Paginação e Segmentação. Memória Principal

Transcrição

1 Paginação e Segmentação Memória Principal

2 Paginação Memória Principal

3 Paginação A paginação é um recurso gerenciado por Hardware; Ela divide a memória física em várias partes de tamanho igual, chamados de quadros; A memória dos processos é dividida em partes de tamanhos iguais, chamadas de páginas; Páginas e quadros devem ter um tamanho fixo; O tamanho das páginas e dos quadros deve ser igual!

4 Paginação A paginação simula que os endereços são contíguos, mesmo estando separados fisicamente na memória: Gerando os endereços lógicos! Os endereços lógicos serão resolvidos através de uma relação entre página e deslocamento.

5 Paginação 0 10 bytes de memória contígua

6 Paginação Quadro End. L End. F 2 quadros (frames) de 5 bytes

7 Paginação Quadro End. L End. F 5 quadros (frames) de 2 bytes

8 Paginação Considere o seguinte cenário: Quadros de 512KB Páginas de 512KB Processo de 1,75MB = 4 páginas (sobrando espaço interno)! Aplicado ao exemplo dos próximos slides:

9 Paginação Quadros ocupado 0 ocupado 1 Processo Tabela de Páginas livre 2 ocupado 3 ocupado 4 ocupado 5 livre 6 ocupado 7 ocupado 8 livre 9 livre 10 ocupado 11 livre 12

10 Paginação Quadros ocupado 0 ocupado 1 Processo 0 X Tabela de Páginas X 2 ocupado 3 ocupado 4 ocupado 5 livre 6 ocupado 7 ocupado 8 livre 9 livre 10 ocupado 11 livre 12

11 Paginação Quadros livre 0 ocupado 1 Processo 0 X Tabela de Páginas X 2 ocupado 3 ocupado 4 ocupado 5 livre 6 ocupado 7 ocupado 8 livre 9 livre 10 ocupado 11 livre 12

12 Paginação Quadros livre 0 ocupado 1 Processo 0 X Tabela de Páginas X 2 ocupado 3 ocupado 4 ocupado 5 livre 6 ocupado 7 ocupado 8 livre 9 livre 10 ocupado 11 livre 12

13 Paginação Quadros Y 0 ocupado 1 Processo 0 X 1 Y 2 3 Tabela de Páginas X 2 ocupado 3 ocupado 4 ocupado 5 livre 6 ocupado 7 ocupado 8 livre 9 livre 10 ocupado 11 livre 12

14 Paginação Quadros Y 0 ocupado 1 Processo 0 X 1 Y 2 3 W Tabela de Páginas X 2 ocupado 3 ocupado 4 ocupado 5 W 6 ocupado 7 ocupado 8 livre 9 livre 10 ocupado 11 livre 12

15 Paginação Quadros Y 0 ocupado 1 Processo 0 X 1 Y 2 Z 3 W Tabela de Páginas X 2 ocupado 3 ocupado 4 ocupado 5 W 6 ocupado 7 ocupado 8 Z 9 livre 10 ocupado 11 livre 12

16 Paginação Considerações: Cada processo terá sua própria tabela de páginas relacionando cada página ao seu respectivo quadro; Normalmente as páginas e quadros tem seus tamanhos definidos com base em um valor de potência de 2: Endereçamento representado em binário! O endereço físico será determinado com base no número da página + deslocamento na página. Exemplo a seguir (Silberschatz, 2013) utiliza: 32 bytes de memória física; quadros e páginas de 4 bytes cada; 1 processo de 16 bytes

17 Processo Página / Quadro Memória Física

18 Paginação/Memória Virtual A paginação também permite que seja alocada mais memória do que disponível na memória RAM: Realocando páginas para a memória secundária - Memória Virtual; Isto será feito conforme políticas do SO: Memória estiver muito saturada; ou Há processos que estão sem atividade por longo período. A troca constante de páginas (entre as memórias física e virtual) é chamada de trashing. Isto faz com que o sistema fique extremamente lento.

