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Sistemas Operacionais. Prof. Edivaldo Serafim Curso: Tecnólogo em Análise e Desenvolvimento de Sistemas - 2013 IFSP – Campus Capivari. Gerência de recursos Memória Virtual. 08/10/2013. Introdução.

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sistemas operacionais

Sistemas Operacionais

Prof. Edivaldo Serafim

Curso: Tecnólogo em Análise e Desenvolvimento de Sistemas - 2013

IFSP – Campus Capivari

introdu o
Introdução
  • As soluções para garantir o maior número possível de processos na memória nem sempre são eficazes;
  • O tamanho dos programas é limitado pela quantidade de memória disponível;
  • Memória virtual é uma técnica que combina memória principal e memória secundária para abrigar programas maiores;
  • Programas são associados a endereços virtuais e não apenas a endereços físicos da memória.

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Sistemas OperacionaisIFSP 2013

introdu o1
Introdução
  • Memória virtual possibilita um maior número de processos compartilhando a memória virtual;
  • Possibilita diminuir a fragmentação da memória;
  • Por questões de desempenho, algumas funções da gerência de memória são implementadas em hardware;
  • O SO deve levar em conta vários elementos para implementação, como o esquema de endereçamento do processador;

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espa o de endere amento virtual
Espaço de endereçamento virtual
  • O conceito de memória virtual é parecido com um vetor:
    • Quando o programa faz referência a um elemento do vetor, não se preocupa com os endereços físicos do vetor;
    • O compilador se encarrega de gerar as instruções de forma transparente para o usuário.
  • A memória virtual é semelhante, porém com os endereços do programa.

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espa o de endere amento virtual1
Espaço de endereçamento virtual

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espa o de endere amento virtual2
Espaço de endereçamento virtual
  • Programas no ambiente de memória virtual não referenciam endereços físicos, mas sim endereços virtuais;
  • Na execução, o endereço virtual é convertido em endereço físico;
  • Esse mecanismo de conversão é denominado mapeamento.
  • Nesse contexto, o espaço de endereçamento do processo é composto pelo espaço de endereçamento virtual;

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espa o de endere amento virtual3
Espaço de endereçamento virtual

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espa o de endere amento virtual4
Espaço de endereçamento virtual
  • Como os programas fazem referência a endereços virtuais, o espaço de endereçamento virtual pode referenciar endereços fora da memória principal;
  • Quando um programa é executado, apenas parte dele fica residente na memória principal, o restante fica na memória secundária até o momento de ser referenciado;
  • Quando um programa é desenvolvido, o programador desconhece o endereçamento virtual, ficando a cargo dos compiladores e linkers defini-los, e o SO encarrega de sua correta execução.

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espa o de endere amento virtual5
Espaço de endereçamento virtual

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mapeamento
Mapeamento
  • O processador apenas executa instruções presentes em endereços reais;
  • Deve existir mecanismo de conversão de endereços virtuais para reais, chamado de mapeamento;
  • Como consequência, programas não precisam estar em endereços reais contíguos de memória principal;

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mapeamento1
Mapeamento

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mapeamento2
Mapeamento
  • Em sistemas atuais, a conversão de endereços é feita pelo hardware em conjunto com o SO;
    • Transparente ao usuário e sem comprometer o desempenho;
  • O dispositivo de hardware que converte endereços é o MMU (memory management unit);
  • O mecanismo de tradução se encarrega de manter as tabelas de mapeamento que contém endereços virtuais e endereços reais de cada processo;
  • As tabelas de mapeamento referenciam blocos de memória, e não células de memória, podendo ser:
    • Blocos fixos (paginação) ou blocos variáveis (segmentação)

