ÍNDICE INTRODUCCIÓN ESTRUCTURAS DE HARDWARE Y DE CONTROL Ø MEMORIA VIRTUAL Ø PA PAGINACION GINACION Ø SEGMENTACIÓN Ø PA PAGINACIÓN GINACIÓN Y SEGMENTACIÓN SEGMENTACIÓN COMBINADAS Ø PROTECCIÓN Y COMPAR COMPARTIMIENTO TIMIENTO SOFTWARE DEL SISTEMA OPERATIVO Ø POLÍTICAS DE LECTURA Ø POLÍTICAS DE UBICACIÓN Ø POLÍTICAS DE REEMPLAZO o ALGORITMOS BÁSICOS o o ALMACENAMIENTO INTERMEDIO DE PÁGINAS o Ø POLÍTICAS DE REEMPLAZO Y TA TAMAÑO MAÑO DE CACHE Ø GESTIÓN DEL CONJUNTO RESIDENTE Ø ALCANCE DEL REEMPLAZO REEMPLAZO Ø POLÍTICAS DE VACIADO VACIADO GESTIÓN DE MEMORIA EN UNIX Y SOLARIS GESTIÓN DE MEMORIA EN LINUX GESTIÓN DE MEMORIA EN WINDOWS 2000 CONCLUSIÓN INTRODUCCIÓN La memori 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 u na alta capacidad de memoria, de igual manera las !"i##io$e% #&'"e% tienen también altos requerimientos de memoria, lo que sigue generando escasez de memoria en los sistemas m'"&i&re y/o m'"&i'%'rio. La parte del sistema operativo que administra la memoria se llama (mi$i%&r(or (e memori y su labor consiste en llevar un registro de las partes de memoria memoria que se estén utilizando utilizando y aquellas aquellas que no, con el in de asignar espacio en en memoria a los procesos procesos cuando éstos la necesiten y liber!ndola 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. "stos sistemas sistemas de administración administración de memoria memoria se pueden clasiicar clasiicar en dos tipos# $ "o% "o% )'e (e%!"*$ "o% !ro#e%o% (e " memori !ri$#i!" " (i%#o + ,i#e,er% ('r$&e " e-e#'#i.$ , y, $ "o% "o% )'e $o/
ESTRUCTURAS DE HARDWARE Y DE CONTROL Los métodos de administración de la memoria principal, que no utilizan %emoria &irtual &irtual y esquemas de 'aginación y (egmentación, es decir que llevan a las direcciones d irecciones directamente directamente al bus de d e la memoria, tienen un inconveniente# producen lo que se denomina r1me$&#i.$. La ragmentación, ragmentación, que son huecos en la memoria memoria que no pueden usarse debido a lo peque)o de su espacio, provoca un desperdicio desperdicio de memoria principal. *na posible solución para la ragmentación ragmentación e+terna es permitir permitir que espacio de direcciones lógicas lógicas lleve a cabo un proceso en direcciones no contiguas, así permitiendo al proceso ubicarse en cualquier espacio de memoria ísica que esté disponible, aunque esté dividida. *na orma de implementar esta solución es a través del uso de un esquema de paginación. La paginación evita el considerable problema de austar los pedazos de memoria de tama)os variables que han surido los esquemas de maneo de memoria anteriores. -ado a sus ventaas sobre los métodos previos, la paginación, en sus diversas ormas, es usada en muchos sistemas operativos. Al utilizar la memoria memoria virtual, las direcciones no pasan en orma directa al bus de memoria, sino que van a una unidad administradora de la memoria %%* %emory %anagement *nit0. "stas direcciones generadas por los programas se llaman direcciones virtuales y conorman el hueco de direcciones virtuales. "ste hueco se d ivide en unidades llamadas p!ginas. Las unidades correspondientes en la memoria ísica se llaman marcos para p!gina o rames. Las p!ginas y los marcos tienen siempre el mismo tama)o. 1omparando la paginación paginación y segmentación simple simple por un lado, con la partición partición est!tica est!tica y din!mica por el otro, se establecen establecen las bases bases para un avance undamental en la gestión de memoria, y es que# •
2 (e puede cargar y descargar descargar un proceso de la memoria memoria principal principal de tal orma orma que ocupe regiones regiones dierentes dierentes de la memoria memoria principal principal en momentos distintos a lo largo de su eecución.
•
2 *n proceso puede dividirse en varias partes p!ginas o segmentos0 y no es necesario que estas partes se encuentren contiguas en la memoria principal. (i estas dos características est!n presentes, no ser! necesario que todas las p!ginas o todos los segmentos de un proceso estén en la memoria durante la eecución. "l término ragmento hace reerencia tanto a p!ginas como a segmentos, dependiendo de si se emplea paginación o segmentación. (upóngase que se trae un proceso a la memoria en un momento dado, el (.3 comienza trayendo sólo unos pocos ragmentos, incluido el ragmento que contiene el comienzo del programa. (e llamar! #o$-'$&o re%i(e$&e del proceso a la parte que est! realmente en la memoria principal. (i el procesador encuentra una dirección lógica que no est! en la memoria principal, genera una interrupción que indica un allo de acceso a la memoria. "l (.3 pone al proceso interrumpido en estado 4loqueado y toma el control. 'ara que la eecución de este proceso siga m!s tarde, el (.3 necesita traer a la memoria principal el ragmento del proceso que contiene la dirección. 'ara ello se emite una solicitud de Lectura de "/( al disco5 luego se e+pide otro proceso para que se eecute mientras se realiza la operación. *na vez que el ragmento deseado se ha traído a la memoria principal y se h a emitido la interrupción de "/(, se devuelve el control al (.3, que coloca el proceso aectado en el estado de Listo.
MEMORIA VIRTUAL La memoria virtual es una técnica para proporcionar la simulación de un espacio de memoria mucho mayor que la memoria ísica de una m!quina. "sta 6ilusión6 permite que los programas se hagan sin tener en cuenta el tama)o e+acto de la memoria ísica. La ilusión de la memoria virtual est! soportada por el mecanismo de traducción de memoria, unto con una gran cantidad de almacenamiento r!pido en disco duro. Así en cualquier momento el espacio de direcciones virtual hace un seguimiento de tal orma que una peque)a parte de él, est! en memoria real y el resto almacenado en el disco, y puede ser reerenciado !cilmente. -ebido a que sólo la parte de memoria virtual que est! almacenada en la memoria principal, es accesible a la 1'*, seg7n un programa va eecut!ndose, la pro+imidad de reerencias a memoria cambia, necesitando que algunas partes de la memoria virtual se traigan a la memoria principal desde el disco, mientras que otras ya eecutadas, se pueden volver a depositar en el disco archivos de paginación0. La memoria virtual ha llegado a ser un componente esencial de la mayoría de los (.3 actuales. 8 como en un instante dado, en la memoria sólo se tienen unos pocos ragmentos de un proceso dado, se pueden mantener m!s procesos en la memoria. "s m!s, se ahorra tiempo, porque los ragmentos que no se usan no se cargan ni se descargan de la memoria. (in embargo, el (.3 debe saber cómo gestionar este esquema. La memoria virtual también simpliica la carga del programa para su eecución llamado reubicación, este procedimiento permite que el mismo programa se eecute en cualquier posición de la memoria ísica. "n un estado estable, pr!cticamente toda la memoria principal estar! ocupada con ragmentos de procesos, por lo que el procesador y el (.3 tendr!n acceso directo a la mayor cantidad de procesos posibles, y cuando el (.3 traiga a la memoria un ragmento, deber! e+pulsar otro. (i e+pulsa un ragmento usto antes de ser usado, tendr! que traer de nuevo el ragmento de manera casi inmediata. -emasiados intercambios de ragmentos conducen a lo que se conoce como i!er!1i$#i.$# donde el procesador consume m!s tiempo intercambiando ragmentos que eecutando instrucciones de usuario. 'ara evitarlo el (.3 intenta adivinar, en unción de la historia reciente, qué ragmentos se usar!n con menor probabilidad en un uturo pró+imo. Los argumentos anteriores se basan en el !ri$#i!io (e #er#$3 o principi !" #c$#i!$! que airma que las reerencias a los datos y el programa dentro de un proceso tienden a agruparse. 'or lo tanto, es v!lida la suposición de que, durante cortos períodos de tiempo, se necesitar!n sólo unos pocos ragmentos de un proceso. *na manera de conirmar el principio de cercanía es considerar el rendimiento de un proceso en un entorno de memoria virtual. "l principio de cercanía sugiere que los esquemas de memoria virtual pueden uncionar. 'ara que la memoria virtual sea pr!ctica y eectiva, se necesitan dos ingredientes. 'rimero, tiene que e+istir un soporte de hard9are y, en segundo lugar, el (.3 debe incluir un sot9are para gestionar el movimiento de p!ginas o segmentos entre memoria secundaria y memoria principal. :usto después de obtener la dirección ísica y antes de consultar el dato en memoria principal se busca en memoria;cache, si esta entre los datos recientemente usados la b7squeda tendr! é+ito, pero si alla, la memori ,ir&'" consulta memoria principal , ó, en el peor de los casos se consulta de disco s9apping0.
