Sistemas Operacionais. - Gerência de Memória -

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1 Sistemas Operacionais - Gerência de Memória -

2 Memória Virtual É uma técnica sofisticada de gerência de memória As memórias principal e secundária são combinadas, dando ao usuário a impressão de existir uma memória muito maior do que a MP O conceito da memória virtual está em desvincular o endereçamento feito pelo programa dos endereços físicos da MP Assim, o programa não fica limitado ao tamanho da memória física disponível

3 Memória Virtual Anteriormente, vimos que o uso de registradores base e limite eram usados para criar uma abstração de espaços de endereçamento Porque usar a memória virtual? Ainda existe um outro problema: gerenciar programas que utilizam quantidades excessivas de memória Solução: usar a técnica de overlay? A técnica de overlay exige que o programador se preocupe em dividir o seu código de forma que os módulos possam ser trazidos para a memória de forma independente trabalho árduo e lento A ideia é atribuir esta tarefa ao sistema

4 Memória Virtual Um programa em um ambiente de memória virtual faz referência a endereços virtuais No momento da execução de uma instrução, o endereço virtual é traduzido para um endereço físico Esta tradução é chamada mapeamento O conjunto de endereços virtuais que um processo pode endereçar é chamado de espaço de endereçamento virtual Analogamente o conjunto de endereços reais é chamado espaço de endereçamento real

5 Espaço de endereçamento virtual Espaço de endereçamento real Memória Virtual O espaço de endereçamento virtual não possui relação direta com o espaço de endereçamento real Endereço virtual 0 Endereço virtual 1 Endereço virtual 2 Endereço virtual 3 Endereço virtual 4 Endereço virtual 5... Endereço virtual V Endereço real 0 Endereço real 1 Endereço real 2 Endereço real 3... Endereço real R Um programa pode fazer referência a endereços virtuais que estejam fora dos limites do espaço real

6 Mapeamento Nos sistemas modernos a tarefa de tradução de endereços virtuais é realizada pelo HW juntamente com o sistema operacional O dispositivo de HW responsável por esta tradução é conhecido como MMU (Memory Management Unit) O MMU é acionado sempre que é feita referência a um endereço virtual Cada processo tem seu próprio espaço de endereçamento virtual O mecanismo de tradução deve manter tabelas de mapeamento exclusivas para cada processo

7 Mapeamento O sistema deve fazer referência a tabela de mapeamento do processo em execução Espaço de endereçamento virtual de A Endereço virtual 1... Tabela de mapeamento de A Um registrador é usado para guardar o endereço da tabela de mapeamento corrente As tabelas mapeiam blocos de dados O tamanho do bloco da memória irá definir o número de entradas da tabela de mapeamento Processo A Espaço de endereçamento virtual de B Endereço virtual 1... Processo B Tabela de mapeamento de B Memória Principal

8 Memória Virtual Quando o programa é executado só uma parte do código fica residente na memória principal O restante do código fica na memória secundária até o momento em que for referenciado Assim, o sistema operacional utiliza a memória secundária como uma extensão da MP O sistema operacional deve ser responsável por Trazer parte do código referenciado que esteja na MP Escolher qual parte do código residente na MP ira sofrer um swap out

9 Paginação A memória virtual por paginação é uma técnica onde o espaço de endereçamento virtual e real são divididos em blocos do mesmo tamanho Divide a memória física em blocos de tamanho fixo chamados quadros (frames) Divide a memória lógica em blocos de mesmo tamanho chamados páginas Evita o problema de ajustar trechos de memória de tamanhos variáveis Nos esquemas anteriores as partições tinham tamanhos variáveis

10 Paginação Quando um processo precisa ser executado, suas páginas são carregadas em qualquer quadro disponível O mapeamento do endereço virtual em real é feito através da tabela de páginas Cada processo possui sua própria tabela de páginas A MMU é responsável por fazer a tradução Memória Virtual Página virtual 0 Página virtual 1 Página virtual Tabela de páginas ETP Memória Principal Página real 0 Página real 1... Página real R Memória Secundária Página virtual V

11 Paginação Cada endereço virtual é dividido em duas partes: número da página (p) e deslocamento dentro da página (d) O número da página é usado como índice da tabela de página, que conterá o endereço base de cada quadro (f) na memória física O endereço real é obtido combinando o endereço do frame (f) com o deslocamento dentro da página (d)

