Memória Virtual ARQUITETURAS DE COMPUTADORES II Prof. César Augusto M. Marcon.

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1 Memória Virtual ARQUITETURAS DE COMPUTADORES II Prof. César Augusto M. Marcon

2 2 / 18 Memória Virtual Na gerência de memória convencional páginas ou segmentos (unidades) de um programa são todos carregados para MP antes de sua execução Devido a localidade, um programa só precisa de algumas dessas unidades em um dado momento –É possível gerenciar a memória de forma que só unidades necessárias em um dado momento estejam na MP Memória física pode ser melhor aproveitada, sendo possível: –Executar um programa maior que a MP –Executar vários programas “ao mesmo tempo” que somados são maiores que a MP UCP gera endereços para espaço de endereçamento lógico maior que tamanho da MP física (daí o nome virtual)

3 3 / 18 Memória Virtual SO aplica regras –Quando processo inicia não são carregadas todas suas unidades para MP –Tabelas de conversão de endereços indicam unidades que estão na MP (bit de validade)

4 4 / 18 Memória Virtual SO aplica regras (continuação) –Quando necessário, sistema gera um page-fault e manda buscar página do disco Carregadas por demanda –O processo perde o processador –Processo só retorna para fila de pronto quando unidade estiver disponível na MP Se MP ficar cheia, novas unidades são colocadas no lugar das menos recentemente usadas (LRU) –Essa técnica tem os seguintes custos associados Miss-penalty alto pois unidades têm que ser buscadas do disco Aumenta número de trocas de contexto por causa de page-faults e de eventos a serem tratados (evento gerado quando a unidade foi trazida)

5 5 / 18 Memória Virtual - Trashing Problema que pode ocorrer na gerência de memória virtual é o Trashing –Trashing vem de trash (lixo) e indica que nada de produtivo está sendo feito –Ocorre quando sistema fica maior parte do tempo trocando páginas e processador não consegue executar nenhum processo –Ocorre quando muitos processos estão ativos e MP é proporcionalmente pequena para acomodar as unidades Assim, quando processo ganha CPU ele manda trazer suas unidades e volta a dormir, quando essas unidades são trazidas. A gerência de memória apaga unidades de outro processo por causa da falta de espaço na memória. Quando for a vez desse outro, suas páginas já não estão mais na memória, e assim por diante... –Acima de um certo número de processos ativos o desempenho da máquina começa a diminuir –Este número é bastante dinâmico e depende: Da arquitetura da máquina Do tamanho da MP Do número de processos ativos Do tipo de processos que estão ativos (io-bound, cpu-bound)

6 6 / 18 Memória Virtual - Trashing A taxa de utilização do processador cai exponencialmente, quando o mesmo está em trashing, assim como ilustrado abaixo

7 7 / 18 Acesso Completo a Endereços MEMÓRIA CACHE TLB HIT TLB MISS CACHE HIT Envia dado para a CPU CACHE MISS MEMÓRIA PRINCIPAL PAGE HIT Disco PAGE FAULT TABELA DE PÁGINAS TLB ENDEREÇO LÓGICO CPU HIT MISS

8 8 / 18 1.(POSCOMP 2004 - 32) Considere as seguintes afirmativas: I.Uma modificação em uma CPU fez o cycle time e o CPI aumentarem de 10% enquanto o número de instruções executadas para uma dada aplicação decresceu de 20%. Podemos concluir que o tempo de execução desta aplicação será mantido. II.Um page fault ocorre quando a entrada correspondente à página requerida não é encontrada no translation lookside buffer. III.Para armazenar uma mesma quantidade de dados, uma cache direct mapped é tipicamente menor que uma cache set associative, assumindo blocos de mesmo tamanho. IV.Aumentando–se o tamanho do bloco de uma cache aumentam–se as vantagens obtidas com a localidade espacial. V.Memória virtual tipicamente usa a estratégia write–through ao invés de estratégia write–back. Quais são as alternativas verdadeiras? a)Somente as afirmativas I, II, III e IV são verdadeiras. b)Somente as afirmativas I, III e IV são verdadeiras. c)Somente as afirmativas II, III e IV são verdadeiras. d)Somente as afirmativas III e IV são verdadeiras. e)Todas as afirmativas são verdadeiras. Exercícios

