PDF de programación - Memoria virtual

Introducción a la memoria virtual (MV)
Conceptos relacionados con la MV
Algoritmos de gestión de la MV
Casos de estudio

Memoria virtual

E. Campo M. Knoblauch Ó. López

J. Clemente

Departamento de Automática

Universidad de Alcalá

Sistemas Operativos Avanzados

Memoria virtual

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Conceptos relacionados con la MV
Algoritmos de gestión de la MV
Casos de estudio

Índice

1

Introducción a la memoria virtual (MV)

¿Qué es la MV?
Ventajas de la MV

2 Conceptos relacionados con la MV

Requisitos hardware de la MV
Carga dinámica
Paginadores
Hiperpaginación

3 Algoritmos de gestión de la MV

Algoritmos de gestión de memoria
Políticas de asignación
Políticas de ubicación
Políticas de búsqueda o de lectura
Políticas de reemplazo

4 Casos de estudio

Mach 3.0
Windows
Linux

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¿Qué es la MV?
Ventajas de la MV

¿Qué es la MV?

Es un esquema de gestión de memoria en el que los procesos:

Se ejecutan sin estar completamente cargados en memoria
principal (MP)
Pueden tener mayor tamaño que la MP disponible

Permite un desacoplamiento entre el espacio de direcciones
físicas y el espacio de direcciones virtual
Utiliza el almacenamiento secundario como extensión de la
MP
Basada en el principio de localidad de las referencias ⇒ Sólo
se mantiene en MP la información necesaria en cada momento
El control lo realiza el sistema operativo (SO) con la ayuda
imprescindible del hardware

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¿Qué es la MV?
Ventajas de la MV

Ventajas de la MV

1 Transparencia en las transferencias, dispositivo de

almacenamiento ⇔ MP

2 El tamaño de los procesos depende del espacio de

direccionamiento virtual y del disco duro

de un programa

3 Se mejora el rendimiento del sistema ⇒ se incrementa el

grado de multiprogramación

4 Reduce la E/S ⇒ sólo se cargan en MP las partes necesarias

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Requisitos hardware de la MV
Carga dinámica
Paginadores
Hiperpaginación

Requisitos hardware de la MV

Se utilizan mecanismos de paginación y segmentación
Ventaja de la paginación:

Transferencias más simples con bloques de tamaño fijo
Disco ⇔ MP

Hardware de paginación:

Unidad de gestión de la tabla del mapa de páginas
Bits en los descriptores de páginas de: presencia, modificación
(dirty bit) y referencia
Almacenamiento auxiliar para las páginas del proceso
Soporte para interrumpir instrucciones

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Requisitos hardware de la MV
Carga dinámica
Paginadores
Hiperpaginación

Requisitos hardware de la MV

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Requisitos hardware de la MV
Carga dinámica
Paginadores
Hiperpaginación

Carga dinámica

Transferencia de páginas de dispositivo de almacenamiento a
MP
Si la página referenciada no está disponible en MP ⇒ Fallo de
página (FP)

La tasa de fallos de página disminuye al aumentar el número
de marcos

Los tiempos que más afectan a la carga dinámica son:

Cambios de contexto
Guardar una página modificada en disco (page out)
Cargar una página referenciada en MP (page in)

Mientras se realiza, el proceso está bloqueado

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Carga dinámica
Paginadores
Hiperpaginación

Carga dinámica

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Requisitos hardware de la MV
Carga dinámica
Paginadores
Hiperpaginación

Paginadores

Parte del SO que mueve páginas entre disco y MP
Rutinas para hacer la transferencia cuando se produce un FP
Se crean y destruyen con el objeto proyectado en MV
Tipos de paginadores

De archivos

P.ej.: mmap, exec

De objetos anónimos o swap pager
Aquellos que no tienen una imagen en el sistema de archivos

Gestión del área de swap
(área de memoria persistente para los objetos anónimos)

De dispositivos

P.ej.: gestión del frame buffer
Se proyecta la zona de memoria utilizada por el dispositivo (no
en el disco)

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Carga dinámica
Paginadores
Hiperpaginación

