SISTEMAS OPERACIONAIS MEMÓRIA VIRTUAL

INTRODUÇÃO Memória Virtual é um técnica sofisticada e poderosa de gerenciamento de memória, onde a MP e a MS são combinadas, dando a ilusão de uma memória muito maior.

INTRODUÇÃO Fundamenta-se em não vincular o endereçamento feito pelo programa dos endereços físicos da MP Os programas e suas estruturas de dados podem possuir endereços associados à MS Permitir o maior número de processos compartilhando a MP, já que apenas partes dos processos estarão residentes.

INTRODUÇÃO Presente na maioria dos computadores modernos. É comum que algumas funções da gerência da memória virtual seja implementada diretamente no hardware (desempenho).

ESPAÇO DE ENDEREÇAMENTO VIRTUAL O funcionamento da MV é parecido com a idéia de um vetor: –quando se faz referencia a um elemento de um vetor, não há preocupação em saber a posição de memória daquele dado

ESPAÇO DE ENDEREÇAMENTO VIRTUAL Um programa faz referencia ao endereço virtual. No momento da execução de uma instrução, o endereço virtual referenciado é traduzido para um endereço físico.

ESPAÇO DE ENDEREÇAMENTO VIRTUAL O mecanismo que realiza a tradução entre o end. Virtual e o end. Físico é chamado de Mapeamento O espaço de endereçamento dos processos é conhecido como espaço de endereçamento Virtual e representa o conjunto de end. Virtuais que o processo pode endereçar

ESPAÇO DE ENDEREÇAMENTO VIRTUAL Como não há relação direta entre o esp. de end. Virtual e esp. de end. Real, um programa pode fazer referencia a endereços virtuais que estejam fora dos limites da MP, ou seja, não estão limitados ao tamanho físico da MP

ESPAÇO DE ENDEREÇAMENTO VIRTUAL Para que isso seja possível, o SO utiliza a MS serve como extensão da MP. Quando um programa é referenciado, apenas uma parte do seu código fica residente na memória principal, o restante fica na MS até o momento de ser referenciada

ESPAÇO DE ENDEREÇAMENTO VIRTUAL

MAPEAMENTO Mecanismo que traduza os E.V. em E.R. Como conseqüência disso, um programa não precisa estar em endereços contíguos na MP

MAPEAMENTO

Em alguns SO a tarefa de mapeamento é realizada pelo hardware e o SO de forma transparente ao usuário. O dispositivo de hardware responsável pelo mapeamento é conhecido como Unidade de Gerência de Memória (MMU)

MAPEAMENTO Cada processo tem seu espaço de endereçamento virtual; O mecanismo de tradução se encarrega em manter tabelas de mapeamento exclusivas para cada processo; Cada processo tem sua própria tabela e durante a mudança de contexto elas são atualizadas num registrador

MEMÓRIA VIRTUAL POR PAGINAÇÃO Técnica de gerencia de memória onde o espaço de endereçamento virtual e o espaço de endereçamento real são divididos em blocos do mesmo tamanho (páginas) –Páginas virtuais: paginas no espaço de endereçamento virtual. –Páginas reais ou Frames: páginas no espaço de endereçamento real.

MEMÓRIA VIRTUAL POR PAGINAÇÃO O mapeamento é realizado através de tabelas de páginas: –Cada processo possui sua própria tabela de páginas –Cada página do processo possui uma entrada na tabela de páginas (ETP) –O mapeamento localiza a página real correspondente

MEMÓRIA VIRTUAL POR PAGINAÇÃO Funcionamento: –Componentes Memória Virtual dividida em páginas virtuais; Tabela de páginas (exclusiva de cada processo); Memória Principal dividida em páginas reais ou frames; Memória secundária. –Funcionamento Ao referenciar um endereço virtual é localizada a ETP A ETP identifica o local onde a referencia está armazenada –Se estiver na MP, o endereço do frame é identificado –Se estiver na MS, o endereço é identificado e o dado carregado para um frame

MEMÓRIA VIRTUAL POR PAGINAÇÃO

O endereço virtual é formado pelo número da página virtual (NPV) e por um deslocamento. –O NPV identifica a página virtual e serve como ETP; –O deslocamento indica a posição do endereço virtual em relação ao inicio da página na qual se encontra.

