Indice
1.
Introducción
2. Aspectos Generales
3.
Intercambio
4. Fragmentación
5.
Paginación
6. Segmentación
7.
Segmentación paginada
8. Conclusiones
9. Bibliografía
La memoria es uno de
los principales recursos de
la
computadora, la cual debe de administrarse con mucho cuidado.
Aunque actualmente la mayoría de los sistemas de
cómputo cuentan con una alta capacidad de memoria, de
igual manera las aplicaciones actuales tienen también
altos requerimientos de memoria, lo que sigue generando escasez
de memoria en los sistemas multitarea y/o multiusuario.
La parte del sistema operativo
que administra la memoria se
llama administrador de
memoria y su labor consiste en llevar un registro de las
partes de memoria que se estén utilizando y aquellas que
no, con el fin de asignar espacio en memoria a los procesos
cuando éstos la necesiten y liberándola cuando
terminen, así como administrar el intercambio entre la
memoria principal y el disco en los casos en los que la memoria
principal no le pueda dar capacidad a todos los procesos que
tienen necesidad de ella.
Los sistemas de administración de memoria se pueden
clasificar en dos tipos: los que desplazan los procesos de la
memoria principal al disco y viceversa durante la
ejecución y los que no.
El propósito principal de una computadora es
el de ejecutar programas, estos
programas, junto con la información que accesan deben de estar en
la memoria principal (al menos parcialmente) durante la
ejecución.
Para optimizar el uso del CPU y de la
memoria, el sistema operativo
debe de tener varios procesos a la vez en la memoria principal,
para lo cual dispone de varias opciones de administración
tanto del procesador como
de la memoria. La selección
de uno de ellos depende principalmente del diseño
del hardware para
el sistema. A continuación se observarán los puntos
correspondientes a la
administración de la memoria.
2. Aspectos generales
Memoria real
La memoria real o principal es en donde son ejecutados los
programas y procesos de una computadora y es el espacio real que
existe en memoria para que se ejecuten los procesos. Por lo
general esta memoria es de mayor costo que la
memoria secundaria, pero el acceso a la información
contenida en ella es de más rápido acceso. Solo la
memoria cache
es más rápida que la principal, pero su costo es a
su vez mayor.
Memoria virtual
El termino memoria
virtual se asocia a dos conceptos que normalmente a parecen
unidos:
Espacio De Direcciones
Los espacios de direcciones involucrados en el manejo de la
memoria son de tres tipos:
Los programas de usuario siempre tratan con direcciones virtuales ; nunca ven las direcciones fisicas reales..
Unidad De Manejo De Memoria
La unidad de manejo de memoria (MMU) es parte del procesador. Sus
funciones
son:
El objetivo del
intercambio es dar cabida a la ejecución de mas
aplicaciones de las que pueden residir simultáneamente en
la memoria del sistema:
Consiste en trasladar el código y los datos de un
proceso completo de memoria al sistema de almacenamiento
secundario , para cargar otro previamente almacenado, no permite
a un proceso utilizar mas memoria RAM de la que
realmente existe en el sistema. Esta técnica puede ser
ineficiente ya que se tiene que hacer el intercambio completo del
proceso, aunque éste solo vaya a ejecutar una
pequeña porción del código.
Durante el intercambio un proceso puede ser sacado temporalmente
de memoria y llevado a un lugar especial del disco y
posteriormente vuelto a memoria y continuada su
ejecución..
El lugar de almacenamiento temporal suele ser un espacio
suficientemente grande como para acomodar copias de las imágenes
de meoria de todos los usuarios.
Asignacion Contigua
La memoria principal normalmente se divide en dos
particiones:
Asignación de partición simple:
Puede utilizarse un esquema de registro de relocalización
y limite para proteger un proceso de usuario de otro y de cambios
del código y datos del sistema operativo .
El registro de relocalización contiene la dirección
contiene la dirección física mas pequeña; el
registro limite contiene el rango de las direcciones
lógicas cada dirección lógica debe ser menor
al registro limite
Asignación de particiones múltiples:
Bloques de distintos tamaños están distribuidos en
memoria , cuando llega un proceso se le asigna un hueco
suficientemente grande para acomodarle.
El sistema operativo debe tener información
sobre:
Asignación de partición
dinámica
El proceso de compactación es una instancia particular del
problema de asignación de memoria dinámica, el cual es el cómo
satisfacer una necesidad de tamaño n con una lista de
huecos libres. Existen muchas soluciones
para el problema. El conjunto de huecos es analizado para
determinar cuál hueco es el más indicado para
asignarse. Las estrategias
más comunes para asignar algún hueco de la tabla
son:
Se ha demostrado mediante simulacros que tanto el primer y el mejor ajuste son mejores que el peor ajuste en cuanto a minimizar tanto el tiempo del almacenamiento. Ni el primer o el mejor ajuste es claramente el mejor en términos de uso de espacio, pero por lo general el primer ajuste es más rápido.
Problema: La fragmentación.
