da memória podendo inclusive acessar a área do sistema operacional. Ex.: DOS (não confiável)

11 Evolução: inserir proteção através de mecanismos de hardware + software Registradores de base e de limite o Memory Management Unit (MMU)

12 Alocação contígua particionada Existência de múltiplas partições Imposta pela multiprogramação Filosofia: o Dividir a memória em blocos (partições) o Cada partição pode receber um processo (programa) o Grau de multiprogramação é fornecido pelo número de partições ** Importante: não considerando a existência de swapping

13 Alocação contígua particionada Duas formas básicas: Alocação contígua com partições fixas (estática) Alocação contígua com partições variáveis (dinâmica)

14 Alocação contígua particionada O sistema operacional é responsável pelo controle das partições mantendo informações como: o Partições alocadas o Partições livres o Tamanho das partições

15 com partições fixas Em direção à multiprogramação foram criadas partições fixas com tamanhos diferentes na memória principal. A idéia é utilizar sempre o menor espaço possível. Com tamanho fixo das partições, todo espaço naquela partição que não era utilizado pelo processo era perdido. Funciona bem quando as tarefas são do mesmo tamanho ou quando os tamanhos são conhecidos previamente.

16 Alocação contígua particionada dinâmica

17 Técnica de Overlay Enquanto na alocação contígua simples os programas estão limitados ao tamanho da área disponível na memória principal para o usuário, na técnica de Overlay os programas são divididos em módulos, deforma que seja possível a execução independente de cada módulo, utilizando uma mesma área da memória

18 Técnica de Overlay A definição das áreas de overlay é feita pelo próprio programador, através de comandos específicos da linguagem de programação. O tamanho da área de overlay deve ser igual ou maior ao tamanho do maior módulo. Como vantagem, a técnica de overlay possibilita um melhor aproveitamento da memória principal. Sua utilização exige cuidado, pois pode trazer implicações tanto na manutenção como no desempenho das aplicações, devido à possibilidade de transferências excessivas dos módulos entre a memória principal e a memória secundária.

19 Alocação contígua particionada fixa Gerenciamento de partições fixas Com código absoluto o o Um processo só pode ser carregado na área de memória (partição) para a qual foi compilado Pode haver disputa por uma partição mesmo que tendo outras livres Processo é mantido no escalonador de longo prazo (termo) Empregar swapping

20 Alocação contígua particionada fixa Gerenciamento com código relocável Um processo de tamanho menor ou igual ao tamanho da partição pode ser carregado em qualquer partição disponível Se todas as partições estão ocupadas, duas soluções: - Processo é mantido no escalonador de longo prazo (termo) - Empregar swapping (escalonador a médio prazo)

21 Alocação contígua particionada fixa Questões: o Processos podem ser carregados em qualquer partição? Depende se o código é absoluto ou relocável o Número de processos que podem estar em execução ao mesmo tempo? Sem swapping igual ao número de partições (máximo) Com swapping maior que o número de partições o Se o programa é maior que o tamanho da partição? Não executa a menos que se empregue um esquema de overlay

22 Swapping Processo necessita estar na memória para ser executado Se não há mais espaço em memória é necessário fazer um rodízio de processos em memória Um processo pode ser temporariamente movido para fora da memória (backing store) e então trazido de volta para a memória para continuar a execução

23 Swapping Backing store memória secundária suficientemente grande para armazenar cópias de todos os processos de usuários A maior parte do tempo de swap é tempo de transferência; tempo de swap é proporcional ao tamanho do processo Existem variantes do sistema de swapping utilizados em sistemas como UNIX, Linux e Windows Roll out, roll in swapping variante usado para algoritmos de escalonamento baseados em prioridade; processo de baixa prioridade é movido da memória para que processos de alta prioridade possam ser carregados e executados

24 Swapping sistema operacional mantém uma fila de processos que estão prontos para executar, que possuem imagens da memória em disco

25 Alocação contígua particionada fixa Fragmentação Interna Problema da alocação fixa é uso ineficiente da memória principal Um processo, não importando quão pequeno seja, ocupa uma partição inteira

26 Alocação contígua particionada fixa Fragmentação Interna

27 Alocação contígua particionada fixa Paliativo para reduzir fragmentação interna Partições de tamanho diferentes

28 Algoritmos para alocação de partições fixas Se código é absoluto a alocação é determinada na fase de montagem, compilação ou ligação. Se código é relocável: - Partições de igual tamanho * Não importa qual partição é utilizada - Partições de diferentes tamanhos * Atribui ao processo a menor partição livre capaz de armazena o processo * Processo são atribuídos a partições de forma a minimizar o desperdício de memória (fragmentação interna)

29 Algoritmos para alocação de partições fixas

30 Alocação particionada dinâmica Objetivo é eliminar a fragmentação interna Processos alocam memória de acordo com suas necessidades Partições são em número e tamanho variáveis

