DPSO_U1_A2_MAGH

8/18/2019 DPSO_U1_A2_MAGH

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MARIO EZEQUIELGARCIA HUERTA

Actividad 2 / Unidad 1 / Administración y jrar!"#a

d $a mm%ria

ES14210089

6



Univrsidad A&irta y a 'istancia d M()ic%

Cntr% d Accs% y A*%y% Univrsitari% Unidad Cntra$

Técnica de

administración

de memoria

Ventajas Inconvenientes

Paginación 1. Es posible comenzar a ejecutar un

programa, cargando solo una parte del mismoen memoria, y el resto se cargara bajo la

solicitud.

2. No es necesario que las paginas estén

contiguas en memoria, por lo que no se

necesitan procesos de compactación cuando

existen marcos de pginas libres dispersos en

la memoria.

!. Es "cil controlar todas las pginas, ya que

tienen el mismo tama#o.

$. El mecanismo de traducción de direcciones

%&'() permite separar los conceptos de

espacio de direcciones y espacios de

memoria.*. +e libera al programador de la restricción de

programar para un tama#o "sico de memoria,

con lo que s e aumenta su producti-idad.

. 'l no necesitarse cargar un programa

completo en memoria para su ejecución, se

puede aumentar el n/mero de programas

multiprogramndose.

0. +e elimina el problema de "ragmentación

externa.

1. El costo de ardare y so"tare se

incrementa, por la nue-a in"ormación quedebe manejarse y el mecanismo de

traducción de direcciones necesario. +e

consume muco ms recursos de

memoria, tiempo en el 3P4 para su

implantación.

2. +e deben reser-ar reas de memoria

para las P5( de los procesos. 'l no ser

"ija el tama#o de estas, se crea un

problema semejante al de los programas

!. 'parece el problema de "ragmentación

interna. 's, si se requieren *6 para un

programa, pero las paginas son de $6,

debern asignrseles 2 pginas %78), conlo que quedan !6 sin utilizar. 9a suma de

los espacios libres dejados de esta "orma

puede ser mayor que el de -arias pginas,

pero no podr ser utilizado. &ebe

asignarse un tama#o promedio a las

pginas, e-itando que si son muy

peque#as, se necesiten (':9'+ :5( y

P5( muy grandes, y si son muy grandes,

se incremente el grado de "ragmentación

interna.

+egmentación ; Es posible compilar módulos separados

como segmentos el enlace entre lossegmentos puede suponer asta tanto se

aga una re"erencia entre segmentos.

; &ebido a que es posible separar los módulos

se ace ms "cil la modi"icación de los

mismos. 3ambios dentro de un módulo no

a"ecta al resto de los módulos.

; Es "cil el compartir segmentos.

; Es posible que los segmentos crezcan

dinmicamente seg/n las necesidades del

programa en ejecución.

; Existe la posibilidad de de"inir segmentos

que a/n no existan. 's, no se asignaramemoria, sino a partir del momento que sea

necesario acer usos del segmento. 4n

ejemplo de esto, seran los arreglos cuya

dimensión no se conoce asta tanto no se

comienza a ejecutar el programa.

; <ay un incremento en los costos de

ardare y de so"tare para lle-ar a cabola implantación, as como un mayor

consumo de recursos= memoria, tiempo

de 3P4, etc.

; &ebido a que los segmentos tienen un

tama#o -ariable se pueden presentar

problemas de "ragmentación externas, lo

que puede ameritar un plan de

reubicación de segmentos en memoria

principal.

; +e complica el manejo de memoria

-irtual, ya que los discos almacenan la

in"ormación en bloques de tama#os "ijos,mientras los segmentos son de tama#o

-ariable. Esto ace necesaria la existencia

de mecanismos ms costosos que los

existentes para paginación.

