Espacio de direcciones de un proceso - .–Direcciones de memoria física asociadas a las direcciones

SO2/SOA

Espacio de direcciones de un proceso Yolanda Becerra Fontal Juan Jos Costa Prats

Facultat d'Informtica de Barcelona (FIB)

Universitat Politcnica de Catalunya (UPC) BarcelonaTech 2014-2015 QP

SO2/SOA

Generacin de ejecutables y carga

Espacios de direcciones

Espacio lgico de un proceso

Soporte HW: MMU

Gestin de memoria en ZeOS

Indice

SO2/SOA

Evolucin de los programas Lenguaje alto nivel Lenguaje mquina Ejecucin

Fase I i. Compilacin: Traduccin de lenguaje alto nivel a

cdigo objeto ii. Montaje: Creacin de un fichero ejecutable a partir

de 1 o varios ficheros objeto y libreras

Fase II i. Carga/Ejecucin: Carga un fichero ejecutable en

memoria fsica y da control a la primera instruccin del programa

Generacin de ejecutables y carga G

en

era

ci

n d

e e

jecu

tab

les

y ca

rga

SO2/SOA

Etapas G

en

era

ci

n d

e e

jecu

tab

les

y ca

rga

ensamblar

Ficheros fuente Ficheros objeto y libreras Fichero ejecutable

FASE I.i

.asm

.c

.o

.a

.o

.exe editar

FASE I.ii

compilar mo

nta

r

SO2/SOA

Fase de montaje G

en

era

ci

n d

e e

jecu

tab

les

y ca

rga

0: call _f1

1: add ax,#2,bx

2: call _write

.....

50: jump 10

0: /* f1*/

1: add ax, #2,bx

...

40: jump 10

...

70: ret

/* librera */

...

/* write */

100: add ax, #2,bx

...

140: ret

f1.o

f2.o

bib.a

0: call 51

1: add ax,#2,bx

2: call 122

...

50: jump 10

51: add ax,#2,bx

...

91: jump 61

...

121: ret

122: add ax,#2,bx

....

162: ret

+0

+51

+51+71

MONTAJE

Fichero ejecutable

-100

SO2/SOA

El fichero ejecutable contiene adems una cabecera dnde indica qu es cdigo, datos inicializados, memoria necesaria para pila y datos no inicializados

Compilar - Montar G

en

era

ci

n d

e e

jecu

tab

les

y ca

rga

SO2/SOA

El programa cargador lee un ejecutable y:

Carga en memoria todo su cdigo y sus datos

Aunque puede cargar slo una parte

Reserva espacio en memoria para pila y datos no inicializados.

Cargador G

en

era

ci

n d

e e

jecu

tab

les

y ca

rga

cargador

Cdigo

Pila

Datos inicializados

Heap (datos)

.exe

SO2/SOA

Espacio de direcciones lgico del procesador Rango de direcciones que puede acceder un procesador

Depende del bus de @

Espacio de direcciones lgico del proceso Espacio que ocupa un proceso en ejecucin

Las direcciones que lanza un procesador cuando quiere acceder a datos/cdigo/pila del proceso

RELATIVAS

Espacio de direcciones fsico del proceso Direcciones de memoria fsica asociadas a las direcciones

lgicas

Espacios de direcciones

SO2/SOA

Regiones

Cdigo

Datos (inicializados o no)

Heap: memoria dinmica

Pila

Espacio lgico de un proceso Es

pac

io l

gico

de

un

pro

ceso

Cdigo

Datos

Pila

Memoria

SO2/SOA

Las direcciones que genera un procesador cuando est ejecutando un proceso son lgicas Relativas a una direccin 0, igual para todos los

procesos Pero los datos se guardan en posiciones fsicas de

memoria

Hace falta traducir de direcciones lgicas a fsicas MMU: memory management unit. El hardware

necesario para producir esta traduccin

Puede haber ms cosas Swap o memoria virtual

Espacio lgico de un proceso Es

pac

io l

gico

de

un

pro

ceso

SO2/SOA

MMU: memory management unit

Unidad encargada de traducir las @lgicas a @fsicas

Soporte HW: MMU So

po

rte

HW

: M

MU

@1234

MMU @1234

@abcd

@abcd

@dcba

Espacio de memoria lgica

(1 por proceso) Espacio de memoria fsica

( Total de memoria disponible )

