Fundamentos de los Sistemas Operativos

Transcripción

1 Fundamentos de los Sistemas Operativos Objetivos de la administración: Administración n de memoria 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. 1

2 Introducción Introducción La memoria es un recurso finito. Se debe seleccionar qué alojamos. Sistema Operativo Disco (Gb) Memoria (Mb) Introducción Introducción Al comienzo la memoria esta vacia. Sólo se encuentra el Sist. Operativo. Sistema Operativo Proceso1 Disco (Gb) Memoria (Mb) 2

3 Introducción Introducción Cuando se ejecuta un proceso, se debe cargar en memoria. Sistema Operativo Proceso1 Disco (Gb) Memoria (Mb) Introducción Introducción Cuando no queda más espacio en la memoria se comienza a usar la memoria secundaria (Disco). Sistema Operativo Proceso1 Proceso2 Disco (Gb) Memoria (Mb) 3

4 Introducción Introducción Se debe seleccionar que porción de memoria baja al almacenamiento secundario. Sistema Operativo Proceso1 Proceso2 Disco (Gb) Memoria (Mb) Introducción Introducción Proceso1 Una vez hecho el lugar, se sube el Nuevo proceso. Cuando el proceso en disco se debe subir, se baja otro proceso Sistema Operativo Nuevo Proceso Proceso2 Disco (Gb) Memoria (Mb) 4

5 Monoprogramación vs. Multiprogramación Sistemas Monoprogramación: En sistemas Monoprogramación, sólo un proceso es ejecutado. No existen problemas, porque sólo se necesita un proceso en memoria a la vez. Cuando el proceso termina, se carga en memoria un nuevo proceso para ser ejecutado. Entonces por qué usamos sistemas multiprogramación? Monoprogramación vs. Multiprogramación Ventajas de los Sistemas Multiprogramación: Facilita la programación de aplicaciones al dividirla en dos o más procesos. Permite proporcionar servicio a varios usuarios simultáneamente. Permite la programación de aplicaciones más complejas. Hace un mejor aprovechamiento del tiempo de procesador. 5

6 100 Monoprogramación vs. Multiprogramación Mejor aprovechamiento del tiempo de procesador: Uso de la CPU (%) Grado de multiprogramación Administración n de memoria Técnicas de administración de memoria 6

7 Adm. de Memoria Real Administración de memoria en sistemas multiprogramación: Se puede realizar en dos formas: Multiprogramación con particiones fijas Multiprogramación con particiones variables Adm. de Memoria Real Multiprogramación con particiones fijas: La memoria se divide en particiones de tamaño fijo. Cada proceso se ubica en la partición más próxima en tamaño. No hace un buen aprovechamiento de la memoria ni de la CPU. 7

8 Adm. de Memoria Real Multiprogramación con particiones fijas - ejemplo: Proceso Kb Part. 3 Part. 2 2 Mb 8 Mb 7 Mb 5 Mb Part. 1 3 Mb 2 Mb Sist. Op. 0 Mb Adm. de Memoria Real Multiprogramación con particiones fijas - ejemplo: 8 Mb P1 7 Mb Proceso 1 Kb Mb 2 Mb Sist. Op. 0 Mb 8

9 Adm. de Memoria Real Multiprogramación con particiones fijas - ejemplo: 8 Mb P1 7 Mb Proceso 1 2 Kb P2 5 Mb Sist. Op. 2 Mb 0 Mb Adm. de Memoria Real Multiprogramación con particiones fijas - ejemplo: P3 8 Mb P1 7 Mb Proceso Kb P2 5 Mb Sist. Op. 2 Mb 0 Mb 9

10 Adm. de Memoria Real Multiprogramación con particiones fijas -ejemplo: P3 8 Mb P1 7 Mb Proceso Kb P4 P Mb Mb Sist. Op. 0 Mb Adm. de Memoria Real Multiprogramación con particiones fijas -ejemplo: P5 P3 8 Mb P1 7 Mb Proceso Kb P4 P Mb Mb Sist. Op. 0 Mb 10

