Fundamentos de Sistemas Operacionais

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Wagner Marinho Lopes
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1 Fundamentos de Sistemas Operacionais Aula 6 Gerenciamento de Memória Prof. Galvez

2 Considerações Gerais Multiprogramação implica em manter-se vários processos em memória Memória necessita ser alocada de forma eficiente para permitir o máximo possível de processos Existem diferentes técnicas para gerência de memória Dependem do hardware do processador Um sistema de memória possui pelo menos dois níveis: Memória principal: acessada pela CPU Memória secundária: discos Programas são armazenados em disco: Executar um programa se traduz em transferi-lo da memória secundária à memória principal Qualquer sistema operacional tem gerência de memória Monotarefa: gerência é simples Multitarefa: complexa

3 Hierarquia de Memória Na década de 50 e 60 a memória principal era muito cara. A hierarquia de memória contém níveis caracterizados pela velocidade e custo da memória em cada nível. Localidade Temporal (localidade no tempo): Se um item é referenciado, ele tende a ser referenciado novamente dentro de um espaço de tempo curto.

4 Memória Lógica e Física Memória Lógica É aquela que o processo enxerga, aquela que o processo é capaz de endereçar e acessar usando as suas instruções. Um programa em C manipula variáveis tipo ponteiros (pointer), as quais contêm endereços lógicos. Endereços lógicos são aqueles manipulados por um processo.

5 Memória Lógica e Física Memória Física Implementada pelos circuitos integrados de memória, pela eletrônica do computador Endereços físicos são aqueles que correspondem a uma posição real de memória

6 Gerência de Memória Unidade de Gerência de Memória (MMU - Memory Management Unit) É o componente do hardware responsável por prover os mecanismos básicos que serão usados pelo SO para gerenciar a memória. Mapeia os endereços lógicos gerados pelos processos nos correspondentes endereços físicos que serão enviados para a memória. Memória PROCESSADOR End. lógico MMU End. físico

7 Exemplo de MMU Registrador Limite Inferior Registrador Limite Superior Processador < > não sim sim não Memória Interrupção (Endereço Ilegal) Interrupção (Endereço Ilegal) Os endereços lógicos e físicos possuem valores idênticos (123) O espaço de endereçamento lógico de um processo é limitado pelos Registradores de Limites ( Inferior [100] e Superior [799] ) Qualquer endereço lógico fora desse intervalo é considerado ilegal.

8 Partições Fixas Forma mais simples de gerência de memória para multiprogramação. A memória é primeiramente dividida em uma parte para uso do SO e uma parte para uso dos processos de usuários. A seguir, a parte dos usuários, é dividida em várias partições de tamanhos diferentes, porém fixos. Memória Física Sistema Operacional 225 M Memória Física Sistema Operacional 225 M Partição M Processos de Usuários 375 M Partição M Partição 3 50 M Partição 4 25 M

9 Partições Fixas Quando um programa deve ser carregado, é escolhida uma partição ainda livre. Detalhe: a partição deve ter um tamanho igual ou maior que o programa. Não existindo uma partição livre que seja grande o bastante para conter o programa, ele não poderá ser executado no momento. Deve esperar a liberação de uma partição com tamanho suficiente. Dois problemas para esse tipo de gerência de memória!!!

10 Partições Fixas Fragmentação Interna Memória perdida dentro da área alocada para um processo Um processo, não importando quão pequeno seja, ocupa uma partição inteira Fragmentação interna Sist. Operacional 8 M 8 M 5 M 8 M Solução Paliativa: Partições com tamanhos diferentes Sist. Operacional 8 M 2 M 4 M 6 M 8 M 8 M 8 M 12 M

11 Partições Fixas Fragmentação Externa Memória perdida fora da área ocupada por um processo Sist. Operacional 8 M Sist. Operacional 8 M Criado Processo 5 M 8 M 4 M 8 M LIVRE LIVRE 4 M Não Executa!! Porque??? 3 M 1 M 3 M LIVRE 1 M 5 M Memória Livre não é Contígua

12 Partições Variáveis Técnica mais flexível, pois o tamanho da partição é ajustado dinamicamente às necessidades exatas dos processos. SO mantém uma lista de lacunas (espaços livres da memória física), que será percorrida sempre que um processo for criado. Será usada uma lacuna maior ou igual ao tamanho do processo. Se a lacuna for maior, a diferença (tamanho da lacuna tamanho do processo) será transformada numa nova lacuna. O processo recebe o tamanho exato que necessita.

13 Partições Fixas Memória Física SO 225 Kbytes Processo Kbytes Processo 2 98 Kbytes Processo 3 23 Kbytes Lacuna 80 Kbytes Processo 4 85 Kbytes Memória Física SO 225 Kbytes Processo Kbytes Processo 4 85 Kbytes Lacuna 13 Kbytes Processo Lacuna Lacuna Kbytes Kbytes Lacuna 80 Kbytes

14 Partições Variáveis Fragmentação Externa A execução de processos pode criar pedaços livres de memória. Pode haver memória disponível, mas não contígua SO Exemplo: Criação Processo 120K Processo 1 Processo K 128 K 96 K Processo K 64 K

15 Partições Variáveis Fragmentação Externa Possíveis Soluções 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

16 Algoritmos para alocação contígua dinâmica Best fit Utiliza a lacuna que resultar na menor sobra Minimizar tam_processo - tam_bloco Deixar espaços livres os menores possíveis Worst fit Utiliza a lacuna que resultar na maior sobra Maximizar tam_processo - tam_bloco Deixar espaços livres os maiores possíveis First fit Utiliza a 1ª lacuna que encontrar com tamanho suficiente tam_bloco >= tam_processo Circular fit Como first-fit, mas inicia a procura na lacuna seguinte à última sobra

17 Algoritmos para alocação contígua dinâmica Exemplo: Criação de Um Processo de 10 K 20k 20k 20k A A A 40k 40k 40k C C C 30k 30k 30k SisOp SisOp SisOp Best-fit Worst-fit First-Fit

18 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 Memória Swap out Swap in P 1 P 2 Memória secundária suficientemente grande para armazenar cópias de todos os processos de usuários.

19 Memória Virtual Técnica que permite a execução de um processo sem que ele esteja completamente em memória Princípios básicos : Carregar uma página/segmento na memória principal apenas quando ela for necessária Paginação por demanda Segmentação por demanda Manter em memória apenas as página/segmentos necessários.

20 Memória Virtual Vantagens/Desvantagens Vantagens: Aumento do grau de multiprogramação; Capacidade de executar programas maiores que a capacidade disponível de memória Desvantagem: Aumenta o número de operações de E/S para carga/swap do programa P n F K Memória Lógica (processo) Memória Física F 0 P 0 Número de páginas maior que o número de frames (n > k)

21 Princípio da Localidade Base de funcionamento da memória virtual Na execução de um processo existe uma probabilidade que acessos a instruções e a dados sejam limitados a um trecho Exemplos: Execução da instrução i+1 segue a execução da instrução i Laço de Repetição. Acessos a elementos de vetores. Em um determinado instante de tempo apenas esses trechos do processo necessitam estar em memória. Possibilidade de adivinhar os trechos necessários a sequência de execução.

22 Segmentação Leva em consideração a visão de programadores e compiladores Um programa é uma coleção de segmentos (porção de um todo, seção), tipicamente: Códigos; Dados alocados aleatoriamente; Dados alocados dinamicamente; Pilha de execução. Um segmento pode ser uma únidade lógica, ex: procedimentos (funções), bibliotecas. Provoca fragmentação externa quando segmentos começam a ser liberar memória

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