Teoría de Sistemas OperativosMemoria

Departamento de Electrónica

2º Semestre, 2003Gabriel Astudillo Muñoz

http://www.elo.utfsm.cl/~elo321

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Técnicas de Administración de Memoria

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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.

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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.

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Memoria FísicaMemoria Virtual

MMU(address_map)

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Memoria FísicaMemoria Virtual

MMU

Direcciones generadas por la

CPU

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Existen al menos dos formas de implementación de MV, según el punto de vista del usuario

Espacio de direcciones de segmento único

Espacio de direcciones de segmento múltiple

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Espacio de direcciones de segmento único

• MV como un espacio lineal continuo (esquema tradicional de memoria) de n celdas (n=2k).

• 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.

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Espacio de direcciones de segmento múltipleDivide 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.

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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)

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El espacio de direcciones virtuales es dividido en una secuencia de bloques contigüos de igual tamaña PAGES.

• Páginas Pm 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)

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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.

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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

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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 ,ypage contiene el número de la página almacenada en dicho frame

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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.

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Tabla de frames.

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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.

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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);

}

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Tablas de páginas

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Tablas de páginas.Si las direcciones son de m bits y el tamaño de página es 2n, la tabla de páginas puede llegar a contener 2m-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)

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Tablas de páginas.

Desventaja:

costo de cada acceso a memoria se duplica, porque primero hay que accesar la tabla (indexada por el número de página).

Solución: usar un pequeño y rápido caché especial de memoria asociativa, llamado translation look-aside buffer (TLB).

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Tablas de páginas. Translation look-aside buffer (TLB).

El TLB forma parte de la MMU, y contiene los pares (página, marco) de las páginas más recientemente accesadas.

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.

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Tablas de páginas /TLB

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