31 Alocação particionada dinâmica

32 Alocação particionada dinâmica Fragmentação externa A execução de processos pode criar pedaços livres de memória Pode haver memória disponível, mas não contígua

33 Alocação particionada dinâmica Fragmentação externa

34 Alocação particionada dinâmica Soluções possíveis fragmentação externa Reunir espaços adjacentes de memória Empregar compactação Relocar as partições de forma a eliminar os espaços entre elas e criando uma área contígua Desvantagem: Consumo do processador Acesso a disco Acionado somente quando ocorre fragmentação Necessidade de código relocável

35 Alocação particionada dinâmica Gerenciamento de partições dinâmicas Determinar qual área de memória livre será alocada a um processo Sistema operacional mantém uma lista de lacunas o Pedaços de espaços livres em memória Necessidade de percorrer a lista de lacunas sempre que um processo é criado

36 Alocação particionada dinâmica Algoritmos para alocação contígua dinâmica Best fit Minimizar tam_processo - tam_bloco o Deixar espaços livres os menores possíveis Worst fit Maximizar tam_processo - tam_bloco o Deixar espaços livres os maiores possíveis First fit tam_bloco > tam_processo Circular fit Variação do first-fit

37 Algoritmo alocação particionada dinâmica

38 Algoritmo alocação particionada dinâmica Desvantagem de partições variáveis Tende a criar lacunas de memória livres que individualmente podem não ser suficientes para acomodar um processo Pode haver memória livre, mas não contígua Fragmentação externa

39 Algoritmo alocação particionada dinâmica Desvantagem de partições variáveis

40 Soluções possíveis para fragmentação externa Reunir espaços adjacentes de memória Empregar compactação Relocar as partições de forma a eliminar os espaços entre elas e criando uma área contígua o Desvantagem: Consumo do processador Acesso a disco Acionado somente quando ocorre fragmentação Necessidade de código relocável

41 Problemas com alocação particionada o Necessidade de uma área contígua de memória (tamanho do processo) o Fragmentação interna (partições fixas) ou externa (partições variáveis)

42 Nova abordagem é considerar a existência de um espaço de endereçamento lógico e de um espaço de endereçamento físico O espaço de endereçamento físico não precisa ser contíguo o Necessita mapear o espaço lógico no espaço físico Dois métodos básicos: Paginação Segmentação

43 Memória virtual Um programa de 32 MB pode ser executado em uma máquina com apenas 8 MB, por meio de uma escolha cuidadosa feita pelo sistema operacional em que 8 MB será mantido ativo na memória em cada instante, dinamicamente, dando a ilusão de que o programa inteiro está na memória. Essa troca de módulos é a técnica de paginação.

44 Paginação No sistemas com memória virtual, o endereço virtual e físico não são os mesmos. Quem realiza o mapeamento dos endereços virtuais para o endereço físico é a unidade MMU (memory management unity).

45 Paginação

46 Paginação Como exemplo, nosso computador possui 32 KB de memória física. Queremos executar um programa de 64 KB. O programa não pode ser carregado totalmente na memória. Assim, partes do programa serão carregadas quando necessário.

47 Paginação

48 Paginação Neste caso, as páginas marcadas com um X não estão mapeadas no momento. Se o programa tentar utilizar, ocorrerá o pagefault. Ele deverá escolher uma página pouco utilizada, colocá-la em disco e carregar a pagina desejada.

49 Algoritmos de substituição de páginas Algoritmo FIFO Baixo custo. Mantém uma lista de todas as páginas, com a página mais velha no inicio e a mais nova no fim. Quando recebe um page-fault a primeira página a sair é a mais velha (início da fila). Pouco utilizado porque pode ser removida páginas muito utilizadas

50 Algoritmos de substituição de páginas Algoritmo FIFO

51 Algoritmos de substituição de páginas Relógio Utiliza um bit (R) - referenciada Assim o SO sabe qual página é mais ou menos utilizada. As páginas são mantidas em lista circular. Um ponteiro aponta para a mais antiga. Se acontecer um page-fault verifica o bit (R). Se for 0 é porque não esta referenciada e substituirá. Se for 1, seta R = 0 e avança o ponteiro até encontrar uma pagina com R = 0.

52 Algoritmos de substituição de páginas Relógio

53 Algoritmos de substituição de páginas Algoritmo LRU (least recently used) Baseia-se na idéia de que uma página utilizada recentemente pode ser utilizada novamente. Portanto, páginas que não foram utilizadas recentemente provavelmente permanecerão nãoutilizadas durante mais tempo. Assim, ele remove as páginas menos utilizadas recentemente.

54 Algoritmos de substituição de páginas Algoritmo LRU (least recently used)