11 Adm. de Memoria Real Multiprogramación con particiones fijas -ejemplo: P6 P5 P3 8 Mb P1 7 Mb Proceso Kb P4 P Mb LIBRE! Mb 6 50 Sist. Op. 0 Mb Adm. de Memoria Real Multiprogramación con particiones variables: Cada programa utiliza tanta memoria como necesite. Se necesita de alguna estructura tipo índice. Es mas eficiente que las particiones fijas. Hace mas compleja la asignación y reasignación de memoria. 11

12 Adm. de Memoria Real Problemas con particiones variables: Cuando los programas terminan su ejecución se generan agujeros en memoria que quedan desaprovechados: Sistema Operativo programas libre Disco (Gb) Memoria (Mb) Proceso1 Proceso2 Adm. de Memoria Real Problemas con particiones variables: Cuando los programas terminan su ejecución se generan agujeros en memoria que quedan desaprovechados: Sistema Operativo Proceso2 Proceso1 Disco (Gb) Memoria (Mb) 12

13 Adm. de Memoria Real Problemas con particiones variables: Cuando los programas terminan su ejecución se generan agujeros en memoria que quedan desaprovechados: Sistema Operativo Nuevo Proceso Proceso2 Garbage Disco (Gb) Memoria (Mb) Adm. de Memoria Real Soluciones al problema de los agujeros: Combinación: Cuando un programa termina su ejecución, si hay algún bloque de memoria contigua libre las combina para generar un único bloque de memoria. Bloque 1 Bloque 2 Memoria 13

14 Adm. de Memoria Real Soluciones al problema de los agujeros: Combinación: Cuando un programa termina su ejecución, si hay algún bloque de memoria contigua libre las combina para generar un único bloque de memoria. Finaliza el Bloque 1 Bloque 2 Memoria Adm. de Memoria Real Soluciones al problema de los agujeros: Combinación: Cuando un programa termina su ejecución, si hay algún bloque de memoria contigua libre las combina para generar un único bloque de memoria. Finaliza el Bloque 2 Memoria 14

15 Adm. de Memoria Real Soluciones al problema de los agujeros: Combinación: Cuando un programa termina su ejecución, si hay algún bloque de memoria contigua libre las combina para generar un único bloque de memoria. Se combinan ambos espacios Memoria Adm. de Memoria Real Soluciones al problema de los agujeros: Compactación: Agrupa la memoria disponible en un único bloque de memoria al final. Es el método ideal. Su gran desventaja es el alto consumo de CPU. Memoria Bloque 1 Bloque 2 15

16 Adm. de Memoria Real Soluciones al problema de los agujeros: Compactación: Agrupa la memoria disponible en un único bloque de memoria al final. Es el método ideal. Su gran desventaja es el alto consumo de CPU. Memoria Finaliza el Bloque 1 Bloque 2 Adm. de Memoria Real Soluciones al problema de los agujeros: Compactación: Agrupa la memoria disponible en un único bloque de memoria al final. Es el método ideal. Su gran desventaja es el alto consumo de CPU. Memoria Finaliza el Bloque 1 Finaliza el Bloque 2 16

17 Adm. de Memoria Real Soluciones al problema de los agujeros: Compactación: Agrupa la memoria disponible en un único bloque de memoria al final. Es el método ideal. Su gran desventaja es el alto consumo de CPU. Memoria Adm. de Memoria Real Soluciones al problema de los agujeros: Compactación: Agrupa la memoria disponible en un único bloque de memoria al final. Es el método ideal. Su gran desventaja es el alto consumo de CPU. Los bloques libres se agrupan al final de la memoria como un solo bloque Memoria 17

