gerÊncia de memÓria virtual

5/11/2018 GERÊNCIA DE MEMÓRIA VIRTUAL - slidepdf.com

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GERÊNCIA DE MEMÓRIA

VIRTUALArquitetura de Sistemas Operacionais - Capitulo 10de Francis Berenger Machado Luiz Paulo Maia



Sumário Introdução Espaço de Endereçamento Virtual Mapeamento Memória Virtual por Paginação

◦ Política de Busca de Páginas◦ Política de Alocação de Páginas◦ Política de Substituição de Páginas◦ Working Set◦ Algoritmo de Substituição de Páginas◦ Tamanho de Página◦ Paginação em Múltiplos Níveis



Memória Virtual por Paginação (cont.)◦ Translation Lookaside Buffer◦ Proteção de Memória◦ Compartilhamento de Memória

Memória Virtual por Segmentação

Memória Virtual por Segmentação com Paginação Swapping em Memória Virtual Thrashing



Introdução



O que é Memória Virtual ?

Memória virtual é uma técnica de gerênciade memória, onde as memórias principal e

secundária são combinadas, dando ao usuárioa ilusão de uma memória maior que acapacidade real.



Na prática como funciona?

O conceito de memória virtual baseia-seem não vincular o endereçamento feito pelo

programa dos endereços físicos da memóriaprincipal. Desta forma, programas e suasestruturas de dados deixam de estarlimitados ao tamanho da memória física pois

podem possuir endereços associados amemória secundária.



Vantagens...

Maximizar o número de processos na memória. Reduzir a fragmentação. Permitir estruturas e dados maiores que a

memória.



Espaço de Endereçamento Virtual

Em ambientes ondea memória virtual éimplementada, o espaçode endereçamento doprocesso é conhecidocomo espaço deendereçamento virtuale representa o conjuntode endereçamentosvirtuais que o processopode endereçar.

Endereço Físico

500

501

502

503

504

.

.

.

599

VET [1]

VET [2]

VET [3]

VET [4]

VET [5]

.

.

.

.

.

.

VET [100]

•Vetor de 100 posições



Espaço de Endereçamento Virtual

E s p a ç o d e

e n d e r e ç a m e n t o v i r t u a l

E s p a ç o d e e n d e r e ç a m

e n t o r e a l

Endereço vir tual 0






..

.

Endereço virtual V

Endereço real 0

Endereço real 1

Endereço real 2

Endereço real 3

.

.

.

Endereço real R

•

Espaço de Endereçamento Virtual e Real



Mapeamento

Um programa noambiente de memóriavirtual não faz referênciaa endereços físicos de

memória , mas apenasendereços virtuais. Nomomento da execuçãoda instrução, oendereço virtual, uma

vez solicitado étraduzido para umendereço físico, essatradução é chamada de

mapeamento.

Memória Virtual

Memória Principal

Mapeamento

.

.

.

.

..



Mapeamento

O mecanismo de tradução que érealizada por um hardware junto com osistema operacional se encarrega demanter tabelas de mapeamento

exclusivas para cada processo,relacionando endereços virtuais doprocesso às suas posições na memóriareal. Se um novo processo é executado, o

sistema passa a referenciar a tabela donovo processo. Essa troca de tabelas érealizada através de um registrador.



Mapeamento

Tabela deMapeamento

Processo A

Espaço de

endereçamentovirtual de A

Endereço virtual 1

.

.

.

Tabela demapeamento

de A

Espaço deendereçamento

virtual de B

Endereço virtual 1

.

.

.

Tabela demapeamento

de B

Processo B

Memória Principal



Mapeamento

As tabelas mapeiam blocos de dadoscujo tamanho determina o numero deentradas existentes nas tabelas de

mapeamento. Quanto maior o bloco, menosentradas nas tabelas de mapeamento e porconseqüência, tabelas de mapeamento queocupam um espaço menor de memória.



