11 gerencia memoria virtual

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Gerência de Memória Virtual

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Introdução

•  _{Memória
virtual:
técnica
soﬁs:cada
e}

poderosa de gerência de memória, onde as memórias principal e secundária são

combinadas dando ao usuário a ilusão de exis:r uma memória muito maior que a capacidade real da memória principal. •  _{Permite
um
número
maior
de
processos}

compar:lhando a memória principal, já que apenas partes de cada processo estarão

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Espaço de Endereçamento

Virtual

•  _{O
conceito
de
memória
virtual
se
aproxima} muito da ideia de um vetor.

•  _{Quando
um
programa
faz
referência
a
um} elemento do vetor, ão há preocupação em saber a posição de memória daquele dado. •  _{Um
programa
no
ambiente
de
memória}

virtual não faz referência a endereços Psicos de memória, mas apenas a endereços

virtuais.

•  _{O
mecanismo
de
tradução
do
endereço}

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Espaço de Endereçamento

Virtual

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Espaço de Endereçamento

Virtual

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Espaço de Endereçamento

Virtual

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Mapeamento

•  _{O
processador
apenas
executa
instruções
e} referencia dados residentes no espaço de endereçamento real.

•  _{Deve
exis:r
um
mecanismo
que
transforme} os endereços virtuais em reais –

Mapeamento.

•  _{Nos
SOs
modernos,
a
tarefa
de
tradução
de} endereços virtuais é realizada por hardware juntamente com o SO, de forma a não

comprometer seu desempenho e torná-‐lo transparente a usuários e sua aplicações.

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Mapeamento

•  _{O
disposi:vo
de
hardware
responsável
por} esta tradução é conhecido como Unidade de Gerência de Memória (Memory Management

Unity – MMU).

•  _{A
MMU
sempre
é
acionada
quando
se
faz} referência a um endereço virtual.

•  _{A
tabela
de
mapeamento
é
uma
estrutura
de} dados existente para cada processo.

•  _{O
SO
u:liza
a
tabela
de
mapeamento
de
um} processo em execução para tradução de seus endereços virtuais.

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Memória Virtual por Paginação

•  _{Técnica
de
gerência
de
memória
em
que
o} espaço de endereçamento virtual e o espaço de endereçamento real são divididos em

blocos de mesmo tamanho chamado páginas.

•  _{Todo
o
mapeamento
de
endereço
virtual
em} real é realizado através de tabelas de

páginas.

•  _{Cada
processo
possui
possui
sua
própria} tabela de páginas. Entrada na Tabela de Páginas – ETP.

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Memória Virtual por Paginação

•  _{Tradução
de}

endereço virtual: vamos ler no PLT, página 179, após a Fig. 10.6.

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Memória Virtual por Paginação

•  _{Existe
um
bit
de} validade que

indica se uma página está ou não na memória principal – valid

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Polí:cas de Busca de Páginas

•  _{Determina
quando
uma
página
deve
ser} carregada para a memória.

•  _{Duas
polí:cas:}

–  Paginação por Demanda. –  Paginação Antecipada.

•  _{Na
paginação
por
demanda,
as
páginas
dos} processos são transferidas da memória

secundária para a principal apenas quando são referenciadas. Leva somente as páginas necessárias para a memória principal.

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Polí:cas de Busca de Páginas

•  _{Na
paginação
antecipada,
o
sistema
carrega} para a memória principal, além da página referenciada, outras páginas que podem ou não ser necessárias ao processo ao longo do seu processamento. Caso o processo não

precise das páginas carregadas

antecipadamente, o sistema terá perdido tempo e ocupado memória principal sem necessidade.

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Polí:cas de Alocação de Páginas

•  _{Determina
quantos
frames
cada
processo} pode manter na memória principal.

•  _{Duas
alterna:vas:}

–  Alocação Fixa.

–  Alocação Variável.

•  _{Na
alocação
ﬁxa,
cada
processo
tem
um} número máximo de frames que pode ser u:lizado durante a execução do programa.