MEMÓRIA VIRTUAL POR PAGINAÇÃO O endereço físico real é obtido combinando-se o endereço do frame, localizado na tabela de páginas, com o deslocamento, contido no endereço virtual

MEMÓRIA VIRTUAL POR PAGINAÇÃO Outras informações importantes contida na ETP são: –Endereço do Frame: localiza a posição do frame; –Bit de validade: indica se uma página está ou não na MP (0- não está na MP, 1-está na MP)

MEMÓRIA VIRTUAL POR PAGINAÇÃO Quando um processo referencia um endereço virtual, a Unidade de Gerência de Memória (MMU) verifica, através do bit de validade, se a página que contém o endereço está ou não na MP Se não estiver, dizemos que ocorreu um page fault

MEMÓRIA VIRTUAL POR PAGINAÇÃO Neste caso o SO transfere a página da MS para a MP (paginação) O número de page faults gerado por um processo é definido como taxa de paginação Se a taxa de paginação for muito alta, o sistema perde desempenho

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MEMÓRIA VIRTUAL POR PAGINAÇÃO Quando ocorre um page fault, o processo passa para o estado de bloqueado, até que a pagina seja transferida para a MP. Após a transferência, o processo é colocado na fila de pronto e aguarda sua vez para continuar a execução

MEMÓRIA VIRTUAL POR PAGINAÇÃO O mecanismo de Memória Virtual por Paginação utiliza 3 políticas para tratar com as páginas: –Política de busca; –Política de alocação; –Política de substituição.

POLÍTICA DE BUSCA DE PÁGINAS A política de busca de páginas determina quando uma página deve ser carregada para a MP. A busca pode ocorrer de 2 formas: –Paginação por demanda –Paginação antecipada

POLÍTICA DE BUSCA DE PÁGINAS Paginação por demanda –As páginas são transferidas da MS para a MP apenas quando referenciadas Paginação antecipada –O sistema carrega além da página referenciada, outras páginas que podem ser necessárias ao processo ao longo de sua execução

POLÍTICAS DE ALOCAÇÃO DE PÁGINAS Essa política determina quantos frames cada processo pode manter na MP. Existem 2 alternativas: –Alocação fixa –Alocação variável

POLÍTICAS DE ALOCAÇÃO DE PÁGINAS Alocação fixa –Cada processo tem um número máximo de frames que podem ser utilizados durante a execução de um programa. –Caso o número de páginas reais seja insuficiente, uma página do processo deve ser descartada para que uma nova seja carregada.

POLÍTICAS DE ALOCAÇÃO DE PÁGINAS –O limite de páginas pode ser igual para todos os processos, ou definido no momento da criação dos processos, com base no tipo de operação que será executada. –Essas informações ficam contidas no Contexto de Software

POLÍTICAS DE ALOCAÇÃO DE PÁGINAS –Problemas da alocação fixa Número de páginas alocadas for pequeno pode gerar elevado número de page fults Número de páginas for grande teremos o problema da fragmentação

POLÍTICAS DE ALOCAÇÃO DE PÁGINAS Alocação variável –O número de páginas alocadas para os processos pode variar durante a execução em função da taxa de paginação; –Esse tipo de alocação melhora o desempenho, porém, exige monitoramento constante do SO

POLÍTICA DE SUBSTITUIÇÃO DE PÁGINAS Estratégias utilizadas para descartar uma página da MP, liberando espaço para execução O SO deve selecionar, dentre as páginas alocadas, qual deverá ser liberada (substituição de páginas). Uma página real quando liberada por um processo pode ser usada por qualquer outro processo

POLÍTICA DE SUBSTITUIÇÃO DE PÁGINAS Antes de substituir uma página deve-se observar se ela foi ou não modificada. –Caso modificada: o SO grava o conteúdo da página na MS, antes de descarta-la. –Caso não modificada: o SO descarta sem maiores problemas

POLÍTICA DE SUBSTITUIÇÃO DE PÁGINAS Page out: mecanismo que guarda o conteúdo da página na MS Page in: mecanismo que carrega uma página da MS para a MP Arquivo de paginação: Local, na MS, onde todas as páginas modificadas são armazenadas

POLÍTICA DE SUBSTITUIÇÃO DE PÁGINAS O SO identifica a alteração de uma página através de um bit (modify bit ou dirty bit) existente em cada entrada da tabela de páginas (ETP). A política de substituição de páginas classifica-se em 2 tipos –Política de substituição local –Política de substituição global