Mapeamento

•Espaço virtual x tamanho do bloco



Memória Virtual por Paginação

A memória virtual por paginação é a técnicade gerência por memória onde o espaço de

endereçamento virtual e o real são divididos emblocos de mesmo tamanho chamados páginas.As páginas no espaço virtual são chamadas depáginas virtuais, enquanto as páginas no

espaço real são denominadas de páginas reaisou frames.




Todo mapeamento de endereço virtual emreal é feito através de tabelas de páginas.Cada processo possui sua própria tabela ecada página virtual do processo possui umaentrada na tabela (Entrada na Tabela dePáginas – ETP), com informações de

mapeamento que permitem ao sistema localizara página real correspondente.




Tabela de páginasMemória Vir tual

.

.

.

.

Página virtual 0

Página virtual 1

Página virtual 2

Página virtual V

Tabela de

páginas

ETP

Memória Principal

Memória Secundár ia

.

.

.

Página real 0

Página real 1

Página real R




Quando um programa é executado, aspáginas virtuais são transferidas da memóriasecundária para a memória principal ecolocadas nos frames. Sempre que umprograma fizer referência a um endereço virtual,o mecanismo de mapeamento localizará naETP da tabela do processo o endereço físico do

frame no qual se encontra o endereço realcorrespondente.




Nessa técnica o endereço virtual é formadopelo número da página virtual (NPV) e por umdeslocamento. O NPV identifica somente apágina virtual que contém o endereço,

funcionando como o índice na tabela depáginas. O deslocamento indica a posição doendereço virtual em relação ao início da páginana qual se encontra. O endereço físico é

obtido, então, combinando-se o endereço doframe, localizado na tabela de páginas, com odeslocamento contido no endereço virtual.




Tradução do

endereço virtual

Página virtual

Deslocamento

Endereço vi rtual

Desloc.NPV

End. do frame

ETP

Tabela de páginas

End. do frame Desloc.

Frame

Deslocamento

Endereço físico




Além da informação sobre a localização dapágina virtual, a ETP possui outrasinformações, como o bit de validade (validad

bit) que se indica se uma página está ou não namemória principal. Se o bit tem o valor 0significa que a página virtual não está namemória principal, mas se igual a 1, a página

está localizada na memória.




Sempre que o processo referencia umendereço virtual, a unidade de gerência dememória verifica, através do bit de validade, sea página que ,o endereço referenciado está ounão na memória principal. Caso a página nãoesteja na memória, dizemos que ocorreu umpage fault. Neste caso o sistema transfere a

página da memória secundária para a memóriaprincipal, realizando uma operação de E/Sconhecida como page in ou paginação.




Mecanismode tradução

O número de

page faults geradopor um processoem umdeterminado

intervalo de tempoé definido comotaxa de paginação do processo.

Endereço virtual

Tabela de páginas

Bit de validade

0

Memória Principal

Memória secundária

P a g e f a u l t

Tabela de páginas

Bit de validade

1

Memória Principal


Page in



Política de Busca de Páginas

Determina quando uma página deve sercarregada para a memória.

Paginação por demanda: As páginas do

processo são transferidas da memóriasecundária para a principal quandoreferenciadas.

Paginação antecipada: O sistema carrega

para a memória principal, além das páginasreferenciadas, outras páginas que podem ounão ser necessárias ao processo ao longo doprocessamento.



Política de Alocação de PáginasDetermina quantos frames um processo pode

manter na memória principal. Alocação fixa: Cada processo tem um número

máximo de frames que pode ser utilizado durante

a execução do programa. Caso o número depáginas reais seja insuficiente , uma página doprocesso deverá ser descartada para que umanova seja carregada.

Alocação variável: O número máximo depáginas alocadas ao processo poderá variardurante sua execução em função de sua taxa depaginação e da ocupação da memória principal.

Exige monitoramento constante.



