GESTIÓN DE MEMORIA PRINCIPAL

INTRODUCCIÓN

La Memoria Principal es un recurso muy importante que se ha de gestionar, porque se ha de disponer de velocidad.

Hay dos tipos de tiempos cuando hablamos de memoria:

Tiempo de acceso Tiempo de finalización de una petición menos el tiempo de inicio de la petición

Tiempo de ciclo de la memoria Desde que finaliza una petición hasta que se inicia la siguiente petición. Este se ve detenidamente por el Hardware.

DIRECCIONAMIENTO

Cuando escribimos un programa no indicamos el direccionamiento (donde guardamos el programa). Este se define solamente cuando comenzamos a escribir (donde pone la primera sentencia del programa). La primera línea de código marcará el momento de compilar la dirección de memora 0 relativa. De esta manera los programas son portables por diferentes sistemas y máquinas, separando la carga del programa en memoria de su ejecución

La primera sentencia sería la 0 relativo, seguidas de la 1 relativo,...

Cuando se coge la primera línea del programa para compilar y se pone la primera línea con 0 negativo. Y así el programa será + fácil para ejecutarse.

GESTION DE LA MEMORIA

Monoprogramación.

Con la llegada de la monoprogramación y de los sistemas operativos se hace necesario gestionar la memoria de manera que los programas que se querían cargar a la memora no pisen (borren,...) la memoria reservada al sistema operativo. Cuando se terminaba un proceso comienza el siguiente.

Programa en C Compilación Programa ejecutable

No hay nada que gestionar, solamente no preocupamos en coger el programa y ejecutarla.

P

Solamente nos tendríamos que preocupar cuando surgieron y esto se hacía mediante un registro frontera, que limitaba la memoria utilizable, para que no coja la memoria del SO.

SO

P

ERROR

Cuando yo hago un programa y al compilarlo se transforma en direcciones relativas.

¿Cómo se transforma la dirección relativa en absoluta?

Hay dos maneras de proceder:

Asignación de Memoria de forma Estática: no permiten que los procesos sean reutilizables, ya que en el momento que das la orden de ejecutar se carga el programa en memoria para su ejecución transforma todas las memorias relativas en absolutas.

Asignación de Memoria de forma Dinámica: cuando el programa se va ejecutando las direcciones relativas se pasan a absolutas tal como las líneas de código se ejecutan. (Instrucción por instrucción).

Multiprogramación.

¿Cómo protegemos la memoria?

- Con asignación de direccionamiento (@x) de memoria estática: Antes mirábamos nada más límites inferiores y superiores de los registros fronteras. Pero con la Multiprogramación con más de un proceso ejecutándose a la vez necesitamos guardar los registros fronteras de cada proceso en su PCB, para poder organizar de manera eficiente su ejecución.

ERROR: Cuando hay varios procesos:

Lim. Inferior

SO

P1

P2

La dirección es absoluta.

- Con asignación de direccionamiento (@x) de memoria dinámica: El proceso tiene su rango de memoria definido (registro límite), la CPU habrá de asignar una dirección relativa menor a este rango y después sumar a esta dirección el registro base (donde comienza el proceso) para obtener la dirección absoluta.

ERROR: Dando una dirección que da el procesador serán las direcciones relativas se compara con el registro límite tiene que tener un límite (el tamaño del programa). Si es menor se le suma el Registro Base.

En donde se guarda el proceso (donde comienza)

Tamaño del proceso

SO

1000 P1 56K

57... P2 28K

85... P3 32K

Compara que la dirección relativa sea menor.

Donde empieza MP Cuanto ocupa

SO

1000 P1 5000

4999 P2 28K

85... P3 32K

Si es menor se le suma el registro base si no, no se podrá grabar.

Esta es más fácil de mantener, porque solamente guardas en trozos de memoria que lo da el programa.

De esta manera podemos independizar la compilación

Formas de gestionar la memoria por ubicar varios procesos den la memoria Principal.

Particiones continuas de tamaño fijo

Consiste en coger la MP y dividirla en trozos de tamaño fijos que quedan definidas en el momento que se carga el sistema operativo hasta que lo cambies hay que reiniciar el sistema para que sepa que lo has cambiado. No hace falta que sean del mismo tamaño. En cada partición se ubicará un proceso.

Se piensa en hacer colas de procesos relativas al tamaño de los procesos de la cola (p. ej. cola de procesos de 128K).

P1 100K

128K28K

P2 70K 128K

58K

128K

256K

Para eso hace falta que se creen colas para los procesos, para que entren en la partición:

128K

Pero este sistema hace que se malgaste memoria principal, pero de dos formas:

Fragmentación Interna : Malgasta memoria principal. El espacio que se pierde en la partición da que el programa no llega a aprovechar el espacio de la partición.