19 Paginação/Memória Virtual Memória Virtual Quadros A 0 A 1 A 2 B 3 B 4 C 5 C 6 C 7 B 8 D 9 D 10 D 11 D 12

20 Paginação/Memória Virtual Memória Virtual Quadros A 0 A 1 A 2 E E Novo Processo? B 3 B 4 C 5 C 6 C 7 B 8 D 9 D 10 D 11 D 12

21 Paginação/Memória Virtual Memória Virtual Quadros A 0 A 1 A 2 E E Novo Processo? B 3 B 4 C 5 C 6 C 7 B 8 D 9 D 10 D 11 D 12

22 Paginação/Memória Virtual Memória Virtual B C Quadros A 0 A 1 A 2 3 B 4 E E Novo Processo? C 5 6 C 7 B 8 D 9 D 10 D 11 D 12

23 Paginação/Memória Virtual Memória Virtual B C Quadros A 0 A 1 A 2 3 B 4 C 5 6 C 7 E E B 8 D 9 D 10 D 11 D 12

24 Paginação/Memória Virtual Memória Virtual B C Quadros A 0 A 1 A 2 E 3 B 4 C 5 E 6 C 7 B 8 D 9 D 10 D 11 D 12

25 Paginação Conclusões sobre a paginação: Mesmo trabalhando com memória fragmentada, faz com que o processo visualize a memória como algo contíguo; É implementado em hardware, o que garante alto desempenho; Possibilita a utilização de memória virtual: Lembrando: quanto maior a demanda por memória virtual, mais comprometido será o desempenho do sistema.

26 Segmentação Memória Principal

27 Segmentação A maioria dos usuários (programadores), vê a memória não como um vetor gigantesco de dados, como ocorre na paginação, mas como blocos agrupados conforme uma finalidade. Exs.: Um conjunto de números; O conjunto de instruções do programa; Os dados de um cadastro; As variáveis locais de um método; etc...

28 Segmentação A segmentação suporta esta forma de abstração para a representação de dados em memória: A ideia é lembrar que um segmento (bloco) sempre terá um endereço inicial na memória e os dados serão diferenciados por um offset (deslocamento); Por exemplo, o compilador C deve gerar 5 segmentos de memória: Texto: código do programa usuário código de bibliotecas Dados - variáveis globais (estáticas) A pilha O heap

29 Segmentação sub-rotinas pilha dados heap programa principal endereço lógico

30 Segmentação A segmentação se assemelha à paginação por possuir uma tabela que relaciona os segmentos às posições de memória física onde cada segmento se encontra. Mas além da posição, é armazenada a informação sobre o tamanho do segmento. Algumas considerações: Há suporte de hardware para trabalhar com segmentação; SOs modernos não utilizam plenamente a segmentação: Preferem trabalhar com paginação; Combinam com segmentos apenas apenas para as estruturas básicas do processo: texto, dados, pilha e heap.

31 dados <seg 1> pilha <seg 3> sub-rotinas <seg 0> heap <seg 2> programa principal <seg 4> endereço lógico Segmentação Tabela de Segmentos base limite Memória 0 1 seg 0 2 seg seg seg seg 1 12

32 Segmentação Considerações: Assim como na paginação, os segmentos também podem ser transferidos para a memória virtual; Os segmentos não podem ser divididos em duas ou mais partes: Por isto, muitas vezes, se utiliza em combinação com a paginação!

33 Conclusões Memória Principal

34 Conclusões Paginação e Segmentação: Ambos utilizam indexação para acessar os dados; Ambos tentam utilizar o máximo da memória RAM; Segmentação: Está mais associada à carga dos processos. Ex.: carga dinâmica de uma biblioteca; Paginação: Otimiza o uso da memória física, possibilitando a visualização da memória como sendo contígua, mesmo quando ela se encontra fragmentada.

35 Conclusões Diferenças entre Paginação e Segmentação: Páginas tem tamanhos fixos; Segmentos tem tamanhos variáveis; Páginas são menores do que segmentos; Paginação não tem problemas de performance na ocasião de fragmentação, na segmentação há.

36 Exercícios Memória Principal

37 Exercícios 1. Pesquise e explique o motivo das páginas serem criadas utilizando tamanhos em potência de Dado que um determinado processo utiliza um tamanho N de memória, explique como a divisão inteira e o resto da divisão podem determinar o número da página (p) e o deslocamento (d) de um dado deste processo. Considere P como sendo o tamanho de cada página. 3. Diferencie fragmentação de memória interna e externa. Qual é o prejuízo decorrente da fragmentação? 4. Explique as vantagens e desvantagens de se utilizar páginas de tamanhos maiores e menores?

38 Exercícios 5. Explique, sobre performance, o que é mais vantajoso: a. Utilizar realocação de dados em memória na segmentação para diminuir a fragmentação; ou b. Utilizar paginação. 6. Como a paginação e a segmentação tratam áreas de memória compartilhada? Apresente um exemplo ilustrado. 7. Por questões de segurança, como o hardware consegue determinar se um determinado processo possui permissão de acesso a um determinado endereço na memória? Considere tanto a paginação quanto a segmentação em sua resposta.