12 Paginação Exemplo: Memória lógica de 16 bytes (16 bytes = 128 bits = 2 7 bits) p p d d d d d Páginas de 4 bytes (4 bytes = 32 bits = 2 5 bits) Memória física de 32 bytes (32 bytes = 256 bits = 2 8 bits) f f f d d d d d Entrada da tabela de páginas possui 3 bits e pode referenciar até 2 3 frames

13 Paginação Em geral, uma entrada da tabela de páginas possui 4 bytes Com 4 bytes (32 bits) pode-se referenciar até 2 32 quadros Se o tamanho de um quadro é 4 Kbytes (4096 bits = 2 12 bits), então é possível endereçar: 2 12 x 2 32 = 2 44 bits = 4Tbytes

14 Tabela de Páginas Além da informação sobre a localização da página, a tabela de páginas possui outras informações como: Bit de validade: indica se uma página está (1) ou não (0) na memória principal Bit de proteção: indica qual tipo de acesso é permitido na página, onde 3 bits podem ser usados para habilitar e desabilitar cada uma das operações básicas em uma página (leitura, escrita e execução) Bit de modificação: indica 1 quando a página foi escrita na memória principal Bit de referência: indica 1 quando a página foi referenciada na memória principal

15 Paginação Quando um processo faz referência a um endereço virtual, a MMU verifica através do bit de validade se a página está na memória Se for feita referência a um endereço de uma página que não está carregada na MP, então ocorre um page fault (falha de página) Neste caso, o sistema transfere a página da memória secundária para a memória principal O número de page faults gerados por cada processo em um determinado intervalo de tempo é definido como taxa de paginação do processo Se a taxa de paginação dos processos atingir valores elevados, o excesso de operação de E/S poderá comprometer o sistema

16 Page fault Paginação Endereço virtual Memória Principal Tabela de páginas Bit de validade 0 Page in Memória secundária Tabela de páginas Memória Principal Bit de validade 1 Memória secundária

17 Política de Busca de Páginas Ao se carregar uma página para a memória pode-se adotar duas estratégias diferentes: paginação por demanda e paginação antecipada Paginação por Demanda As páginas do processo são transferidas da memória secundária para a principal apenas quando são referenciadas Leva para a MP apenas as páginas realmente necessárias à execução do programa

18 Política de Busca de Páginas Paginação Antecipada Além da página referenciada, carrega para a memória principal outras páginas que podem ser necessárias ao processo ao longo do processamento Se o programa estiver armazenado sequencialmente no disco, economiza-se tempo ao levar um conjunto de páginas Caso o programa não necessite da paginação antecipada, o sistema terá perdido tempo e ocupado memória desnecessariamente

19 Política de Busca de Páginas Pode se usar uma estratégia combinada: A técnica de paginação antecipada pode ser empregada no momento da criação de um processo Quando um processo é criado, diversas páginas do programa que estão na memória secundária devem ser carregadas para a MP gera um alto número de page faults Se o sistema optar por carregar um conjunto de páginas, a taxa de paginação do processo deverá cair imediatamente Ao diminuir o número de page faults, diminui-se o tempo gasto com operações de E/S e o desempenho do sistema aumenta

20 Working Set MP contém páginas de diferentes processos Durante a execução de um processo, algumas páginas são carregadas e outras são swapped out Ao se escolher uma página para ser retirada da MP, existe a possibilidade de enviar para MS uma página de outro processo, logo antes desta ser utilizada É importante reduzir a taxa de page faults, sem prejudicar os outros processos Quando o sistema gasta a maior parte do tempo fazendo swapping, ocorre um problema conhecido como thrashing

21 Working Set Para evitar o thrashing é necessário adivinhar qual parte de código será mais necessária no futuro princípio da localidade Princípio da Localidade: É a tendência do processador referenciar instruções e dados na memória principal localizados em endereços próximos Por exemplo, esta tendência pode ser justificada pela alta incidência de estruturas de repetição e acessos a vetores Página 0 Página 1 Página 2 Página 3 Página 4 Inicialização WHILE () DO BEGIN END; Imprime resultados

22 Princípio da Localidade Localidade espacial: quando um item é referenciado, existe grande probabilidade que itens com endereços próximos sejam referenciados em seguida Localidade temporal: Quando um item é referenciado, existe grande probabilidade que ele seja referenciado novamente em breve