9 9 / 18 1.(POSCOMP 2004 - 32) Considere as seguintes afirmativas: I.Uma modificação em uma CPU fez o cycle time e o CPI aumentarem de 10% enquanto o número de instruções executadas para uma dada aplicação decresceu de 20%. Podemos concluir que o tempo de execução desta aplicação será mantido. II.Um page fault ocorre quando a entrada correspondente à página requerida não é encontrada no translation lookside buffer. III.Para armazenar uma mesma quantidade de dados, uma cache direct mapped é tipicamente menor que uma cache set associative, assumindo blocos de mesmo tamanho. IV.Aumentando–se o tamanho do bloco de uma cache aumentam–se as vantagens obtidas com a localidade espacial. V.Memória virtual tipicamente usa a estratégia write–through ao invés de estratégia write–back. Quais são as alternativas verdadeiras? a)Somente as afirmativas I, II, III e IV são verdadeiras. b)Somente as afirmativas I, III e IV são verdadeiras. c)Somente as afirmativas II, III e IV são verdadeiras. d)Somente as afirmativas III e IV são verdadeiras. e)Todas as afirmativas são verdadeiras. Resposta de Exercícios

10 10 / 18 2.(ENADE 2005 - questão 22) Com relação ao gerenciamento de memória com paginação em sistemas operacionais, assinale a opção correta. A.As páginas utilizadas por um processo, sejam de código ou de dados, devem ser obrigatoriamente armazenadas na partição de swap do disco, quando o processo não estiver sendo executado B.Todas as páginas de um processo em execução devem ser mantidas na memória física enquanto o processo não tiver terminado C.Um processo somente pode ser iniciado se o sistema operacional conseguir alocar um bloco contíguo de páginas do tamanho da memória necessária para execução do processo D.O espaço de endereçamento virtual disponível para os processos pode ser maior que a memória física disponível E.Um processo somente pode ser iniciado se o sistema operacional conseguir alocar todas as páginas de código desse processo Exercícios

11 11 / 18 2.(ENADE 2005 - questão 22) Com relação ao gerenciamento de memória com paginação em sistemas operacionais, assinale a opção correta. A.As páginas utilizadas por um processo, sejam de código ou de dados, devem ser obrigatoriamente armazenadas na partição de swap do disco, quando o processo não estiver sendo executado B.Todas as páginas de um processo em execução devem ser mantidas na memória física enquanto o processo não tiver terminado C.Um processo somente pode ser iniciado se o sistema operacional conseguir alocar um bloco contíguo de páginas do tamanho da memória necessária para execução do processo D.O espaço de endereçamento virtual disponível para os processos pode ser maior que a memória física disponível E.Um processo somente pode ser iniciado se o sistema operacional conseguir alocar todas as páginas de código desse processo Resposta de Exercícios

12 12 / 18 3.Porque utilizar sistemas de memória virtual? 4.Diga quando pode ocorrer page-fault 5.Quais são as técnicas de escrita em memória virtual? Compare vantagens e desvantagens de cada uma 6.O mapeamento em sistemas de memória virtual é indexado ou associativo? Por quê? 7.(ENADE 2010 - questão 36) Técnicas eficientes para o uso de memória, como memória virtual e caching, podem ser utilizadas, por quê? a) aumentou o espaço de armazenamento em RAM b) memórias dinâmicas são mais rápidas que memórias estáticas c) aumentou a velocidade de acesso para a memória RAM d) o princípio da localidade pode ser aplicado e) o thrashing não pode ocorrer em memórias modernas Exercícios

13 13 / 18 3.Porque utilizar sistemas de memória virtual? 4.Diga quando pode ocorrer page-fault 5.Quais são as técnicas de escrita em memória virtual? Compare vantagens e desvantagens de cada uma 6.O mapeamento em sistemas de memória virtual é indexado ou associativo? Por quê? 7.(ENADE 2010 - questão 36) Técnicas eficientes para o uso de memória, como memória virtual e caching, podem ser utilizadas, por quê? a) aumentou o espaço de armazenamento em RAM b) memórias dinâmicas são mais rápidas que memórias estáticas c) aumentou a velocidade de acesso para a memória RAM d) o princípio da localidade pode ser aplicado e) o thrashing não pode ocorrer em memórias modernas Resposta de Exercícios

14 14 / 18 8.(POSCOMP 2009 questão 26) Considere uma arquitetura de memória com as seguintes características: –Memória logicamente particionada em segmentos paginados. –Endereços virtuais de 32 bits: 8 para segmentos 11 para páginas O restante para o endereçamento na página Endereços físicos de 20 bits e páginas de 8KB; Caso o particionamento lógico fosse o de paginação pura, a relação entre o número de páginas virtuais e o número de frames seria equivalente a: A)8192 B)4096 C)1024 D)128 E)32 Exercícios

15 15 / 18 8.(POSCOMP 2009 questão 26) Considere uma arquitetura de memória com as seguintes características: –Memória logicamente particionada em segmentos paginados. –Endereços virtuais de 32 bits: 8 para segmentos 11 para páginas O restante para o endereçamento na página Endereços físicos de 20 bits e páginas de 8KB; Caso o particionamento lógico fosse o de paginação pura, a relação entre o número de páginas virtuais e o número de frames seria equivalente a: A)8192 B)4096 C)1024 D)128 E)32 Resposta de Exercícios

