SICO Aulas106 108

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Instituto Federal de Educação,

Ciência e Tecnologia - Alagoas

Sistemas de Computação

Gerência de Memória Virtual

Aulas 106-108

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Sumário

1. Introdução 2. Espaço de Endereçamento Virtual 3. Mapeamento 4. Memória Virtual por Paginação 5. Memória Virtual por Segmentação 6. Memória Virtual por Segmentação com Paginação 7. Swapping em Memória Virtual 8. Thrashing

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Sumário

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1. Introdução

●

Capítulo 9 – Gerência de Memória

»

Apresentou diversas técnicas evolutivas de

gerenciamento de memória

Contudo, essas técnicas tornaramse ineficientes com

o passar do tempo.

»

Nova abordagem:

Gerência de Memória Virtual

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Sumário

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2. Espaço de Endereçamento Virtual

●

Analogia com vetor

»

No momento da execução de uma instrução, o endereço virtual referenciado é traduzido para um endereço físico. E n d e r e ç o F í s i c o 5 0 0 5 0 1 5 0 2 5 0 3 5 0 4 . . . V E T [ 1 ] V E T [ 2 ] V E T [ 3 ] V E T [ 4 ] V E T [ 5 ] . . . . . .

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2. Espaço de Endereçamento Virtual

●

Processo:

Contexto de hardware Contexto de software Espaço de endereçamento

»

Quando se utiliza memória virtual Espaço de endereçamento virtual Espaço de endereçamento real

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2. Espaço de Endereçamento Virtual

Es p a ço d e e n d er eç a m e n to v ir tu a l Es p a ço d e en d er eç a m en to r ea l E n d e r e ç o v i r tu a l 0 E n d e r e ç o v i r tu a l 1 E n d e r e ç o v i r tu a l 2 E n d e r e ç o v i r tu a l 3 E n d e r e ç o v i r tu a l 4 E n d e r e ç o v i r tu a l 5 . . . E n d e r e ç o r e a l 0 E n d e r e ç o r e a l 1 E n d e r e ç o r e a l 2 E n d e r e ç o r e a l 3 . . . E n d e r e ç o r e a l R

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2. Espaço de Endereçamento Virtual

●

Observações

»

O espaço de endereçamento virtual não tem

nenhuma relação direta com os endereços no

espaço real Logo > é possível referenciar endereços fora do limite da memória principal De que forma? – Utilizase a memória secundária como extensão da memória principal

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2. Espaço de Endereçamento Virtual

●

Observe:

»

Somente uma parte do programa é carregada

»

Permite aumentar o compartilhamento da memória principal entre muitos processos M e m ó r i a V i r t u a l . . . . M e m ó r i a P r i n c i p a l M e m ó r i a S e c u n d á r i a . . .

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2. Espaço de Endereçamento Virtual

●

Observações:

»

Compiladores e linkers se encarregam de gerar o código executável em função do espaço de

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Sumário

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3. Mapeamento

●

Note:

»

O processador só executa instruções e referencia

dados residentes no espaço de endereçamento real...

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3. Mapeamento

●

...

M e m ó r i a V i r t u a l M e m ó r i a P r i n c i p a l M a p e a m e n t o . . . . . .

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3. Mapeamento

●

O Mapeamento é uma tarefa conjunta:

»

Sistema Operacional

»

Hardware

»

Objetivo: Não sobrecarregar o S. O. com essa tarefa

»

MMU – Memory Management Unit Dispositivo de hardware responsável por essa tradução

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3. Mapeamento

P r o c e s s o A 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 d e A E n d e r e ç o v i r t u a l 1 . . . T a b e l a d e m a p e a m e n t o d e A 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 d e B E n d e r e ç o v i r t u a l 1 . . . T a b e l a d e m a p e a m e n t o d e B M e m ó r i a P r i n c i p a l

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3. Mapeamento

●

Tabelas de tradução

»

Mapeiam blocos de dados, cujo tamanho determina

o número de entradas existentes nas tabelas de mapeamento

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3. Mapeamento

●

Observações

»

Existem Sistemas Operacionais que trabalham com: Blocos de tamanho fixo – Nome da Técnica: Paginação Blocos de tamanho variável – Nome da Técnica: Segmentação Ambas as técnicas – Nome da Técnica: Segmentação com paginação

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Sumário

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4. Memória Virtual por Paginação

●

Nome dos blocos:

páginas

●

Há blocos de mesmo tamanho para:

»

Espaço de endereçamento virtual

»

Espaço de endereçamento real

»

Mapeamento: Realizado através de tabelas de páginas

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4. Memória Virtual por Paginação

●

Tabela de Páginas

M e m ó r i a V i r t u a l . . . . P á g i n a v i r t u a l 0 P á g i n a v i r t u a l 1 P á g i n a v i r t u a l 2 T a b e l a d e p á g i n a s E T P M e m ó r i a P r i n c i p a l M e m ó r i a S e c u n d á r i a . . . P á g i n a r e a l 0 P á g i n a r e a l 1 P á g i n a r e a l R

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4. Memória Virtual por Paginação

●

Formato do endereço virtual

»

Formado por 2 componentes NPV: Número de Página Virtual – Identificador da página, ou seja, de um bloco de endereços reais Deslocamento: – Posição do endereço procurado em relação ao início da página

»

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4. Memória Virtual por Paginação

●

Tradução do

endereço virtual

»

NPV ● P á g i n a v i r t u a l D e s l o c a m e n t o E n d e r e ç o v i r t u a l D e s l o c . N P V E n d . d o f r a m e E T P T a b e l a d e p á g i n a s E n d . d o f r a m e D e s l o c .