23 Working Set O conceito de working set está diretamente ligado ao princípio da localidade O working set de um processo é o conjunto de páginas constantemente referenciadas pelo processo O working set deve permanecer na MP para que o processo execute eficientemente ter um limite máximo de páginas permitidas Se o tamanho do working set for muito grande Então, menor será a chance de falhas de página Porém, menos processos irão compartilhar a memória

24 Working Set Uma maneira de implementar o modelo de working set é analisar a taxa de paginação de cada processo Caso um processo tenha uma taxa de paginação acima de um limite definido pelo sistema o limite de páginas reais deve ser aumentado na tentativa de alcançar o working set Caso um processo tenha uma taxa de paginação abaixo de um certo limite O sistema pode reduzir o limite de páginas sem comprometer o seu desempenho

25 Política de Alocação de Páginas Determina quantos quadros (frames) um processo pode manter na memória principal Existem duas alternativas: fixa e variável Na Política de Alocação Fixa Cada processo tem um número máximo de frames que pode ser usado durante a execução Na Política de Alocação Variável O número máximo de frames alocado para um processo durante a sua execução pode variar

26 Política de Alocação de Páginas Política de Alocação Fixa Se o número de frames alocado para um processo for pouco, uma página do próprio processo deve ser descartada para que outra seja carregada O limite de frames deve ser definido no momento da criação do processo com base no tipo de aplicação que será executada Se o limite for pequeno o processo terá alto índice de page faults Se o limite for alto poucos processos compartilharão a memória, podendo aumentar o swapping de processos O n o de frames pode ou não ser igual para todos os processos Alocar o mesmo número de frames parece justo, porém pode não ser uma boa opção, pois os processos possuem necessidades diferentes

27 Política de Alocação de Páginas Política de Alocação Variável Durante a execução dos processos o número máximo de frames pode variar em função de sua taxa de paginação e ocupação da memória principal Um processo com alta taxa de paginação Pode ter o limite máximo de frames aumentado para diminuir o alto índice de page faults Um processo com baixa taxa de paginação Pode ter seus frames alocados para outros processos Este mecanismo é mais flexível, porem exige que o SO monitore constantemente o comportamento dos processos

28 Política de Substituição de Páginas A política de substituição pode ser classificada segundo o seu escopo: local ou global Escopo Local Apenas as páginas do processo que gerou o page fault podem ser candidatas a substituição As páginas dos demais processos não são avaliadas para substituição Escopo Global Todas as páginas alocadas na MP são candidatas a substituição

29 Política de Substituição de Páginas Existe uma relação entre o escopo da política de alocação e de substituição A política de alocação fixa permite apenas a política de substituição com escopo local A política de alocação variável permite as políticas de substituição com escopo local e global Variável e Local: de tempos em tempos, o número de frames pode ser recalculado, mas a substituição é só local Variável e Global: o número de frames varia quando os processos alocam frames de outros processos Mais adotada

30 Algoritmos de Substituição de Páginas O maior problema na gerência da memória virtual com paginação não é decidir qual página será carregada na memória principal A dificuldade é decidir qual página será retirada da memória principal Os algoritmos de substituição de página têm o objetivo de selecionar os frames que tenham menor chance de serem referenciados em um futuro próximo Quanto mais sofisticado o algoritmo de substituição de páginas, maior será a sobrecarga para o sistema operacional

31 Algoritmos de substituição de páginas OPT ou MIN: Algoritmo Ótimo Possui a melhor taxa de falha de página dentre todos os algoritmos Substitui a página que ficará mais tempo sem ser referenciada no futuro Difícil saber de antemão a string de referência (a ordem em que as páginas serão referenciadas durante a execução) Como produz um resultado ótimo, é usado para estudos comparativos para se testar a eficiência de outros algoritmos

32 OPT String de Referência: 7, 0, 1, 2, 0, 3, 0, 4, 2, 3, 0, 3, 2, 1, 2, 0, 1, 7, 0, 1 9 falhas de página

33 Algoritmos de substituição de páginas FIFO (First In First Out) Quando uma página precisar ser substituída, a página mais antiga será escolhida para sair da memória Fácil de entender e programar É razoável pensar que uma página que já foi carregada para a MP há mais tempo, já tenha sido referenciada o suficiente Porém, isto nem sempre é verdade e seu desempenho pode não ser bom Pode ser que a primeira página carregada seja a mais utilizada no sistema

