Memória Virtual

O problema é que temos um espaço limitado de memória RAM e, cada vez mais, os aplicativos consomem partes maiores dela.

E o que o processador faz quando a memória RAM acaba? Muito simples: utiliza a memória

virtual.

Memória Virtual

• A memória virtual é uma espécie de arquivo

que é criado no computador e o processador

utiliza para armazenar dados que ele costuma

deixar na memória RAM. É como se ele

simulasse a memória RAM dentro do seu HD,

por isso que se chama memória virtual.

Memória VirtualMemória Virtual é um espaço variável e reservado no

disco onde o Sistema Operacional continua armazenando os dados que não couberam na memória RAM.

Na memória RAM ficam os dados temporários usados enquanto o computador está ligado, se ela enche, os dados vão sendo gravados no HD.

O desempenho de processamento é menor, pois o HD é muito mais lento que a memória.

Memória Virtual

• O sistema operacional é capaz de executar aplicações mesmo que a soma de todos os programas em execução simultânea supere a da memória RAM instalada no computador.

SO - Memória

• O SO move ao disco rígido o conteúdo da memória RAM, liberando espaço para novas aplicações,se esses dados movidos ao HD voltem a ser necessários.

• O SO automaticamente realiza a operação inversa, carregando-os na memória RAM, razão pela quais muitos chamam este tipo de procedimento de troca de memória.

Funções – Memória Virtual

Relocação (ou recolocação), para assegurar que cada processo tenha o seu próprio espaço de endereçamento.

Proteção, para impedir que um processo utilize um endereço de memória que não lhe pertença.

Paginação (paging) ou troca (swapping), que possibilita a uma aplicação utilizar mais memória do que a fisicamente existente (essa é a função mais conhecida).

Memória Virtual

Memória Virtual

No Windows recebe o nome de: PAGE FILE

No Linux recebe o nome de: SWAP

Conceito- Swap

O SO escolhe um programa residente que é levado da memória para o disco (swap-out ) retornando posteriormente para a memória (swap-in).

Conceito - Paginação

Permite que o programa possa ser espalhado por áreas não contíguas de memória.

Conceito - Segmentação

Técnica de gerência de memória onde programas são divididos em segmentos de tamanhos variados cada um com seu próprio espaço de endereçamento.

Swap

• Acontece toda vez em que um processo esgota seu um certo tempo e surge outro processo na fila com uma prioridade maior que a dele.

• O tempo no entanto deve ser relativamente grande, pois a comunicação memória e disco rígido consome certo tempo,

Swap

Swap

• O disco rígido é mais lento que o armazenamento em memória principal, e o processo consiste de trazer um processo ao disco e levar outro a memória, essa troca de não deve ser realizado em espaço de tempo muito curto.

Swap

• Em sistemas UNIX particularmente o processo de swap é desabilitado por padrão e só usado quando a memória está realmente comprometida, isto se deve ao tempo de troca que é alto.

Paginação

• Na paginação a memória física é dividida em blocos de bytes contíguos denominados molduras de páginas (Page frames), geralmente com tamanho de 4 KiB (arquiteturas x86 e x86-64).

Paginação

Paginação

• O espaço de memória de um processo (contendo as instruções e dados do programa) é dividido em páginas que são fisicamente armazenadas nas molduras e possuem o mesmo tamanho destas.

Paginação

Novidade!

O kibibyte é um múltiplo do byte. 1 kibibyte 1024bytes.

O símbolo da unidade para o kibibyte é KiB.

A unidade foi criada pelo Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC), em 1999.

kibibyte

Foi aceite para ser usado por todos os principais padrões organizações. Ele foi projetado para substituir o kilobyte usada em alguns contextos de ciência da computação, que conflita com a definição do prefixo quilo.

Segmentação

Na segmentação existem vários espaços de endereçamento para cada aplicação (os segmentos). Neste caso, o endereçamento consiste em um par ordenado [segmento:deslocamento], onde o deslocamento é a posição do byte dentro do segmento.

Segmentação

Segmentação

Diferenças

• A principal diferença entre a paginação e a segmentação é a alocação da memória de maneira não fixa, a alocação depende da lógica do programa.