; 'l permitir que los segmentos -aren de

tama#o, puede ser necesarios planes de

reubicación a ni-el de los discos, si los





segmentos son de-ueltos a dico

dispositi-o> lo que conlle-a a nue-os

costos.

; No se puede garantizar, que al salir un

segmento de la memoria, este pueda ser

trado "cilmente de nue-o, ya que sernecesario encontrar nue-amente un rea

de memoria libre ajustada a su tama#o.

; 9a compartición de segmentos permite

aorrar memoria, pero requiere de

mecanismos adicionales da ardare y

so"tare.

5emoria ?irtual @ Permite optimizar uso de memoria@ 5antiene ms procesos en memoria

principal@ Permite que un proceso sea ms

grande que toda la memoria principal@ Permite multiprogramación muy

e"ecti-a@ +e encarga el +istema

Aperati-o donde se e-ita al usuario la

preocupación por programar con

superposición

@ Ballos de direccionamiento=@ +e genera interrupción, indica

"allo de acceso a memoria@ Proceso pasa a bloqueado, +A a

ejecución@ +A emite solicitud de EC+ al

disco@ +A expide otro proceso para que

se ejecute@ (ras traer "ragmento a memoria,

interrupción de EC+, control al

+A, que pasa el proceso a listo.@ Posible iperpaginación

%trasing)=@ +A ms tiempo intercambiando

"ragmentos que

ejecutando %ejemplo= si saca de

memoria un "ragmento que se

iba a usar ya)

Bragmentación :sicamente la "ragmentación es la memoria

desperdiciada, tanto dentro de la memoria

principal como de la secundaria

Esta memoria desperdiciada se produce

cuando ciertos sectores no pueden ser

asignados a ning/n proceso o dato y quedan

-acos e inaccesibles. Esto se debe a que

durante los distintos sapeos de procesos y

datos, ciertas partes de la memoria se -an

particionado, por lo que ciertos espacios

terminan siendo o muy grandes o muy cicos

para los procesos que se quieren o que son

asignados, generando estos espacios de

memoria libre no utilizada.

No puede corregirse al momento en que

se produce %ya que la memoria asignada

a un proceso no puede partirse y liberarse

sin matar o bloquear el proceso), pero, si

puede e-itarse aciendo una buena

plani"icación de la administración de

memoria y usando las mejores tcticas

para cada situación %particionado o

segmentando de "orma similar procesos,

datos y memoria, etc.).





Jerarquía de memorias+e conoce como jerarqua de memoria a la organización piramidal de la memoriaen ni-eles, que tienen los ordenadores. +u objeti-o es conseguir el rendimiento deuna memoria de gran -elocidad al coste de una memoria de baja -elocidad,basndose en el principio de cercana de re"erencias.

9a unidad de memoria de un computador se puede -er como una jerarqua decomponentes. &esde el punto de -ista del dise#ador, esta jerarqua impone unaserie de ligaduras que se pueden resumir en los tres parmetros siguientes; 3apacidad de la memoria; ?elocidad; 3oste

9a capacidad que se requiere en una memoria es siempre un tema abierto quedepende de las necesidades de cada usuario y de las aplicaciones que utiliza. +i

la capacidad se aumenta es seguro que "inalmente se desarrollarn aplicacionesque la utilizan.9a cuestión de la velocidad es ms "cil de comprender. Para conseguir unrendimiento óptimo del computador la memoria debe ser capaz de seguir el ritmoimpuesto por la 3P4. Es decir, si la 3P4 est ejecutando un programa no deberaesperar por las instrucciones y los operandos, cuando éstos se le trans"ierandesde la memoria.En un computador el coste de la memoria suele estar en consonancia con el delas otras unidades del sistema. 3ada elemento de almacenamiento di"erente tieneun coste asociado. Esta caracterstica puede -enir dada en términos absolutosre"erida al coste del dispositi-o de almacenamiento en s, o en términos relati-os