La fragmentación es la memoria que queda
desperdiciada al usar los métodos de
gestión
de memoria que se vieron en los métodos anteriores. Tanto
el primer ajuste, como el mejor y el peor producen
fragmentación externa.
La fragmentación es generada cuando durante el reemplazo
de procesos quedan huecos entre dos o más procesos de
manera no contigua y cada hueco no es capaz de soportar
ningún proceso de la lista de espera.
La fragmentación puede ser:
La fragmentación externa se puede reducir mediante la compactación para colocar toda la memoria libre en un solo gran bloque, pero est a solo es posible si la relocalización es dinámica y se hace en tiempo de ejecución.
Es una técnica de manejo de memoria, en la cual
el espacio de memoria se divide en secciones físicas de
igual tamaño, denominadas marcos de página. Los
programas se dividen en unidades lógicas, denominadas
páginas, que tienen el mismo tamaño que los marcos
de páginas. De esta forma, se puede cargar una
página de información en cualquier marco de
página.
Las páginas sirven como unidad de almacenamiento de
información y de transferencia entre memoria principal y
memoria auxiliar o secundaria. Cada marco se identifica por la
dirección de marco, que esta en la posición
física de la primera palabra en el marco de
página.
Las páginas de un programa
necesitan estar contiguamente en memoria, aunque el programador
lo observe de esta forma. Los mecanismos de paginación
permiten la correspondencia correcta entre las direcciones
virtuales (dadas por los programas) y las direcciones reales de
la memoria que se reverencien.
Cada pagina consiste en z palabras contiguas; un espacio de
direcciones N de un programa consiste de n paginas
(0,1,2,3…n-1) (n*z direcciones virtuales) y el espacio de
memoria consiste de m marcos de paginas
(0,z,2z,…,(m-1)z)(m*z posiciones). Una dirección
virtual a es equivalente a una dirección dada como una
dupla (p, d), en la cual p es el número de la
página y d el número de la palabra dentro de la
página, de acuerdo con la relación:
a=p*z+d (0<=d<z)
p=(a/z) (parte entera de la division)
d=a mod z (resto de divisor a/z)
En las maquinas que usan aritmética binaria, el calculo de (p, d) es trivial, si z es potencia de 2. Por ejemplo, si el campo de direcciones de la instrucción es de m bits (m>6), los cuatro bits mas significativos indican el numero de la pagina y los m-4 bits restantes, el desplazamiento.
Para tener el control de las
páginas, debe mantenerse una tabla en memoria que se
denomina tabla de Mapas de Pagina
(PMT) para cada uno de los procesos.
Hasta ahora, los métodos que hemos visto de la
administración de la memoria principal, nos han dejado con
un problema: fragmentación, (huecos en la memoria que no
pueden usarse debido a lo pequeño de su espacio) lo que
nos provoca un desperdicio de memoria principal.
Una posible solución para la fragmentación externa
es permitir que espacio de direcciones lógicas lleve a
cabo un proceso en direcciones no contiguas, así
permitiendo al proceso ubicarse en cualquier espacio de memoria
física que esté disponible, aunque esté
dividida. Una forma de implementar esta solución es a
través del uso de un esquema de paginación. La
paginación evita el considerable problema de ajustar los
pedazos de memoria de tamaños variables que
han sufrido los esquemas de manejo de memoria anteriores. Dado a
sus ventajas sobre los métodos previos, la
paginación, en sus diversas formas, es usada en muchos
sistemas
operativos.
Al utilizar la memoria virtual, las direcciones no pasan en forma
directa al bus de memoria, sino que van
a una unidad administradora de la memoria (MMU –Memory
Management Unit). Estas direcciones generadas por los programas
se llaman direcciones virtuales y conforman el hueco de
direcciones virtuales. Este hueco se divide en unidades llamadas
páginas. Las unidades correspondientes en la memoria
física se llaman marcos para página o frames. Las
páginas y los frames tienen siempre el mismo
tamaño.
Tablas de páginas
Cada página tiene un número que se utiliza como
índice en la tabla de páginas, lo que da por
resultado el número del marco correspondiente a esa
página virtual. Si el bit presente / ausente es 0, se
provoca un señalamiento (trap) hacia el sistema operativo.
Si el bit es 1, el número de marco que aparece en la tabla
de páginas se copia en los bits de mayor orden del
registro de salida, junto con el ajuste (offset) de 12 bits, el
cual se copia sin modificaciones de la dirección virtual
de entrada. Juntos forman una dirección física de
15 bits. El registro de salida se coloca entonces en el bus de la
memoria como la dirección en la memoria física.
En teoría,
la asociación de las direcciones virtuales con las
físicas se efectúa según lo descrito. El
número de página virtual se divide en un
número de página virtual (los bits superiores)y un
ajuste (los bits inferiores). El número de página
virtual se utiliza como un índice en la tabla de
páginas para encontrar la entrada de esa página
virtual. El número de marco (si existe) se determina a
partir de la tabla de páginas. El número de marco
se asocia al extremo superior del ajuste y reemplaza al
número de página virtual para formar una
dirección física que se puede enviar a la
memoria.