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4. Memória Virtual por Paginação

●

As ETPs contém ainda:

Bit de validade

– Indica se uma página está ou não na memória principal

● 0(zero): não se encontra na memória principal ● 1(um): encontrase na memória principal

Page fault

– Quando a unidade de gerência de verifica o bit de validade e a página não se encontra na memória principal, dizse que

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4. Memória Virtual por Paginação

●

Mecanismo

de tradução

E n d e r e ç o v i r t u a l T a b e l a d e p á g i n a s B i t d e v a l i d a d e 0 M e m ó r i a P r i n c i p a l M e m ó r i a s e c u n d á r i a P a g e fa_{u l t} T a b e l a d e p á g i n a s B i t d e v a l i d a d e M e m ó r i a P r i n c i p a l P a g e i n

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4. Memória Virtual por Paginação

●

Observações sobre page faults:

»

Taxa de page faults: Número de page faults gerados por cada processo, em um determinado intervalo de tempo.

»

O que ocorre com um processo quando o mesmo referencia um endereço e ocorre um page fault? Passa do estado de execução para o estado de espera... ...até que a página seja transferida do disco para a memória principal Execução Espera

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4. Memória Virtual por Paginação

●

Políticas de Busca de Páginas

»

Determinam quando uma página deve ser carregada para a memória

»

Há duas técnicas: Paginação por demanda: – Páginas do processo são transferidas da memória secundária para a memória principal apenas quando são referenciadas Paginação antecipada: Sistema carrega páginas que podem ou não ser necessárias à

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4. Memória Virtual por Paginação

●

Políticas de Alocação de Páginas

»

Determina quantos frames cada processo pode manter na memória principal

»

Há duas alternativas: Alocação fixa – Cada processo apresenta um número máximo de frames que pode ser utilizado durante a execução do programa. Alocação variável – Número máximo de páginas alocadas ao processo pode variar em função da taxa de paginação e da ocupação na memória

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4. Memória Virtual por Paginação

●

Políticas de Substituição de Páginas

»

São utilizadas quando um processo atinge seu limite de utilização de frames e, mesmo assim, precisa de mais memória principal.

»

O S.O. deve decidir quais páginas alocadas devem ser liberadas Page out: retirada das páginas em uso da memória principal, salvandoas nos arquivos de paginação.

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4. Memória Virtual por Paginação

●

Políticas de Substituição de Páginas

M e m ó r i a P r i n c i p a l A r q u i v o d e p a g i n a ç ã o P a g e o _{u t}

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4. Memória Virtual por Paginação

●

Políticas de Substituição de Páginas

»

Política de substituição local Apenas as páginas do processo que gerou o page fault são candidatas à realocação

»

Política de substituição global Todas as páginas alocadas na memória principal são candidatas à realocação

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Sumário

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5. Memória Virtual por Segmentação

●

Espaço de Memória Virtual

»

Dividido em blocos de diferentes tamanhos: Segmentos

»

Há uma relação entre o tamanho dos segmentos e as estruturas de dados que compõem a lógica do programa

»

Observe ...

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5. Memória Virtual por Segmentação

P R O G R A M S e g m e n t o ; V A R A : A R R A Y . . . C : . . . P R O C E D U R E X ; E N D ; F U N C T I O N Y ; E N D ; B E G I N E N D . P r o c e d i m e n t o X P r o g r a m a P r i n c i p a l F u n ç ã o Y A r r a y A V a r i á v e l C . . .

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5. Memória Virtual por Segmentação

●

Definição de segmentos:

»

Normalmente realizada através do compilador

»

Mapeamento: Semelhante ao da paginação: – Tabelas de Mapeamento de Segmentos(TMS) – Endereços: ● Número de Segmentos Virtuais(NSV) ● deslocamento

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5. Memória Virtual por Segmentação

●

Definição de segmentos

D e s l o c a m e n to E n d e r e ç o v i r tu a l D e s l o c . E n d . d o s e g m e n to E T S T a b e l a d e s e g m e n to s D e s l o c . S e g m e n t o n a S e g m e n t o v i r tu a l

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5. Memória Virtual por Segmentação

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Sumário

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6. Memória Virtual por

Segmentação com Paginação

●

Técnica híbrida

»

O espaço de endereçamento é dividido em segmentos e, por sua vez, são divididos em páginas Oferece as vantagens de ambas as técnicas

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Bibliografia

[MACHADO, 2004] MACHADO, F. B.; MAIA, L. P. Arquitetura de Sistemas Operacionais. 4ª edição. Rio de Janeiro: LTC, 2002. [SILBERSCHATZ, 2006] SILBERSCHATZ, A; GAGNE, G; GALVIN P. Fundamentos de Sistemas Operacionais. 4ª edição. Rio de Janeiro: LTC, 2006. [LINUX JORNAL, 2005] Monitoring Virtual Memory with vmstat Disponível em : <http://www.linuxjournal.com/article/8178>. Acessado em: nov. de 2009.