Memoria Virtual = Memoria Física + Area de Swapping en Disco
PAGINACION "l término %"%ri$ &ir'($# se asocia normalmente con sistemas que emplean paginación, aunque también se puede usar memoria virtual basada en la segmentación. "l uso de la paginación en la memoria virtual ue presentado por primera vez en el computador Atlas. 1ada proceso tiene su propia tabla de p!ginas y cuando carga todas sus p!ginas en la memoria principal, se crea y carga en la memoria principal una tabla de p!ginas. 1ada entrada de la tabla de p!ginas contiene el n7mero de marco de la p!gina correspondiente en la memoria principal. 'uesto que sólo algunas de las p!ginas de un proceso pueden estar en la memoria principal, se necesita un bit en cada entrada de la tabla para indicar si la p!gina correspondiente est! presente '0 en la memoria principal o no. (i el bit indica que la p!gina est! en la memoria, la entrada incluye también el n7mero de marco para esa p!gina. 3tro bit de control necesario en la entrada de la tabla de p!ginas es el bit de modiicación %0, para indicar si el contenido de la p!gina correspondiente se ha alterado desde que la p!gina se cargó en la memoria principal. (i no ha habido cambios, no es necesario escribir la p!gina cuando sea sustituida en el marco que ocupa actualmente. E)'r(c'(r$ !" #$ '$*#$ !" p+,in$) "l mecanismo b!sico de lectura de una palabra de la memoria supone la traducción por medio de la tabla de p!ginas de una dirección virtual o lógica, ormada por un n7mero de p!gina y un desplazamiento, a una dirección ísica que est! ormada por un n7mero de marco y un desplazamiento. 1on la memoria virtual, la 1'* produce direcciones virtuales que son traducidas por una combinación de hard9are y sot9are a direcciones ísicas, pues pueden ser utilizadas para acceder a memoria principal. "ste proceso se denomina correspondencia de memoria o traducción de direcciones. Actualmente los dos niveles de la erarquía de memoria controlados por la memoria virtual son las -
Desplaza miento
Nº Pag Desplaza miento
Registro Puntero a tabla de páginas Des plazamiento
+
Nº Marco
Programa Memoria Mecanismo depaginación
Tr$!(cci-n !" !ir"ccin") "n (n )i)'"%$ !" p$,in$ci-n
Marcode Página
La igura anterior sugiere una implementación en hard9are de este esquema. 1uando se est! eecutando un proceso en particular, la dirección de comienzo de la tabla de p!ginas para este proceso se mantiene en un registro. "l n7mero de p !gina de la dirección virtual se emplea como índice en esta tabla para buscar el n7mero de marco correspondiente. "ste se combina con la parte de desplazamiento de la dirección virtual para generar la dirección real deseada. La mayoría de los esquemas de memoria virtual almacenan las tablas de p!ginas en la memoria virtual en vez de en la memoria real. "sto signiica que estas tablas de p!ginas est!n también suetas a paginación, de la misma orma que las otras p!ginas. 1uando un proceso se est! eecutando, al menos una parte de su tabla de p!ginas debe estar en la memoria principal, incluyendo la entrada de la tabla de p!ginas para la p!gina actualmente en eecución. Algunos procesadores usan un esquema de dos niveles para organizar grandes tablas de p!ginas, donde hay un directorio de p!ginas en el que cada entrada se)ala a una tabla de p!ginas. Así pues, si la longitud del directorio de p!ginas es =, y la longitud m!+ima de una tabla de p!ginas es 8, un proceso puede estar ormado por hasta = + 8 p!ginas. >ormalmente, la longitud m!+ima de una tabla de p!ginas est! limitada a una p!gina. 'or eemplo, el procesador 'entium utiliza este método. *n enoque alternativo al uso de tablas de p!ginas de uno o dos niveles es el uso de una estructura de &4" (e !51i$% i$,er&i(. 1on este método, la parte del n7mero de p!gina de una dirección virtual se traduce a una tabla de dispersión por medio de una unción de dispersión simple. La tabla de dispersión contiene un puntero a la tabla de p!ginas invertida, que contiene a su vez las entradas de la tabla de p!ginas. 1on esta estructura, hay una entrada en la tabla de dispersión y en la tabla de p!ginas invertida por cada p!gina de memoria real en lugar de una por cada p!gina virtual. Así pues, se necesita una parte ia de la memoria real para las tablas, sin reparar en el n7mero de procesos o de p!ginas virtuales soportados. La técnica de dispersión genera normalmente cadenas cortas, de dos a tres entradas cada una. B(.."r !" 'r$!(cci-n $!"#$n'$!$ 1ada reerencia a la memoria virtual puede generar dos accesos a la memoria# uno para obtener la entrada de la tabla de p!ginas correspondientes y otro para obtener el dato deseado. *n esquema sencillo de memoria virtual podría tener el eecto de doblar el tiempo de acceso a la memoria. 'ara solucionar este problema, la mayoría de los esquemas de memoria virtual hacen uso de una cache especial para las entradas de la tabla de p!ginas, llamada generalmente 4'er (e &r('##i.$ (e"$&( ?L4,?ranslation Loo@aside 4uer0 que contiene aquellas entradas de la tabla d e p!ginas usadas hace menos tiempo. La organización de hard9are de paginación resultante se muestra en la igura siguiente.
%emoria 'rincipal
%emoria (ecundaria
-irección virtual > p!g. -esplaza; -esplazamiento 4uer de traducción adelantada Cargar página
?abla de p!ginas
nº marco Desplaza . .miento
-irección
-ada una dirección virtual, el procesador e+aminar! primero la ?L4. (i la entrada de la tabla de p!ginas buscada est! presente se obtiene el n7mero de marco y se orma la dirección real. (i no se encuentra, el procesador emplea el n7mero de p!gina como índice para buscar en la tabla de p!ginas del proceso y e+aminar la entrada correspondiente de la tabla de p!ginas. (i no se encuentra activo el bit de presencia, es que la p!gina est! en la memoria principal y el procesador puede obtener el n7mero de marco de la entrada de la tabla de p!ginas para ormar la dirección real. "l procesador, adem!s, actualiza la ?L4 para incluir esta nueva entrada de la tabla de p!ginas. (i el bit de presencia no est! activo, es que la p!gina buscada no est! en la memoria principal y se produce un allo en el acceso a la memoria, llamado ""o (e !51i$/ "+iste una serie de detalles adicionales sobre la organización real de la ?L4. 'uesto que la ?L4 contiene sólo algunas de las entradas de la tabla de p!ginas completa, no se puede inde+ar simplemente la ?L4 por el n7mero de p!ginas. 1ada entrada debe incluir el n7mero de p!gina, adem!s de la entrada completa a la tabla de p!ginas. "l procesador estar! equipado con un hard9are que permita consultar simult!neamente varias entradas de la ?L4 para determinar si hay coincidencia en el n7mero de p!gina. "sta técnica se denomina #orre%!o$(e$#i %o#i&i, y contrasta con la correspondencia directa, que se emplea para buscar en la tabla de p!ginas de la igura de 47squeda directa y asociativa. "l dise)ador de la ?L4 también debe considerar la orma en que se organiza las entradas en la ?L4 y que entrada reemplazar cuando se introduce una nueva. "(B*"%A -" 13<<"('3>-">1CA -C<"1?A -irección virtual
nD p!g.