34 FIFO String de Referência: 7, 0, 1, 2, 0, 3, 0, 4, 2, 3, 0, 3, 2, 1, 2, 0, 1, 7, 0, 1 15 falhas de página

35 FIFO Anomalia de Belady: a taxa de falha de página pode aumentar enquanto a quantidade de quadros aumenta String de Referência: 1, 2, 3, 4, 1, 2, 5, 1, 2, 3, 4, 5

36 Algoritmos de substituição de páginas LRU (Least Recently Used) Substitui a página menos recentemente usada, ou seja aquela cuja última referência foi feita há mais tempo Se for considerado o princípio da localidade, é provável que uma página que não tenha sido referenciada recentemente não seja usada novamente em um futuro próximo Boa estratégia Possui maior sobrecarga pois deve manter atualizado o momento do último acesso a cada página (usa um timestamp)

37 LRU String de Referência: 7, 0, 1, 2, 0, 3, 0, 4, 2, 3, 0, 3, 2, 1, 2, 0, 1, 7, 0, 1 12 falhas de página

38 Algoritmos de substituição de páginas NRU (Not Recently Used) Usa um bit de referência para indicar se a página foi usada recentemente ou não Inicialmente, quando uma página é trazida para a memória, o seu bit de referência é zero Quando uma página que já está na memória é referenciada o seu bit muda para 1 O algoritmo substitui a página que não foi usada recentemente Pode ser mais eficiente ao se usar bits de referência adicionais

39 Algoritmos de substituição de páginas Bits de Referência adicionais (NRU diferenciado) Ao invés de utilizar um bit para indicar se a página foi referenciada recentemente, utiliza-se uma cadeia de bits Por exemplo, uma cadeia de 1 byte poderia indicar a referência a uma página nos 8 últimos períodos Uma página com bits de referência: Indica que a página não teve acesso nos 8 últimos períodos Indica que uma página teve pelo menos 1 referência a cada período foi usada mais recentemente do que a página

40 Algoritmos de substituição de páginas Bits de referência adicionais (NRU diferenciado) Neste caso o algoritmo NRU trabalha com o bit de referência e o bit de modificação (dirty bit), criando 4 classes de páginas: (0,0) não usada recentemente, nem modificada melhor página para substituir (0,1) não usada recentemente, mas modificada não tão boa, pois precisará ser escrita antes da substituição (1,0) usada recentemente, porém não modificada é provável que logo seja usada novamente (1,1) usada e modificada recentemente é provável que logo seja usada novamente, além de ter que ser escrita no disco antes de ser substituída

41 Algoritmos de substituição de páginas No algoritmo que usa o bit de referência e o bit de modificação A página substituída será aquela de menor classe Considera também as páginas modificadas, tentando minimizar a quantidade de E/S necessária

42 Algoritmos de substituição de páginas Segunda Chance Cria uma modificação no algoritmo FIFO, com o objetivo de não substituir uma página intensamente usada O bit de referência da página mais antiga é inspecionado: Se o bit = 0, então a substituição prossegue Se o bit = 1, então a página recebe uma segunda chance, seu bit de referência é zerado e sua hora de chegada é reiniciada (vai pro fim da fila) Se uma página é usada com frequência, e seu bit está sempre 1, então ela não será substituída

43 Algoritmos de substituição de páginas Segunda Chance Suponha uma falha de página no tempo 20 A página mais antiga é A Suponha que A possui o bit de referência = 1 e não será substituída

44 Algoritmos de substituição de páginas Algoritmo do Relógio (Segunda Chance Melhorado) É utilizado o mesmo algoritmo do segunda chance Inspeciona o bit de referência Porém, ao invés de inserir uma página que obteve uma segunda chance no final da fila, utiliza-se uma fila circular para melhorar o desempenho

45 Algoritmos de substituição de páginas Algoritmos baseados em contadores São mantidos contadores com o número de referências feito a cada página LFU (Least Frequently Used) A página com a menor contagem é substituída Privilegia páginas bastante utilizadas Páginas recém trazidas terão contadores com valores baixos MFU (Most Frequently Used) A página com maior contagem é substituída Baseia-se no argumento que a página com menor contagem acabou de ser trazida para a memória e ainda está para ser usada

