Disciplina: Sistemas Operacionais - CAFW-UFSM Professor: Roberto Franciscatto

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1 Disciplina: Sistemas Operacionais - CAFW-UFSM Professor: Roberto Franciscatto

2 Introdução Considerações: Recurso caro e escasso; Programas só executam se estiverem na memória principal; Quanto mais processos residentes na memória principal, melhor será o compartilhamento do processador; Necessidade de uso otimizado; O S.O. não deve ocupar muita memória; "É um dos fatores mais importantes em um projeto de S.O."

3 Gerenciamento de Memória Algumas funções do Gerenciador de Memória: Controlarquais as unidades de memória estão ou não estão em uso, para que sejam alocadas quando necessário; Tratar do Swappingentre memória principal e memória secundária. Transferência temporária de processos residentes na memória principal para memória secundária. Liberaras unidades de memória que foram desocupadas por um processo que finalizou;

4 Gerenciamento de Memória Técnicas de Alocação de Memória: Alocação Contígua Simples; Alocação Particionada Estática; Alocação Particionada Estática Absoluta; Alocação Particionada Estática Relocável; Alocação Particionada Dinâmica.

5 Alocação Contígua Simples Alocação implementada nos primeiros sistemas e ainda usada nos monoprogramáveis; Memória principal A Memória é dividida em duas áreas: Área do Sistema Operacional Área do Usuário Um usuário não pode usar uma área maior do que a disponível; Sem proteção: Um usuário pode acessar a área do Sistema Operacional. Sistema Operacional Área de Programas do usuário

6 Alocação Contígua Simples Registrador de proteção delimita as áreas do sistema operacional e do usuário; Sistema verifica acessos à memória em relação ao endereço do registrador; Reg Memória principal Sistema Operacional A forma de alocação era simples, mas não permitia utilização eficiente de processador e memória; Área de Programas do usuário

7 Alocação Contígua Simples Programas de usuário limitadospelo tamanho da memória principal disponível. Solução: Overlay Dividir o programa em módulos; Permitir execuçãoindependente de cada módulo, usando a mesma área de memória; Área de Overlay Área de memória comum onde módulos compartilhammesmo espaço. Memória principal Sistema Operacional Área do Módulo Principal Área de Overlay A B C

8 Alocação Particionada Multiprogramação. Necessidade do uso da memória por vários usuários simultaneamente. Ocupação mais eficiente do processador; A memória foi dividida em pedaços de tamanho fixo chamados partições; O tamanho de cada partição era estabelecido na inicialização do sistema; Para alteração do particionamento, era necessário uma nova inicialização com uma nova configuração.

9 Alocação Particionada Estática Alocação Particionada Estática Absoluta: Compiladores gerando código absoluto; Endereços relativos ao início da memória; Programas exclusivos para partições específicas. Alocação Particionada Estática Relocável: Compiladores gerando código relocável; Endereços relativos ao início da partição; Programas podem rodar em qualquer partição.

10 Alocação Particionada Estática Proteção: Registradores com limites inferior e superior de memória acessível. Programas não ocupam totalmente o espaço das partições, gerando uma fragmentação interna. Reg Reg Memória principal Sistema Operacional Partição A Partição B Partição C

11 Alocação Particionada Dinâmica Não existe o conceito de partição dinâmica. O espaço utilizado por um programa é a sua partição. Não ocorre fragmentação interna. Ao terminarem, os programas deixam espalhados espaços pequenos de memória, provocando a fragmentação externa. Memória principal Sistema Operacional Processo A Processo C Processo F Processo E

12 Alocação Particionada Dinâmica Soluções: Reuniãodos espaços contíguos. Relocação Dinâmica: Movimentação dos programas pela memória principal. Resolve o problema da fragmentação. Consome recursos do sistema Processador, disco, etc. Memória principal Sistema Operacional Processo A Processo F Processo E

13 Gerência de Memória Mapeamento de bits: Cada bit representa uma unidade de alocação; Raramente é utilizado atualmente. É muito lenta. Mapeamento da Memória com listas ligadas: P: Processo B: Buraco Header P/B início tamanho P/B início tamanho

14 Gerenciamento de Memória Mapeamento da Memória com listas ligadas: Best-Fit (melhor alocação): Espaço mais próximo do tamanho do processo; Tempo de busca grande; Provoca fragmentação. Worst-Fit (pior alocação): Cria o maior espaço possível; Tempo de busca grande; Não apresenta bons resultados. First-Fit(primeira alocação): Melhor performance. Next-Fit(proxima alocação): Performance inferior ao First-Fit.