Resumindo

• Na arquitetura x86 (32 e 64 bits), são usadas a segmentação e a paginação. O espaço de endereçamento de uma aplicação é dividido em segmentos, onde é determinado um endereço lógico, que consiste no par [segmento:deslocamento].

Resumindo

• O dispositivo de segmentação converte esse endereço para um espaço de endereçamento linear (virtual).

• Finalmente, o dispositivo de paginação converte o endereço virtual para físico, localizando a moldura de página que contém os dados solicitados

Resumindo

MMU -Memory Management Unit

O endereço virtual é encaminhado para a unidade de gerenciamento de memória (MMU -Memory Management Unit).

MMU - dispositivo do processador, cuja função é transformar o endereço virtual em físico e solicitar este último endereço ao controlador de memória.

Tabela de Páginas

• A conversão de endereços virtuais em físicos baseia-se em tabelas de páginas, que são estruturas de dados mantidas pelo Sistema Operacional.

Tabela de Páginas

• Descrevem cada página da aplicação (num sistema em execução, existe pelo menos uma tabela de páginas por processo).

• Cada tabela é indexada pelo endereço virtual e contém o endereço físico ou a indicação de que a página está em um dispositivo de armazenamento secundário.

Tabela de Páginas

Tabela de Páginas

• Como o acesso à tabela de páginas é muito lento, pois está em memória, a MMU possui uma memória(cache) associativa chamada buffer de tradução de endereços (TLB - Translation Lookaside Buffer).

TLB - Translation Lookaside Buffer• TLB - Consiste em uma pequena tabela

contendo os últimos endereços virtuais solicitados e seus correspondentes endereços físicos.

TLB - Translation Lookaside Buffer

Linux em 32 Bits

Na arquitetura x86 de 32 bits, o Linux pode endereçar até 4 GB de memória virtual.Este espaço é dividido em dois: o espaço do

núcleo e o espaço do usuário. Kernel space - É único e protegido das

aplicações comuns, e armazena, uma estrutura que descreve toda a memória física; este espaço é limitado a 1 GB.

Linux em 32 Bits

• User space - Cada aplicação recebe um espaço de endereçamento de até 3 GB.

• Caso a memória física seja menor do que a necessária, o Linux pode alocar espaço em meios de armazenamento diversos (disco rígido, dispositivo de rede e outros).

Linux em 32 Bits

Este espaço é tradicionalmente conhecido como espaço de troca (swap space), embora o mecanismo adotado seja a paginação.

Windows em 32 Bits

• Na arquitetura x86 de 32 bits, o Windows pode endereçar até 4 GB de memória virtual, dividido em duas partes.

• Por padrão, o Windows reserva 2 GB para o núcleo e para as aplicações até 2 GB. Entretanto, é possível alterar essa configuração, podendo usar até 3 GB.

Windows em 32 Bits

• Diferentemente do Linux, o Windows usa apenas arquivos para paginação (paging files). Pode usar até 16 desses arquivos, e cada um pode ocupar até 4095 MB de espaço em disco.

Atenção!

• Páginas acessadas com menos frequência na RAM vão para disco (para o Pagefile.sys ), dando lugar à uma outra página prioritária no momento.

Atenção!

• Quando a aplicação finalmente acessar o dado que está naquela página agora em disco, o sistema aloca espaço na RAM para trazer de volta a página. Isso pode resultar em outras páginas que estavam em RAM a serem paginadas para o disco.

Resumindo...

• No Linux a memória virtual é dimensionada quanto ao seu tamanho na instalação e não poderá mais ser mudada.

• Somente poderá ser mudado se o disco rígido for reparticionado novamente para utilizar uma partição maior de swap. Assim deixando a swap maior você terá que diminuir a raiz.

Resumindo...

• A memória virtual também é chamado de arquivo de paginação. Recomenda-se que se use 2x a 3x de memória virtual do que você tiver de memória RAM, mas não siga isso a risca, pois, se você tiver um computador com memória de 4 GB.

Resumindo...

