10 Gestion de Memoria

8/18/2019 10 Gestion de Memoria

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Gestión de memoria

Rina Arauz


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Gestión de

Definición

La memoria es una amplia tabla de datos, cada unode los cuales con su propia dirección

Tanto el tamaño de la tabla (memoria), como el delos datos incluidos en ella dependen de cadaarquitectura concreta

Para que los programas puedan ser ejecutados esnecesario que estén cargados en memoria principal

La inormación que es necesario almacenar de

modo permanente se guarda en dispositi!os dealmacenamiento secundarios también conocidoscomo memoria secundaria


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Gestión de

Localidad

Los procesos tienden a concentrar sus reerencias en un

inter!alo de tiempo en un subconjunto de su espacio de

direcciones

"eg#n $onald %nut& '*+

Los programas, normalmente, tienen un perfil muy desigual, con unos

pocos picos agudos... También encontramos que menos del 4 por 100 de

un programa, generalmente, representa más de la mitad de su tiempo de

ejecución

-s una propiedad emp.rica m/s que teórica

La localidad puede ser de dos tipos

Localidad espacial

Localidad temporal


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Gestión de

Localidad espacial y temporal

Localidad espacial una !ez &ec&a una reerencia a una posición dememoria, es mu0 probable que las localidades cercanas sean tambiénreerenciadas1

-n apo0o a esta obser!ación encontramos

-jecución secuencial del código

Tendencia de los programadores a colocar pró2imas entre s.las !ariables relacionadas

Acceso a estructuras de datos de tipo matriz o pila Localidad temporal una !ez &ec&a una reerencia a una posición de

memoria en un determinado instante t, es mu0 probable que esamisma posición sea accedida en un instante t 3 ∆t

4ustiicada por 5ormación de ciclos

"ubrutinas

Pilas


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Gestión de

Jerarquía de memoria La jerarquización de la memoria es un intento de aumentar el

rendimiento de los computadores Para ello se apro!ec&an los a!ances tecnológicos en el diseño

de memorias 0 la localidad de los programas 6emorias r/pidas tienen un coste ele!ado 0 una capacidad

pequeña

6emorias lentas son baratas 0 tienen una capacidad alta

7$8R96 8 7intas

$iscos magnéticos

6emoria principal

7ac&é e2terna L:

7ac&é on-chip L

Registros internos

del procesador

6a0or rapidez

menor tamaño 0

ma0or precio

6enor rapidez

ma0or tamaño 0

menor precio


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Gestión de

Fragmentación

5ragmentación ; memoria desapro!ec&ada

Puede ser de dos tipos, interna 0 e2terna

5ragmentación interna

"e debe a la dierencia de tamaño entre la partición de

memoria 0 el objeto residente dentro de ella "e produce siempre que se trabaje con bloques de

memoria de tamaño ijo

"i el tamaño del objeto no coincide con el de la partición,

queda una zona que no se puede apro!ec&ar

5ragmentación e2terna

"e debe al desapro!ec&amiento de memoria entre

particiones


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Gestión de

Direcciones Simbólicas/Físicas

Programa

7ompilador o-nsamblador

Programa-nlazador

Programa

9tros

objetos


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Gestión de

Reubicación

La reubicación &ace reerencia al &ec&o de poder localizar a

los programas para su ejecución en dierentes zonas de

memoria

Reubicación est/tica

"e realiza antes o durante la carga del programa enmemoria

Los programas no pueden ser mo!idos una !ez iniciados

Reubicación din/mica

Los programas pueden mo!erse en tiempo de ejecución

-l paso de dirección !irtual a dirección real, se realiza entiempo de ejecución

=ecesita &ard>are adicional (66?)


