Sistemas de Computación Memoria. 2º Semestre, 2008 José Miguel Rubio L.

Transcripción

1 Sistemas de Computación Memoria 2º Semestre, 2008 José Miguel Rubio L.

2 Técnicas de Administración de Memoria 2

3 Al administrar la memoria física, ocurren ciertos problemas que son inherentes a los esquemas y algoritmos vistos. No se pueden ejecutar programas que necesitan más memoria que la disponible físicamente. Puede existir la posibilidad que no se pueda dejar segmentos de memoria contiguos. 3

4 Idea básica: Ocultar los detalles de la memoria física. Esto es: MV disfraza el hecho que la memoria real no está asignada a un programa como una región continua, y MV oculta el tamaño actual de la memoria física disponible. Cada programa tiene un bloque de memoria (espacio de direcciones) continuo y que comienza por la dirección 0. El tamaño puede ser considerado como infinito. 4

5 Memoria Virtual Memoria Física MMU (address_map) 5

6 Memoria Virtual Direcciones generadas por la CPU Memoria Física MMU 6

7 Existen al menos dos formas de implementación de MV, según el punto de vista del usuario Espacio de direcciones de segmento único (paginación) Espacio de direcciones de segmento múltiple () 7

8 Espacio de direcciones de segmento único MV como un espacio lineal continuo (esquema tradicional de memoria) de n celdas (n=2 k ). MV es dividida en trozos de igual tamaños pages, las que pueden ser cargadas en memoria en trozos no contigüos de memoria física, denominados pages frames. 8

9 Espacio de direcciones de segmento múltiple Divide el espacio de direcciones virtuales en un conjunto de segmentos, donde cada segmento es un espacio lineal y puede variar de tamaño. Un segmento puede ser tratado como una unidad lógica independiente, por ejemplo, una función. Cada segmento puede ser cargado como una unidad dentro de un trozo contigüo de memoria o ser dividido en páginas de igual tamaño. 9

10 Ambas técnicas deben poseer como mínimo las siguientes funciones: Mecanismos de mapeo de direcciones. Implementación address_map(). Estrategias de asignación de memoria: Determina donde cargar los trozos necesarios de MV. Estrategias de reemplazo: Cuando una porción de MV necesita ser cargado en Mem. Real y no hay espacio disponible, el sistema debe crear un espacio (Swaping, pages o frames) 10

11 El espacio de direcciones virtuales es dividido en una secuencia de bloques contigüos de igual tamaña PAGES. Páginas P m son de 1Kb -> 16Kb Análogamente, la memoria física es dividida en bloques denominados PAGES FRAMES, cuyo tamaño es idéntico al tamaño de las páginas. Cada dirección generada (va) por la CPU es dividida en 2 partes: numero de página (p) y offset dentro de la página (w) 11

12 Cada dirección física (pa) también es dividida en 2 partes: numero de frame (f) y offset dentro del frame (w). Cómo la MMU (address_map) convierte direcciones (p,w) en (f,w) y mantiene un historial de esta conversión? Tablas de frames. Tablas de páginas. 12

13 Tabla de frames. Implementa un tabla de tamaño F, donde cada entrada corresponde a un frame y contiene el número de la página que se encuentra en él. Situación complicada en multiprogramación: Muchos procesos pueden utilizar el mismo número de página, cada uno apuntando a un diferente frame. Se necesita almacenar el ID del proceso como parte de cada entrada 13

14 Tablas de frames. Sea un arreglo FT[F] de punteros a la siguiente estructura: Struct { int pid; int page; } donde: pid almacena el ID del proceso dueño de la página almacenada en el frame f,y page contiene el número de la página almacenada en dicho frame 14

15 Tablas de frames. La función address_map puede ser escrita como: Address_map(id,p,w){ pa = NULL; for(f=0;f < F; f++) if(ft[f].pid == id && FT[f].page == p) pa = f+w; return(pa); } Este algoritmo se puede implementar en Memorias Asociativas. 15

16 Tabla de frames. 16

17 Tablas de frames. Ventajas: Sólo una tabla debe ser mantenida para todos los procesos. Desventajas: Mayor tamaño de memoria, la tabla no se puede almacenar en memorias asociativas. 17

18 Tablas de páginas. Mantiene un historial de las páginas que está utilizando un proceso. La n-ésima entrada identifica el frame que contiene dicha página. La función address_map queda como: Address_map(p,w){ pa = *(PTR+p)+w; return(pa); } PTR : dirección de la tabla de páginas del proceso en RUNNING. 18

