Memoria Virtual. Departamento de Arquitectura de Computadores

Transcripción

1 Memoria Virtual Departamento de Arquitectura de Computadores

2 Índice Introducción. Conceptos básicos Características de los sistemas de memoria Jerarquías de memoria Memoria Principal Características físicas Organización Memoria Caché Organización Políticas de ubicación Políticas de sustitución Políticas de escritura Políticas de búsqueda Memoria Virtual Conceptos generales Paginación Segmentación Segmentación paginada

3 Introducción Memoria virtual La técnica de la MV se usa prácticamente en todos los SSOO modernos. Dicha Técnica realiza la gestión de dos niveles adyacentes de la jerarquía de memorias: la memoria principal (ó memoria física) y el almacenamiento secundario (disco). Motivaciones/ventajas Eliminar los inconvenientes de una memoria pequeña y limitada Los programas de usuario pueden exceder el tamaño de la memoria principal. Nos permite utilizar un espacio lógico de direcciones superior al realmente disponible en la memoria principal. Compartición eficiente de la memoria entre múltiples procesos garantizando protección La memoria principal necesita solamente las partes activas de los programas. Esto nos permite compartir eficientemente el procesador así como la memoria principal. Proporciona los mecanismos de protección necesarios.

4 Ejemplo PC basado en procesador Pentium II con 128MB de MP Procesador capaz de gestionar direcciones de 46 bits => 64TB de memoria direccionable Los programas pueden trabajar con direcciones virtuales de 46 bits y direcciones un espacio virtual de 64 TB La MP está limitada a 128 MB => admite direcciones de hasta 27 bits Necesario traducir las direcciones virtuales de 46 bits a direcciones físicas de 27 bits

5 Introducción Las direcciones generadas por el computador están referenciadas al espacio virtual. Sin embargo, los accesos se realizan sobre MP. Por tanto, es necesario traducir las direcciones virtuales a direcciones físicas. Si la palabra referenciada no está en MP (no tiene asignada dirección física) será necesario trasladar un bloque de memoria virtual a memoria principal. Por tanto la gestión de la memoria principal hace referencia a: Traducción de direcciones Emplazamiento de bloques en MP (física) Reemplazamiento de bloques Búsqueda de bloques Los sistemas de MV pueden clasificarse atendiendo al tamaño del bloque que se transfiere entre MP y memoria secundaria: Memoria virtual paginada. Bloques de igual tamaño Memoria virtual segmentada. Bloques de distinto tamaño Memoria virtual segmentada/paginada: segmentos de un número variable de páginas

6 Memoria virtual paginada El espacio virtual de direcciones se compone de páginas de tamaño fijo: Página: Zona contigua de memoria de determinado tamaño. (Por motivos de eficiencia se suele trabajar siempre con tamaños potencia de 2. Ej:4 KB.) Organización: El mapa de memoria del proceso se considera dividido en páginas. La memoria principal se considera dividida en marcos de página (tamaño de marco = tamaño de página). Los marcos contendrán páginas de los procesos en ejecución Dirección virtual dirección física Página Desplazamiento Marco Desplazamiento Las direcciones que aparecen en los programas son direcciones virtuales Son traducidas a direcciones físicas por el MMU (memory management unit), combinación de hardware y software Se requiere un mecanismo para conocer en qué marco (M) de memoria principal está ubicada una determinada página (P) de memoria virtual: Traducción directa TLB (translation lookaside buffer) Tablas de paginación multinivel

7 Memoria virtual paginada

8 Traducción directa

9 Traducción directa Mecanismo de traducción de direcciones virtuales a físicas a través de tablas de páginas Cada programa tiene su tabla de páginas residente en memoria (cuya dirección de inicio se almacena en un registro) que se indexa con el número de página virtual para obtener la dirección de la página física. Tienen tantas entradas como páginas virtuales existen. Cada entrada de la tabla tiene: Bit de presencia (validez): indica si la página está en memoria principal o no. Número de marco de página: almacena el número de marco en el que se ubica la página Información de protección (RWX) Bit de página accedida y bit de página modificada: se activan si es accedida o modificada la página respectivamente. Campo de dirección de disco: apunta a la posición en la que se encuentra almacenada la página en la unidad de disco.

10 Traducción directa Marco de página

11 Traducción asociativa

12 Ejemplo

13 Traducción Mixta

14 Traducción rápida de direcciones: TLB Mejora de la traducción de direcciones El tiempo de acceso a la tabla de páginas (almacenada en memoria principal) es excesivo: Un acceso para obtener la dirección física de memoria y otro para obtener el dato. Mejora: Basándonos en la localidad de las direcciones hacer uso de una cache especial para guardar la traducción de las direcciones más recientemente usadas Buffer de traducciones anticipadas (Translation-Lookaside Buffer o TLB) Las traducciones más recientes se mantienen en una memoria especial (similar a una cache) de acceso rápido.

15 Mejora de la traducción: tabla de páginas multinivel

16 Mejora de la traducción: tabla de páginas multinivel Cada proceso tiene una jerarquía de tablas en la que cada entrada apunta a tablas del siguiente nivel. El número de página contenido en la DV se supone dividido en tantas partes como niveles existan. Ventaja (Invaliadación): Si todas las entradas de una TP son inválidas, no se almacena esa TP y se pone inválida la entrada correspondiente de la TP superior Desventaja: aumenta el número de accesos a memoria. Se hace necesario el uso de TLB.

17 Elección del tamaño de página

18 Políticas de emplazamiento de páginas en MP Todas las páginas son de igual tamaño y coinciden con el tamaño de los marcos de página: Emplazamiento trivial: Una página se puede ubicar en cualquier marco de página libre. No existen unas alternativas mejores que otras.

19 Políticas de reemplazamiento de páginas

20 Políticas de búsqueda de páginas

21 Políticas de actualización de páginas

22 Mecanismo global de traducción de direcciones

23 Memoria virtual segmentada

24 Políticas de reemplazamiento, búsqueda y actualización de segmentos Similares a MV paginada

25 Políticas de emplazamiento de segmentos

26 Técnicas de ubicación

27 Memoria virtual segmentada/paginada

28 Técnicas de traducción de direcciones

29 Técnicas de traducción de direcciones