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Gestión de

-squemas de gestión de memoria

6/quina desnuda

6onitor monol.tico o residente

Asignación de memoria particionada contigua Asignación de memoria particionada no contigua

6emoria !irtual


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Gestión de

Mquina desnuda

-s la manera m/s sencilla de gestionar la memoria

no e2iste ning#n gestor

-l usuario controla toda la memoria

-l sistema no porporciona ning#n ser!icio

?suario

6emoria


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Gestión de

!o

Monitor monolítico o residente

Protección

7P? $irecció[email protected]

$irección l.mite

-rror de direccionamiento

Sí

M"M#R$%

M#!$R


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Gestión de

Memoria particionada contigua

"e asigna una partición de memoria a cada proceso

Protección registros l.mite o base8l.mite 5ragmentación e2terna compactación

MF& M'&"istema multiprogramado con

tamaño 0 n#mero de particiones

ijo

"istema multiprogramado con

tamaño 0 n#mero de particiones

!ariable

5ragmentación interna 0 e2terna 5ragmentación e2terna

$es!entaja en la asignación

din/mica de memoria

Requiere algoritmos de gestión de

memoria m/s complejos

Problema intercambio de

trabajos con -" pendiente

Bentaja en la asignación din/mica

de memoria


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Gestión de

Sí

Registros límite

=o soporta reubicación din/mica

7P?

!o

()

L.miteinerior


M"M#R$%

*rograma +

L.miteinerior

,)

!o

Sí


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Gestión de

Sí

!o

Registros base-límite

"oporta reubicación din/mica

7P? (

L.mite


M"M#R$%

*rograma +


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Gestión de

&abla de descripción de particiones

"istema operati!o

Pi

Pj

PC

D% DD% A"EF=A$A

DD% GDD% LE


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Gestión de

Memoria particionada no contigua -squemas

"egmentación

Paginación

"egmentación paginada Paginación segmentada


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Gestión de

Segmentación

-s un esquema de gestión de memoria con !arias !entajas

Permite que los bloques de un proceso (código, datos,pila, $LLs, etc1) puedan estar situados en /reas dememoria no contiguas

"uministra reubicación din/mica

Aporta protección 0 uso compartido Las direcciones en estos sistemas tienen dos componentes

n#mero de segmento 0 offset

-n el JD2JK

mov eax, ds:esi

Para localizar el dato se utiliza el selector $" 0 eldesplazamiento "E

Los segmentos pueden tener tamaños dierentes


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Gestión de

Segmentación esquema lógico0

6emoria

.sica7ódigo

"spacio de direccionamiento 1irtual "spacio de direccionamiento real

$/tos

$atos

compartidos

Pila

7ódigo

$/tos

$atos

compartidos

Pila

66?


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Gestión de

Segmentación 230

Procesador S D

4ase 5

4ase 6

4ase 7

4ase 8

4ase 9

4ase :

4ase ;

4ase <

S

6emoria

Límite 5

Límite 6

Límite 7

Límite 8

Límite 9

Límite :

Límite ;

Límite <

&abla de segmentos

+

=== "rror >>>

4ase 9

D

R*4&S

RL&S


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Gestión de

?uestiones

MNué ocurre si la tabla de segmentos es mu0 grandeO

"olución se guarda en memoria apuntada por un registro

base (RP


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Gestión de

*rotección y uso compartido

Protección basada en los registros base 0 l.mite

"e pueden establecer distintos derec&os de acceso(r>2) a cada segmento del proceso

-stos derec&os suelen guardarse en la tabla de

segmentos de cada proceso -l uso compartido es uno de los argumentos m/s

importantes en a!or de la segmentación M7ómo pueden dos o m/s procesos compartir un

segmentoO


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Gestión de

'enta@as e incon1enientes

Bentajas

-limina de ragmentación interna

Permite el crecimiento din/mico de los segmentos

Aporta protección 0 uso compartido

Permite un enlace 0 carga din/micos Encon!enientes

=ecesita compactación de memoria

-n sistemas antiguos se ijaba un tamaño m/2imo ijo para

cada segmento

=ecesita &ard>are adicional

Los bloques de memoria no son m#ltiplos enteros de los

bloques que se traen desde el disco


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Gestión de

*aginación

-s un esquema de gestión de memoria en el que laasignación de memoria no es contigua

-l espacio de direcciones !irtuales de un procesoest/ di!idido en bloques de tamaño ijo llamados

p/ginas La memoria .sica se di!ide en marcos de p/gina

La dirección !irtual consta de un n#mero de p/gina!irtual 0 un desplazamiento

La traducción de direcciones se lle!a a cabo con laa0uda de la tabla de p/ginas (T$P)

La T$P se constru0e en tiempo de carga delproceso en memoria


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Gestión de

*aginación esquema lógico0

6emoria

.sica7ódigo

"spacio de direccionamiento 1irtual "spacio de direccionamiento real

66?