46 Tamanho da Página Na paginação não existe fragmentação externa: todo quadro livre de memória poderá ser alocado a algum processo Pode acontecer alguma fragmentação interna se os requisitos de memória de um processo não coincidirem com os limites da página O último quadro alocado pode não estar completamente cheio Exemplo: Tamanho de Página = bytes Memória requerida pelo processo = bytes Processo alocará 11 quadros 10 completos ( bytes) bytes Resulta em uma fragmentação interna de bytes, no último quadro

47 Tamanho da página O tamanho da página está associado a arquitetura do hardware O tamanho da página é uma potência de 2 Normalmente está entre 512bytes e 16Mbytes Se o tamanho da página é pequeno: a fragmentação interna é menor porém a tabela de páginas pode ficar muito grande custos de E/S são menos eficientes

48 Tamanho da Página Considere o seguinte exemplo 32 bits para endereçamento virtual (2 32 endereços) páginas de tamanho = 4 Kbytes = 2 12 bits Qual seria o tamanho da tabela de página por processo se cada entrada da tabela de páginas ocupasse 4 bytes? Desta forma teríamos o endereço virtual configurado da seguinte forma: p = 20 bits 20 bits para indicar o número da página 12 bits para indicar o deslocamento dentro da página Tamanho da página = bytes = 4 Mbytes d = 12 bits

49 Exercício 1 Um sistema operacional implementa gerência de memória virtual por paginação. Considere endereços virtuais com 16 bits e a tabela de páginas de um processo com no máximo 256 entradas. Indique para cada endereço virtual a seguir a página virtual em que o endereço se encontra e o respectivo deslocamento dentro da página a) b) bits p p p p p p p p d d d d d d d d c) São necessários: 8 bits para referenciar o número da página 256 entradas = 2 8 entradas Sobram 8 bits para o deslocamento

50 Exercício 1 a) Página Virtual: 1 Deslocamento: 51 b) Página Virtual: 8 Deslocamento: 1 c) Página Virtual: 9 Deslocamento: 0

51 Exercício 2 Uma memória virtual possui páginas de 1024 endereços (para este exemplo, 1024 bytes). Existem 8 páginas virtuais e 4096 bytes de memória real. A tabela de páginas de um processo está descrita abaixo, sendo que o asterisco indica que a página não está na MP. a) Faça a lista/faixa de todos os endereços virtuais que irão causar page fault. b) Indique o endereço real correspondente aos seguintes endereços virtuais: 0, 1023, 1024, 6500 e Página Frame * 3 * * *

52 Exercício endereços = bits de deslocamento 8 páginas = 2 3 páginas 3 bits para indicar o número da página Endereço Virtual: p p p d d d d d d d d d d 4096 bytes de memória virtual dividida em páginas de 1024 bytes 4 frames = 2 2 frames 2 bits para indicar o número do frame Endereço Real: f f d d d d d d d d d d

53 Exercício 2 Faça a lista/faixa de todos os endereços virtuais que irão causar page fault. Considerando que cada página possui 1024 endereços e as páginas 2, 3, 5 e 7 não estão na MP, então as seguintes faixas de endereços causarão page fault: Página Frame * 3 * * *

54 Exercício 2 Indique o endereço real correspondente aos seguintes endereços virtuais: virtual real virtual real Página Frame * 3 * * * virtual real virtual real virtual real

55 TLB Suporte do HW Normalmente cada processo possui a sua própria tabela de páginas A tabela de páginas pode ser implementada como um conjunto de registradores dedicados Porém, se a tabela de páginas for muito grande o uso de registradores se torna inviável Nestes casos, a tabela de página é mantida na MP e um registrador (PTBR - Page Table Base Register) guarda o endereço da tabela de página O problema é o tempo gasto para acessar um local de memória referenciado pelo usuário: são necessários dois acessos à memória (um para a tabela de página e outro para o endereço efetivo)

56 TLB Solução padrão é usar a TLB (Translation Look-aside buffer) A TLB é implementada em um cache especial e fornece uma pesquisa rápida Cada entrada da TLB consiste em duas partes: uma chave e um valor A TLB contém apenas algumas entradas da tabela de páginas Quando um endereço lógico é gerado pela CPU, seu número de página é buscado na TLB Se o número de página for encontrado, seu número de quadro estará disponível imediatamente Se o número de página não for encontrado (TLB miss), deve então ser feita uma referência a tabela de página

