GESTION DE LA MEMORIA

Transcripción

1 GESTION DE LA MEMORIA SISTEMAS OPERATIVOS Generalidades La memoria es una amplia tabla de datos, cada uno de los cuales con su propia dirección Tanto el tamaño de la tabla (memoria), como el de los datos incluidos en ella dependen de cada arquitectura concreta Para que los programas puedan ser ejecutados es necesario que estén cargados en memoria principal La información que es necesario almacenar de modo permanente se guarda en dispositivos de almacenamiento secundarios también conocidos como memoria secundaria 1

2 Para que se Administra la memoria? Para mantenerse informado de qué parte de la memoria están en uso y cuáles no asignar memoria a los proceso cuando las necesitan liberar memoria cuando no se necesita Administrar intercambios entre la memoria principal y disco duro cuando la memoria principal es demasiado pequeña para contener todos los procesos. Donde esta la Memoria en el CPU? 2

3 Donde esta la Memoria en el CPU? Proceso de Carga de una Aplicación 3

4 Proceso de Carga de una Aplicación Jerarquía de Memoria 4

5 Etapas por las que pasa un programa antes de cargarse en memoria Conceptos sobre Cachés Caché - copia que puede ser accedida más rápidamente que el original Idea: hacer los casos frecuentes eficientes, los caminos infrecuentes no importan tanto Acierto de caché: item en la caché Fallo de caché: item no en caché; hay que realizar la operación completa 5

6 Espacio de direcciones lógico y espacio de direcciones físico Espacio de direcciones lógico: conjunto de direcciones lógicas o virtuales generadas por un programa Espacio de direcciones físico: conjunto de direcciones físicas correspondientes a las direcciones lógicas en un instante dado Mapa de memoria de un proceso 6

7 Administración Básica de la Memoria en sistemas monoprogramas Particiones Dividimos la memoria en particiones: El SO ocupa permanentemente una región de memoria. El resto de la memoria se particiona entre los procesos de forma: Estática número fijo de particiones; pueden ser de igual o diferente tamaño. Dinámica particiones de diferente tamaño y número. El SO mantiene información sobre las particiones asignadas y las libres (huecos). 7

8 Particiones Fijas de la Memoria Particiones fijas El número y tamaño de cada partición viene establecido por el sistema y es constante Tamaño de las particiones: Particiones de igual tamaño Particiones de distinto tamaño Estrategias de asignación: proceso partición Cola única Varias colas (particiones de distinto tamaño) 8

9 Problema de las particiones fijas Uso de la memoria principal ineficiente. Cualquier proceso, sin importar lo pequeño que sea, ocupará una partición completa Fragmentación: incapacidad del sistema operativo para asignar posiciones de memoria principal no utilizadas. Dos tipos: interna y externa Problema de fragmentación en particiones fijas: Fragmentación interna Fragmentación interna Fragmentación interna: la memoria asignada es mayor que la usada; la diferencia entre ambas es memoria interna a una partición que no se usa. Se produce cuando se asigna memoria en particiones fijas. 9

10 Particiones Dinámicas Las particiones son variables en número y Tamaño Cuando llega un proceso a memoria se le asigna la memoria que necesita: se crea una partición El SO mantiene información sobre las zonas de memoria asignadas (tabla de particiones) y las libres (huecos) Es necesario tener una estrategia de asignación de espacio y gestión de espacio libre Problema particiones dinámicas Fragmentación externa - existe el espacio necesario para satisfacer una petición pero no es contiguo Compactación - técnica utilizada para reducir la fragmentación externa. Consiste en arrastrar los contenidos de memoria a un lugar para reunir toda la memoria libre en un bloque. Problemas: Requiere reubicación dinámica Consume recursos del sistema El sistema se detiene mientras se realiza * no se puede hacer demasiado frecuentemente 10

11 Fragmentación externa Existe espacio para satisfacer una petición pero no es contiguo. Ej. No podemos satisfacer una petición de 40 KB, habiendo 62 KB libres. Particiones dinámicas en la Memoria 11

12 Ejemplo fragmentación externa Compactación Técnica para reducir la fragmentación externa que consiste en arrastrar los contenido de memoria a un lugar para reunir la memoria libre en un bloque. Posible en sistemas con reubicación dinámica (se realiza en tiempo de ejecución). 12

13 Ejemplo de Ejemplo de compactación Multiprogramacion con particiones fijas 13

14 Estrategias de asignación de espacio Primer ajuste asigna el primer hueco lo suficientemente grande para satisfacer la petición Mejor ajuste asigna el hueco más pequeño que mejor se ajuste al espacio necesitado. Se debe buscar en la lista entera, si no esta ordenada por tamaños. Produce el hueco sobrante menor. Peor ajuste - asigna el hueco mayor. Debemos buscar en toda la lista. Produce el hueco sobrante mayor Ejemplo: Primer Ajuste 14

15 Ejemplo: El Mejor Ajuste Ejemplo: El Peor Ajuste 15

16 Intercambio (Swapping) Intercambiar procesos entre memoria y un almacenamiento auxiliar El almacenamiento auxiliar debe ser un disco rápido con espacio para albergar las imágenes de memoria de los procesos de usuario El factor principal en el tiempo de intercambio es el tiempo de transferencia El intercambiador tiene las siguientes responsabilidades: Seleccionar procesos para retirarlos de MP Seleccionar procesos para incorporarlos a MP Gestionar y asignar el espacio de intercambio Intercambio (Swapping) 16