A

*ginas

Marcos

<

7

$

-

5

F A

<

7

$


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Gestión de

*aginación 230

Procesador * D

Marco 5

Marco 6

Marco 7

Marco 8

Marco 9

Marco :

Marco ;

Marco <

*

6emoria

&abla de pginas

Marco 9

D

R*4&*

RL&*

M D


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Gestión de

?onsideraciones

"i se piden sQ posiciones de memoria

n p/ginas asignadas;'sp+ p tamaño de la p/gina

"i el cociente anterior no es entero se produce la

llamada ragmentación de p/gina Los marcos libres se suelen mantener en una lista

enlazada

"i la T$P es mu0 grande, ésta se debe mantener

en memoria principal Para acelerar los accesos se emplean memorias

asociati!as (TL


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Gestión de

*aginación con &L4s 230

Marco 5

Marco 6

Marco 7

Marco 8

Marco 9

Marco :

Marco ;

Marco <

*

6emoria

&abla de pginas

Marco 9

D

R*4&*

RL&*

M D

&L4

%

+'

?

*

&

S

R

7

68


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Gestión de

*rotección y uso compartido

Protección basada en bits de acceso de lasentradas de la T$P

7ompartir p/ginas es bastante sencillo


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Gestión de

*roblemas de la paginación

5ragmentación interna (0a comentado)

"i el n#mero de p/ginas es grande, la zona dememoria ocupada por la T$P puede ser e2cesi!a

-jemplo

Tamaño de cada entrada de la T$P H b0tes -spacio de direccionamiento G: bits

P/ginas de H %b0tes

Tamaño de la T$P H 6b0tes

"olución Tabla de p/ginas paginada

"e emplea un directorio de p/ginas


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Gestión de

*aginación de la &D*

* D

&abla 5

&abla 6

&abla 7

&abla 8&abla 9

&abla :

&abla ;

&abla <

Dir

6emoria

Directorio de pginas

D

R*4&*

RL&*

M D

Dir

&abla de pginas

Dirección 1irtual

Marco 5

Marco 6

Marco 7

Marco 8Marco 9

Marco :

Marco ;

Marco <

*


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Gestión de

Segmentación paginada

-s posible combinar los esquemas de paginación 0segmentación

$e este modo podemos obtener las !entajas deambos a costa de complicar el S

7ombinaciones "egmentación paginada

Paginación segmentada (no se emplea en lapr/ctica)

-n la segmentación paginada, cada segmento sedi!ide en p/ginas

-n la paginación segmentada, cada p/gina se di!ideen segmentos


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Gestión de

Segmentación paginada 230

S

6emoria

&abla de segmentos

R*4&S

RL&S

* D

Dirección 1irtual

S

&abla de pginas+

M D

4ase de la tabla

de pginas


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Gestión de

Memoria cacC

Ententa reducir el desajuste entre las !elocidadesdel procesador 0 de las memorias

"u empleo se justiica por la localidad de losprogramas

-s una solución de compromiso entre mejora derendimiento 0 precio

La idea de emplear memorias cac&é consiste enmantener en ellas los datos o instrucciones que elprocesador necesita en cada momento

"i los datos o instrucciones se encuentran en lacac&é el acceso en mu0 r/pido, si no es as., losdatos se traen desde memoria principal en bloques


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Gestión de

DiseEo de la cacC

A los bloques de transerencia entre memoriaprincipal 0 memoria cac&é se les denomina l.neas o!.as de cac&é

$ecisiones de diseño

MNué tamaño deben tener las l.neas de cac&éO M7ómo se sabe si un bloque est/ en la cac&éO

M7ómo se establece la correspondencia entrel.neas de cac&é 0 bloques de 6PO

MNué &acer cuando una l.nea de cac&é esmodiicadaO

MNué estrategia se debe emplear cuando esnecesario reemplazar una l.nea de cac&éO


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Gestión de

Memoria cacCe

Par/metros de un sistema con memoria cac&e

*olítica de ubicación

Las pol.ticas de ubicación establecen la correspondencia entrelos bloques de la 6P 0 de la 67a

*olítica de etracción

$eterminan cu/ndo 0 qué inormación se en!.a de 6P a 67a

*olítica de reemplao

$eterminan cu/ndo 0 qué bloque se sustitu0e de las 67a conpol.tica de ubicación asociati!a