re"erida al coste por unidad de in"ormación. Por ejemplo, el coste de una unidadde disco de gran capacidad puede ser superior al de un circuito integrado dememoria, sin embargo, el coste por bit de in"ormación almacenado es siempremenor en el caso del disco.9os tres parmetros antes mencionados estn ntimamente ligados. Existe uncompromiso entre coste, capacidad y tiempo de acceso. 's, una mayor -elocidadsuele ir acompa#ada de un mayor coste y de una menor capacidad, mientras que





por el contrario, una gran capacidad implica un menor coste por unidad dein"ormación y una -elocidad moderada. 9a (abla 2.$ resume estas caractersticas.

5enor tiempo de acceso D 5ayor costepor bit5ayor capacidad D 5enor coste por bit5ayor capacidad D 5ayor tiempo deacceso

(eniendo en cuenta las consideraciones anteriores, resulta ob-io el dilema que sele presenta al dise#ador. +u objeti-o ser utilizar aquellas tecnologas de memoriaque proporcionan una mayor capacidad, ya que ello implica que se tiene tanto lacapacidad que se necesita como un coste bajo por unidad de in"ormación. Noobstante, para poder cumplir los requisitos impuestos por el dise#o se -e obligadoa utilizar memorias rpidas %con tiempos de acceso peque#os), de baja capacidady de alto coste. 9a solución a este con"licto aparente est en emplear una

jerarquía de memorias en lugar de utilizar una /nica tecnologa o componente dememoria. 9a Bigura muestra una jerarqua tpica de memorias.

Figura: Jerarquía de memorias3uando se -a acia los ni-eles in"eriores de la jerarqua ocurre que=a) El coste por unidad de in"ormación %bit) disminuye.b) 9a capacidad aumenta.c) El tiempo de acceso aumenta.

d) 9a "recuencia de acceso a la memoria por parte de la 3P4 disminuye.

3omo consecuencia de esto se deduce que las memorias rpidas, de bajacapacidad y de alto coste, se complementan con las memorias lentas, de grancapacidad y de bajo coste. 9a cla-e del éxito de esta organización jerrquica esten la caracterstica d). Esta idea se -er posteriormente, con ms detalle, cuando





se estudie el concepto de Fmemorias cacésF. 4na explicación intuiti-a de por quéocurre as es la siguiente=+i se organiza la memoria de acuerdo con las caractersticas anteriores a), b) y c)y si tanto los datos como las instrucciones se pueden distribuir a tra-és de estamemoria de acuerdo con la caracterstica d), es decir, situando en los ni-eles

superiores de la jerarqua los que se necesitan ms "recuentemente, y en losni-eles in"eriores los menos utilizados, resulta e-idente que este esquema reducirel coste total, manteniendo al mismo tiempo un ni-el dado de prestaciones. Elobjeti-o "inal de un sistema de jerarqua de memorias se puede resumir en las doscaractersticas siguientes=

1) A"recer al usuario tanta capacidad de memoria como sea posible al menorcoste.

2) 3on una velocidad de acceso cercana a la ms rpida necesaria.

9os puntos bsicos relacionados con la memoria pueden resumirse en=3antidad y ?elocidad9a 3antidad= cuanta ms memoria aya disponible, ms podr utilizarse.9a ?elocidad= Es la que el procesador puede trabajar, de modo que no ayatiempos de espera entre clculo y clculo, utilizados para traer operandos oguardar resultados.

En suma, el costo de la memoria no debe ser excesi-o, para que sea "actibleconstruir un equipo accesible.3omo puede esperarse los tres "actores compiten entre s, por lo que ay queencontrar un equilibrio. 9as siguientes a"irmaciones son -lidas=

' menor tiempo de acceso mayor coste ' mayor capacidad mayor coste ' mayor capacidad menor -elocidad.