18 Adm. de Memoria Real Soluciones al problema de los agujeros: Compactación: Agrupa la memoria disponible en un único bloque de memoria al final. Es el método ideal. Su gran desventaja es el alto consumo de CPU. Los bloques libres se agrupan al final de la memoria como un solo bloque Memoria Adm. de Memoria Real Asignación de memoria: Es necesario hacer una asignación eficiente: Si se asigna un espacio menor, el proceso necesitará reasignarse y se pierde mucho tiempo de CPU. Si se asignan espacios demasiado grandes, se desperdicia mucha memoria. 18

19 Adm. de Memoria Real Estrategias de asignación de memoria: First Fit: Se busca la primer sección de memoria libre que sea lo suficientemente grande como para cubrir nuestros requerimientos. Es fácil de implementar. Va dejando muchos espacios de diversos tamaños. La parte de la memoria por donde se inicia la búsqueda tiene mucha fragmentación. Adm. de Memoria Real Estrategias de asignación de memoria: Best fit: El algoritmo best fit busca en toda la memoria el espacio que mejor se adapta al tamaño requerido. Es más difícil de implementar. Examinar todo el espacio no es demasiado dificultoso, mientras no esté fragmentado. Luego de un tiempo habrá multitud de pequeños fragmentos Los espacios libres se pueden combinar con otros. 19

20 Adm. de Memoria Real Estrategias de asignación de memoria: Worst fit: Se busca la sección de memoria libre más grande y se particiona. Deja los espacios restantes más grandes. Las simulaciones y el estudio de casos reales ha demostrado que el comportamiento a largo plazo de los algoritmos first fit y best fit son mejores que el worst fit. El algoritmo más rápido es el first fit. Adm. de Memoria Virtual Memoria Virtual - Introducción: El tamaño de los programas, datos y la pila pueden ser mayores que la memoria disponible. El S.O. guarda aquellas partes del programa de uso corriente en la memoria principal y el resto, en disco. El S.O. se apoya en el almacenamiento secundario para extender el uso de la memoria (swapping). 20

21 Adm. de Memoria Virtual Memoria Virtual - Introducción: Las direcciones de memoria que referencian a la memoria real se denominan "direcciones reales. Las referencias a memoria de un proceso pueden ser no reales (virtuales). La memoria virtual permite usar más memoria que la disponible físicamente. Cuando un proceso hace swapping, otro usa la CPU. Adm. de Memoria Virtual Memoria Virtual - Introducción: La memoria física se encuentra completa. Se ejecuta un nuevo programa. Programas Sistema Operativo Proceso1 Proceso2 Memoria virtual Disco (Gb) Memoria (Mb) 21

22 Adm. de Memoria Virtual Memoria Virtual - Introducción: Se selecciona un proceso y se swappea a Disco. Programas Sistema Operativo Proceso2 Memoria virtual Proceso1 Disco (Gb) Memoria (Mb) Adm. de Memoria Virtual Memoria Virtual - Introducción: El nuevo proceso se carga en la memoria principal. Programas Sistema Operativo Nuevo Proceso Proceso2 Memoria virtual Proceso1 Disco (Gb) Memoria (Mb) 22

23 Adm. de Memoria Virtual Paginación: Las direcciones virtuales deben ser transformadas en direcciones reales mientras el proceso está en ejecución. La memoria se divide en bloques pequeños de tamaño fijo llamados páginas. El sistema lleva una tabla de páginas para cada proceso Adm. de Memoria Virtual Paginación Es necesario tener todas las paginas en memoria? Si una página se usó pocas veces, es necesario que siga ocupando lugar en memoria? Se pueden tener solo las páginas necesarias, intercambiando páginas viejas por páginas nuevas se pueden tener procesos más grandes que la memoria disponible. 23