*olítica de actualiación

$eterminan el instante en que se actualiza la inormación en 6Pcuando se produce una escritura en 67a Problema deco&erencia de la 67a


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Gestión de

*olíticas de ubicación

Las políticas de ubicación establecen la correspondenciaentre los bloques de la M* y de la M?a

Las pol.ticas de ubicación m/s importantes son

$irecta

Asociati!a Asociati!a por conjuntos

"@emplo de aplicaciónH

-stablecer la correspondencia entre 6P 0 67a en un sistemacon $irección .sica :D bits Tamaño de bloque J b0tes ; :G b0tesbloque

7apacidad 67a %b0tes; :D b0tes = bloques 67a ;

7apacidad 6P 6b0te ; ::D b0tes = bloques de 6P ;

(:J::

: *G

D

==

D*:1G::

: *G

:D

==


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Gestión de


?orrespondencia directa $0H

Memoria principal


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Gestión de

?orrespondencia directa $$0H7onsiste en &acer corresponder a todo

bloque i de 6P el bloque i mod de

67a, donde es el n#mero total de

bloques de la 67a

?na dirección en 67a consta de

-tiqueta= de bloque de 67a

Posición en el bloque (palabra)

"olución

:G b0tesbloque G bits para la posición

dentro del bloque

:* bloques de 67a * bits para cada

bloque

D bits para

cada etiqueta

(D

*

(*

:67abloques:

6Pbloques:=


'enta@as La lectura permite el acceso

simult/neo al directorio 0

a la palabra dentro del

bloque de 67a Algoritmo de reemplazo tri!ial

$ncon1enienteH Encremento de la tasa de allos

de la 67a, si dos bloques de6P, que corresponden a unmismo bloque de 67a, seutilizan de orma alternati!a


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Gestión de

Memoria cacCe

*olíticas de ubicación?orrespondencia asociati1a $$0H

7ualquier bloque de 6P puedeubicarse en cualquiera de los bloquesde la cac&e

?na dirección en 67a consta de -tiqueta

Posición en el bloque (palabra)

SoluciónH

:G b0tesbloque G bits para laposición dentro del bloque

:* bloques de 6P * bitspara cada etiqueta

'enta@aH

5le2ibilidad (permite la

implantación de gran

!ariedad de algoritmos dereemplazo)

$ncon1enienteH

7oste de las

comparaciones


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Gestión de


7onsiste en di!idir la 67a en ?

conjuntos de 4 bloques cada uno

"e aplica

7orrespondencia directa a ni!el de

conjunto

7orrespondencia asociati!a a ni!el

de bloque

?n bloque i de 6P puede ubicarse en

cualquier bloque del conjunto i mod ?

de 67a

?na dirección en 67a consta de

-tiqueta,

7onjunto 0

Posición en el bloque

?orrespondencia asociati1a por con@untos $$0H

Solución (asignando : bloqs1cjto1)H

:G b0tesbloque G bits para la

posición dentro del bloque

:K conjuntos en 67a K bits para

cada conjunto bits para cada etiqueta

-l coste de la b#squeda depende

del n#mero 0 longitud de las

etiquetas que se tienen que

comparar simult/neamente

'enta@aH

Reduce el coste de la totalmente

asociati!a proporcionando un

rendimiento cercano a esta #ltima


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Gestión de

Memoria cacC

7o&erencia Mqué ocurre si un dato de la cac&é se modiicaO -n tal caso se produce una inconsistencia entre los

contenidos memoria cac&é 0 memoria principal

Problema gra!e en sistemas multiprocesador

-strategias de actualización Write back

Write through

También cabe considerar las estrategias de sustitución de

l.neas de cac&é cuando e2isten !arias !.as por conjunto

=ormalmente se emplean cac&és separadas parainstrucciones 0 para datos


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"@ercicio

Sea una computadora que dispone de una memoria principalentrelazada y memorias caché separadas con las siguientes

características:

El tamao de un bloque de memoria es de !" bytes

Memoria principal:

#apacidad: "$% &bytes

Memoria caché:

'sociati(a por con)untos* estructurada segn:

Memoria caché de instrucciones: , bytes con .

bloques por con)unto/ Memoria caché de datos: , bytes con " bloques por

con)unto/

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