+e busca entonces contar con capacidad su"iciente de memoria, con una-elocidad que sir-a para satis"acer la demanda de rendimiento y con un coste queno sea excesi-o. Gracias a un principio llamado cercana de re"erencias, es"actible utilizar una mezcla de los distintos tipos y lograr un rendimiento cercano alde la memoria ms rpida.

9os ni-eles que componen la jerarqua de memoria abitualmente son=Ni-el H= IegistrosNi-el 1= 5emoria cacéNi-el 2= 5emoria principalNi-el != &isco duro %con el mecanismo de memoria -irtual)Ni-el $= Iedes%'ctualmente se considera un ni-el ms de la jerarqua dememorias)





3omponentes de la Jerarqua de 5emoria=Iegistros de procesador= Estos registros interaccionan continuamente con la 3P4%porque "orman parte de ella). 9os registros tienen un tiempo de acceso muypeque#o y una capacidad mnima, normalmente igual a la palabra del procesador

%1 a 7 bytes).

Iegistros intermedios= 3onstituyen un paso intermedio entre el procesador y lamemoria, tienen un tiempo de acceso muy bre-e y muy poca capacidad.

5emorias cacé= +on memorias de peque#a capacidad. Normalmente unapeque#a "racción de la memoria principal. y peque#o tiempo de acceso. Este ni-elde memoria se coloca entre la 3P4 y la memoria central. <ace algunos a#os esteni-el era exclusi-o de los ordenadores grandes pero actualmente todos losordenadores lo incorporan. &entro de la memoria cacé puede aber, a su -ez,dos ni-eles denominados cacé on cip, memoria cacé dentro del circuitointegrado, y cacé on board, memoria cacé en la placa de circuito impreso pero"uera del circuito integrado, e-identemente, por razones "sicas, la primera esmuco ms rpida que la segunda. Existe también una técnica, denominada

'rquitectura <ar-ard, en cierto modo contrapuesta a la idea de ?on Nemann,que utiliza memorias cacé separadas para código y datos. Esto tiene algunas-entajas como se -er en este captulo.

5emoria central o principal= En este ni-el residen los programas y los datos. 9a3P4 lee y escribe datos en él aunque con menos "recuencia que en los ni-elesanteriores. (iene un tiempo de acceso relati-amente rpido y gran capacidad.

Extensiones de memoria central= +on memorias de la misma naturaleza que lamemoria central que amplan su capacidad de "orma modular. El tiempo de similar,a lo sumo un poco mayor, al de la memoria central y su capacidad puede seralgunas -eces mayor.

5emorias de masas o auxiliares= +on memorias que residen en dispositi-osexternos al ordenador, en ellas se arci-an programas y datos para su usoposterior. (ambién se usan estas memorias para apoyo de la memoria central encaso de que ésta sea insu"iciente %memoria -irtual). Estas memorias suelen tenergran capacidad pero pueden llegar a tener un tiempo de acceso muy lento. &entrode ellas también se pueden establecer -arios ni-eles de jerarqua.

Gestión de 5emoria=9os lenguajes de programación actuales generalmente asumen la existencia de/nicamente dos ni-eles de memoria, memoria principal y almacenamientosecundario %normalmente en disco). 'unque en lenguaje ensamblador,ensamblador en lnea y lenguajes como 3 y 3KK podemos direccionar datosdirectamente a los registros del procesador.





Para apro-ecar de "orma óptima las -entajas de la jerarqua de memoria esnecesario cooperación entre programadores, compiladores y "abricantes deardare=

Programadores= deben ser responsables del mo-imiento entre memoria principal y

disco mediante el uso de "iceros.<ardare= el mo-imiento de datos entre la memoria principal y los ni-eles decacé es realizado por algoritmos ardare.3ompiladores= son responsables de optimizar el código de modo que el uso de losregistros y la cacé sea e"iciente.