-esplazam.
E
EFG
HI . . . . . . .
HI n marco -esplaza; miento Dire##i.$ re"
?abla de p!ginas
"(B*"%A -" 13<<"('3>-">1CA A(31CA?C&A -irección virtual nD p!g.
-esplazam. n p!g. "ntrada a '?"
JK E E HI . . . . .
EJJ HI . n marco -esplaza; . miento . Dire##i.$ re" 4uer de.traducción adelantada .
'or 7ltimo, el mecanismo de la memoria virtual debe interactuar con el sistema de cache de la memoria principal. La de traducción con buer ilustra esta interacción. *na dirección virtual estar! ormada por el n7mero de p!gina m!s el desplazamiento. *na vez que se ha generado la
dirección real, que est! en orma de etiquetaormada por los bits m!s signiicativos de la dirección real0 y un resto, se consulta la cache para ver si est! presente el bloque que contiene dicha palabra. (i lo est!, es devuelto a la 1'*. (i no, se toma la palabra de la memoria principal.
T$%$/ !" P+,in$ May varios actores que considerar. *no es la ragmentación interna. (in duda, cuanto menor sea el tama)o de p!gina, menor ser! la cantidad de ragmentación interna. 'ara optimizar el uso de la memoria principal, es positivo reducir la ragmentación interna. 'or otro lado, cuanto menor sea la p!gina, mayor ser! el n7mero de p!ginas que se necesitan por proceso. *n n7mero mayor de p!ginas por proceso signiica que las tablas de p!ginas que se necesitan por proceso ser!n mayores. Así pues, pueden suceder dos allos de p!gina para una 7nica reerencia a la memoria# primero, para traer la parte necesaria de la tabla de p!ginas y, segundo, para traer la p!gina del proceso. (e puede considerar el eecto que tiene el tama)o de p!gina en el porcentae de allos de p!gina y se basa en el principio de cercanía. (i el tama)o de p!gina es muy peque)o, normalmente estar!n disponibles en la memoria principal un gran n7mero de p!ginas para cada proceso. -espués de un tiempo, todas las p!ginas de la memoria contendr!n parte de las reerencias m!s recientes del proceso y la tasa de allos de p!gina ser! menor. 1uando de incrementa el tama)o de la p!gina, cada p!gina individual contendr! posiciones cada vez m!s distantes de cualquier reerencia reciente5 se aten7a el eecto de principio de cercanía y comienza a aumentar la tasa de allos de p!gina, que comenzar! a baar cuando, inalmente, el tama)o de p!gina se apro+ime al tama)o de todo el proceso. 1uando una sola p!gina abarca todo el proceso, no hay allos de p!gina. *na diicultad m!s es que la tasa de allos de p!gina viene determinada también por el n7mero de marcos asignados a un proceso. 'or 7ltimo el dise)o del tama)o de p!gina est! relacionado con el tama)o de la memoria ísica principal. Al mismo tiempo que la memoria principal se hace mayor, el espacio de direcciones que emplean las aplicaciones también crece. "sta tendencia es m!s evidente en las computadoras personales y estaciones de trabao, donde las aplicaciones se hacen cada vez m!s compleas.
SEGMENTACION I%p#ic$cin") !" #$ %"%ri$ &ir'($# La segmentación permite al programador contemplar la memoria como si constara de varios espacios de direcciones o segmentos. Los segmentos pueden ser de distintos tama)os, incluso de orma din!mica. Las reerencias a la memoria constan de una dirección de la orma n7mero de segmento, desplazamiento0. "sta organización orece al programador varias ventaas sobre un espacio de direcciones no segmentado# J. J. (impliica la gestión de estructuras de datos crecientes. (i el programador no conoce a priori cu!n larga puede llegar a ser una estructura de datos determinada, es necesario suponerlo a menos que se permitan tama)os de segmentos din!micos. 1on memoria virtual segmentada, a la estructura de datos se le puede asignar a su propio segmento y el (.3 e+pandir! o reducir! el segmento cuando se necesite. G. G. 'ermite modiicar y recopilar los programas independientemente, sin que sea necesario recopilar o volver a montar el conunto de programas por completo. H. H. (e presta a la compartición entre procesos. *n programador puede situar un programa de utilidades o una tabla de datos en un segmento que puede ser reerenciado por otros procesos. N. N. (e presta a la protección. 'uesto que un segmento puede ser construido para albergar un conunto de procedimientos y datos bien deinido, el programador o el administrador del sistema podr! asignar los permisos de acceso de la orma adecuada. Or,$ni0$ci-n "n el estudio de la segmentación simple, se llegó a la conclusión de que cada proceso tiene su propia tabla de segmento y que, cuando todos los segmentos se encuentran en la memoria principal, la tabla de segmentos del proceso se crea y se carga en la memoria. 1ada entrada de la tabla contiene la dirección de comienzo del segmento correspondiente de la memoria principal, así como su longitud. La misma estructura se necesitar! al hablar de un esquema de memoria virtual basado en la segmentación donde las entradas de la tabla de segmentos pasan a ser m!s compleas.
'uesto que sólo algunos de los segmentos de un proceso estar!n en la memoria principal, se necesita un bit en cada entrada de la tabla de segmentos para indicar si el segmento correspondiente est! presente en la memoria principal. (i el bit indica que el segmento est! en la memoria, la entrada incluye también la dirección de comienzo y la longitud del segmento. 3tro bit de control necesario en la entrada de la tabla de segmentos es un bit de modiicación que indique si el contenido del segmento correspondiente ha sido modiicado desde que se cargó por 7ltima vez en la memoria principal. (i no ha h abido cambios, no ser! necesario escribir en el disco el segmento cuando llegue el momento de reemplazarlo en el espacio que ocupa actualmente.
-irección real
DirecciónVirtual Nºseg
Desplaza miento d
!"#$ + D
Registro Puntero a tabla de segmentos Des plazamiento
+
Longitud
Marcode Página
4ase
Programa Memoria Mecanism o depaginación
Tr$!(cci-n !" !ir"ccin") "n (n )i)'"%$ cn )",%"n'$ci-n
PAGINACION Y SEGMENTACION COM6INADAS ?anto la paginación como la segmentación tienen sus ventaas. La paginación elimina la ragmentación e+terna y de este modo, aprovecha la memoria principal de orma eiciente. Adem!s, puesto que los ragmentos que se cargan y descargan de la memoria principal son de tama)o io e iguales, es posible construir algoritmos se gestión de memoria soisticados que aprovechen meor el comportamiento de los programas. La segmentación tiene las ventaas antes citadas, incluida la capacitación de gestionar estructuras de datos que puedan crecer, la modularidad y el soporte de la compartición y la protección. 'ara combinar las ventaas de ambas, algunos sistemas est!n equipados con hard9are del procesador y sot9are del (.3. "n un sistema con paginación y segmentación combinadas, el espacio de direcciones de un usuario se divide en varios segmentos seg7n el criterio del programador. 1ada segmento se vuelve a dividir en varias p!ginas de tama)o io, que tienen la misma longitud que un marco de memoria principal. (i el segmento tiene menor longitud que la p!gina, el segmento ocupar! sólo una p!gina. -esde el punto de vista del programador, una dirección lógica todavía est! ormada por un n7mero de segmento y un desplazamiento en el segmento. -esde el punto de vista de sistema, el desplazamiento del segmento se ve como un n7mero de p!gina dentro del segmento y un desplazamiento dentro de la p!gina. La entrada de la tabla de segmentos contiene la longitud del segmento. Los bits de presencia y modiicación no son necesarios, puesto que estos elementos se gestionan en la p!gina. 'ueden usarse otros bits de control para comparición y protección. La entrada de la tabla de p!ginas es, la misma que se usa en un sistema de paginación pura. 1ada n7mero de p!gina se convierte en el n7mero de marco correspondiente si la p!gina est! presente en la memoria. "l bit de modiicación indica si se necesita escribir la p!gina en el disco cuando se asigna el marco a otra p!gina. -irección virtual
(egg. p 疊 .