24 Adm. de Memoria Virtual Fallo de página: Se llama fallo de página cuando un proceso intenta acceder a una página que ha sido swappeada a disco. La página no se encuentra en memoria y no puede ser leída por el proceso. La página se debe subir a memoria. Adm. de Memoria Virtual Manejo de los Fallos de página: 1. Verificar si la referencia a la página es válida. 2. Si la referencia no es válida, se suspende la ejecución del proceso. 3. Encontrar un frame disponible para cargarla. 4. Solicitar operación de E/S para leer la página de disco y cargarla. 5. Modificar la tabla interna y la tabla de páginas. 6. Continuar con la ejecución del proceso. Y si no hay frames disponibles? 24

25 Adm. de Memoria Virtual Reemplazo de página: 1. Buscar un frame disponible. 2. Si hay un frame disponible usarlo. 3. Si no hay frames disponibles utilizar un algoritmo de reemplazo de paginas para seleccionar un frame víctima. 4. Escribir la página víctima a disco y actualizar tabla de páginas. Cuáles son los algoritmos? Adm. de Memoria Virtual Algoritmos de reemplazo de páginas: 1. FIFO (Primero en entrar, Primero en Salir) 2. Algoritmo de Segunda Chance 3. LRU (Usada Menos Recientemente) 4. LFU (Usada Menos Frecuentemente) 5. MFU (Usada Más Frecuentemente) 6. PFF (Frequencia de Fallos de página) 7. Working-Set (Grupo de trabajo) 25

26 Adm. de Memoria Virtual 1. FIFO (Primero en entrar, Primero en Salir) Se reemplaza la página que hace más tiempo que está en memoria. El funcionamiento es similar al de una cola: Un nuevo elemento se agrega al final de la cola y se elimina el primero. Muy sencillo de implementar, pero no es funcional: La primer página en ingresar no necesariamente es la menos utilizada. Adm. de Memoria Virtual 2. Algoritmo de Segunda Chance Similar al FIFO pero mantiene bit de referencia por página. Cada vez que se selecciona una página a reemplazar, se inspecciona el bit de referencia: Si el valor es 0 se procede a reemplazarla. Si el valor es 1, se coloca al tope de la lista, se selecciona la siguiente víctima y se setea el bit en 0. Si una página vuelve a ser accedida, se setea el bit a 1: Una página con muchas referencias va a mantener su bit en 1 y no va a ser reemplazada. 26

27 Adm. de Memoria Virtual 3. LRU (Usada Menos Recientemente) Se selecciona la página que hace más tiempo que no se utiliza. En LRU se necesita llevar tiempo de última utilización de cada página. Es muy efectivo y disminuye notablemente los Fallos de página. Es prácticamente irrealizable por su costo de implementación. Adm. de Memoria Virtual 4. LFU (Usada Menos Frecuentemente) Establece que la página con menor cantidad de referencias debe ser reemplazada. DESVENTAJA: Una página muy utilizada en la carga de un proceso se estaría manteniendo en memoria cuando no es necesaria para la ejecución. 27

28 Adm. de Memoria Virtual 5. MFU (Usada Más Frecuentemente) La página con mayor cantidad de referencias es la víctima a ser reemplazada. El argumento es que si una página fue utilizada pocas veces, se debe a que recién fue cargada en memoria y aún deba ser utilizada. DESVENTAJA: Si tenemos un proceso con repetidos accesos a una página, ocurrirán muchos fallos. Este algoritmo no se utiliza en la práctica. Adm. de Memoria Virtual 6. PFF (Frequencia de Fallos de página) Se asigna una cantidad fija de frames a cada proceso. Se controla el PFF de cada proceso: Si es muy bajo se debe a que está utilizando demasiados frames en memoria. Si es muy alto, no tiene suficientes frames otorgados. Se define un límite superior e inferior de PFF a cada proceso. 28

29 Adm. de Memoria Virtual 7. Working-Set Situación de trash: Cuando un proceso consume más tiempo paginando queejecutando. Se busca evitar esta situación: Se utiliza un mecanismo de reemplazo de paginas "local". Cuando un proceso comienza a paginar, no puede robar frames de otros procesos. Working-Set: Conjunto de páginas activas de un proceso que son almacenadas en memoria. Preguntas 29