19 Tablas de páginas. Si las direcciones son de m bits y el tamaño de página es 2 n, la tabla de páginas puede llegar a contener 2 m-n entradas. Para m=32 y n=12 No se puede ocupar memorias asociativas ni registros de CPU. Solución: manejar la tabla de páginas de cada proceso completamente en memoria, y usar sólo un registro que apunte a la ubicación de la tabla. (PTR) 19

20 Tablas de páginas 20

21 Tablas de páginas. Desventaja: costo de cada acceso a memoria se duplica, porque primero hay que accesar la tabla de páginas (se encuentra en memoria física). Solución: usar un pequeño y rápido caché especial de memoria asociativa, llamado translation lookaside buffer (TLB). 21

22 Tablas de páginas. Translation look-aside buffer (TLB). El TLB forma parte de la MMU, y contiene los pares (page, frame) de las páginas más recientemente accesadas. El número de entradas es 2 6 a 2 10 Aunque el TLB sea pequeño, la probabilidad de que la página esté en el TLB (tasa de aciertos) es alta, porque los programas suelen hacer muchas referencias a unas pocas páginas. 22

23 Tablas de páginas /TLB p 23

24 Protección 24

25 en dos niveles Espacio de direcciones virtuales ~ 2 32 ó ~ 1e6 de entradas para páginas de 4Kb. 4 Bytes por cada entrada Tamaño de la tabla de páginas: 4MB/proc. Díficil asignar 4MB contigüos en memoria principal. Dividir la tabla de páginas : paginación en dos niveles (o en general, paginación jerárquica) 25

26 en dos niveles Supongamos direccionamiento de 32[bits] y páginas de 4[Kb]. La dirección virtual queda como: Número de página desplazamiento p1 p2 d

27 en dos niveles Finalmente, la tabla de páginas quedaría como: 27

28 Páginas compartidas (memoria compartida) 28

29 La segmentación es un esquema de administración de memoria que implementa la visión del usuario de la memoria. La memoria lógica es un conjunto de segmentos, c/u representando un sección conceptual del programa 29

30 Cada segmento tiene un nombre (número) y un largo. La dirección especifica el segmento y el offset dentro del segmento. En contraste con la paginación donde el usuario maneja la dirección lógica y el hardware se encarga de pasarla a dirección física <número de segmento, offset> 30

31 Para mapear la direcciones bidimensionales en una dimensión (dirección física) se utiliza la tabla de segmentos. Cada entrada en la tabla tiene una base y un límite del segmento. La base indica donde comienza el segmento en la memoria física. 31

32 Ejemplo de segmentación: 32

33 Compartir código mediante segmentación 33

34 Páginación con segmentación. Combina las ventajas de ambos sistemas. Los segmentos tienen en general un tamaño múltiplo del tamaño de página. Las direcciones son tridimensionales, esto es: v = (s,p,w) Donde s es el segmento, p la página dentro del segmento y w el desplazamiento dentro de la página 34

35 Páginación con segmentación. Ejemplo: Organización de memoria en Pentium 35

36 bajo. Parecido a sistemas paginados con swapping. En vez de swapear todo el proceso a memoria principal, lo hacemos sólo con las páginas que realmente se necesiten. Lazy swapper o pager 36

37 bajo. Presencia de páginas en memoria principal 37

38 bajo. Pasos en caso de fallo de página. 38

39 bajo. Necesidad de reemplazo de página. 39

40 bajo. Pasos en el reemplazo de una página 40

41 bajo. Pasos en el reemplazo de una página Encontrar la página solicitada en el disco. Encontrar un frame libre: Si no hay uno, utilizar un algoritmo para seleccionar un frame victima. Salvar la página víctima en disco; actualizar la tablas de páginas y frames. Leer la página solicitada dentro del nuevo frame liberado; cambiar las tablas de páginas y frames. Reanudar el proceso. 41

42 bajo. Performance de pág. bajo. Tasa de Falla de Pagina p donde 0 p 1 if p = 0 no hay fallo de página if p = 1, toda referencia es un fallp Tiempo de Acceso Efectivo (EAT) EAT = (1 p) x ma + p x tiempo_fallo_pagina Por ejemplo: tfp=25[ms], ma=100[ns] EAT = p Si EAT:=110[ns] p < 4x10-7!! 42