Tema 5: Gestión de la Memoria Principal

Transcripción

1 Tema 5: Gestión de la Memoria Principal SSOO - Curso 2005/06 E. Domínguez C. Villarrubia Departamento de Tecnologías y Sistemas de Información Escuela Superior de Informática Universidad de Castilla - La Mancha Abril de 2006

2 Índice Puntos Desarrollados en la Sesión Anterior Paginación Segmentación Técnicas Mixtas

3 Tema 5: Gestión de la Memoria Principal Sesión 2: Soluciones a los Problemas de Gestión de Memoria Principal

4 Resumen de Contenidos de la Sesión Anterior En la sesión anterior hemos visto Transformaciones que deben sufrir las direcciones del programa del usuario para poder ser interpretadas por la memoria Estrategias simples de gestión de memoria para ejecutar programas grandes

5 Lógico y Físico Descripción Tipos de direcciones Dirección lógica: Generada por la CPU (habitualmente a partir de una instrucción del programa) para acceder a algún dato u otra instrucción de las que están en memoria Dirección física: Dirección tal como se le suministra a la memoria para la lectura o escritura en ella

6 Lógico y Físico (cont.) Descripción En las unidades de memoria antiguas, es frecuente que las direcciones físicas y las lógicas sean iguales y se utilicen los esquemas de transformación de direcciones en tiempo de compilación y en tiempo de carga. En las unidades modernas es frecuente que las direcciones lógicas y las físicas sean diferentes y se utilice un esquema de vinculación en tiempo de ejecución

7 Lógico y Físico (cont.) Descripción La unidad de gestión de memoria (MMU) es el dispositivo físico encargado de traducir las direcciones lógicas a direcciones físicas Una solución frecuente es disponer en la MMU de uno o varios registros de reubicación cuyo valor es sumado a las direcciones lógicas para obtener las direcciones físicas

8 Registro de Reubicación Reubicación dinámica usando un registro de reubicación

9 Intercambio (swapping) Descripción Un proceso puede ser expulsado temporalmente de la memoria a un dispositivo de almacenamiento secundario y volver más tarde a la memoria para proseguir su ejecución El dispositivo de almacenamiento secundario debe proporcionar un acceso directo a las imágenes de memoria de los procesos para facilitar un intercambio lo más rápido posible

10 Intercambio (swapping) (cont.) Descripción El intercambio (swapping) permite ejecutar simultáneamente más programas que los que cabrían en la memoria disponible La mayoría de los sistemas operativos de propósito general (UNIX, Microsoft Windows, etc.) usan variantes del concepto de intercambio

11 Intercambio (swapping) (cont.) Representación esquemática del intercambio

12 Descripción En la asignación contigua, la memoria asignada a un proceso está toda ella reunida en una única zona de la memoria física La memoria se divide en dos zonas diferenciadas Parte dedicada a la residencia del sistema operativo, normalmente en la zona baja de memoria junto a la tabla de vectores de interrupción Parte dedicada a los procesos de los usuarios

13 (cont.) Asignación en una sola partición

14 Asignación en Múltiples Particiones Descripción Hueco: Bloque de memoria disponible. En el espacio de direcciones físicas están repartidos huecos de distinto tamaño Cuando se carga un programa se le asigna un hueco de tamaño suficiente El sistema operativo mantiene información sobre Particiones asignadas Huecos libres

15 Asignación en Múltiples Particiones (cont.) Asignación en múltiples particiones

16 Asignación en Múltiples Particiones (cont.) Descripción Técnicas para satisfacer una petición de n bytes a partir de una lista de particiones libres Primer ajuste: Se asigna el primer hueco suficientemente grande Mejor ajuste: Se asigna el menor hueco suficientemente grande. Produce el menor hueco resultante Peor ajuste: Se asigna el mayor de los huecos disponible siempre que sea suficiente. Produce el mayor hueco resultante

17 Asignación en Múltiples Particiones (cont.) Descripción Generalmente las técnicas de primer ajuste y mejor ajuste son más efectivas que la de peor ajuste en el uso de la memoria y en la velocidad de asignación

18 Fragmentación Descripción La fragmentación es la división de la memoria que produce zonas libres que no pueden ser utilizadas para cargar programas Fragmentación externa: En la asignación contigua podemos tener memoria disponible no utilizable porque está dispersa Fragmentación interna: Memoria libre dentro de una partición asignada a un proceso