Fragmentación Externa : Se produce cuando hay suficiente espacio libre pero no podemos asignar memoria a un proceso en espera porque las particiones vacías son muy pequeñas y las adecuadas no están vacías (en las particiones que los puedes juntar y tendrías espacios suficientes para ubicar otros procesos, pero que sin juntar estos espacios, no puedes insertar).

P1 100K

128K28K

P2 70K 128K

58K

128K

P4 200K256K

56K

Hay varios tipos de colas: FIFO, Best-Fit,...

Particiones continuas de tamaño variable

La memoria se crea las particiones que necesita el proceso. Se crean según el tamaño de los procesos que se ubicarán. Para evitar la fragmentación exterior, en este caso se hará servir la compactación para recorrer los datos, pero esto tiene un elevado coste de T.

P1 100K

P2 70K

P3 200K

P4 100K

64K

Se está ejecutando el P1. Cuando se ejecuta un proceso está en memoria pero cuando termina de ejecutarse de la memoria.

P2 70K

P3 200K

P4 100K

64K

100K

Características:

compactación

RL registre limite + RB registro base + direcciones relativas @ rel + asignación dinámica procesos relativas

Los procesos han de ser reublicables porque hay esta compactación, hay que trabajar con asignación dinámica y no estática.

Paginación

Amb la paginació s'aconsegueix poder ubicar el procés en mem. tan

sols tenint espai suficient. S'agafa la mem.

Otra forma de gestionar la memoria posterior a las Particiones contiguas de tamaño variable.

Es una técnica que intenta disminuir los espacios vacíos.

Es 1 técnica q palia el inconveniente q había hasta ahora. Este inconveniente se encuentra en memoria un espacio grande para poder ubicar todo el proceso de forma contigua.

Permite ubicar un proceso en memoria teniendo espacio disponible, para estar separado.

Para poder llevar a cabo necesitamos una Tabla de Páginas. Aquí viene indexada, en donde está ubicada la primera posición (donde se guarda el inicio del flame).

(Memoria Lógica)

Procès A

Tabla de Paginación Proceso A

(Memoria Real)

P0 2K @ F5 F0 (A) P3 2K

P1 2K @ F3 F1 (B) P0 2K

P2 2K @ F7 F2 (B) P1 2K

P3 2K @ F0 F3 (A) P1 2K

Tabla de Pag Proceso B

F4

Proceso B F5(A) P0

P0 @ F1 F6 (B) P2

P1 @ F2 F7 (A) P2

P2 @ F3 F8

P3 F9

En la tabla, un array, se encuentran les direcciones de memoria de los frames correspondientes a cada una de les páginas de los procesos: (1,2,3,...) ---> (frame3,frame1,frame5,...). Por ejemplo: la página 1 del proceso está contenido al frame 3 de memoria. El único problema de la paginación es que se puede producir fragmentación interna cuando por ejemplo tenemos un proceso de 7 kb, y los frames son de 2kb, de manera que la última página dejará 1kb libre dentro del último frame. Cada PCB guardará donde se encuentra la tabla (dirección en donde comienza).

¿Cuántos procesos tendremos? n

¿Cuántas direcciones relativas tendremos en los procesos? n

Cada PCB de cada proceso guardará los registros fronteras el de línea y el da la página a más de estar registrados las tablas de paginación de los procesos.

Necesitamos tantas tablas de página como procesos que tiene.

Pero hay una fragmentación interna porque hay procesos q no son iguales a los “marcs” y hay espacio q se desaprovecha. Podemos dividir mucho + los frames para aprovechar espacio perdido en memoria pero lo que haría es aumentar la Tabla de Páginas.

Va mejor q el otro proceso, porque lo separamos en frames.

En el proceso pasa a ser una dirección relativa a una dirección absoluta, para que se pueda acceder a la Memoria Principal.

Esquema del funcionamiento de la paginación (incluyendo la protección de la memoria)

ERROR

Esta forma de trabajar es dinámica.

El procesador, al compilar, emite una dirección de memoria que esta dirección es relativa, por cada línea de programa. El proceso no se entera de nada. Por ejemplo de 0 a (8*1024-1) si el programa es de 8kb entonces queremos acceder a una variable donde el procesador genera una dirección relativa. Tiene que estar dentro del ámbito del proceso si intenta estar fuera genera un error sino seguimos teniendo una dirección relativa que se sabe que ya está bien (*@rel) e intercepta la dirección relativa. Dentro del rango de direcciones relativas que sería de 0 a (8*1024-1), tendremos que saber si esta dirección relativa es correcta, si este es el caso, hemos de saber el índice que apuntara a la tabla de direcciones del frame. Hay que poder transformar la dirección relativa y la subdivide en dos ámbitos la página en la que se quiere acceder(p) y el desplazamiento(d)

p: @rel división entera Tamaño de página

@rel

d: @rel el módulo o resto del tamaño de página.

