gerenciamentomemoria

8/19/2019 GerenciamentoMemoria

1/13

Sistemas Operacionais Gerenciamento de Memória R.Jensen 1

Multiprogramação por partição variável■ As partições variáveis foram desenvolvidas para substituir as partições fixas.■ Os jobs são posicionados no lugar em que se encaixam■ Inicialmente, nenhum espaço é desperdiçado.■ Pode ocorrer fragmentação externa quando algum processo for removido.

Designações de partições iniciais na programação por partição variável

“Lacunas” de memória em multiprogramação por partição variável


2/13


Existem várias formas de combater a fragmentação externa:■ Coalescência

● Reúne blocos livres adjacentes em um único bloco grande.● Em geral isso não é suficiente para obter uma quantidade significativa de memória.

■ Compactação● Às vezes é chamada coleta de lixo (que não deve ser confundida com a coleta de lixonas linguagens orientadas a objeto).● Reorganização da memória em um único bloco contíguo de espaço livre e em um único

bloco contíguo de espaço ocupado.● Possibilita que todos espaços livres fiquem disponíveis.● A sobrecarga é significativa.

Coalescência de “lacunas” de memória em multiprogramação por partição variável

Compactação de memória em multiprogramação por partição variável


3/13


Estratégias de posicionamento de memória em partição variável:■ Estratégia First-Fit – o primeiro que couber

● O processo é posicionado na primeira lacuna de tamanho suficiente encontrada.● Sobrecarga baixa e elementar em tempo de execução.

■ Estratégia Best-Fit – o que melhor couber● O processo é posicionado na lacuna que deixar o menor espaço não utilizado ao seu

redor.● Maior sobrecarga em tempo de execução.

■ Estratégia Worst-Fit – o que pior couber● O processo é posicionado na lacuna que deixar o maior espaço não utilizado ao seu

redor.● Nesses casos, é deixada uma outra grande lacuna, o que permite que outro processo

caiba nessa lacuna.


4/13


Estratégias de posicionamento de memória em partição variável

Multiprogramação com troca de memória (SWAPPING)■ Não há necessidade de manter processos inativos na memória■ Troca (Swapping)

● Coloca apenas processos em execução (um por vez) na memória principal.→ Outros são temporariamente transferidos para o armazenamento secundário.→ Isso maximiza a memória disponível.→ Há uma sobrecarga significativa quando do chaveamento de processos.

● Melhor ainda: mantendo diversos processos na memória ao mesmo tempo.→ Menos memória disponível.→ Tempos de resposta mais rápido.→ Semelhante à paginação.

Multiprogramação em um sistema de troca de processos (swapping) no qual há somente um único processo porvez na memória principal


5/13


Memória virtual■ Soluciona o problema de pouco espaço de memória.■ Cria a ilusão de que existe mais memória do que a disponível no sistema.■ Existem dois tipos de endereço nos sistemas de memória virtual:

● Endereços virtuais→ Referenciados por processos.

● Endereços físicos→ Indicam localizações físicas na memória principal.

■ Unidade de gerenciamento de memória (MMU)● Traduz os endereços virtuais para endereços físicos.

Armazenamento em dois níveis: memória principal (e os caches) e o armazenamento secundário

Espaço de endereço virtual, | V | ■ Gama de endereços virtuais que um processo pode referenciar.

Espaço de endereço real, | R | ■ Gama de endereços físicos disponíveis em um sistema de computador específico.

Mecanismo de tradução dinâmica de endereço (DAT)■ Converte endereços virtuais em endereços físicos durante a execução de um programa.

Pedaços de espaços de endereçamento existem na memória e no armazenamento secundário


6/13


Paginação■ A paginação usa o mapeamento de blocos de tamanho fixo.■ O endereço virtual no sistema de paginação é um par ordenado v = (p , d ).

● p é o número da página na memória virtual na qual o item referenciado reside.● d é o deslocamento do início da página p na qual o item referenciado está localizado.

Moldura de página (page frame )■ Bloco de tamanho fixo na memória principal.■ Começa em um endereço da memória principal que é um múltiplo inteiro do tamanho fixo de

página (p’ ).

Entrada de tabela de páginas (PTE)■ Indica se uma página virtual p corresponde a uma moldura de página p´.■ Contém um bit residente para indicar se a página está na memória.

● Se estiver, a PTE armazena o número da moldura da página.● Do contrário, a PTE armazena a localização da página no armazenamento secundário.