• No Windows o usuário tem livre arbítrio ou Windows escolher qual é a melhor opção de quantidade de memória RAM,mas geralmente o Windows por si só pega pouca memória RAM.

• O usuário pode ainda escolher de quanto quer usar de seu disco rígido para memória virtual, ou seja.

Resumindo...

• A memória virtual deixou os programadores despreocupados com quanto de memória seu programa irá precisar, pois a memória virtual é muito maior do que os pentes de memória RAM, podendo o programador se preocupar mais com a tarefa de programação.

Memória Virtual

Por que que a memória RAM é mais cara?

Não seria mais fácil simplesmente utilizar o HD para armazenar os dados?

Memória Virtual

• Porque a memória virtual é extremamente mais devagar do que a memória RAM. Dessa forma se computador dispor de pouca memória RAM e precisar usar a memória virtual para armazenar dados o desempenho será comprometido

Espaço de Kernel e o Espaço do Usuário

• Compactar a área do kernel pode causar problemas, como restringir o número de usuários que podem se conectar simultaneamente ou o número de processos que podem ser executados. Um espaço do usuário menor significa que o programador do aplicativo tem menos espaço para trabalhar.

• Só mais uma coisa: utilize o mesmo valor em "Tamanho inicial" 400 e "Tamanho final" 400, por exemplo. Isso evita que o arquivo fique fragmentado e o sistema consegue acessá-lo de forma mais eficiente...

• Mas muito cuidado ao alterar estes valores, se tu alterar pra valor e depois aumentar a RAM altera esse valor antes, já vi começar a dar erro de tela azul por causa disso...

• Pq não deixar em tamanho gerenciado pelo sistema??

• Não acho interessante deixar o sistema gerenciar porque o mesmo criaria um arquivo de memória virtual que não teria um valor fixo. Logo ele ficaria muito fragmentado com o uso e deixaria o sistema ainda mais lento.

• Por padrão, o Windows armazena o arquivo de paginação na partição de inicialização (a partição contém o sistema operacional e seus arquivos de suporte). O tamanho padrão do arquivo de paginação é 1,5 vezes a RAM total.

• http://support.microsoft.com/?scid=kb%3Bpt-br%3B314482&x=11&y=11

• Para melhorar o desempenho, é uma prática recomendada colocar o arquivo de paginação em uma partição e unidade de disco rígido diferentes. Dessa forma, o Windows pode tratar várias solicitações E/S mais rapidamente.

Gerenciamento de Memória

Endereço de memória é um identificador único para um local de memória no qual um processador ou algum outro dispositivo pode armazenar pedaços de dados.

Gerenciamento de Memória

Em computadores modernos com endereçamento por byte, cada endereço representa um byte distinto de armazenamento.

Gerenciamento de Memória

Dados maiores que um byte podem residir em múltiplos bytes, ocupando uma seqüência de bytes consecutivos.

Alguns microprocessadores foram desenvolvidos para trabalhar com endereçamento por palavra, tornando a unidade de armazenamento maior que um byte

Gerenciamento de Memória

Tanto memória virtual quanto memória física utilizam endereçamento de memória.

Gerenciamento de Memória

• Para facilitar a cópia de memória virtual em memória real, os sistemas operacionais dividem a memória virtual em páginas, cada uma contendo um número fixo de endereços.

Gerenciamento de Memória

• Cada página é armazenada em disco até que seja necessária, sendo então copiada pelo sistema operacional do disco para a memória, transformando o endereço virtual em endereço real.

Gerenciamento de Memória

• Tal transformação é invisível ao aplicativo, e permite que aplicativos operem independente de sua localização na memória física, fornecendo aos sistemas operacionais liberdade para alocar e realocar memória conforme necessário para manter o computador executando eficientemente.

Gerenciamento de Memória

• Freqüentemente, ao citar tamanho de palavra em computadores modernos, é citado também o tamanho de endereços de memória virtual em tal computador.

Gerenciamento de Memória

• Por exemplo, um computador de 32 bits geralmente trata os endereços de memória como valores inteiros de 32 bits, tornando o espaço de endereçamento igual a 232 = 4.294.967.296 bytes de memória, ou 4 GB.