>. ｺ
Desp.
-espla
laza
'untero a tabla de p!ginas
?abla ?abla de segmentos
O
O
'rograma
%ecanismo de %ecanismo de %emoria 'rincipal segmentación paginación
;?r$!(cci-n !" !ir"ccin") "n (n )i)'"%$ cn )",%"n'$ci-n 1 p$,in$ci-n2
}
%arco de p!gina
PROTECCION Y COMPARTIMIENTO *n proceso de usuario sólo puede acceder memoria localizada en su espacio de direccionamiento virtual y un espacio de memoria compartido para sus procesos;hio. Mabilidad de separar completamente las tareas, al poder dar a cada tarea un espacio de direcciones virtuales dierentes. "sto se hace dando un mapa de traducción de direcciones virtuales dierente a cada tarea. Los otros mecanismos uncionan dentro de una tarea# para proteger al propio sistema operativo de la intrusión por parte de esa tarea, y al uso de registros especiales del procesador e instrucciones reservadas 7nicamente al sistema operativo. (ólo un proceso @ernel puede controlar y acceder cualquier espacio de direccionamiento. Adem!s la segmentación se presta a la implementación de políticas de protección, puesto que cada entrada de la tabla de segmentos incluye la longitud, adem!s de la dirección base, un programa no podr! acceder por descuido a una posición de la memoria principal m!s all! de los límites de un segmento. 'ara conseguir la compartición, es posible que un segmento se reerencia desde las tablas de segmentos de m!s de un proceso. "ste mismo mecanismo es v!lido en un sistema de paginación. (e pueden orecer también mecanismos m!s soisticados. *n esquema habitual consiste en usar una estructura de anillo de protección donde los anillos interiores gozan de mayores privilegios que los anillos e+ternos. >ormalmente, el anillo F est! reservado para las unciones del n7cleo del (.3 y las aplicaciones est!n situadas a un nivel m!s alto. Algunos servicios del (.3 pueden ocupar un anillo intermedio. Los principios b!sicos del sistema de anillos son los siguientes# J. J. *n programa puede acceder sólo a datos que estén en el mismo anillo o en un anillo de menor privilegio. G. G. *n programa puede hacer llamadas a servicios que residan en el mismo anillo o en anillos m!s privilegiados.
SOFTWARE DEL SISTEMA OPERATIVO "l dise)o del gestor de memoria en un sistema operativo depende de tres !reas undamentales de decisión# (i se emplean o no técnicas de memoria virtual. v v "l uso de paginación, segmentación o ambas. v Los algoritmos empleados para los problemas de la gestión de memoria. Las decisiones tomadas en las dos primeras !reas dependen de la plataorma de hard9are disponible. Las decisiones del tercer punto los algoritmos0 son del dominio del sot9are del (.3.. "n las políticas, elementos claves de dise)o, que luego se desarrollar!n, el punto clave es el rendimiento# se busca minimizar el porcentae de allos de p!gina. Los allos de p!gina originan una considerable sobrecarga en el sot9are. 1omo mínimo, la sobrecarga incluye la decisión que el (.3. debe tomar sobre las p!ginas residentes o p!ginas que se deben reemplazar y la "/( de intercambiar p!ginas. Adem!s, el (.3. debe planiicar la eecución de otro proceso durante el intercambio de p!gina, dando lugar a un cambio de proceso. Los elementos clave del dise)o son los desarrollados a continuación#
POLÍTICAS DE LECTURA 7FETCH8 "s la que est! relacionada con la decisión de cu!ndo se debe cargar una p!gina en la memoria principal. Las dos alternativas m!s comunes son# Ø P$,in$ci-n pr !"%$n!$# (e trae una p!gina a la memoria principal sólo cuando se hace reerencia a una posición en dicha p!gina. Ø P$,in$ci-n pr"&i$3 (e cargan otras p!ginas distintas a las demandadas debido a un allo de p!gina. "sta política no es eectiva si la mayoría de las p!ginas e+tra que se traen no se reerencian. La utilidad no ha sido demostrada.
POLÍTICAS DE U6ICACIÓN ?iene que ver con determinar dónde va ha residir una parte de un proceso en la memoria principal. "s un aspecto importante del dise)o en un sistema puro de segmentación. 1omo posibles alternativas se tiene# Ø 'olíticas del meor auste. Ø 'olíticas del primer auste Ø 8 otras. (in embargo, para un sistema que usa tanto paginación pura como paginación combinada con segmentación, la ubicación carece de importancia puesto que el hard9are de traducción de direcciones y el hard9are de acceso a la memoria principal pueden desarrollar sus unciones en cualquier combinación de marco de p!gina con idéntica eiciencia. '3LP?C1A( -" <""%'LAQ3 ?rata de la selección de la p!gina a reemplazar en la memoria principal cuando se debe cargar una nueva p!gina. "sto resulta diícil de e+plicar por lo que se debe tener en cuenta algunos conceptos interrelacionados como ser# Ø "l numero de marcos de p!gina a asignar a cada proceso activo.
Ø (i el conunto de p!ginas a considerar para el reemplazo debe limitarse a las del proceso que provocó el allo de p!gina o abarcar todos los marcos de p!gina situados en la memoria principal. Ø -e entre el conunto de p!ginas consideradas, cu!l es la p!gina especíica que debe elegirse para el reemplazo.
=
%"%31C'AL %"%3-A
2 Algoritmo de reemplazo de p!ginas seg7n el uso no tan reciente# "ste algoritmo hace uso de los dos bits de estado que est!n asociados a cada p!gina. "stos bits son# <, el cual se activa cuando se hace reerencia lectura / escritura0 a la p!gina asociada5 y %, que se activa cuando la p!gina asociada es modiicada escritura0. "stos bits deben de ser actualizado cada vez que se haga reerencia a la memoria, por esto es de suma importancia que sean activados por el hard9are. *na vez activado el bit, permanece en ese estado hasta que el sistema operativo, mediante sot9are, modiica su estado. "stos bits pueden ser utilizados para desarrollar un algoritmo de reemplazo que cuando inicie el proceso, el sistema operativo asigne un valor de F a ambos bits en todas las p!ginas. "n cada interrupción de relo, limpie el bit < para distinguir cu!les p!ginas tuvieron reerencia y cu!les no. 1uando ocurre un allo de p!gina, el sistema operativo revisa ambos bits en todas las p!ginas y las clasiica de la siguiente manera# ;
;
1lase F# La p!gina no ha sido reerenciada, ni modiicada.
;
;
1lase J# La p!gina no ha sido reerenciada, pero ha sido modiicada.
;
;
1lase G# La p!gina ha sido reerenciada, pero no ha sido modiicada.