Entrada de tabela de páginas

Modelo de paginação para as memórias virtual e física

Página 0

Página 1

Página 2

Página 3

Página n

Memória virtual(páginas)

1

1

1

1

0 n

1

4

3

7

Tabela de páginas

1

2

3

4

5

6

7

Memória físicaframes

Página 0

Página 2

Página 1

Página 3

0


7/13


Tradução de endereço de paginação por mapeamento direto■ A tabela de páginas contém uma entrada para cada página do espaço de endereçamento virtual

do processo armazenada contiguamente, parecido com um arranjo de um array . Qualquerentrada pode ser referenciada diretamente por um indexador.

■ Normalmente o sistema mantém a tabela de páginas na memória principal podendo consumiruma quantidade significativa desta memória.

■ O processo referencia o endereço virtual v = (p , d ).● O endereço da memória principal da tabela de páginas de um processo é carregado noregistrador de origem da tabela de páginas.● O mecanismo DAT adiciona o endereço-base da tabela de páginas do processo, b , ao

número da página referenciada, p . ● b + p forma o endereço de memória principal da PTE para a página p . ● Essa PTE indica que a página virtual p corresponde à moldura de página p' .● O sistema concatena p´ com o deslocamento, d , para formar o endereço real, r .

Tradução de endereço de paginação por mapeamento direto

■ Tabelas de páginas multiníveis■ Pode diminuir a sobrecarga de memória em comparação ao sistema de mapeamento direto.■ Esse sistema pode armazenar em localizações não contíguas da memória principal apenas as

porções da tabela de páginas que o processo está usando.■ As demais porções da tabela de páginas podem ser criadas da primeira vez que forem usadas e

tranferidas para o armazenamento secundário quando não estiverem mais sendo usadas.■ Cada nível contém uma tabela que armazena ponteiros para tabelas do nível que está abaixo.■ O nível mais inferior compreende as tabelas que contêm os mapeamentos de molduras.■ Por exemplo, um sistema que utilize dois níveis de tabelas de páginas:

● O endereço virtual é a tripla ordenada v = (p, t, d) onde (p, t) indica o número da página.● O endereço da memória principal do diretório de páginas (a) é carregado no registrador de

origem do diretório de páginas e é adicionado valor de p .● A entrada a + p contém o endereço de início da tabela de páginas correspondente, b .● O sistema adiciona t à b para localizar a entrada da tabela de páginas que armazena um

número de moldura de página, p' . ● O sistema concatena p´ com o deslocamento, d , para formar o endereço real, r .


8/13


Tradução de endereço de páginas multiníveis

Tabelas de páginas invertidas■ Armazenam exatamente uma PTE na memória para cada moldura de página no sistema.■ O número de PTEs é proporcional ao tamanho da memória física e não ao tamanho do espaço

de endereçamento virtual do processo.■ Usam funções de hash para mapear páginas virtuais para entradas de tabela de páginas

invertidas.■ Uma função de hash é uma função matemática que toma um número como entrada e dá um

número de saída denomindado valor de hash, dentro de uma faixa finita.■ A função de hash eventualmente pode gerar uma saída repetida, já utilizada por outra entrada,

que é denominada como colisão.■ Quando um valor de hash mapeia um item para uma localização que já está ocupada, uma nova

função de hash é aplicada e a entrada é colocada na nova localização. Um ponteiro para essanova localização é anexado à entrada do valor do hash original para garantir que sejaencontrado. Normalmente são utilizadas listas encadeadas para essa finalidade.

■ O processo referencia o endereço virtual v = (p , d ).● Para localizar a entrada de tabela de hash da página virtual p , é aplicada a função de hash

a p que gera um valor q .● Se a posição q da tabela de páginas invertidas contiver p , o endereço virtual requisitado

estará na moldura de página q .● Se a posição q da tabela de páginas invertidas tiver outro conteúdo que não p , será

verificado o ponteiro de encadeamento e se for diferente de nulo acontecerá uma colisão. Osistema seguirá os ponteiros da cadeia até encontrar uma entrada que contenha p ou até acadeia terminar, quando será emitida uma requisição de falta de página residente.

● Então p está localizado na moldura de página p' e o sistema concatena p´ com o

deslocamento, d , para formar o endereço real, r .


9/13


Tradução de endereço de página usando tabelas de páginas invertidas

Movimento de paginação:■ Page in

● É o movimento de uma página da memória virtual para a memória física.● Ocorre quando uma página necessária para processamento não se encontra na memória

física.■ Page out

● É o movimento de uma página da memória física para a memória virtual.● Ocorre quando a memória física está cheia e há necessidade de se liberar espaço.