La finalidad de la tabla de páginas es asociar las
páginas virtuales con los marcos. En términos
matemáticos, la tabla de páginas es una función,
cuyo argumento es el número de página virtual y
como resultado el número del marco físico. Mediante
el resultado de esta función, se puede reemplazar el campo
de la página virtual de una dirección virtual por
un campo de marco, lo que produce una dirección en la
memoria física. Sin embargo hay que enfrentar dos aspectos
fundamentales:
El primer punto proviene del hecho de que las computadoras
modernas utilizan direcciones virtuales de al menos 32 bits. Por
ejemplo, si el tamaño de página es de 4K, un hueco
de direcciones de 32 bits tiene un millón de
páginas; en el caso de un hueco de direcciones de 64 bits,
se tendría más información de la que uno
quisiera contemplar.
El segundo punto es consecuencia del hecho de que la
asociación virtual – física debe hacerse en
cada referencia a la memoria. Una instrucción común
tiene una palabra de instrucción y también un
operando de memoria. Entonces es necesario hacer una, dos o
más referencias a la tabla de páginas por cada
instrucción.
Características de la paginación:
Ventajas de la paginación
Desventajas de la paginación
Traducción de Direcciones
La dirección generada por la CPU se divide en:
Ejemplo de paginación:
Es un esquema de manejo de memoria mediante el cual la
estructura del
programa refleja su división lógica;
llevándose a cabo una agrupación lógica de
la información en bloques de tamaño variable
denominados segmentos. Cada uno de ellos tienen
información lógica del programa: subrutina,
arreglo, etc. Luego, cada espacio de direcciones de programa
consiste de una colección de segmentos, que generalmente
reflejan la división lógica del programa.
La segmentación permite alcanzar los
siguientes objetivos:
Ventajas de la segmentación
El esquema de segmentación ofrece las siguientes
ventajas:
Desventajas de la segmentación
Estas desventajas tratan de ser minimizadas, bajo la técnica conocida como Segmentación paginada.
Paginación y segmentación son técnicas
diferentes, cada una de las cuales busca brindar las ventajas
enunciadas anteriormente.
Para la segmentación se necesita que estén cargadas
en memoria, áreas de tamaños variables. Si se
requiere cargar un segmento en memoria; que antes estuvo en ella
y fue removido a memoria secundaria; se necesita encontrar una
región de la memoria lo suficientemente grande para
contenerlo, lo cual no es siempre factible; en cambio
"recargar" una pagina implica solo encontrar un merco de pagina
disponible.
A nivel de paginación, si quiere referenciar en forma
cíclicas n paginas, estas deberán ser cargadas una
a una generándose varias interrupciones por fallas de
paginas; bajo segmentación, esta pagina podría
conformar un solo segmento, ocurriendo una sola
interrupción, por falla de segmento. No obstante, si bajo
segmentación, se desea acceder un área muy
pequeña dentro de un segmento muy grande, este
deberá cargarse completamente en memoria,
desperdiciándose memoria; bajo paginación solo se
cargara la página que contiene los ítems
referenciados.
Puede hacerse una combinación de segmentación y
paginación para obtener las ventajas de ambas. En lugar de
tratar un segmento como una unidad contigua, este puede dividirse
en páginas. Cada segmento puede ser descrito por su propia
tabla de páginas.
Los segmentos son usualmente múltiplos de páginas
en tamaño, y no es necesario que todas las páginas
se encuentren en memoria principal a la vez; además las
páginas de un mismo segmento, aunque se encuentren
contiguas en memoria virtual; no necesitan estarlo en memoria
real.
Las direcciones tienen tres componentes: (s, p,d), donde la
primera indica el numero del segmento, la segunda el numero de la
pagina dentro del segmento y la tercera el desplazamiento dentro
de la pagina. Se deberán usar varias tablas:
En el caso, de que un segmento sea de tamaño inferior o igual al de una pagina, no se necesita tener la correspondiente PMT, actuándose en igual forma que bajo segmentación pura; puede arreglarse un bit adicional (S) a cada entrada de la SMT, que indicara si el segmento esta paginado o no.
Ventajas de la segmentación paginada
El esquema de segmentación paginada tiene todas las
ventajas de la segmentación y la
paginación:
Desventajas de la segmentación paginada
Sigue existiendo el problema de fragmentación interna de todas- o casi- todas las páginas finales de cada uno de los segmentos. Bajo paginación pura se desperdician solo la última página asignada, mientras que bajo segmentación – paginada el desperdicio puede ocurrir en todos los segmentos asignados.
Para concluir se entiende que:
Deitel Sistemas
Operativos
Stallings William . Sistemas Operativos .. Editorial Prentice
Hall
Tanenbaum Andrew S. Sistemas Operativos Modernos .Prentice
Hall
Autor:
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