Políticas de Substituição de Páginas

Mecanismo dosistema operacionalque determina qualpágina será liberada

após um processoatingir o seu limite dealocação de frames enecessita alocar novaspáginas na memóriaprincipal.

Memória Principal

Arquivo depaginação

P a g e o u t

Page in




Qualquer estratégia desubstituição depáginas deveconsiderar se uma

página foi ou nãomodificada antes deliberá-la, casocontrário, os dados

armazenados napágina podem serperdidos.




O Sistema operacional consegue identificaras páginas modificadas através do bit que existeem cada entrada da tabela de páginas, chamado

de bit de modificação (dirty bit ou modify bit).Sempre que uma página sofre uma alteração, ovalor do bit de modificação é alterado, indicandoque a página foi modificada.




Política de Substituição de Local: Apenas aspáginas do processo que gerou são page faultcandidatas a ter páginas realocadas os demaisnão sã avaliados.

Política de Substituição Global: Todas aspáginas na memória principal são candidatas,independente do processo que gerou o pagefault. Exceto algumas páginas como as donúcleo do sistema que são marcadas comobloqueadas e não podem ser realocadas.



Working SetO conceito surgiu com objetivo de reduzir o

problema do thrashing e está relacionado aoprincipio de localidade.

Localidade Espacial: É a tendência de queapós uma referência a uma posição dememória sejam realizadas novas referências aendereços próximos.

Localidade Temporal: É a tendência de queapós a referência a uma posição de memóriaesta mesma memória seja novamentereferenciada em um curto intervalo de tempo.



Working SetA partir da observação do principio da

localidade, Peter Denning formulou o conceitode working set que é definido como sendo oconjunto das páginas referenciadas por umprocesso durante determinado intervalo de

tempo.

tempo

P2 P3 P2 P8

t1 t2

Janela do working set ( t)

W(t , t)2



Working Set

Tamanho do Working Set

tempo

P2 P3 P4 P5 P2 P5 P5 P5 P5 P6

t1 t2 t3

ta tb



Algoritmos de Substituição de Páginas

Tem o objetivo de selecionar os framesque tenham as menores chances de seremreferenciados em um futuro próximo, caso

contrário, o frame poderia voltar diversas vezespara a memória principal, gerando vários pagefaults e acesso a memória secundária. A seguiros principais algoritmos existentes.



Ótimo: seleciona para substituição uma páginaque não será mais referenciada no futuro ouaquela que levará o maior intervalo de tempopara ser novamente utilizado

Aleatório: Não utiliza critério algum de seleção,todas as páginas tem o mesmo direito de seremselecionadas.

FIFO (First –In- First - Out): A página que foi

primeiro utilizada, ou seja, a memória selecionaa página mais antiga.





Páginamais antiga

Páginamais recente

saída entrada




LFU (Least-Frequently-Used): Selecionapáginas menos referenciadas. Evitando excluirpáginas bastante utilizadas.

LRU (Least- Recently-Used): Selecionapáginas na memória principal que está a muitotempo sem ser referenciada. Considerando oprincipio da localidade, se uma página não foi

utilizada provavelmente não será referenciadaem um futuro próximo!




NRU (Not-Recently-Used): Para implementaçãodesse algoritmo é necessário um bit adicional,conhecido como bit de referência. O bit indica se apágina foi utilizada recentemente e está presenteem cada entrada da tabela de páginas.

FIFO com buffer de páginas: Combina uma listade páginas alocadas (LPA) com uma lista depáginas livres (LPL). A LPA organiza todas aspáginas que estão sendo utilizadas na memóriaprincipal, podendo ser implementada como umalista única. A LPL organiza todos os frames livres damemória principal.