■ Page fault● É a constatação de que uma página necessária para processamento não se encontra ainda

na memória física.

Conceitos de Localidade■ Localidade temporal: é a localidade ao longo do tempo. Por exemplo, se o tempo está bom em

um determinado horário em uma cidade existe uma grande chance de estar bom também noshorários subsequentes.

■ Localidade espacial: significa que itens próximos devem ser semelhantes. Por exemplo, se otempo está bom em uma cidade existe uma grande chance de estar bom também nas cidadespróximas.

■ Um processo tende a referenciar memória conforme padrões altamente localizados.■ Nos sistemas de paginação, os processos tendem a favorecer determinados subconjuntos de

suas páginas, e essas páginas tendem a ser adjacentes entre si no espaço de endereço virtualdo processo.


10/13


Políticas de busca de páginas■ Paginação por demanda

● Quando um processo é executado pela primeira vez, o sistema transfere para a memóriaprincipal a página que contém sua primeira instrução.

● Depois disso, o sistema só transferirá uma página do armazenamento secundário para amemória principal quando o processo referenciar explicitamente essa página.

■ Paginação antecipada ● O sistema operacional tenta prever as páginas que um processo necessitará e carrega

previamente essas páginas quando há espaço disponível na memória.● Deve ser projetada cuidadosamente de modo que a sobrecarga dessa estratégia não

diminua o desempenho do sistema.

Estratégias de substituição de páginas■ Técnica empregada por um sistema para selecionar páginas para substituição quando a

memória está cheia.■ Determina onde se deve colocar na memória principal uma página ou segmento que estáentrando.

Substituição de páginas FIFO (first-in-first-out – primeira a entrar, primeira a sair)■ Substitui a página que está há mais tempo no sistema.■ Pode substituir páginas que são intensamente usadas.■ Pode ser implementada com uma sobrecarga relativamente baixa.■ Não é prática para a maioria dos sistemas.

Substituição de páginas FIFO (primeira a entrar, primeira a sair)


11/13


Anomalia de FIFO (ou de Belady)■ Intuitivamente imaginamos que quanto mais molduras de páginas forem alocadas a um

processo, menos falta de páginas o processo experimentaria.■ Porém, foi constatado que determinados padrões de referência de página de fato causam mais

falhas quando o número de molduras de página alocadas a um processo aumenta.

Anomalia de FIFO

Substituição de página LRU (least recently used – menos recentemente usada)■ Explora a localidade temporal substituindo a página que ficou mais tempo na memória sem ser

referenciada.■ Em relação à FIFO, pode oferecer melhor desempenho.■ A sobrecarga do sistema é maior.■ O desempenho da substituição LRU pode ser inadequado se a página menos recentemente

usada for a página seguinte a ser referenciada por um laço que referencia diversas páginas.


12/13


Substituição de página ótimo■ A página que no futuro estiver mais distante de ser referenciada será removida.■ Fácil de descrever mas impossível de implementar.

Substituição de página segunda chance - modificação da FIFO■ Examina o bit referenciado da página mais antiga.

● Se estiver desligado,→ a estratégia seleciona essa página para substituição.

● Se estiver ligado,→ a estratégia desliga o bit e move a página para o final da fila FIFO.

■ Garante que as páginas ativas sejam as que menos têm probabilidade de ser substituídas.

Comportamento do programa sob paginação■ Os processos tendem a referenciar uma parte significativa de suas páginas logo depois que aexecução é iniciada.■ Eles acessam a maioria das páginas remanescentes mais vagarosamente.

Porcentagem de páginas referidas de um processo ao longo do tempo


13/13


Exercício: Em uma memória real com quatro molduras (frames) disponíveis, na sequência em que as páginasabaixo são solicitadas para processamento, mostre o comportamento das páginas de cada um dos algoritmos -FIFO, LRU e ÓTIMO - através da tabela de controle de ocupação da memória. Considerar que o último elementode cada coluna deve conter a próxima página a ser substituida.

FIFO5 8 0 4 8 2 8 3 4 2 8 2 4 0 4 8 0 5 8 0

Total de falta de páginas =

LRU5 8 0 4 8 2 8 3 4 2 8 2 4 0 4 8 0 5 8 0


ÓTIMO5 8 0 4 8 2 8 3 4 2 8 2 4 0 4 8 0 5 8 0


gerenciamentomemoria

Documents