; ; 1lase H# La p!gina ha sido reerenciada y también modiicada. "strategia# (ustituir primero celdas tipo F meor opción0, ó tipo J lento0 pero grabando celda de salida, ó tipo G posible hiperpaginación0, ó tipo H peor0 pero grabando celda de salida. *na vez obtenida la clasiicación, elimina una p!gina de manera aleatoria de la primera clase no vacía con el n7mero m!s peque)o. "sto porque para el algoritmo es meor eliminar una p!gina modiicada sin reerencias en al menos un intervalo de relo, que una p!gina en blanco de uso recuente. A pesar de que este algoritmo no es el óptimo, es !cil de implementar y de comprender y con mucha recuencia es el m!s adecuado. R *sada menos recientemente L<*, Last
R 'rimera en entrar, primera en salir TCT3, Tirst Cn Tirst 3ut0# trata los marcos asignados a un proceso como un buer circular y las p!ginas se suprimen de la memoria seg7n la técnica de
Almacenamiento intermedio de p/ginas "l coste de reemplazar una p!gina que ha sido modiicada es mayor que el de un a que no lo ha sido, porque las p!ginas modiicadas deben volver a escribirse en la memoria secundaria. *na solución representativa es la del &A=/&%(. "l algoritmo de reemplazo es simplemente un TCT3. 'ara meorar el rendimiento, no se pierde la pista de la p!gina reemplazada, sino que se asigna a una de las dos listas siguientes# ; ; la lista de p!ginas libres si no ha sido modiicada0, o, ; ; la lista de p!ginas modiicadas si lo ha sido0. 'ero " !51i$ $o %e m'e,e 3%i#me$&e (e " memori !ri$#i!" , sino que se suprime su entrada en la tabla de p!ginas y se pone en la lista de p!ginas libres o modiicadas. Así, si la p!gina que ue agregada a una de las listas permanente en la memoria0 y si el proceso hace reerencia a dicha p!gina, simplemente se devuelve al conunto residente del proceso con un coste peque)o. "stas listas de p!ginas libres y modiicadas act7an como una caché de p!ginas. La lista de p!ginas modiicadas tiene otra unción provechosa# las p!ginas modiicadas son reescritas por bloques, en vez de una a una5 esto reduce signiicativamente el n7mero de operaciones se "/( y por tanto, la cantidad de tiempo de acceso al disco. &olíticas de reempla0o 1 tama2o de cac34 'or ser el tama)o de la memoria cada vez m!s grande, y la cercanía en las aplicaciones cada vez menor5 se busca compensar haciendo m!s grande el tama)o de las caches. 1on una caché grande, el reemplazo de p!ginas de memoria virtual puede tener un gran impacto en el rendimiento. (i el marco seleccionado para reemplazar se encuentra en la caché, entonces se pierde el bloque de caché, así como la p!gina que contiene. *na estrategia cuidadosa de reemplazo de p!ginas puede dar como resultado de un JF a un GFW menos de allos de caché que la ubicación arbitraria, utilizando una política de ubicación de p!ginas en el buer de p!ginas.
GESTION DEL CON9UNTO RESIDENTE T$%$/ !"# cn4(n' r")i!"n'" 1on memoria virtual paginada no es necesario y, puede no ser posible, traer todas las p!ginas de un proceso a la memoria principal para preparar su eecución. "l sistema operativo debe decidir cuantas paginas traer, es decir, cuanta memoria principal asignar a un proceso. Aquí entran en uego varios actores# 2 1uanto menor es la cantidad de memoria asignada a un proceso, mayor es el n7mero de procesos que pueden estar en la • memoria principal. "sto aumenta la probabilidad de que el sistema operativo encuentre al menos un proceso Listo y, por lo tanto, reduzca el tiempo perdido en el intercambio. • 2 (i en la memoria principal hay un n7mero relativamente peque)o de paginas de un proceso entonces a pesar del principio de cercanía, el porcentae de allos de pagina ser! algo mayor. • 2 La asignación de memoria adicional a un proceso en particular no tendr! eectos notables en el porcentae de allos de pagina para ese proceso debido al principio de cercanía. 1on estos actores en los sistemas operativos actuales se pueden encontrar con dos tipos de políticas. La política de %i1$#i.$ i- otorga a cada proceso un n7mero io de paginas en las que eecutar. 1on una política de %i1$#i.$ i-, cada vez que se produce un allo de pagina en la eecución de un proceso, se debe reemplazar una de las paginas de dicho procesador la pagina que se necesite. La política de %i1$#i.$ ,ri4"e permite que el n7cleo de marcos asignados a un proceso cambie a lo largo de su vida. La política de %i1$#i.$ ,ri4"e parece ser la mas potente. La diicultad de este método esta en que requiere que el sistema operativo evalué el compartimiento de los procesos activos. Alcance del reempla0o "l alcance de una estrategia de reemplazo puede clasiicarse en global o local. *n allo de pagina, producido cu!ndo no hay marcos libres, es le activador de ambos tipos de políticas. 'ara seleccionar la pagina a reemplazar, una !o"3&i# (e reem!"*o "o#" escoge 7nicamente de entre las paginas residentes del proceso que originó el allo de pagina. *na !o"3&i# (e reem!"*o 1"o4" considera todas las p!ginas de la memoria como candidatas para reemplazar, independientemente del proceso particular a que pertenezcan. Asignación ia
o es posible. • proceso es io.
•
Asignación variable
2 La pagina a reemplazar se elige de entre los marcos asignados al proceso. • 2 "l n7mero de marcos asignados a un • 2 La pagina a reemplazar se elige de proceso puede cambiar de un momento a entre todos los marcos disponible en la otro para mantener su conunto de trabao. memoria principal5 esto hace que cambie el tama)o del conunto residente de los • 2 La pagina a reemplazar se elige de procesos. entre las paginas asignadas al proceso.
A)i,n$ci-n .i4$ 1 $#c$nc" #c$# "n este caso, se tiene un proceso que se eecuta en la memoria principal con un n7mero io de paginas. 1uando se produce un allo de pagina, el sistema operativo debe elegir la pagina a reemplazar entre las de dicho proceso que est!n actualmente en la memoria. 1on una política de asignación ia, es necesario decidir por anticipado la cantidad de memoria asignada a un proceso. A)i,n$ci-n &$ri$*#" 1 $#c$nc" ,#*$# "sta combinación es sencilla de implementar y ha sido adoptada por un buen n7mero de sistemas operativos. "n un instante en la memoria principal habr! varios procesos, cada uno de ellos con un cierto n7mero de marcos asignados. "l sistema operativo también mantiene una lista de marcos libres. 1uando se produce un allo de p!gina, se a)ade un marco libre al conunto residente del proceso y se carga la pagina. La diicultad de este método es la elección del reemplazó. 1uando no hay marcos libres, el sistema operativo debe elegir una pagina que este en la memoria para reemplazar. La selección se realiza entre todos los marcos de la memoria e+cepto los marcos bloqueados. Asignación variable y alcance local "s otro método de agnación variable, que intenta superar los problemas de alcance global. La estrategia de asignación variable y alcance local puede resumirse como sigue# J. J. cuando se carga un nuevo proceso en la memoria, se le asigna cierto n7mero de marcos en unción del tipo de aplicación, las necesidades del programa u otros criterios. La asignación puede cubrirse tanto con paginación previa como con paginación por demanda. G. G. cuando se produce un allo de pagina, se selecciona la pagina a reemplazar de entre las del conunto residente del proceso que sure el allo. H. H. de vez en cuando, se vuelve a evaluar la asignación otorgada al proceso y se aumenta o disminuye para meorar el rendimiento global. "l conunto de trabao ha tenido un gran impacto en el dise)o de la gestión de la memoria virtual. "l conunto de trabao de un proceso en un instante virtual t y con par!metro X, denotado por Yt,X0, es el conunto de paginas a las que el proceso ha hecho reerencia en las ultimas X unidades de tiempo virtual. (e usa el termino tiempo virtual par indicar el tiempo que transcurre mientras que el proceso est! en eecución. La variable X es una ventana de tiempo para la observación del proceso. "l tama)o del conunto de trabao ser! una unción no decreciente del tama)o de la ventana. Los puntos indican unidades de tiempo en las que no cambia el conunto de trabao, cuando mayor es el conunto de trabao, menos recuentes son los allos de p!gina. "ste concepto de conunto de trabao puede modiicar la siguiente estrategia para el tama)o del conunto residente# J. G. H.
J. (upervisar el conunto de trabao de cada proceso. G. "liminar periódicamente del conunto residente de un proceso aquellas paginas que no pertenezcan a su conunto de trabao. H. *n proceso puede eecutar si su conunto de trabao es en la memoria principal es decir, si su conunto residente incluye a su conunto de trabao0.