SO2/SOA

Intel pentium: MMU usa segmentacin paginada

Espacio lgico del proceso dividido en segmentos

Segmentos divididos en pginas Tamao de segmento mltiplo del tamao de pgina

Unidad de trabajo del SO es la pgina

Segmentacin paginada So

po

rte

HW

: M

MU

CPU unidad de

segmentacin unidad de paginacin

memoria fsica

@lgica @lineal @fsica

MMU

SO2/SOA

Tabla de segmentos

Para cada segmento: @ base y tamao

Una tabla por proceso

Segmentacin So

po

rte

HW

: M

MU

CPU @lgica

d

s

lmite base

<

no

Excepcin: @ ilegal

si + @lineal

Tabla de segmentos

MMU

s

registro de segmento

SO2/SOA

Tabla de pginas Para mantener informacin a nivel de pgina: validez, permisos de

acceso, marco asociado, etc. Una entrada para cada pgina Una tabla por proceso

Suele guardarse en memoria y SO debe conocer la @ base de la tabla de cada proceso (por ejemplo, guardndola en el PCB)

Procesadores actuales tambin disponen de TLB (Translation Lookaside Buffer) Memoria asociativa (cache) de acceso ms rpido en la que se

almacena la informacin de traduccin para las pginas activas Hay que actualizar/invalidar la TLB cuando hay un cambio en la MMU

Gestin HW del TLB/Gestin Software (SO) del TLB Muy dependiente de la arquitectura

Paginacin So

po

rte

HW

: M

MU

SO2/SOA

Paginacin So

po

rte

HW

: M

MU

CPU

MMU

Memoria

#pgina #marco

TLB

@lgica p d

@fsica f d

acierto de TLB

f

Tabla de pginas

fallo de TLB

p

Excepcin: @ ilegal

SO2/SOA

Dado un sistema de memoria donde la tp del proceso y el espacio fsico del proceso aparece tal y como se indica en la siguiente figura, representa el espacio lgico del proceso, indicando direccin inicial de cada regin y nombre de la regin.

Ejemplo de traduccin So

po

rte

HW

: M

MU

0x100

0x0

0x102

0x0

0x101

Cdigo

Datos

Pila

0x100000 0x100

0x102

0x104

page (4KB)

TP espacio fsico

espacio lgico

SO2/SOA

Paginacin

Espacio necesario para las tablas de pginas?

Tabla de pginas multinivel

Ahorrar memoria necesaria para las tablas

Slo traduccin para pginas en uso

Intel Pentium: 2 niveles

Sop

ort

e H

W:

MM

U

SO2/SOA

No hay cargador Ejecutable de usuario se carga en tiempo de boot

En el cdigo base todos los procesos tienen: Mismo espacio lgico de direcciones Misma cantidad de memoria fsica

Todos los procesos comparten memoria fsica del cdigo

No se explota la segmentacin Slo se utiliza para implementar proteccin Todos los segmentos: misma @base y mismo tamao

Gestin de memoria en ZeOS G

est

in

de

me

mo

ria

en

Ze

OS

SO2/SOA

User mode

Kernel mode

ZeOS: espacio lgico de direcciones G

est

in

de

me

mo

ria

en

Ze

OS

User Code

User Data+Stack

Kernel Data +Kernel Stacks

Kernel Code

KERNEL_START

User Code

L_USER_START

DATA_START=L_USER_START+(NUM_PAG_CODE*PAGE_SIZE)

User Data+Stack DATA_END=DATA_START+(NUM_PAG_DATA*PAGE_SIZE)

Incluye task table

L_USER_START

DATA_START=L_USER_START+(NUM_PAG_CODE*PAGE_SIZE)

DATA_END=DATA_START+(NUM_PAG_DATA*PAGE_SIZE)

SO2/SOA

ZeOS: memoria fsica G

est

in

de

me

mo

ria

en

Ze

OS User Code

P0:User Data+Stack

Kernel Data +Kernel Stacks

Kernel Code

PH_USER_START

P1:User Data+Stack

P5:User Data+Stack

...

...

memoria fsica

User Code

User Data+Stack

Espacio de @ de P5

PAG_LOG_INIT_CODE_P0

PAG_LOG_INIT_DATA_P0

Tabla de pginas cr3

directory

SO2/SOA

typedef union { unsigned int entry; struct { unsigned int present : 1; presente unsigned int rw : 1; permisos unsigned int user : 1; user/supervisor unsigned int write_t : 1; write through/write_back (linux write back) unsigned int cache_d : 1; caching is enable (linux sets this) unsigned int accessed : 1; (reset by OS) unsigned int dirty : 1; (set by OS) unsigned int ps_pat : 1; (page_size: normal or big) unsigned int global : 1; (if set, tlb is not flushed after modifying CR3) unsigned int avail : 3; (not in use) unsigned int pbase_addr : 20; } bits; } page_table_entry;

Atributos por pgina: entrada TP En

trad

a TP

par

a lin

ux

en

Pe

nti

um