57 Hardware de Paginação com TLB

58 Paginação em Múltiplos Níveis Em sistemas que implementam apenas um nível de paginação, o tamanho das tabelas de páginas pode ser um problema 0 Tabela de páginas Endereço Virtual NPV Desloc. 20 bits 12 bits Mb 20 (2-1) 32 bits Por exemplo, em um sistema onde vários processos estejam residentes na MP, é difícil e custoso gerenciar tabelas de 4 Mbytes

59 Paginação em Múltiplos Níveis Uma boa solução é usar tabelas de páginas em múltiplos níveis No esquema da paginação com dois níveis existe uma tabela diretório que possui uma entrada para cada tabela de página Neste caso, cada entrada da tabela diretório possuirá: O número da página de nível 1 (entrada da tabela de diretório) Permite localizar e endereço da tabela de páginas na tabela diretório O número da página de nível 2 (entrada da tabela de página) Permite localizar o endereço do frame na tabela de páginas O deslocamento dentro da página

60 Paginação em Múltiplos Níveis Paginação em 1 nível 2 20 entradas na TP e cada entrada com 4 bytes 2 20 x 4 bytes = 4 Mbytes NPV 1 10 bits Endereço Virtual NPV 2 10 bits Desloc. 12 bits Tamanho da TP = 4 Mbytes Paginação em 2 níveis 2 10 entradas na tabela de diretório e cada entrada com 4 bytes 2 10 x 4 bytes = 4 Kbytes Tabela diretório Tabela de páginas Tamanho da Tabela de diretório = 4 Kbytes frame

61 Paginação em Múltiplos Níveis A paginação em 2 níveis pode ser estendida para mais níveis A vantagem da paginação em múltiplos níveis é que estarão residentes na MP apenas as tabelas de páginas realmente necessárias Reduz o espaço ocupado na memória principal Para evitar que ocorra muito page fault, a ideia é que o princípio da localidade também seja aplicado às tabelas de mapeamento

62 TLB A gerência de memória virtual utiliza a técnica de mapeamento para traduzir endereços virtuais em reais O mapeamento implica em pelo menos dois acessos à MP Um acesso para a tabela de páginas E outro acesso no endereço efetivo (frame) Para agilizar o acesso: A tabela de páginas pode ser implementada como um conjunto de registradores dedicados Porém, se a tabela de páginas for grande o uso de registradores se torna inviável

63 TLB A solução: Seguindo o princípio da localidade, a maioria das aplicações referencia um número reduzido de frames na MP por vez Logo, apenas uma parte da tabela de páginas é realmente necessária na memória principal Com base neste princípio foi introduzida uma memória especial chamada TLB (Translation Lookaside Buffer) A TLB é implementada como uma memória cache Possui o mapeamento apenas dos endereços virtuais mais recentemente referenciados

64 TLB A TLB fornece uma pesquisa rápida Cada entrada da TLB consiste em duas partes: uma chave e um valor A TLB contém apenas algumas entradas da tabela de páginas Quando um endereço lógico é gerado pela CPU, seu número de página é buscado na TLB Se o número de página for encontrado, seu número de quadro estará disponível imediatamente Se o número de página não for encontrado (TLB miss), deve então ser feita uma referência a tabela de página

65 Hardware de Paginação com TLB

66 Segmentação É a técnica de gerência de memória onde o espaço de endereçamento virtual é dividido em blocos de tamanhos diferentes chamados segmentos Um programa é dividido logicamente em sub-rotinas e estruturas de dados, que são alocados em segmentos na memória principal PROGRAM Segmento; VAR A: ARRAY... C:... PROCEDURE X; END; FUNCTION Y; Procedimento X Programa Principal Função Y Array A END; BEGIN END. Variável C...

67 Segmentação A principal diferença entre paginação e segmentação é: Na paginação os programas são divididos em páginas de tamanho fixo sem qualquer ligação com a sua estrutura do programa A segmentação permite uma relação entre a lógica do programa e a sua divisão na memória

68 Segmentação A definição dos segmentos é realizada pelo compilador O espaço de endereçamento virtual de um processo possui um número máximo de segmentos Cada segmento pode variar de tamanho dentro de um limite O tamanho do segmento pode ser alterado durante a execução do programa Espaço de endereçamento independentes permitem que uma sub-rotina seja alterada sem a necessidade de recompilar o programa principal e outras sub-rotinas