16 16 / 18 9.(POSCOMP 2012 questão 47) O fenômeno de thrashing de um sistema é caracterizado por: a) Excesso de processos executando no sistema. b) Impossibilidade de uso de memória virtual. c) Execução excessiva de coleta de lixo (garbage collection) na memória. d) Falhas eventuais no atendimento ao princípio da localidade na memória. e) Uso de algoritmos de paginação que causem a anomalia de Belady. Exercícios

17 17 / 18 9.(POSCOMP 2012 questão 47) O fenômeno de thrashing de um sistema é caracterizado por: a) Excesso de processos executando no sistema. b) Impossibilidade de uso de memória virtual. c) Execução excessiva de coleta de lixo (garbage collection) na memória. d) Falhas eventuais no atendimento ao princípio da localidade na memória. e) Uso de algoritmos de paginação que causem a anomalia de Belady. Resposta de Exercícios

18 18 / 18 10.(POSCOMP 2012 questão 49) O gerenciamento de memória virtual (MV) pressupõe a existência de tabelas de páginas e mecanismos para ranqueamento de páginas, além da existência do princípio da localidade. Considerando que o algoritmo de MV, utilizado em um dado sistema, permite que as páginas envolvidas na operação de swapping sejam de conjuntos residentes diferentes, assinale a alternativa que apresenta o impacto disso sobre os processos em execução a) Deve piorar a taxa de faltas de páginas por não respeitar o princípio da localidade b) Pode criar a ocorrência de deadlocks entre os processos que usam os conjuntos residentes envolvidos c) deve melhorar a taxa de faltas de páginas por ajustar o tamanho dos vários conjuntos residentes d) Não altera a taxa de faltas de páginas pois essas não dependem dos conjuntos residentes e) Força o bloqueio desnecessário de um processo que não teve falta de página enquanto o swapping estava sendo realizado Exercícios

19 19 / 18 10.(POSCOMP 2012 questão 49) O gerenciamento de memória virtual (MV) pressupõe a existência de tabelas de páginas e mecanismos para ranqueamento de páginas, além da existência do princípio da localidade. Considerando que o algoritmo de MV, utilizado em um dado sistema, permite que as páginas envolvidas na operação de swapping sejam de conjuntos residentes diferentes, assinale a alternativa que apresenta o impacto disso sobre os processos em execução a) Deve piorar a taxa de faltas de páginas por não respeitar o princípio da localidade b) Pode criar a ocorrência de deadlocks entre os processos que usam os conjuntos residentes envolvidos c) Deve melhorar a taxa de faltas de páginas por ajustar o tamanho dos vários conjuntos residentes d) Não altera a taxa de faltas de páginas pois essas não dependem dos conjuntos residentes e) Força o bloqueio desnecessário de um processo que não teve falta de página enquanto o swapping estava sendo realizado Resposta de Exercícios

20 20 / 18 11.(POSCOMP 2013, Questão 46) Apesar de a alocação de memória em blocos implicar em um mecanismo mais complexo para a conversão entre endereços virtuais e endereços físicos, é a partir do seu conceito que o gerenciamento de memória evoluiu para o que se tem hoje, com o uso de memória cache e memória virtual. Com base nessas informações, considere as afirmativas a seguir I. O endereçamento é facilitado por hardware especializado. II. O uso de páginas de tamanho igual a potência de 2 permite um melhor gerenciamento. III. O uso de memória cache elimina a necessidade de endereçamento, pois trata as informações como linhas de cache. IV. Endereços virtuais não são necessários se não se usar memória virtual. Assinale a alternativa correta. a) Somente as afirmativas I e II são corretas. b) Somente as afirmativas I e IV são corretas. c) Somente as afirmativas III e IV são corretas. d) Somente as afirmativas I, II e III são corretas. e) Somente as afirmativas II, III e IV são corretas. Exercícios

21 21 / 18 11.(POSCOMP 2013, Questão 46) Apesar de a alocação de memória em blocos implicar em um mecanismo mais complexo para a conversão entre endereços virtuais e endereços físicos, é a partir do seu conceito que o gerenciamento de memória evoluiu para o que se tem hoje, com o uso de memória cache e memória virtual. Com base nessas informações, considere as afirmativas a seguir I. O endereçamento é facilitado por hardware especializado. II. O uso de páginas de tamanho igual a potência de 2 permite um melhor gerenciamento. III. O uso de memória cache elimina a necessidade de endereçamento, pois trata as informações como linhas de cache. IV. Endereços virtuais não são necessários se não se usar memória virtual. Assinale a alternativa correta. a) Somente as afirmativas I e II são corretas. b) Somente as afirmativas I e IV são corretas. c) Somente as afirmativas III e IV são corretas. d) Somente as afirmativas I, II e III são corretas. e) Somente as afirmativas II, III e IV são corretas. Resposta de Exercícios