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mapeamento3
Mapeamento

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mem ria virtual por pagina o1
Memória virtual por paginação
  • Nesse esquema, tanto o espaço de endereçamento real quanto o virtual são divididos em blocos fixos de mesmo tamanho, chamados páginas;
    • Páginas do espaço virtual são chamadas páginasvirtuais;
    • Páginas do espaço real são chamadas páginasreais ouframes;
  • O mapeamento ocorre através da tabela de páginas:
    • Cada processo possui a sua tabela de páginas;
    • Cada página do processo possui uma entrada na tabela (EPT);

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mem ria virtual por pagina o2
Memória virtual por paginação

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mem ria virtual por pagina o3
Memória virtual por paginação
  • Quando um processo é executado, as páginas são trazidas da memória secundária pra a memória principal, e colocada nos frames;
  • Sempre que necessário, o mecanismo de mapeamento consulta a tabela:
    • Verifica qual endereço real corresponde o endereço virtual;

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mem ria virtual por pagina o4
Memória virtual por paginação
  • O endereço virtual é composto por:
    • Número de pagina virtual (NPV):
      • Identifica a página virtual, como um índice na tabela de páginas.
    • Deslocamento:
      • Indica a posição do endereço virtual na página;
  • O endereço real é obtido com a combinação do endereço do frame, contido na tabela de páginas com o deslocamento, contido no endereço virtual.
  • A EPT possui também um bit de validade:
    • 0 a página virtual não está na memória principal;
    • 1 a página virtual está a memória principal.

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mem ria virtual por pagina o5
Memória virtual por paginação
  • Quando o programa referencia um endereço, o gerenciador de memória verifica se este está na memória principal, através do bit de validade:
    • Se não estiver na memória principal, ocorre um Page Fault;
    • O gerenciador transfere a posição da memória secundária para a memória principal, que é chamado de PageIn;
  • A quantidade de pagefaultde um programa depende de como foi escrito e do gerenciador de memória.

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mem ria virtual por pagina o6
Memória virtual por paginação

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mem ria virtual por pagina o7
Memória virtual por paginação
  • O número de Page Faultgerados por cada processo em determinado intervalo de tempo é definido como taxa de paginação;
  • Quando ocorre um pagefault, o processo passa para o estado de espera;
  • A página é buscada na memória secundária;
  • Quando a página é trazida da memória secundária para a memória principal, o processo entra na fila de processos prontos.

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pol tica de busca de p ginas
Política de busca de páginas
  • A política de busca de páginas determina quando uma página deve ser carregada na memória;
  • Basicamente existem duas políticas:
    • Busca por demanda;
    • Busca antecipada.

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busca por demanda
Busca por demanda
  • Na Busca por demanda, as páginas são carregadas apenas quando referenciadas:
    • Leva para a memória apenas páginas necessárias;
    • Partes não executadas do programa nunca são carregadas para a memória:
      • Tratamento de erros por exemplo.

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busca antecipada
Busca antecipada
  • Na Busca antecipada, são carregadas páginas necessárias ou não para a execução do programa:
    • Considerando que programas são sequenciais, pode existir economia de I/O trazendo um conjunto de páginas próximas de endereços referenciados;
    • Porém se o programa não for utilizar todas as páginas, ocorrerá desperdício de tempo com I/O desnecessário e espaço de armazenamento na memória principal.

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pol tica de aloca o de p ginas
Política de alocação de páginas
  • A política de alocação de páginas determina quantos frames cada processo pode manter na memória principal;
  • Existem duas políticas:
    • Alocação Fixa;
    • Alocação Variável;

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aloca o fixa
Alocação Fixa
  • A política de alocação fixa, cada processo tem um número máximo de frames que pode ser utilizado;
  • Caso não haja mais frames disponíveis, algum deve ser descartado para que outro seja carregado;
  • O limite de páginas reais pode ser igual para todos os processos ou definidos individualmente:
    • Igual para todos é mais justo, porém pode ocorrer desperdício;
  • O limite é determinado na criação do processo com base no contexto de software.