69 Segmentação Segmentos possuem espaço de endereçamento independentes

70 Segmentação O mecanismo de mapeamento é semelhante ao da paginação, neste caso, os segmentos são mapeados através de tabelas de segmentos Cada processo possui sua própria tabela de segmentos Os endereços virtuais são compostos pelo número do segmento virtual e por um deslocamento N o do segmento (sv) Deslocamento (d) O número do segmento virtual identifica a entrada da tabela de segmentos que contém o endereço do segmento físico O deslocamento indica a posição do endereço virtual em relação ao endereço inicial do segmento O endereço físico é a combinação do endereço do segmento e do deslocamento

71 Segmentação Tradução do endereço virtual Segmento virtual Deslocamento Endereço virtual Desloc. Tabela de segmentos ETS End. do segmento Desloc. Segmento na memória principal Deslocamento Endereço físico

72 Segmentação Cada entrada da tabela de segmentos possui informações adicionais como: Tamanho: especifica o tamanho do segmento Bit de validade: indica se o segmento está na MP Bit de modificação: indica se o segmento foi alterado Bit de referência: indica se o segmento foi referenciado recentemente Bit de proteção: indica o tipo de acesso ao segmento

73 Segmentação Uma vantagem da segmentação em relação a paginação é A facilidade em lidar com estruturas de dados dinâmicas O tamanho do segmento pode ser facilmente alterado Na paginação, a expansão de um vetor implica na alocação de novas páginas e consequentemente no ajuste da TP Diferentemente da paginação, a segmentação não possui fragmentação interna Existe a fragmentação externa, quando áreas livres não são grandes o suficiente para alocar novos segmentos

74 Segmentação Fragmentação externa

75 Segmentação Apenas os segmentos referenciados são levados para a MP Se as aplicações não forem desenvolvidas em módulos, grandes segmentos estarão na MP desnecessariamente Para alocar segmentos na MP, o sistema operacional mantém informações com as áreas livres e ocupadas da memória Quando um novo segmento é referenciado o SO seleciona um espaço livre suficiente para que o segmento seja alocado na MP Pode ser adotada a política best-fit, first-fit ou worst-fit

76 Segmentação com Paginação Tem o objetivo de combinar vantagens das duas técnicas Paginação Evita a fragmentação externa Segmentação Mais fácil para lidar com estruturas de dados dinâmicas, já que o tamanho do segmento pode ser facilmente alterado

77 Segmentação com Paginação Divide o espaço de endereçamento virtual em segmentos Cada segmento é dividido em páginas Na visão do programador a sua aplicação continua mapeada em segmentos de tamanhos diferentes Por outro lado, o sistema trata cada segmento como um conjunto de páginas do mesmo tamanho Assim, um segmento não precisa estar contíguo na memória Elimina o problema da fragmentação externa encontrado na segmentação pura

78 Segmentação com Paginação O endereço virtual é formado por: Número do segmento virtual Número da página virtual Deslocamento N o do segmento (sv) N o da página (p) Deslocamento (d) O número do segmento virtual indica a entrada da tabela de segmentos A tabela de segmentos indica o endereço da tabela de páginas que contém o endereço O número da página identifica a entrada da tabela de páginas O deslocamento indica a posição do endereço dentro da página O endereço real é o endereço do frame encontrado na TP combinado com o deslocamento

79 Segmentação com Paginação Segmento virtual Endereço virtual Num. segmento Num. página Deslocamento Tradução do endereço virtual Tabela de segmentos ETS End. da tabela de páginas Tabela de páginas ETP Endereço do frame Endereço do frame Deslocamento Endereço físico

80 Paginação Segmentação Consideração Paginação Segmentação O programador precisa saber qual técnica está sendo usada? O espaço de endereçamento virtual pode exceder o tamanho da memória física? Não Sim Sim Sim Quantos espaços de endereçamento lineares existem? 1 Vários Os procedimentos e dados podem ser distinguidos e protegidos separadamente? O compartilhamento de procedimentos é facilitado? Não Não Sim Sim

81 Paginação Segmentação Consideração Paginação Segmentação Os programas são divididos em pedaços de tamanhos iguais Sim Não Possui fragmentação Sim, interna Sim, externa Por que esta técnica foi inventada? Para se obter um espaço de endereçamento maior do que a memória física Para permitir a divisão dos programas logicamente e facilitar o compartilhamento e proteção