–  Se o máximo de frames não for suﬁciente: elevado número de page faults.

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Polí:cas de Alocação de Páginas

•  _{Na
alocação
variável,
o
número
máximo
de} páginas alocadas ao processo pode variar

durante sua execução em função de sua taxa de paginação e de ocupação da memória

principal.

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Polí:cas de Subs:tuição de Páginas

•  _{Quando
um
processo
a:nge
o
seu
limite
de} alocação de frames e necessita alocar novas páginas na memória principal, o SO deve

selecionar, dentre aquelas alocadas, qual deverá ser liberada.

•  _{Uma
página
real,
quando
liberada
de
um} processo, está livre para ser u:lizada por qualquer outro processo.

•  _{Deve-‐se
considerar
sempre
se
uma
página
foi} ou não modiﬁcada antes de liberá-‐la, caso

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Polí:cas de Subs:tuição de Páginas

•  _{O
SO
grava
na
memória
secundária
antes
de} descartá-‐la, para uso em futuras referências – page out.

•  _{Sempre
que
uma
página
modiﬁcada
for}

novamente referenciada ocorrerá um page

in, carregando-‐a para a memória principal a

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Polí:cas de Subs:tuição de Páginas

•  _{A
polí:ca
de
subs:tuição
deve
ser
deﬁnida} como:

–  Local.

–  Global.

•  _{Na
polí:ca
local,
apenas
as
páginas
do} processo que gerou o page fault são candidatas a realocação.

•  _{Na
polí:ca
global,
todas
as
páginas
alocadas} na memória principal são candidatas à

subs:tuição, independente do processo que gerou o page fault.

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Polí:cas de Subs:tuição de Páginas

•  _{Na
polí:ca
de
alocação
ﬁxa,
somente
pode-‐} se adotar a polí:ca de subs:tuição local.

•  _{A
polí:ca
de
alocação
variável
permite
uma} polí:ca de subs:tuição tanto local quanto global.

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Algoritmos de Subs:tuição de

Páginas

•  _{O
maior
problema
na
gerência
de
memória} virtual por paginação não é decidir quais páginas carregar para a memória principal, mas quais liberar.

•  _{Estes
algoritmos
têm
o
obje:vo
de
selecionar} os frames que tenham as menores chances de serem referenciados em um futuro

próximo.

•  _{Caso
contrário,
o
frame
poderia
retornar} diversas vezes para a memória principal.

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Algoritmos de Subs:tuição de

Páginas

•  _Ó:mo.

–  Seleciona para subs:tuição uma página que não será referenciada no futuro ou aquela que levará o maior intervalo de tempo para ser novamente u:lizada.

•  _Aleatório.

–  Não u:liza critério algum de seleção.

•  _{FIFO
(First-‐In-‐First-‐Out).}

–  A página que primeiro foi u:lizada será a

primeira a ser escolhida, ou seja, o algoritmo escolhe a página que está a mais tempo na

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Algoritmos de Subs:tuição de

Páginas

•  _{LFU
(Least-‐Frequently-‐Used).}

–  Seleciona a página menos referenciada, ou seja, o frame menos u:lizado.

•  _{LRU
(Least-‐Recently-‐Used).}

–  Seleciona a página que está a mais tempo sem ser referenciada.

•  _{NRU
(Not-‐Recently-‐Used).}

–  É semelhante ao LRU, porém com menor soﬁs:cação.

–  U:liza um Bit de Referência (BR) que indica se a página foi u:lizada recentemente.

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Algoritmos de Subs:tuição de

Páginas

•  _{FIFO
com
buﬀer
de
páginas.}

–  Combina uma lista de páginas alocadas (LPA) com uma lista de páginas livres (LPL).

–  LPA organiza as páginas alocadas há mais tempo no início da lista, enquanto as mais recentes

ﬁcam no ﬁnal.