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aloca o fixa1
Alocação Fixa
  • A política de alocação fixa apresenta dois problemas:
    • Se a quantidade de páginas for pequena, ocorrerá excesso de I/O;
    • Se a quantidade for muito elevada, ocorrerá desperdício de memória principal, reduzindo o número de processos na memória:
      • Pode-se implementar swapping para melhorar essa situação.

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aloca o vari vel
Alocação Variável
  • A política de alocação variável, o número máximo de páginas varia em função da taxa de paginação;
  • Processos com elevada taxa podem elevar o número de frames;
  • Processos com baixa taxa podem ceder frames para outros processos;
  • Exige que o SO monitore os processos para ajustar os frames,

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pol tica de substitui o de p ginas
Política de substituição de páginas
  • Páginas reais podem dar lugar a qualquer outro processo;
  • Quando uma página real for substituída, o seu conteúdo deve ser verificado para determinar se deve ser guardado ou pode simplesmente ser excluído:
    • Trechos de códigos podem ser excluídos e carregados novamente;
    • Variáveis e estrutura de dados devem ser armazenados para uso posterior;

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pol tica de substitui o de p ginas1
Política de substituição de páginas
  • Para verificar se o dado da página real foi alterado, a tabela de páginas utiliza um bit de verificação, chamado de bit de modificação:
    • Se foi alterado, o bit é 1;
    • Se não foi alterado o bit é 0.

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thrashing
Thrashing
  • Thrashing é a excessiva troca de páginas ou segmentos entre a memória principal e a memória secundária;
  • Aumenta a taxa de I/O;
  • Reduz o desempenho do computador.

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working set
Working set
  • Visa eliminar o excesso de I/O provocado pela falta de páginas na memória (Thrashing);
  • Introduz o conceito de localidades:
    • Espacial:
      • Quando páginas próximas podem ser referenciada;
    • Temporal:
      • Páginas que são referenciadas constantemente.

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mem ria virtual por segmenta o1
Memória virtual por segmentação
  • Na Memória virtual por segmentação o espaço de endereçamento virtual é dividido em blocos de tamanhos diferentes, chamados de segmentos;
  • O compilador analisa o tipo de dado a ser gravado no segmento e então o sistema define o tamanho do segmento;
  • O espaço virtual de um processo possui limite máximo de segmentos;
  • O tamanho do segmento pode ser alterado em tempo de execução;

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mem ria virtual por segmenta o2
Memória virtual por segmentação
  • O mecanismo de mapeamento é semelhante ao de paginação, e existe uma tabela para mapear os segmentos, chamada de tabela de mapeamento de segmentos;
    • Possui o mesmo esquema de endereçamento da paginação, com índice que é o número de segmento virtual e deslocamento;

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mem ria virtual por segmenta o3
Memória virtual por segmentação
  • O sistema de segmentação leva vantagem sobre a paginação pela flexibilidade do segmento, por ser de tamanho variável;
    • Por exemplo: um vetor grande pode exigir a criação de mais páginas para o processo;
    • Já com segmentação; basta aumentar o segmento.
  • Possui desvantagem pois apenas segmentos referenciados podem estar na memória:
    • Aplicações devem ser desenvolvidas em módulos para diminuir o tamanho do segmento;

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mem ria virtual por segmenta o4
Memória virtual por segmentação
  • Segmentação utiliza a política de alocação de páginas dinâmicas;
    • Na paginação existe problema de fragmentação interna;
    • Na segmentação existe problema de fragmentação externa;
    • Deve existir mecanismos para realocar segmentos de memória;

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pagina o x segmenta o
Paginação x segmentação

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mem ria virtual por segmenta o com pagina o
Memória virtual por segmentaçãocom paginação
  • O espaço de endereçamento é dividido em segmentos e os segmentos em páginas;
  • Objetiva juntar as duas técnicas para tirar proveito de suas vantagens;

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swapping de mem ria virtual
Swapping de memória virtual
  • É possível utilizar swapping com memória virtual para aumentar o número de processos em execução;

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atividades
Atividades
  • 1 até a 8

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