Con la división entera entre el rango de memoria relativa y el tamaño del número de páginas el mod. (resto) de la misma operación accede a la tabla de páginas(T.P) a la página que había obtenido y accede a esa posición y accede a la @ del frame (f) suma el desplazamiento(d) y se obtiene la dirección absoluta para acceder a la Memoria Principal(M.P).

Una vez que sepamos la dirección del frame, hemos de saber en qué parte de este se encuentra los datos, entonces sumamos el desplazamiento a la dirección del frame y así obtenemos la dirección absoluta.

Pero es muy lenta porque hay que recorrer varias tablas porque hay múltiples visitas a la memoria,(para evitar que pase por la tabla de PCB que se accede una vez por ejecucion y no cada vez por peticion) se puede evitar cuando se carga el proceso en memoria se accede a un registro base en donde esté la dirección de la tabla de páginas del proceso en ejecución, de esta manera hacemos servir la memoria cache para guardar las entradas a páginas de cada proceso de manera que estos accesos serán mucho más rápidos y el sistema también es mucho más rápido porque se ahorra muchos accesos. Se le suma de la p(Tamaño Página) y se consigue la dirección del Frame.

En sistemas pequeños nos conviene tener tablas de páginas en RAM, se guardan en registros (registros associativos).

Per 1 parte se coge la Memoria Principal la Memorial Real en trozos de la misma medida, llamados marcs o frames o “armazones”

Se coge el proceso o Memoria Lógica y se divide en trozos de la misma medida que los frames o marcs a todos ellos, se llama páginas.

T.P Tabla de páginas

M.P Memoria Principal

SCB PCB PCB PCB ...

Soluciones propuestas para aumentar el rendimiento:

Si tenemos un registro en el procesador que nos guardar la tabla de procesos se dedicará un registro (Registro Base) donde se guarda

En el momento que se cargue el proceso se guardará la tabla de direcciones del microprocesador y guardar la información en la PCB anterior para acceder directamente la tabla de registro de páginas. (nos guarda la dirección de la tabla de páginas del proceso activo)

En vez de q la tabla de páginas, solamente conservaremos las direcciones de las páginas que se utilizan con más frecuencias de las tablas de páginas (en memoria caché) y así se carga mucho más rápido.

PA P0 @f

PB P2 @f

Proceso Pag @F

P1 P3 @F0

P2 P2 @F1

Cuando se llene la tabla sustituirá los que son menos visitados por otros. También se puede hacer en vez con los más visitados por los últimos accedidos.

En sistemas pequeños y los procesos pequeños en vez de tener la tablas de páginas en memoria principal se guardan en registros y estos registros se llaman registros asociativos.

Paginación Compartida

La paginación es un sistema q nos permite compartir información entre diferentes procesos con la utilización de unos bits adicionales que se añaden a las entradas de las tablas de página. Se necesitarán, bits de protección que indiquen el tipos de acceso, que se puede realizar sobre una página y bits de validez que indicarán si el contenido de la página ha estado modificado o no.

Tabla de Paginación Proceso 1

Tabla de Paginación Proceso A

@F0 @ F0

Editor@F2 @ F2

@F3 @ F4NOM + PUS2

@F5 @ F6

(Memoria Real)

F0 (A) P0

F1

F2 P1

F3 (PO1) P2

F4 (PO2) P2

F5 (A) P2

F6

F7

Segmentación

La paginación parte sin mirar nada, corta por tamaño no mira si corta un bucle, puede producir fragmentación interna en la última página del proceso. Para evitarlo aparece la segmentación que divide el proceso de una forma lógica y racional.(no por donde toca, por medidas).

Un programa está formado por varios ficheros o segmentos, por partes lógicas:

Programa Principal, funciones, Tratamientos de error, de ficheros, tiene áreas para destinada para guardar la pila de invocación de procedimientos, las variables locales, las variables globales.

Tabla de segmentos

Indice(nº segmentos) @base Limite

0 PP 0 1000 2000

1 F1 1 4000 1000

2 F2 2 5000 2000

3 Fen 3 9000 1000

4 VG 4 12000 3000

5 VL 5 15000 3000

6 PI 6 18000 2000

@Basedonde empieza.

Limite lo que ocupa

(Memoria Real)

1000 PP

3000

4000 F1

5000

5000 F2

7000

9000 Fen

10000

12000 VG

15000

15000 VL

18000

18000 PI

20000

ERROR ERROR

RBTS Registro del Procesador que guarda en donde comienza la tabla del Segmento del proceso en ejecución

RLTS Registro del Procesador que guarda cuantos segmentos tiene el proceso en ejecución.