"sta estrategia resulta atractiva porque toma un principio reconocido, el principio de cercanía y lo aprovecha para obtener la estrategia de gestión de memoria que permita minimizar los allos de p!gina. 'or desgracia, la estrategia del conunto de trabao presenta una serie de problemas. J. G.
J. "l pasado no siempre predice el uturo. ?anto el tama)o como el contenido del conunto de trabao cambiar!n con el tiempo. G. "s impracticable una medida real del conunto de trabao para cada proceso. (ería necesario marcar cada reerencia de pagina de cada proceso con su tiempo virtual y mantener una cola ordenada entorno de las p!ginas de cada proceso. H. H. "l valor óptimo de ∆ es desconocido y, en cualquier caso, puede variar. "l algoritmo de recuencia de allo de p!gina 'TT. 'age Tault Trequency0 sigue esta estrategia. "l algoritmo e+ige que se asocie un bit de uso a cada pagina de la memoria. "l bit se pone cuando se accede a la p!gina. 1uando produce un allo de pagina el sistema operativo anota el tiempo virtual transcurrido desde el ultimo allo de pagina para ese proceso. (e deine un umbral 5 . (i el tiempo transcurrido desde el ultimo allo de p!gina es menor que 5 , entonces una p!gina se a)ade al conunto residente del proceso. "n otro caso, descartan todas las p!ginas con bit de u so a F y, en consecuencia, se reduce el conunto residente. Al mismo tiempo, se restauran a F el valor del bit de uso en las paginas restantes. *n método que intenta solucionar el enómeno de las transiciones entre ubicaciones con una peque)a sobrecarga, es la política de conunto de trabao con muestreos en intervalo variables &(Y(, &ariable Cnterval (ampled Yor@ing (et0. La política &(Y( eval7a el conunto de trabao de un proceso tomando muestras en unción del tiempo virtual transcurrido. Al comienzo de un intervalo de muestreo, se restauran los bit de uso de todas las p!ginas residentes del proceso durante el intervalo siguiente, descart!ndose el resto. Así pues, el tama)o del conunto residente puede disminuir sólo al inal de un intervalo. La política del &(Y( est! gobernada por los siguientes par!metros# %# -uración mínima del intervalo de muestreo.
L# -uración m!+ima del intervalo de muestreo. B# >7mero de allos de p!gina permitidos entre cada par de muestras. La política &(Y( es la siguiente# J. G.
J. G.
(i el tiempo virtual transcurrido desde la 7ltima muestra alcanza L, suspende el proceso y e+plora los bits de uso. (i, antes de que transcurra un tiempo virtual L, se producen B allos de p!gina# a0 a0 (i el tiempo virtual desde la 7ltima muestra es menor que %, espera hasta que el tiempo virtual transcurrido alcance % para suspender el proceso y e+plorar los bit de uso. b0 b0 (i el tiempo virtual desde la 7ltima muestra es mayor o igual que %, suspende el proceso y e+plora los bits de uso.
POLÍTICA DE VACIADO *na política de vaciado es la contraria a una política de lectura# se preocupa de determinar el momento en que hay que escribir en la memoria secundaria una p!gina modiicada. Las dos alternativas son el vaciado por demanda y el vaciado previo. 1on ,#i(o !or (em$(, una pagina se escribir! en la memoria secundaria sólo cuando haya sido elegida para reemplazarse. *na política de ,#i(o !re,io escribe las p!ginas modiicadas antes de que se necesiten sus marcos, de orma que las p!ginas pueden escribirse por lotes. "+iste un peligro si se sigue estrictamente cualquiera de las dos políticas. 1on el vaciado previo, una pagina se escribe pero permanece en la memoria principal hasta que el algoritmo de reemplazo de pagina diga que se suprime. "l vaciado previo permite escribir las paginas por lotes, pero tiene poco sentido escribir miles de p!ginas para encontrarse que la mayoría de ellas han sido modiicadas antes de ser reemplazadas. La capacidad de transerencia de la memoria secundaria es limitada y no debe malgastarse con operaciones de vaciado innecesarias. 'or otro lado, en el vaciado por demanda, la escritura de una p!gina modiicada es anterior a la lectura de una nueva p!gina. "sta técnica puede minimizar las escrituras de paginas, pero hace que un proceso que sura un allo de pagina pueda tener que esperar dos transerencias de pagina antes de desbloquearse. *na solución es incorporar almacenamiento intermedio de paginas, que permite la adopción de la siguiente política# vaciar solo las paginas que es posible reemplazar, pero desconectar las operaciones de vaciado y reemplazo. 1on almacenamiento intermedio de p!ginas reemplazadas pueden situarse en dos listas# modiicadas y no modiicadas
GESTION DE MEMORIA EN WINDOWS 2000 "l gestor de memoria virtual de Yindo9s GFFF YGZ0 controla como se asigna la memoria y como se realiza la paginación. M$p$ !" Dir"ccin") Vir'($#") !" 678 1ada proceso de usuario de YGZ dispone de un espacio de direcciones separado de HG bits, lo que permite N [bytes de memoria por proceso. 'or lo que, una parte de esta memoria esta reservada para el sistema operativo y cada usuario tiene G [bytes de espacio de direcciones virtual disponible. P$,in$ci-n "n 678 1uando se crea un proceso en principio puede hacer uso de todo el espacio de usuario de G [bytes. "ste espacio se divide en paginas de tama)o io, y cualquiera puede cargarse en la memoria principal. "n la pr!ctica una p!gina puede estar en uno de estos tres estados# v Di)pni*#"3 las p!ginas no usadas actualmente por este proceso. v R")"r&$!$3 un conunto de paginas contiguas que el gestor de la memoria virtual separa para un proceso pero no cuentan para la cuota de memoria del proceso hasta que se usan. v Cn.ir%$!$3 paginas para las cuales el gestor de memoria virtual mantiene un conunto de espacio separado en su archivo de paginación. La distinción entre memoria conirmada y reservada es que la primera permite a procesos o hilos declarar una cantidad de memoria que puede asignarse r!pidamente cuando sea necesaria5 y la otra, minimiza la cantidad de espacio en el disco separada para un proceso particular deando ese espacio en disco para otros procesos.
CONCLUSIÓN La memoria virtual ha llegado a ser un componente esencial de los (.3, convirtiéndose en una herramienta 7til de gestión de memoria. -esde su aparición se ha comprobado que se agilizó la labor del programador, ya que desarrollando un programa no debe restringir su tama)o, no teniendo necesidad de conocer la capacidad de memoria principal disponible. 3culta también la compleidad de los algoritmos utilizados para el intercambio de los \trozos] de los procesos. 'or dichas razones, se busca implementarla en la mayoría de los (.3. actuales, deado como optativa, la no utilización de la misma. ADMINISTRACION DE LA MEMORIA
"n esta sección se describir!n las técnicas m!s usuales en el maneo de memoria, revisando los conceptos relevantes. (e abarcar!n los esquemas de maneo simple de memoria real, la multiprogramación en memoria real con sus variantes, el concepto de ^overlays_, la multiprogramación con intercambio y los esquemas de maneo de memoria virtual. 9:;: P$nr$%$ ,"n"r$# *n vistazo al material que se va a cubrir en esta sección se muestra en la igura N.J. "s una gr!ica en donde se especiican, en términos generales, los conceptos m!s importantes en cuanto a las técnicas empleadas en el maneo de memoria.