17 Si crecen los procesos? Sistema de gestión de memoria Parte del sistema operativo que, con apoyo del hardware, se encarga de repartir la memoria entre los procesos activos Características deseables: Ofrecer un espacio lógico independiente a cada proceso Proporcionar protección y compartición de memoria entre los procesos Maximizar el rendimiento del sistema Maximizar el mapa de memoria asociado a un proceso Dar soporte a las regiones del proceso 17

18 Memoria Virtual El tamaño del programa, los datos y la pila puede exceder la cantidad de memoria física disponible para él. Se usa un almacenamiento a dos niveles: Memoria Principal => partes del proceso necesarias en un momento dado Memoria Secundaria => espacio de direcciones completo del proceso Unidad de Gestión de Memoria La MMU (Memory Management Unit) es un dispositivo hardware que traduce direcciones virtuales a direcciones físicas. Este dispositivo está gestionado por el SO. 18

19 Cómo evitar la fragmentación de memoria?... Paginación hacemos que todos los bloques tengan el mismo tamaño. Segmentación partimos el programa en trozos de diferentes tamaños. Paginación El espacio de direcciones físicas de un proceso puede ser no contiguo La memoria física se divide en bloques de tamaño fijo, denominados marcos de página. El tamaño es potencia de dos, de 0.5 a 8 Kb El espacio lógico de un proceso se divide en bloques del mismo tamaño, denominados páginas Los marcos de páginas contendrán páginas de los procesos 19

20 Paginación La relación entre la dirección virtual y la memoria física viene dada por la tabla de paginas. Tabla de Pagina Cuando la CPU genere una dirección lógica será necesario traducirla a la dirección física correspondiente, la tabla de páginas mantiene información necesaria para realizar dicha traducción. Existe una tabla de páginas por proceso 20

21 Tabla de Pagina Operación Interna de la MMU 16 paginas de 4 KB Tabla de Pagina Direcciones de 32 bit con una tabla de 2 paginas Tablas de pagina de dos niveles 21

22 Búfer de Traducción Adelantada (TLB) El problema de los accesos a memoria se resuelve con una caché hardware de consulta rápida denominada búfer de traducción adelantada o TLB (Translation Look-aside Buffer) El TLB se implementa como un conjunto de registros asociativos que permiten una búsqueda en paralelo De esta forma, para traducir una dirección: Si existe ya en el registro asociativo, obtenemos el marco Si no, la buscamos en la tabla de páginas y se actualiza el TLB con esta nueva entrada Búfer de Traducción Adelantada (TLB) 22

23 Tamaño de la Tabla de Páginas Ejemplo: Dirección virtual: 32 bits. Tamaño de página = 4 Kbytes (2 12 bytes). tamaño del campo desplazamiento = 12 bits tamaño número de página virtual = 20 bits Nº de páginas virtuales = 2 20 = 1,048,576! Segmentación La segmentación permite al programador contemplar la memoria como si constara de varios espacios de direcciones o segmentos. Con memoria virtual, el programador no necesita preocuparse de las limitaciones de memoria impuestas por la memoria principal. Los segmentos pueden ser de distintos tamaños, incluso de forma dinámica. 23

24 Politicas del S.O sobre la Memoria Virtual Políticas de Lectura Por demanda Por paginación previa Políticas de ubicación Políticas de reemplazo Algoritmos de reemplazos Políticas de Lectura La política de lectura (fetch) está relacionada con la decisión de cuándo se debe cargar una página en memoria principal. Las dos alternativas más comunes son la paginación por demanda y la paginación previa. Paginación por demanda, se trae una página a memoria principal sólo cuando se hace referencia a una posición en dicha página. Paginación previa, se cargan otras páginas distintas a las demandadas debido a un fallo de página. El principal atractivo de esta estrategia está en las características de las mayoría de los dispositivos de memoria secundaria, como los discos, que tienen un tiempo de búsqueda y una latencia de giro. 24

25 Políticas de ubicación La política de ubicación tiene que ver con determinar dónde va a residir una parte de un proceso en memoria principal. En un sistema de segmentación puro, la política de ubicación es un aspecto importante del diseño; como posibles alternativas se tienen las políticas del mejor ajuste, el primer ajuste y otras. Políticas de reemplazo Trata de la selección de la página a reemplazar en memoria principal cuando se debe cargar una nueva página. Se fundamenta en los Algoritmos de sustitucion 25

26 Algoritmos de sustitución Óptima: selecciona para reemplazar la página que tiene que esperar una mayor cantidad tiempo hasta que se produzca la referencia siguiente. Usada hace más tiempo (LRU, Least Recently U sed) : reemplaza la página de memoria que no ha sido referenciada desde hace más tiempo Primera en entrar, primera en salir (FIFO, First-In, First-Out) : esta elección, además de su sencillez, es reemplazar la página que ha estado más tiempo en memoria De reloj Algoritmo del reloj La política del reloj requiere asociar un bit adicional a cada marco, denominado bit de uso. Cuando se carga una página por primera vez en un marco de memoria, el bit de uso de dicho marco se pone a cero. Cuando se hace referencia a la página posteriormente (después de la referencia que generó el fallo de página), el bit de uso se pone a 1. Para el algoritmo de reemplazo de páginas, el conjunto de marcos candidatos a ser reemplazados se considera como un buffer circular con un puntero asociado. 26

27 Algoritmo del reloj 27

28 Gracias por su atención 28