Memória

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA BAHIA

Sistemas Operacionais

Prf. Msc. Igor de Oliveira Costa

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA BAHIA

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Considerações Gerais

• _{Em que consiste a multiprogramação?}

–

Em manter vários processos executando na

memória.

• _{Para que isso seja possível a memória precisa}

ser alocada da melhor forma possível para

que um maior número de processos sejam

colocados na memória.

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• _{Onde são armazenados os programas ?}

–

São armazenados no disco rígido, e sua execução

consiste em transferí-lo do HD para a memória

principal, para assim ser executado pela CPU.

• _{Tanto SO Monotarefa quanto Multitarefa tem}

gerência de memória.

–

O Mono tem uma gerência simples

–

O Multi tem uma gerência complexa

3

Considerações Gerais

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Gerenciamento de Memória

• “ Programas tendem a se expandir afim de ocupar

toda memória disponível ”

• Os programadores querem memória que são:

– grandes – rápidas – não voláteis

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5

MMU ?

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Gerenciamento de Memória

7

• Gerenciador de Memória

– _{Manter o controle de quais partes da memória estão em uso} e quais não estão, alocando memória aos processos quando eles precisam ou liberando quando os mesmos terminam. – Além de gerenciar a troca de processos entre memória e o disco quando a memória principal não é suficiente.

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Gerenciamento de Memória

• Hierarquia de memória

– Cache - pequena quantidade, rápida e cara – Memória principal - velocidade média e preço médio – Discos - preço baixo, lento e grande quantidade

• Gerenciador de memória deve utilizar racionalmente a

hierarquia de memória

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Gerenciamento Básico de Memória

Sistemas Monoprogramados

9

• Três formas de organização da memória com um SO

e um processo de usuário

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Multiprogramação

com partições fixas

¤

filas separadas para cada partição

¤

fila única

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Modelagem da Multiprogramação

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• Supondo que cada processo utiliza a cpu em 20% do tempo que fica em memória

• Modelo de aproximação probabilístico: Utilização da CPU = 1 - pn

• Onde p é a fração de tempo que o processo espera por E/S e n é número de processo na memória;

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• _Ex:

–

Um computador com 32 mb de memória, sendo

que destes 16 mb é dedicado ao SO, sobrando 16

mb para os programas, levando em consideração

que cada programa ocupa 4 mb na memória,

então o grau de multiprogramação é 4, e cada

programa tem uma ociosidade de 80%, sendo

assim qual será a utilização da CPU ?

Modelagem da Multiprogramação

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Exercício

¨

Analisando a figura abaixo qual será a ociosidade da

CPU em um sistema que tenha grau de

multiprogramação 3, e com espera de 50 % de E/S?

13 Grau de Multiprogramação

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Exercício

¨

Um computador com 500 mb de memória, sendo que

destes 100 mb é dedicado ao SO, sobrando 400 mb para

os programas, levando em consideração que cada

programa ocupa 20 mb na memória, e tem 80% de

ociosidade, qual será a utilização da CPU ?

¨

Defina MMU?

¨

Em se tratando de multiprogramação com partições

fixas, qual a desvantagem em utilizar filas separadas para

cada partição?

¨

Em se tratando de multiprogramação com partições

fixas, qual a vantagem em utilizar filas únicas?

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Relocação e Proteção

15

• Relocação e Proteção são problemas relacionados a

multiprogramação;

• O loader (Linker) que traz o código do disco rígido para a

memória, deve conhecer o endereço a partir do qual

este será carregado;

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Relocação e Proteção

Exemplo:

Suponha que a primeira instrução de um programa seja a chamada a um procedimento cujo endereço relativo é 100K dentro do executável gerado pelo compilador (linker).

Se o programa for carregado na partição 1 (figura acima), o salto para o

endereço 100 KB desviaria a execução para o código na área de memória do sistema operacional!

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• _{Problema de relocação:}

–

Solução 01:

• Os endereços gerados pelo compilador devem ser somados ao valor inicial da partição que ele ficará;

• _{Porém isso não resolve o problema da Proteção;}

–

Solução 02 para ambos os problemas:

• Fornecer o processador com dois registradores especiais em hardware denominados REGISTRADOR-BASE e REGISTRADOR-LIMITE; • Cada endereço gerado pelo programa é somado à base e verificado se está dentro da partição alocada ao processo. O hardware protege ambos registradores de tentativas de modificação vindas de programas de usuários 17

Relocação e Proteção

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Swapping

¨ Muitas vezes a memória não é suficiente para conter todos os processos ativos. Os excedentes são mantidos em disco. ¨ A alocação de memória se modifica quando: ¤processos chegam na memória ¤processos saem da memória ¨ O número e tamanho das partições variam ao longo do tempo

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Swapping

19 • _{Quando as trocas deixam muitos espaços vazios é possível} realizar uma compactação de memória. • _{Deve ser feita alguma consideração em relação ao tamanho} de memória alocado para cada processo. – Processos podem crescer – Normalmente se aloca uma quantidade extra de memória sempre que o processo for transferido para memória

