Modelação de algoritmos de substituição de páginas Anomalia Belady

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1 Gestão de Memória 1. Conceitos Básicos 2. Swapping 3. Memória Virtual 4. Algoritmos de substituição de páginas 5. Modelação de algoritmos de substituição de páginas 6. Questões no desenho de sistemas de paginação 7. Questões na implementação 8. Segmentação

2 Modelação de algoritmos de substituição de páginas Anomalia Belady FIFO com 3 frames FIFO com 4 frames P significa que houve uma page fault 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/2002 2

3 Modelação de algoritmos de substituição de páginas Stack Algorithms Estado do array de memória M depois de cada item ser processado Para r =5, M= 4,5,3,1 M tem 4 elementos (m=4) Propriedade dos Stack Algorithms: M(m,r) M(m+1,r) 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/2002 3

4 Gestão de Memória Distance String Funções de propabilidade e densidade para duas Distance Strings hipotéticas 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/2002 4

5 Modelação de algoritmos de substituição de páginas Previsão das taxas de Page Fault F n = C + C m k = m+ 1 k Computação da taxa de falhas de páginas no Distance String O vector C e F 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/2002 5

6 Considerações no desenho de sistemas de paginação Política de alocação: Local vs Global 3 Processos Processos A,B,C A,B,C Local Local Global Global Configuração original Substituição de páginas Local Substituição de páginas global 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/2002 6

7 Considerações no desenho de sistemas de paginação Controlo de carga Mesmo quando bem desenhados, não se resolvem os problemas. Sistema fica sem memória disponível Trashing Alguns processos precisam de mais memória, mas nenhum processo precisa de menos Solução: Reduzir o número de processos a competir por memória Passar (swap) 1 ou mais para disco, dividir a páginas que eles possuiam Reconsiderar o grau de multiprogramação 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/2002 7

8 Considerações no desenho de sistemas de paginação Tamanho da página Páginas de pequena dimensão Vantagens Menor fragmentação interna Melhor ocupação para várias estruturas de dados e secções de código Menor número de programas não usados em memória Desvantagens Programas precisas de muitas páginas table pages maiores 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/2002 8

9 Considerações no desenho de sistemas de paginação Espaços de Instruções e dados separados Um espaço de endereçamento Espaços separados 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/2002 9

10 Considerações no desenho de sistemas de paginação Páginas partilhadas Dois processos partilhando o mesmo programa, partilham a sua page table 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

11 Considerações no desenho de sistemas de paginação Politicas de limpeza Necessário para o daemon de paginação Periodicamente verifica o estado da memória Quando há poucas frames livres Selecciona páginas para remover de acordo com um algoritmo de substituição de páginas Pode usar a mesma lista circular (Clock) Como um algoritmo de substituição de páginas normal, mas diferente ptr 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

12 Considerações de implementação Envolvimento do SO na paginação: Na criação do processo Determina a dimensão do programa Cria a page table e inicializa Execução do processo Reset da MMU para cada novo processo TLB flushed Quando ocorre uma Page Fault Define endereço virtual que causam falhas Tira (swap) a pagina alvo, coloca a página necessária Backup do PC para o colocar a apontar para a instrução em falha e deixar a instrução voltar a executar Terminação do processo Liberta page table e páginas 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

13 Considerações de implementação Como tratar falhas de memória (page fault) O que acontece quando há uma page fault 1. Hardware traps to kernel 2. Registos salvos 3. SO determina quais a páginas virtuais necessárias 4. SO verifica validade dos endereços, procura page frame 5. Se a frame está suja (dirty), escreve-a para disco 6. SO coloca as novas páginas (trazidas de disco) 7. Tabelas actualizadas (page tables) 8. Instruções em falta guardadas para quando começar, PC é actualizado para apontar para a instrução. 9. Processo escalonado 10. Registos repostos Programa continua 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

14 Considerações de implementação Backup de Instruções Uma instrução causando uma falha de memória (page fault) 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

15 Considerações de implementação Armazenamento Páginas Páginas em em memória memória têm têm uma uma cópia cópia em em disco. disco. (a) Paginação para uma área de swap fixa (b) Armazenamento de páginas dinamicamente Páginas Páginas em em memória memória NÃO NÃO têm têm uma uma cópia cópia em em disco disco 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

16 Segmentação Um espaço de endereçamento com tabelas crescentes Uma tabela pode chocar com outra Espaço de de endereços de de 1 processo 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

17 Segmentação Memória segmentada usada pelas tabelas de um compilador Espaço de endereços virtuais em diferentes segmentos permite a cada tabela crescer ou decrescer independentemente 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

18 Comparação entre paginação e segmentação O Programador precisa de conhecer as técnicas que estão a ser usados? Quantos espaços de endereços virtuais existem? Paginação Não 1 Segmentação Sim Muitas Pode o espaço reconhecido ser maior que o espaço físico real? Existem espaços separados para procedimentos e dados? Podem dados e procedimentos ser protegidos separadamente? Podem as tabelas cujos tamanhos variem ser acomodadas com facilidade? Partilha de procedimentos entre utilizadores facilitada? Sim Não Não Não Não Sim Sim Sim Sim Sim Porque foi esta técnica inventada? Para obter um grande conjunto de Para permitir a programas e dados espaço de endereçamento sem ter serem separados em espaço de comprar mais memória diferentes e ajudar na partilha e protecção 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

19 Segmentação Implementação de segmentação pura (a)-(d) Desenvolvimento do fragmentação externa (e) Remoção do fragmentação externa por compactação 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

20 Segmentação Segmentação com paginação: MULTICS Descritor do segmento aponta para tabelas de paginas Descritor de segmento números representam os tamanhos dos campos 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

21 Segmentação Segmentação com paginação: MULTICS Endereço virtual MULTICS a 34 bits 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

22 Segmentação Segmentação com paginação: MULTICS Conversão de um endereço MULTICS para endereço de memória principal 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

23 Segmentação Segmentação com paginação: MULTICS Versão simplificada do MULTICS TLB 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

24 Segmentação Segmentação com paginação: Pentium Selector Pentium LDT LDT Local Local Descriptor DescriptorTable GDT GDT Global Global Descriptor DescriptorTable 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

25 Segmentação Segmentação com paginação: Pentium Pentium code segment descriptor Data segments differ slightly 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

26 Segmentação Segmentação com paginação: Pentium Conversão do par (selector,offset) para um endereço linear 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

27 Segmentação Segmentação com paginação: Pentium Mapeamento de endereço linear para endereço físico 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

28 Segmentação Protecção: protection rings Level Protecção, no Pentium 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

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