(écnicas de gestión de memoria5emoria ?irtual

Es una técnica que permite utilizar el disco como si "uera memoria I'5. 3uandoun programa es ms grande que el tama#o "sico de la I'5, lo que se ace espasar a disco las porciones de I'5 que no se estén utilizando en un momentodeterminado, dejando solo en memoria las partes del programa que se esténejecutando. 9os programas no se dan cuenta de todo lo que esta ocurriendo pordebajo, sin embargo como la -elocidad de acceso a disco es miles de -eces maslenta que la de la I'5, a la ora de de-ol-er porciones del programa a memoriadesde el disco, el sistema puede comportarse de manera ms lenta %sobre todocuando se cargan mucos procesos de "orma simultnea).

En Lindos por ejemplo cuando queda poca I'5, el gestor de memoria -irtualmue-e datos de la I'5 a un espacio en disco llamado arci-o de paginación.9inux, sin embargo emplea una partición espec"ica para el intercambio entre I'5y disco denominada partición de intercambio %sap)

Paginación

(écnica que consiste en di-idir la memoria en zonas iguales llamadas marcos depgina. ' su -ez los los procesos %un proceso es un programa en ejecución)también se di-iden en partes del mismo tama#o, denominadas pginas. El +A seencarga de asignar los marcos de pgina necesarios a cada proceso y mantieneuna estructura llamada tabla de pginas que indica en que marco est cadapgina y también una lista de marcos libres.9a asignación de los marcos de pgina a las pginas no tiene que ser consecuti-ay un proceso puede estar ubicado en marcos no contiguos.

4no de los principales incon-enientes de esta técnica es la Bragmentación Mnterna.





Nota= El tama#o de los marcos de pgina se dise#a mediante ardare

+egmentación

' di"erencia de la paginación, en la segmentación la memoria se di-ide en zonasde tama#o -ariable denominadas segmentos. El +A mantiene una tabla desegmentos para cada proceso indicando la dirección de carga y la longitud decada segmento. 9a asignación de segmentos tampoco tiene que ser contigua.

4no de los principales incon-enientes de esta técnica es la BragmentaciónExterna.

5emoria ?irtual paginada o segmentada

(anto en la paginación como en la segmentación todas las paginas o segmentosde un proceso deben estar en memoria principal para que este se ejecute. +inembargo esta técnica permite que se ejecuten procesos sin necesidad de quetodas sus pginas o todos sus segmentos estén en memoria principal. 9aspaginas o segmentos se leern cuando se necesiten. 9a carga de una pagina osegmento en memoria principal puede requerir descargar otras paginas osegmentos de memoria al disco.





Bragmentación

9a "ragmentación de la memoria es la memoria que queda desperdiciada al usar

los métodos de gestión de memoria. 9a ay de dos tipos= Externa e Mnterna

1@ Bragmentación Externa

Existe espacio total de memoria para satis"acer un requerimiento, pero no escontigua. 9a "ragmentación externa se puede reducir mediante la compactaciónpara colocar toda la memoria libre en un solo gran bloque, pero solo es posible sila relocalización es dinmica y en tiempo de ejecución.

2@ Bragmentación Mnterna

El eco de asignar memoria en bloques de tama#o "ijo y prede"inido se traduceen que la memoria asignada puede ser ligeramente mayor que la que realmentese necesita, en cuyo caso se desperdicia cierta cantidad. +e podra e-itarpermitiendo la asignación exacta de memoria que necesite cada proceso de "ormadinmica.




Abser-ación

4na estrategia com/n para reducir el impacto de la "ragmentación es separar las

zonas del sistema de arci-os que experimenten mucas mas lecturas y escriturasde otras zonas ms -oltiles donde se crean y borran continuamente arci-os. Por ejemplo el +A se compone de carpetas estticas que se modi"ican con mucamenor "recuencia que los Per"iles de los usuarios donde se suele estar creando ydestruyendo in"ormación continuamente. 'l separar ambas zonas en particionesindependientes logramos que el des"ragmentador trabaje de "orma muco mse"iciente.

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