9:7: M$n"4 !" %"%ri$ "n )i)'"%$) %n()($ri )in in'"rc$%*i "ste esquema es a7n muy recuente en %é+ico y se usa principalmente en sistemas monousuario y monotarea, como son las computadoras personales con -3(. 4ao este esquema, la memoria real es tomada para almacenar el programa que se esté eecutando en un momento dado, con la visible desventaa de que si se est! limitado a la cantidad de
9:<: M(#'ipr,r$%$ci-n "n %"%ri$ r"$# "n los F_s, las empresas e instituciones que habían invertido grandes sumas en la compra de equipo d e cómputo se dieron cuenta r!pidamente que los sistemas en lote invertían una gran cantidad de tiempo en operaciones de entrada y salida, donde la intervención de la unidad central de procesamiento era pr!cticamente nula, y se comenzaron a preguntar cómo hacer que se mantuviera m!s tiempo ocupada. Tue así como nació el concepto de multiprogramación, el cual consiste en la idea de poner en la memoria ísica m!s de un proceso al mismo tiempo, de manera que si el que se est! eecutando en este momento entraba en un periodo de entrada/salida, se podia tomar otro proceso para que usara la unidad central de procesamiento. -e esta orma, la memoria isica se dividía en secciones de tama)o suiciente para contener a varios programas. -e esta manera, si un sistema gastaba en promedio FW de su tiempo en entrada/salida por proceso, se podía aprovechar m!s el 1'*. Anterior a esto, el 1'* se mantenía ese mismo porcentae ocioso5 con la nueva técnica, el tiempo promedio ocioso disminuye de la siguiente orma. Ll!mese al tiempo promedio que el 1'* est! ocupado ^grado de multiprogramación_. (i el sistema tuviese un solo proceso siempre, y éste gastara FW en entrada/salida, el grado de multiprogramación sería J ; FW ` NFW ` F.N. 1on dos procesos, para que el 1'* esté ocioso se necesita que ambos procesos necesiten estar haciendo entrada/salida, es decir, suponiendo que son independientes, la probabilidad de que ambos estén en entrada/salida es el producto de sus probabilidades, es decir, F.+F. ` F.H. Ahora, el grado de multiprogramación es J ; probabilidad de que ambos procesos estén haciendo entrada/salida0 ` J ; F.H ` F.N. 1omo se ve, el sistema meora su uso de 1'* en un GNW al aumentar de uno a dos procesos. 'ara tres procesos el grado de multiprogramación es J ; F.0 H ` F.IN, es decir, el sistema est! ocupado el I.NW del tiempo. La órmula del grado de multiprogramación, aunque es muy idealista, pudo servir de guía para planear un posible crecimiento con la compra de memoria real, es decir, para obtener el punto en que la adición de procesos a
:/;/
espacio de direcciones de memoria real de la sección en la que se carga el programa. "sto es, cuando se compiló el programa se deinieron o resolvieron las direcciones de memoria de acuerdo a la sección de ese momento, pero si el programa se carga en otro dia en u na sección dierente, las direcciones reales ya no coinciden. "n este caso, el maneador de memoria puede solucionar el problema de dos maneras# de manera ^est!tica_ o de manera ^din!mica_. La solución ^est!tica_ consiste en que todas las direcciones del programa se vuelvan a recalcular al momento en que el programa se carga a memoria, esto es, pr!cticamente se vuelve a recompilar el programa. La solución ^din!mica_ consiste en tener un registro que guarde la dirección base de la sección que va a contener al programa. 1ada vez que el programa haga una reerencia a una dirección de memoria, se le suma el registro base para encontrar la dirección real. 'or eemplo, suponga que el programa es cargado en una sección que comienza en la dirección JFF. "l programa har! reerencias a las direcciones EF,EG,EN. 'ero el contenido de esas direcciones no es el deseado, sino las direcciones JEF, JEG y JEN, ya que ahí comienza el programa. La suma de JFF O EF, ...,etcétera se hacen al tiempo de eecución. La primera solución vale m!s la pena que la segunda si el programa contiene ciclos y es largo, ya que consumir! menos tiempo en la resolución inicial que la segunda solución en las resoluciones en línea.
:/;/2/ E" !ro4"em (e " !ro&e##i.$ "ste problema se reiere a que, una vez que un programa ha sido caragado a memoria en alg7n segmento en particular, nada le impide al programador que intente direccionar por error o deliberadamente 0 localidades de memoria menores que el límite inerior de su programa o superiores a la dirección mayor5 es decir, quiere reerenciar localidades uera de su espacio de direcciones. 3bviamente, este es un problema de protección, ya que no es legal leer o escribir en !reas de otros programas. La solución a este problema también puede ser el uso de un registro base y un registro límite. "l registro base contiene la dirección del comienzo de la sección que contiene al programa, mientras que el límite contiene la dirección donde termina. 1ada vez que el programa hace una reerencia a memoria se checa si cae en el rango de los registros y si no es así se envía un mensae de error y se aborta el programa.
:/;/;/ Pr&i#io$e% i-% o !r&i#io$e% ,ri4"e% "n el esquema de la multiprogramación en memroia real se manean dos alternativas para asignarle a cada programa su partición correspondiente# particiones de tama)o io o particiones de tama)o variable. La alternativa m!s simple son las particiones ias. -ichas particiones se crean cuando se enciende el equipo y permanecer!n con los tama)os iniciales hasta que el equipo se apague. "s una alternativa muy viea, quien hacía la división de particiones era el operador analizando los tama)os estimados de los trabaos de todo el día. 'or eemplo, si el sistema tenía EJG @ilobytes de
:/;/:/ Lo% o,er"+% *na vez que surgió la multiprogramación, los usuarios comenzaron a e+plorar la orma de eecutar grandes cantidades de código en !reas de memoria muy peque)as, au+iliados por algunas llamadas al sistema operativo. "s así como nacen los ^overlays_. "sta técnica consiste en que el programador divide lógicamente un programa muy grande en secciones que puedan almacenarse el las particiones de
Aunque esta técnica era eicaz porque resolvía el problema 0 no era eiciente ya que no lo resolvía de la meor manera 0. "sta solución requería que el programador tuviera un conocimiento muy proundo del equipo de cómputo y de las llamadas al sistema operativo. 3tra desventaa era la portabilidad de un sistema a otro# las llamadas cambiaban, los tama)os de particiones también.