19 Fragmentación (cont.) Descripción La fragmentación externa puede reducirse mediante alguna forma de compactación que reúna los huecos disponibles, pero eso sólo puede hacerse si la vinculación de direcciones se realiza en tiempo de ejecución

20 Paginación Puntos Desarrollados en la Sesión Anterior Paginación Segmentación Técnicas Mixtas Características El espacio lógico de un proceso puede no ser contiguo; a un proceso se le asigna memoria física donde la haya disponible Se divide la memoria física en boques de tamaño fijo llamados frames. Su tamaño en bytes es una potencia de 2 (típicamente entre 512 bytes y 8192 bytes) Se divide la memoria lógica en bloques del mismo tamaño que los frames, llamados páginas

21 Paginación (cont.) Paginación Segmentación Técnicas Mixtas Características Se mantiene una lista de frames libres Para ejecutar un programa con un tamaño de n páginas se necesita encontrar n frames libres y cargarlo en ellos Hay que preparar además una tabla para traducir las direcciones lógicas a direcciones físicas Puede haber espacio no usado dentro de una página y, en consecuencia, habrá fragmentación interna

22 Paginación Segmentación Técnicas Mixtas Esquema de Traducción de Direcciones Descripción La dirección generada por la CPU (dirección lógica) se divide en Número de página (p) : Usada como índice en una tabla de páginas que contiene la dirección base de cada página en memoria física Desplazamiento : Se combina con la dirección base para definir la dirección de memoria física que se envía a la unidad de memoria

23 Paginación Segmentación Técnicas Mixtas Esquema de Traducción de Direcciones (cont.) Dirección lógica Se supone un espacio lógico de 2 m y un tamaño de página de 2 n direcciones

24 Traducción de Direcciones Paginación Segmentación Técnicas Mixtas Traducción de direcciones mediante una tabla de páginas

25 Ejemplo de Paginación Paginación Segmentación Técnicas Mixtas Memoria de 32 bytes y páginas de 4 bytes

26 Paginación Segmentación Técnicas Mixtas Implementación de la Tabla de Páginas Características La tabla de páginas se almacena en memoria Se dispone de un registro base de la tabla de páginas (PTBR) Se dispone de un registro de longitud de la tabla de páginas (PRLR) En ese esquema, cada acceso a una instrucción o un dato necesita dos accesos a memoria. Uno para la tabla de páginas y otro para la instrucción o dato El problema del doble acceso puede resolverse usando una caché hardware denominada tabla de registros asociativos (TLB)

27 Paginación Segmentación Técnicas Mixtas Traducción de Direcciones con un TLB Traducción de direcciones con una matriz de registros asociativos

28 Paginación Segmentación Técnicas Mixtas Tabla de Páginas de Dos Niveles Tabla de páginas de dos niveles

29 Paginación Segmentación Técnicas Mixtas Tabla de Páginas de Tres Niveles Tabla de páginas de tres niveles

30 Tabla de Páginas Invertida Paginación Segmentación Técnicas Mixtas Traducción de direcciones con una tabla de páginas invertida

31 Paginación y Memoria Virtual Paginación Segmentación Técnicas Mixtas Utilización de un esquema de memoria virtual

32 Segmentación Paginación Segmentación Técnicas Mixtas Segmentación

33 Paginación Segmentación Técnicas Mixtas Segmentación Paginada en el Procesador Intel Direccionamiento en el procesador Intel 80386

34 Paginación Segmentación Técnicas Mixtas Paginación en el Procesador Intel Pentium Paginación en el procesador Intel Pentium

35 Resumen Puntos Desarrollados en la Sesión Anterior Resumen Lecturas Recomendadas En esta sesión hemos visto Estrategias de asignación contigua de memoria Estrategias de asignación dispersa de memoria Esquemas de gestión de memoria virtual

36 Lecturas Recomendadas Resumen Lecturas Recomendadas Lecturas recomendadas A. Silberschatz, P. Galvin. Sistemas Operativos. 5 a ed. Addison Wesley. Capítulo 8: Gestión de Memoria y Capítulo 9: Memoria Virtual. Secciones 9.1 y 9.2