–  LPL organiza todos os frames livres da memória principal, sendo que as páginas livres há mais

tempo estão no início e as mais recentes no ﬁnal. –  Sempre que um processo necessita alocar uma

nova página, o SO seleciona a primeira da LPL, colocando-‐a no ﬁnal da LPA.

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28

Algoritmos de Subs:tuição de

Páginas

•  _{FIFO
com
buﬀer
de
páginas.}

–  Caso seja necessário subs:tuição de página, é selecionado o frame a mais tempo em uso, ou seja, o primeiro da LPA.

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Algoritmos de Subs:tuição de

Páginas

•  _{FIFO
Circular.}

–  Usa como base a FIFO, porém com as páginas alocadas na memória principal estão em uma estrutura de lista circular.

–  Existe um ponteiro que guarda a posição da página mais an:ga.

–  Cada página também possui um BR.

–  Quando é necessário subs:tuir, o SO veriﬁca se o frame apontado tem o BR igual a 0, se sim, a

página é selecionada para descarte.

–  Caso o BR seja igual a 1, o bit é desligado e o ponteiro incrementado.

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30

Algoritmos de Subs:tuição de

Páginas

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Tamanho da Página

•  _{O
tamanho
da
página
está
associado
à}

arquitetura do hardware e varia de acordo com o processador.

•  _{O
tamanho
da
página
tem
impacto
direto} sobre o número de entradas na tabela de páginas e, consequentemente, no tamanho da tabela e no espaço ocupado na memória principal.

•  _{O
que
é
melhor,
páginas
grandes
ou} pequenas?

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32

Memória Virtual por Segmentação

•  _{Técnica
de
gerência
de
memória
onde
o}

espaço de endereçamento virtual é dividido em blocos de tamanhos diferentes chamados segmentos.

•  _{Um
programa
é
dividido
logicamente
em} sub-‐ro:nas e estruturas de dados, que são alocadas em segmentos na memória

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34

Memória Virtual por Segmentação

•  _{Enquanto
da
técnica
de
paginação,
o}

programa é dividido em páginas de tamanho ﬁxo, sem qualquer ligação com sua estrutura, na segmentação, existe uma relação entre a lógica do programa e sua alocação na

memória principal.

•  _{O
espaço
de
endereçamento
virtual
de
um} processo possui um número máximo de

segmentos que podem exis:r, onde cada

segmento pode variar de tamanho dentro de um limite.

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Memória Virtual por Segmentação

•  _{O
mecanismo
de} mapeamento é

semelhante do de paginação.

•  _{ETS
–
Entrada
na} Tabela de

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36

Memória Virtual por Segmentação

•  _{Vantagem:
facilidade
para
lidar
com} estruturas de dados dinâmicas. Na paginação, aumentar uma estrutura

dinâmica implica alocar novas páginas.

•  _{O
SO
mantém
uma
tabela
com
áreas
livres
e} ocupadas da memória.

•  _{Quando
um
novo
segmento
é
referenciado,
o} SO seleciona um espaço livre suﬁciente (best-‐

fit, worst-‐fir ou first-‐fit).

•  _{Enquanto
na
paginação
ocorre
fragmentação} interna, na segmentação, ocorre a externa.

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Memória Virtual por Segmentação

Caracterís@ca Paginação Segmentação

Tamanho de blocos de memória Iguais Diferentes

Proteção Complexa Mais simples

Compar:lhamento Complexo Mais simples

Estrutura de dados dinâmicas Complexo Mais simples

Fragmentação interna Pode exis:r Não existe

Fragmentação externa Não existe Pode exis:r

Programação modular Dispensável Indispensável

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Memória Virtual por Segmentação

com Paginação

•  _{Técnica
de
gerência
de
memória
na
qual
o} espaço de endereçamento é dividido em segmentos e, por sua vez, cada segmento dividido em páginas.

•  _{Tem
o
obje:vo
de
oferecer
as
vantagens} tanto da técnica de paginação quanto da técnica de segmentação.

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Memória Virtual por Segmentação

com Paginação

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