:/:/< P1i$#i.$ !'r La paginación pura en el maeo de memoria consiste en que el sistema operativo divide din!micamente los programas en unidades de tama)o io generalmente m7ltiplos de J @ilobyte 0 los cuales va a manipular de
1omo se observa, una dirección virtual ^v_ ` b,d0 est! ormada por un n7mero de p!gina virtual ^b_ y un desplazamiento ^d_. 'or eemplo, si el sistema orece un espacio de direcciones virtuales de N @ilobytes, con p!ginas de N @ilobytes y la
escogida y enviada a disco, se marca su valor de control en la tabla de direcciones virtuales para indicar que ya no est! en o es eiciente porque no aprovecha ninguna característica de ning7n sistema. "s usta e imparcial. $ La no usada recientemente# (e escoge la p!gina que no haya sido usada reerenciada0 en el ciclo anterior. 'retende aprovechar el hecho de la localidad en el conunto de trabao. • La usada menos recientemente# "s parecida a la anterior, pero escoge la p!gina que se usó hace m!s tiempo, pretendiendo que como ya tiene mucho sin usarse es muy probable que siga sin usarse en los pró+imos ciclos. >ecesita de una b7squeda e+haustiva. La no usada recuentemente# "ste algoritmo toma en cuenta no tanto el tiempo, sino el n7mero de reerencias. "n este caso cualquier • p!gina que se use muy poco, menos veces que alguna otra. La menos recuentemente usada# "s parecida a la anterior, pero aquí se busca en orma e+haustiva aquella p!gina que se ha usado • menos que todas las dem!s. • "n orma aleatoria# "lige cualquier p!gina sin aprovechar n ada. "s usta e imparcial, pero ineiciente. 3tro dato interesante de la paginación es que ya no se requiere que los programas estén ubicados en zonas de memoria adyacente, ya que las p!ginas pueden estar ubicadas en cualquier lugar de la memoria
:/:/2 Se1me$&#i.$ !'r La segmentación se aprovecha del hecho de que los programas se dividen en partes lógicas, como son las p artes de datos, de código y de pila stac@0. La segmentación asigna particiones de memoria a cada segmento de un programa y busca como obetivos el hacer !cil el compartir segmentos por eemplo librerías compartidas 0 y el intercambio entre memoria y los medios de almacenamiento secundario. 'or eemplo, en la versión de *>C= (un3( H.E, no e+istían librerías compartidas para algunas herramientas, por eemplo, para los editores de te+to orientados al ratón y men7s. 1ada vez que un usuario invocaba a un editor, se tenía que reservar J megabyte de memoria. 1omo los editores son una herramienta muy solicitada y recuentemente usada, se dividió en segmentos para le versión N.+ que a su vez se dividen en p!ginas 0, pero lo importante es que la mayor parte del editor es com7n para todos los usuarios, de manera que la primera vez que cualquier usuario lo invocaba, se reservaba un megabyte de memoria como antes, pero para el segundo, tercero y resto de usuarios, cada editor e+tra sólo consumía GF @ilobytes de memoria. "l ahorro es impresionante. 3bsérvese que en la segmentación pura las particiones de memoria son de tama)o variable, en contraste con p!ginas de tama)o io en la paginación pura. ?ambién se puede decir que la segmentación pura tiene una granularidad menor que la paginación por el tamanó de segmentos versus tama)o de p!ginas. >uevamente, para comprender meor la segmentación, se debe dar un repaso a la orma en que las direcciones virtuales son traducidas a direcciones reales, y para ellos se usa la igura N.N. 'r!cticamente la traducción es igual que la llevada a cabo en la paginación pura, tomando en consideració) que el tama)o de los bloques a controlar por la tabla de traducción son variables, por lo cual, cada entrada en dicha tabla debe contener la longitud de cada segmento a controlar. 3tra vez se cuenta con un registro base que contiene la dirección del comienzo de la tabla de segmentos. La dirección virtual se compone de un n7mero de segmento s0 y un desplazamiento d 0 para ubicar un byte o palabra 0 dentro de dicho segmento. "s importante que el desplazamiento no sea mayor que el tama)o del segmento, lo cual se controla simplemente checando que ese valor sea mayor que la dirección del inicio del segmento y menor que el inicio sumado al tama)o. *na ves dada una dirección virtual v` s,d 0, se realiza la operación b O s para hallar el registro o entrada de la tabla de segmentos 0 que contiene la dirección de inicio del segmento en la memoria real, denotado por s_. 8a conociendo la dirección de inicio en memoria real s_ sólo resta encontrar el byte o palabra deseada, lo cual se hace sum!ndole a s_ el valor del desplazamiento, de modo que la dirección real r ` s_ O d.
1ada entrada en la tabla de segmentos tiene un ormato similar al mostrado en la igura N.E. (e tienen campos que indican la longitud, los permisos, la presencia o ausencia y dirección de inicio en memoria real del segmento.
(eg7n amplios e+perimentos -eitelKHf sugieren que un tama)o de p!ginas de JFGN bytes generalmente orece un desempe)o muy aceptable. Cntuitivamente parecería que el tener p!ginas del mayor tama)o posible haría que el desempe)o uera óptimo pero n o es así, a menos que la p!gina uera del tama)o del proceso total. >o es así con tama)os grandes de p!gina menores que el proceso, ya que cuando se trae a memoria principal una p!gina por motivo de un solo byte o palabra, se est!n trayendo muchísimos m!s bytes de los deseados. La dependencia entre el n7mero de allas respecto al tama)o de las p!ginas se muestra en la igura N..
*n hecho notable en los sistemas que manean paginación es que cuando el proceso comienza a eecutarse ocurren un gran n7mero de allos de p!gina, porque es cuando est! reerenciando muchas direcciones nuevas por vez primera, después el sistema se estabiliza, conorme el n7mero de marcos asignados se acerca al tama)o del conunto de trabao.
"l la igura N.I se muestra la relación entre el tiempo promedio entre allas de p!gina y el n7mero de marcos de p!gina asignados a un proceso. Allí se ve que el tiempo entre allas decrece conorme se le asignan m!s p!ginas al proceso. La gr!ica se curva en un punto, el cual corresponde a que el proceso tiene un n7mero de p!ginas asignado igual al que necesita para almacenar su conunto de trabao. -espués de eso, el asignarle a un proceso m!s p!ginas que las de su conunto de trabao ya no conviene, ya que el tiempo promedio entre allas permanece sin mucha meora. *n aspecto curioso de aumentar el n7mero de p!ginas a un proceso cuando el algoritmo de selección de p!ginas candidatas a irse a disco es la primera en entrar primera en salir es la llamada ^anomalía TCT3_ a ^anomalía de 4elady_. 4elady encontró eemplos en los que un sistema con un n7mero de p!ginas igual a tres tenía menos allas de p!ginas que un sistema con cuatro p!ginas. "l eemplo descrito en ?an++f es inusto. (i se mira con cuidado, obviamente si se compara un sistema con JF p!ginas contra otro de E, ya de inicio el primer sistema tendr! E allos de p!gina m!s que el de E, porque se necesitan diez allos para cargarlo. A esto debería llam!rsele ^anomalía de 4elady con corrección.
:/:/; Si%&em% #om4i$(o% La paginación y la segmentación puras son métodos de maneo de memoria bastante eectivos, aunque la mayoría de los sistemas operativos modernos implantan esquemas combinados, es decir, combinan la paginación y la segmentación. La idea de combinar estos esquemas se debe a que de esta orma se aprovechan los conceptos de la división lógica de los programas segmentos0 con la granularidad de las p!ginas. -e esta orma, un proceso estar! repartido en la memoria real en peque)as unidades p!ginas0 cuya liga son los segmentos. ?ambién es actible así el compartir segmentos a medida que las partes necesitadas de los mismos se van reerenciando p!ginas0. 'ara comprender este esquema, nuevamente se ver! cómo se traduce una dirección virtual en una localidad de memoria real. 'ara la paginación y segmentacíon puras se puede decir que el direccionamiento es ^bidimensional_ porque se necesitan dos valores para hallar la dirección real. 'ara el caso combinado, se puede
decir que se tiene un direccionamiento ^tridimensional_. "n la igura N. -eitelKHf se muestran las partes relevantes para lograr la traducción de direcciones. "l sistema debe contar con una tabla de procesos ?'0. 'or cada renglón de esa tabla se tiene un n7mero de proceso y una dirección a una tabla de segmentos. "s decir, cada proceso tiene una tabla de segmentos. 1uando un proceso hace alguna reerencia a memoria, se consulta ?' para encontrar la tabla de segmentos de ese proceso. "n cada tabla de segmentos de proceso ?('0 se tienen los n7meros de los segmentos que componen a ese proceso. 'or cada segmento se tiene una dirección a una tabla de p!ginas. 1ada tabla de p!ginas tiene las direcciones de las p!ginas que componen a un solo segmento. 'or eemplo, el segmento ^A_ puede estar ormado por las p!ginas reales ^a_,_b_,_c_,_p_ y ^+_. "l segmento ^4_ puede estar compuesto de las p!ginas ^_,_g_,__,_9_ y ^z_. 'ara traducir una dirección virtual v`s,p,d0 donde ^s_ es el segmento, ^p_ es la p!gina y ^d_ el desplazamiento en la p!gina se hace lo siguiente. 'rimero se ubica de qué proceso es el segmento y se localiza la tabla de segmentos de ese proceso en la ?'. 1on ^s_ como índice se encuentra un renglón registro0 en la tabla de segmentos de ese proceso y en ese renglón est! la dirección de la tabla de p!ginas que componen al segmento. *na vez en la tabla de p!ginas se usa el valor ^p_ como índice para encontrar la dirección de la p!gina en memoria real. *na vez en esa dirección de memoria real se encuentra el byte o palabra0 requerido por medio del valor de ^d_.
Ahora, en este esquema pueden haber dos tipos de allos# por allo de p!gina y por allo de segmento. 1uando se hace reerencia a una dirección y el segmento que la contiene no est! en