Algoritmos de Substituição dePáginas

Bits de referência e modificação




FIFO com Buffer de Páginasinício fim

iníciofim

(a) (c)(b)

Lista de páginas livres

Lista de páginas alocadas




FIFO Circular (Clock)

P1

P2

P3

P4P5

Pn

BR= 1

BR= 1

BR= 0

páginamais

antiga

(a)

P1

P2

P3

P4P5

Pn

BR= 0

BR= 0

BR= 0

páginaselecionada

(b)



Tamanho de Página

Fragmentação interna

Página 0

Página 1

Página 2

Página 3

Página 4

PROGRAM Frag;VAR

PROCEDURE A;

END;

BEGIN

END.

Fragmentação



Paginação em Múltiplos Níveis

Paginação em um nível

0

1

2

(2 -1)

20

Tabela de páginas

Desloc.NPV

12 bits20 bits

Endereço Virtual

32 bits

4 Mb




Endereço virtual em dois níveis

Tabela diretório

Desloc.12 bits

NPV 110 bits

Endereço Virtual

NPV 210 bits

Tabela de páginas

frame




Paginaçãoem dois níveis

Memória Principal

1023

Tabela diretório

0

1

2

3

0

1

2

1023

Tabela de pági nas 1

3

0

1

2

1023

Tabela de pági nas 0

3

0

1

2

1023

Tabela de páginas 1023

3

frame 100

frame 2000

frame 4000

frame 300 100

4000

2000

300



Translation Lookaside Buffer

Memória principal

Desloc.NPV

Endereço Virtual

Translati on Lookaside Buffer (TLB)

BV Tag End. Físico

0

1

0

1

0

1

Tabela de mapeam ento

BV End. Físico

1

1

1

0

1

0

1


Translation Lookaside Buffer (TLB)



Translation Lookaside Buffer

Campos da TLB



Proteção de Memória

Proteção para páginas

L G

Endereço da

página/segmento

Bits de proteção



Proteção de Memória

Mecanismo de proteção

Descrição

Sem acessoAcesso de leitura

Acesso para leitura/gravação

LG

001011



Compartilhamento de Memória

Processo A


virtual de A

Endereço virtual 1

.

.

.

Tabela demapeamento

de A


virtual de B

Endereço virtual 1

.

.

.

Tabela demapeamento

de B

Processo B

Memória Principal

Página




Segmentação

PROGRAM Segmento;

VAR A: ARRAY...C: ...

PROCEDURE X;

END;

FUNCTION Y;

END;

BEGIN

END.

Procedimento X

Programa Principal

Função Y

Array A

Variável C

.

.

.




Tradução doendereço virtual

Deslocamento

Endereço virtual

Desloc.

End. do segmento

ETS

Tabela de segmentos

Desloc.

Segmento namemória principal

Deslocamento

Endereço físico

Segmento vir tual




Campos da ETS




Paginação x segmentação



Memória Virtual por Segmentação comPaginação

Endereço do frame Deslocamento

DeslocamentoNum.

segmentoNum.

página

Endereço virtual

Segmento virtual

End. da tabela de páginas

ETS

Tabela de segmentos

Endereço do frame

ETP

Tabela de páginas

Ender eço físico

Segmentaçãocom paginação



Swapping em Memória VirtualMemória Principal

Processo A

Processo B

Processo E

Processo D

Processo CProcesso F

Memória Principal

Processo A

Processo F

Processo B

Processo D

Processo CArquivo deswapping

Processo B

S w a p o u

t

S w a p

i n

Swapping emmemória virtual



Thrashing

Excessiva transferência de páginas e/ousegmentos entre a memória principal ememória secundária

Ocorre em dois níveis:◦ no próprio processo

◦ no sistema



Thrashing

Se existirem mais processos para seremexecutados que memória real disponível, aúnica solução é a expansão da memóriaprincipal.

Este problema não ocorre apenas em sistemasque implementam memória virtual, mastambém em sistemas com outros mecanismos

de gerência de memória



Alunos:

Rita de Cássia Portugal Gomes Gavinho Dayana Mafilzo Campos Ribeiro Laurence Labuto Saad Turma: 123

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