Sistemas Opera r cionais Gerência de Memória

Transcrição

1 Sistemas Operacionais Gerência de Memória

2 Gerência de Memória Idealmente, o que todo programador deseja é dispor de uma memória que seja grande rápida não volátil Hierarquia de memórias pequena quantidade de memória rápida, de alto custo - cache quantidade considerável de memória principal de velocidade média, custo médio gigabytes de armazenamento em disco de velocidade e custo baixos O gerenciador de memória trata a hierarquia de memórias

3 Gerência de Memória Principal operação trazer programas para dentro da memória principal para ser executados pelo processador. Dividir dinamicamente a parte User da memória principal de forma que acomode vários processos. Alocar a memória de forma eficiente para empacotar tantos processos na memória quanto possível para evitar que o processador fique ocioso. Deve ser capaz de rodar um programa em que seu tamanho seja maior que o disponível pela memória real.

4 Gerência de Memória Memória Lógica - é aquela que o processo enxerga, o processo é capaz de acessar. Memória Física - é aquela implementada pelos circuitos integrados de memória, pela eletrônica do computador CPU Endereço lógico Gerenciador de Memória Endereço físico Memória

5 Gerenciamento de Memória Swapping Alocação contígua Paginação Segmentação Segmentação paginada

6 Swapping Existem situações onde não é possível manter todos os processos na memória. Ex: um processo já alocado na memória faz uma chamada de sistema pedindo mais memória e não existe memória livre contígua a área onde o mesmo está alocado um usuário dispara um programa, não existe memória disponível mas é política dos sistema disparar imediatamente todos os programas solicitados de terminal

7 Swapping Usando o swapping o sistema escolhe um programa residente que é levado da memória para o disco (swap-out) retornando posteriormente para a memória (swap-in); Grande custo em termos de tempo de execução; Mais aceitável para sistemas batch ou sistemas com um pequeno número de usuários; No momento do swap-in de memória, é necessário corrigir os endereços de memória do processo;

8 Alocação Contígua Simples A memória principal é dividida em duas partes uma para o sistema operacional e outra para o programa do usuário; Deve ser desenvolvida alguma forma de alocar a memória livre aos processos que estão esperando; Sistema Operacional Memória Área para o usuário

9 Proteção da Memória Registrador Limite Registrador de Relocação CPU < + Memória Erro de acesso ilegal

10 Alocação Particionada Partições Fixas - a memória é dividida em tamanhos diferentes porém fixos. O tamanho da partição era estabelecido na fase de inicialização do sistema; A parte dos usuários era subdividida em partições fixas; Quando um programa deve ser carregado é escolhida uma partição livre; A partição deve ser de tamanho igual ou maior que o programa; Método não mais utilizado;

11 Memória Particionada Fixa SO 255 Kb Partição Kb Partição Kb Partição 3-50 Kb Partição 4 25 Kb SO Programa A Partição 2 Programa B Partição 4 Programa A -150 kb, Programa B 45 kb

12 Partições Fixas - Problemas Desperdício de memória provocando a fragmentação interna ( quando o espaço da partição é maior do que o necessário para executar o programa, sobra uma área livre de memória que não pode ser reaproveitada por outro processo) Não é possível o uso de 2 partições para um mesmo processo. Isto gera a fragmentação externa quando temos memória disponível mas não podemos executar o processo pois não temos uma partição grande o suficiente para executar o processo

13 Alocação Particionada Variável O tamanho da partição é ajustado dinamicamente as necessidades exatas do processo; Osistema operacional mantém uma lista de lacunas (espaços livres de memória física); Quando o processo é criado, será usada uma lacuna de tamanho igual ou maior ao tamanho do programa; O programa recebe o tamanho exato de memória, o que sobrar de memória é transformado em uma nova lacuna;

14 Alocação Particionada Variável Não ocorre fragmentação interna (o tamanho da memória alocada é igual ao tamanho do programa); Ocorre fragmentação externa, a medida que áreas de memória são alocadas e liberadas, fragmentos de memória são gerados; Os fragmentos são pequenos demais para serem reaproveitados; O estado da memória é armazenado em uma lista;

15 Memória Particionada Variável SO 255 Kb Área Livre SO Programa A Programa B Área Livre SO Programa C Área Livre Programa B Área Livre Programa A -150 kb, Programa B 45 kb, Programa C 80 Kb,

16 Partição Variável Para resolver o problema da fragmentação externa podemos: realocar todas as partições ocupadas eliminando espaços entre elas e criando uma única área livre contígua;

17 A escolha da partição ideal Três algoritmos podem ser usados: First-fit : Procura dentro da memória a partir o inicio e escolhe o primeiro bloco que é grande o suficiente para o processo a ser alocado; Next-fit: Inicia a procura a partir do local onde foi feito a ultima locação e escolhe o bloco que é grande o suficiente para o processo a ser alocado Best-fit: Escolhe o bloco que mais se aproxima do tamanho requerido;