Hiperpaginación, vapuleo o thrashing

Caída de rendimiento al aumentar el grado de
multiprogramación
Cuando los procesos intercambian páginas disco ⇔ MP

Soluciones:

Reducir grado de multiprogramación
Utilizar un algoritmo de reemplazo local
Suministrar a cada proceso el número de marcos que necesite

Modelo del conjunto de trabajo
Frecuencia de fallos de página

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Requisitos hardware de la MV
Carga dinámica
Paginadores
Hiperpaginación

Soluciones a la hiperpaginación

Modelo del conjunto de trabajo

Conjunto de páginas referenciadas por el proceso durante un
intervalo de tiempo
Basado en principio de localidad de referencias
Mantiene alto el grado de multiprogramación

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Requisitos hardware de la MV
Carga dinámica
Paginadores
Hiperpaginación

Soluciones a la hiperpaginación

Frecuencia de fallos de página

Se establece un umbral superior y otro inferior, para quitar o
asignar marcos de página a un proceso

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Algoritmos de gestión de memoria
Políticas de asignación
Políticas de ubicación
Políticas de búsqueda o de lectura
Políticas de reemplazo

Algoritmos de gestión de memoria (i)

Objetivo ⇒ Minimizar el porcentaje de FPs, con mínima
sobrecarga y máximo aprovechamiento de la MP
Políticas de asignación
¿Qué cantidad de MP se asigna a un determinado proceso?

Asignación fija y asignación variable
Alcance del reemplazo: global y local
Gestión del espacio libre

Políticas de ubicación
¿Dónde se ubica un bloque en MP?
Políticas de búsqueda o lectura
¿Cuándo y qué páginas se cargan en MP?

Paginación por demanda
Paginación anticipada o prepaginación

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Casos de estudio

Algoritmos de gestión de memoria
Políticas de asignación
Políticas de ubicación
Políticas de búsqueda o de lectura
Políticas de reemplazo

Algoritmos de gestión de memoria (ii)

Políticas de reemplazo
¿Qué páginas deben sustituirse en MP?

Algoritmo óptimo
Algoritmo primera página en llegar/primera en salir First
In-First Out (FIFO)
Algoritmo página menos usada recientemente - Least Recently
Used (LRU)
Algoritmos de aproximación al LRU: reloj global, FIFO segunda
oportunidad, página no usada frecuentemente - Not Frequently
Used(NFU)

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Políticas de asignación (i)

Algoritmos de gestión de memoria
Políticas de asignación
Políticas de ubicación
Políticas de búsqueda o de lectura
Políticas de reemplazo

Determinan qué cantidad de MP se asigna a un proceso según
sus necesidades
Asignación fija
El número de marcos se decide en la carga inicial y está
determinado por el tipo de proceso
Asignación variable
El número de marcos cambia a lo largo de la vida de un
proceso

Modelo del conjunto de trabajo
Frecuencia de FPs

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Algoritmos de gestión de la MV
Casos de estudio

Políticas de asignación (ii)

Algoritmos de gestión de memoria
Políticas de asignación
Políticas de ubicación
Políticas de búsqueda o de lectura
Políticas de reemplazo

Alcance del reemplazo

Global: Considera todos los marcos de MP como candidatos,
independientemente del proceso al que pertenezcan

Ventaja: Mejor aprovechamiento de la MP
Inconveniente: Hiperpaginación
Ejemplo: Unix

Local: Considera los marcos del proceso que originó el FP

Ventaja: El número de FPs es más determinista
Inconveniente: Mayor sobrecarga ⇒ Cálculo de los marcos a
asignar en cada instante
Ejemplos: VMS y Windows

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Algoritmos de gestión de la MV
Casos de estudio

Políticas de asignación (iii)

Algoritmos de gestión de memoria
Políticas de asignación
Políticas de ubicación
Políticas de búsqueda o de lectura
Políticas de reemplazo

Gestión del espacio libre
El SO mantiene el estado de los marcos libres o asignados

Mapa de bits
Listas enlazadas (Windows)
Sistema de colegas o buddy (Linux, Unix)

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