15 Gerenciamento de Memória Considerações sobre Mapeamento da Memória com listas ligadas : Todos melhoram em performance se existirem listas distintas para processos e espaços, embora o algoritmo fique mais complexo. Listas ordenadas por tamanho de espaço melhoram a performance.

16 Swapping Os processos ficavam na memória principal, mesmo se bloqueados pela espera de algum evento. Solução: Swapping. Técnica para resolver problema de processos que aguardam por espaço livre adequado; Processos não ficam mais na memória o tempo todo.

17 Swapping Um processo residente na memória é levado para o disco (Swapped- Out), dando lugar a outro; O processo Swapped-Out retorna à memória (Swapped-In), sem "perceber" o que ocorreu. Sistema Operacional Memória principal Sistema Operacional programa A programa B Swap Out Swap In programa A programa H programa E programa G B B programa E programa A programa B

18 Swapping Problema gerado pelo Swapping: Relocaçãode processos: O tempogasto com relocação é alto; Um mesmo processo sendo Swapped-Out repetidas vezes gera um alto consumo de CPU.

19 Swapping Vantagens da técnica de Swapping: Permite maior compartilhamentoda memória; Aumento nothroughput (quantidade de processos executados por unidade de tempo); Eficiente para sistemas com poucos usuários e pequenas aplicações; Problema: custo do Swapping (in/out).

20 Exercícios Qual a diferença entre RAM dinâmica e RAM estática? Quais os principais tipos de memória RAM e para que são utilizados? Pesquise o que é Paginaçãoe como funciona?

21 Paginação A paginação permite que o programa possa ser espalhado por áreas não contíguas de memória. Características: o espaço de endereçamento lógico de um processo é dividido em páginas lógicas de tamanho fixo a memória física é dividida em páginas com tamanho fixo, com tamanho igual ao da página lógica o programa é carregado página a página, cada página lógica ocupa uma página física as páginas físicas não são necessariamente contíguas

22 Paginação o endereço lógico é inicialmente dividido em duas partes : um número de página lógica e um deslocamento dentro da página o número da página lógica é usado como índice no acesso a tabela de páginas, de forma a obter o número da página física correspondente não existe fragmentação externa existe fragmentação interna (Ex: um programa que ocupe 201kb, o tamanho de página é de 4 kb, serão alocadas 51 páginas resultando uma fragmentação interna de 3kb)

23 Realocação de Páginas O maior problema de gerenciamento de memória não é decidir que página carregar para a memória, mas que páginas remover Antes de remover uma página o sistema operacional verifica se a mesma foi alterada (bit de modificação 0 (não ocorreu modificações)1 (ocorreram modificações). A página removida é salva na memória secundária. Quando ela for referenciada é trazida novamente para o working set

24 Estratégias de Realocação de Páginas Aleatória -não utiliza nenhum critério de seleção, todas as páginas têm a mesma chance FIFO-a página que primeiro foi utilizada será a primeira a ser escolhida Least-Recently-Used (LRU) -seleciona a página que está a mais tempo sem ser referenciada Least-Frequently-Used (LFU) -seleciona a página menos freqüentemente usada (mantém um contador)

25 Segmentação Técnica de gerência de memória onde programas são divididos em segmentos de tamanhos variados cada um com seu próprio espaço de endereçamento.

26 Segmentação PROGRAM pr01; VAR A:ARRAY... C... PROCEDURE X: END; FUNCTION Y; END; BEGIN END. Memória Procedimento X Programa Principal Função Y Procedimento A

27 Segmentação o sistema operacional mantém uma tabela com as áreas livres e ocupadas da memória somente segmentos referenciados são transferidos para a memória principal ocorre fragmentação externa

28 Memória Virtual Técnica de gerenciamento que combina a memória principal e a secundária dando ao usuário a idéia de existir uma memória maior que a memória principal. Desvincula o endereçamento feito pelo programa dos endereços físicos da memória principal Um programa no ambiente de memória virtual não faz referência a endereços físicos mas endereços virtuais

29 Memória Virtual o endereço virtual é traduzido para o endereço físico através do mapeamento os programas podem ser muito maiores do que sua memória física, apenas parte deles está residente na memória em um determinado instante o restante do programa fica na memória secundária até ser referenciado

30 Exercícios Como funciona a gerência de memória no ambiente Windows? Descreva brevemente a ideia Qual a importância de uma partição SWAP no linux. Que tamanho deve ser essa partição?