Cada vez que se cambia de proceso se anota en el PCB.

Con todo esto puede acceder a la tabla de segmentos en donde quiere acceder a la tabla de segmentos del proceso con el limite puede marcar el mínimo si d es mayor que el limite hay un error si es menor se le suma la base y da la dirección real para acceder a la Memoria Principal.

Al igual al sistema anterior se pueden compartir segmentos haciendo usos de los bits de protección y los bits de validez en la tabla de segmentos aprovechar

También se puede mejorar el rendimiento de la segmentación validar haciendo uso de la Memoria cache para almacenar las entradas de los segmentos más utilizados.

También como en sistema anterior en sistemas pequeños se puede utilizar los Registros Asociativos.

Sistemas combinados

· Segmentación - Paginada:

Es un sistema que se aplica en una máquina

Ej:

(GE 685 MULTICS)

ERROR

ERROR Flames

(RLTS)Registro Límite Tabla del Segmento Cuantos segmentos tiene el proceso.

(RBTS)Registro Base Tabla de Segmentación guarda en donde comienza la tabla del Segmento del proceso en ejecución.

P= (desplazamiento respecto al segmento. =d- DIV Tamaño Pagina

d'= (desplazamiento respecto a la página) =d MOD Tamaño Pagina

· Paginación - Segmentada:

Ej:

(IBM 370)

Memoria Virtual

Esquema:

· Hasta ahora: todo el proceso ha de estar en MP Todos los sistemas anteriores tenían que estar en memoria de forma completa (los procesos habían de estar en memoria

· Inconveniente: hay partes del proceso que no se ejecutarán nunca.

En la Memoria Virtual nada más se ubicará en la Memoria Principal las “partes” que se necesiten.

Partes:

Paginación

Segmentación

Sistemas combinados

Paginación Segmentada

Segmentación Paginada

· Ventajas:

El rendimiento de la Multiprogramación.

El tiempo de carga de un proceso en Memoria Principal es menor.

PA 100K t

PA 75K x x <= t pero nunca t > x

ML > MR (La Memoria Lógica tiene que ser mayor que la Memoria Real)

PA 100K

PB 100K

PC 100K

ML 300K = 300 MR

(ocupa el proceso)

(lo q necesito para ejecutarlo)

PA 100K 50K

150K 300K

PB 100K 50K

PC 100K 50K

PD 100K 50K 150K

PE 100K 50K

PF 100K 50K

ML=600K > MR = 300K

Algoritmos de reemplazamiento

Características importantes de la Memoria Virtual:

Carga Cuando en un proceso se carga un proceso que se utilice.

Como se sabe que parte se ha de cargar: mediante la ejecución se generará una dirección y nos dará una petición de una dirección de memoria.

Puede ser de dos maneras:

· Carga por petición: A medida que se hace se mira si existe esa parte en memoria

· Carga por Anticipación: Adivina lo que necesita. Nunca se lleva a término, porque el sistema operativo no puede adivinar lo que tiene que ejecutar, puede cargar un proceso que al final no se ejecutará.

Colocación

Si el sistema está trabajando en paginación y me pidan una página y no está colocada en memoria, en donde se colocará, ¿En qué frame de memoria? En el primero que esté libre (Todos los frames son de igual medida).

Si fuese segmentación ¿Dónde se puede colocará? Buscar en memoria un frame en que se tenga mayor e igual tamaño para que haya menor fragmentación.

Sustitución Cuando no se tiene espacio en la Memoria para cargar un programa y para ello se ha de sustituir.

Para saber que segmento o página ha de ser sustituida (cambiada), se ha de utilizar

FIFO Primer proceso en entrar primero en salir

LRU Least Recently Used El menos recientemente usado, para este se utilizan diferentes técnicas:

Contadores de Hardware: utilizaremos un registro del procesador se irá contando cada vez que se hace una petición de página. Dentro de las tablas de página se ha de añadir un campo en el que sea un contador.

T.P T.S. Contador

P3 @F5 4

P5 @F9 3

Matrices de bits: Se necesita una matriz cuadrada de n bits en donde n es el número de frames que tiene la memoria.

Se coge la petición de la página se pone a 1 las filas y la misma columna a 0. Y así con todas.

0 0 1 2 3 4

0 0

1 0

2 1 1 0 1 1

3 0

4 0

Se haría por el sistema binario el que tenga el valor binario más bajo es la candidata a borrarse de la memoria.

Por Pila: Se haría ordenando los procesos cuando se van utilizando

P1

P3

P2

P1

LFN(Least Frequently Used) El menos frecuentemente usado. Cada cierto tiempo pone el contador a 0 y se irán borrando cuando a la siguiente vez que el contador se ponga a 0 tenga algún proceso a 0 quiere decir que se utiliza menos.