18 Qual deles é o melhor? First-fit : Mais rápido e o melhor Ele gera no inicio da memória pequenas partições livres que necessitam ser pesquisadas a cada passo subseqüente do first-fit Next-fit: Freqüentemente aloca blocos livres no fim da memória Como resultado, blocos grandes de memória são quebrados rapidamente em blocos menores Compactação mais freqüente é requerida para obter grandes blocos no fim da memória Best-fit: Tem a pior performance Procura pelo menor bloco que satisfaça o requisito Como resultado, a memória principal é rapidamente quebrada em blocos muito pequenos que não podem satisfazer um pedido de alocação, exigindo assim uma compactação freqüente

19 Paginação A paginação permite que o programa possa ser espalhado por áreas não contíguas de memória. Características: o espaço de endereçamento lógico de um processo é dividido em páginas lógicas de tamanho fixo (pages); a memória física é dividida em páginas com tamanho fixo, com tamanho igual ao da página lógica (frames); o programa é dividido em páginas. Quando carregado cada página lógica ocupa uma página física; as páginas físicas não são necessariamente contíguas;

20 Paginação Pag Pag Pag. 0 Pag Pag Pag. 2 Memória Lógica Tabela de Página 4 5 Pag Pag. 3 Memória Física

21 Paginação O endereço lógico é inicialmente dividido em duas partes : um número de página lógica e um deslocamento dentro da página; P O número da página lógica é usado como índice no acesso a tabela de páginas, de forma a obter o número da página física correspondente; D

22 Paginação CPU P D F D P Memória Física F

23 Paginação 0 0 a 1 b 2 c 3 d 4 e 5 f 6 g 7 h 8 i 9 j 10 k 11 l i j k l e f g h 12 m 13 n 14 o 15 p Queremos acessar o endereço lógico 3. Este endereço está na página 0 com deslocamento 3. Pela tabela, vemos que a página 0 está indexada no quadro 5. Assim temos que acessar a posição: 23 = ((5x4)+3) m n o p a b c d

24 Paginação multinível PT1 PT2 Desloc

25 Tamanho de Página O problema de fragmentação também é encontrado na paginação. Mas ocorre apenas na última página usada pelo programa; Existe fragmentação interna (Ex: um programa que ocupe 201kb, o tamanho de página é de 4 kb, serão alocadas 51 páginas resultando uma fragmentação interna de 3kb); Não existe fragmentação externa; A fragmentação é conseqüência do tamanho da página; Páginas pequenas evitam o problema de fragmentação, aumentam no entanto os acessos a memória secundária;

26 Estrutura da tabela de Páginas Modificada Proteção Número do Quadro Cache Desabilitado Referenciada Presente/Ausente

27 Caso uma tabela não seja encontrada nos registradores, ai sim é feito um acesso a memória; Armazenamento da Tabela de Páginas Memória; Registradores: acesso rápido; Inconvenitente caso a tabela seja muito grande; Registrador de base da tabela de páginas: Fácil para trocar de páginas; Muitos acessos a memória; Registradores associativos: Cache da tabela de páginas;

28 Segmentação Cada processo é dividido em um número de segmentos de tamanho desigual (limitado pelo tamanho máximo). Um processo é carregado na memória, todos os seus segmentos são carregados dentro de partições dinâmicas que não necessitam ser continuas.

29 Exemplo de Segmentação Segmento 0 Sub-rotina Segmento 3 pilha Segmento2 Segmento 4 Programa principal Tabela de símbolos Segmento 1 Variáveis Globais

30 Segmentação A principal diferença entre a paginação e a segmentação é a alocação da memória de maneira não fixa, a alocação depende da lógica do programa; O mapeamento é feito através das tabelas de mapeamento de segmentos; Os endereços são compostos pelo número do segmento e um deslocamento dentro do segmento; Cada entrada na tabela mantém o endereço físico do segmento, o tamanho do segmento, se ele está ou não na memória e sua proteção;

31 Como o SO controla os segmentos alocados e blocos livres? O SO mantém: Conceito de endereço lógico mantém uma tabela de blocos livres ; mantém uma tabela de segmentos para cada processo, contendo a endereço inicial na memória principal (base) + o tamanho do segmento (limite). Exemplo de uma Tabela de Segmento 0 1 Base Limite

32 Tradução do endereço lógico para o endereço físico é feito pelo hardware do processador, da seguinte forma: Segmento Offset Endereço lógico 0 1 Tabela de Segmento Limite Base + Endereço físico

33 Segmentação Somente segmentos referenciados são transferidos para a memória principal; Grande proteção aos segmentos; Possibilidade de compartilhamento de código ou dados; Ocorre fragmentação externa;

34 Segmentação por Paginação Sistemas que implementam a segmentação com paginação. Cada segmento é dividido fisicamente em páginas. o endereço é formado pelo número do segmento, número da página dentro desse segmento e o deslocamento dentro dessa página.