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Swapping

• Espaço para crescimento do segmento de dados

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Gerenciamento de memória

com listas encadeadas

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• Algoritmos de Alocação de memória para processos

– First Fit • Aloca-se o primeiro segmento que couber o processo, quebrando-o em duas partes – Next Fit

• Fuciona igual ao First Fit com a diferença de guardar a posição;

– Best Fit • Escolhe na lista o menor segmento disponível que caiba o processo; – Worst Fit • para evitar o problema de se deixar segmentos livres muito pequenos escolher o maior segmento possível

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Gerenciamento de memória

com listas encadeadas

4 kb 7 kb 9 kb 10 kb 12 kb 18 kb 20 kb 12 kb First-Fit Best-Fit 17 kb Worst-Fit 5 kb

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Memória Virtual

23

• Tamanho dos programas maiores que o tamanho da memória.

• Adotava-se a solução denominada de overlays.

O programa era dividido em módulos (overlay). O overlay 0 era o primeiro a ser executado, em seguida o overlay 1. A tarefa de dividir o programa em módulos era do programador. • Logo esta tarefa foi atribuída ao SO através do sistema de memória virtual. • Um programa de 16MB pode ser executado em um computador com apenas 4MB de memória por meio da escolha sobre qual 4MB deve ser mantido em memória a cada instante.

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Memória Virtual

• A maioria dos sistemas de memória virtual utilizam a técnica de paginação. – MOV REG, 1000 – Esse endereço virtual 1000 deve ser mapeado a um endereço físico. – Endereços virtuais não são colocados diretamente no barramento de memória. Em vez disso ele vai para uma MMU (memory management unit) que mapeia endereços virtuais em endereços físicos.

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Memória Virtual

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Paginação

• O endereço virtual é dividido em páginas.

• As unidades correspondentes em memória física são chamadas de molduras de página.

• As páginas e molduras são do mesmo tamanho.

• Relação entre endereços virtuais e físicos é dado pela tabela de páginas. • MOV REG, 0 • MOV REG, 8192 • MOV REG, 20500 • MOV REG, 32780

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Tabela de Páginas

27

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Algoritmos de Substituição de Páginas

• Quando ocorre uma falta de página o SO precisa:

– _{escolher uma página para ser removida} – liberar espaço para a nova página

• Páginas modificadas devem ser salvas

– páginas não modificadas são sobreescritas

• É melhor não escolher uma página

frequentemente usada

– provavelmente esta teria que ser trazida para a memória novamente

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Algoritmo de Substituição de página

Ótimo

29

• Substituir a página que será necessária no futuro mais distante • Cada página é rotulada com o número de instruções que serão

executadas antes dela ser referenciada pela primeira vez. • A página removida será a de maior rótulo.

• _{O algoritmo ótimo adia a ocorrência da próxima falta de página o} máximo possível.

• _{A ideia do algoritmo é retirar da memória a página que vai} demorar mais tempo para ser referenciada novamente.

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• _{1,2,3,4,2,1,5,6,2,1,2,3,7,6,3,2,1,2,3,6}

Algoritmo de Substituição de página

Ótimo

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Algoritmo de Substituição de página

Ótimo

31 IMPOSSÍVEL DE IMPLEMENTAR

• _{É utilizado como parâmetro de comparação}

entre outros algoritmos.

• _{O algoritmo que apresentar desempenho}

próximo do algoritmo ótimo é considerado

bom.

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Algoritmo Não Usada Recentemente (NUR)

• Procura por páginas que não foram referenciadas nos últimos acessos para serem substituídas.

• _{Cada página possui um bit referenciada (R) e um bit}

modificada (M)

– O SO saberá quais páginas estão sendo usada ou não.

– O bit R assume o valor 1 sempre que a página é referenciada (lida ou escrita).

– O bit M assume o valor 1 quando a página for escrita.

– Os bits são modificados por hardware.

• _{Quando um processo é retirado, os dois bits, de cada}

página, são colocados em 0;

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Algoritmo Não Usada Recentemente (NUR)

33

• As páginas são classificadas em 4 categorias:

– _{1. Não referenciada, não modificada} – 2. Não referenciada, modificada – _{3. Referenciada, não modificada} – 4. Referenciada, modificada

• O algoritmo NUR remove as páginas

– _{aleatoriamente de uma categoria não vazia de ordem} mais baixa

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Algoritmo FIFO

• _{Mantém uma lista encadeada de todas as páginas seguindo a} ordem que elas entram na memória • _{Páginas no início da lista são substituídas} • Desvantagens – Páginas antigas na memória podem ser muito referenciadas

• Anomalia de Belady

– Quando o FIFO é utilizado, quanto mais page frame tiver maior vai ser a quantidade de pages fault;

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35

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Algoritmo Menos Recentemente Usada (MRU)

• Assume que páginas usadas frequentemente serão usadas em

breve

– Descarta as páginas que há mais tempo não foram usadas

• É preciso manter uma lista das páginas

– mais recentemente usada no início da lista, menos usadadas no fim – Atualizar a lista em cada referência a memória