Gestione della Memoria in Sistemi Operativi: Paginazione e Segmentazione, Study Guides, Projects, Research of Computer science

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PROF. RAFFAELLA FALCO

Sistema Operativo:

Gestore della memoria

Gestione della memoria:

Memoria Virtuale

⚫ La gestione concorrente di molti programmi applicativi comporta la presenza di molti programmi in memoria centrale ⚫ Nei moderni sistemi operativi la gestione della memoria avviene con tecniche di memoria virtuale attuate con: ⚪ paginazione ⚪ segmentazione

Il SO offre a ogni programma applicativo la visione di una memoria virtuale, di dimensioni maggiori di quella fisica.

Gestione della memoria:

Memoria Virtuale

Il swapping dei processi avviene quando un processo è spostato temporaneamente sul disco e il suo posto può essere occupato da un altro processo in attesa di esecuzione.

Swap out e swap in sono le due operazioni di rimozione dalla memoria e di ritorno in memoria.

Gestione della memoria:

Memoria Virtuale

⚫ Allocazione contigua tutto lo spazio assegnato ad un programma deve essere formato da celle consecutive ● a partizione singola ● a partizioni multiple ○ fisse ○ variabili ⚫ Allocazione non contigua è possibile assegnare a un programma aree di memorie separate ● paginazione ● segmentazione ● segmentazione con paginazione

Queste tecniche realizzano il concetto di memoria virtuale

Gestione della memoria:

Memoria Virtuale

Vantaggi nelle tecniche di allocazione non contigua

⚫ riducono la frammentazione della memoria, allocando ai processi spazio di memoria non contiguo; ⚫ permettono di caricare in memoria solo le parti del codice effettivamente utilizzate; ⚫ aumento del numero dei processi che possono essere contemporaneamente presenti in memoria; ⚫ è possibile eseguire processi di dimensione superiore a quella delle memoria fisica; ⚫ sfruttano il principio di località: ⚪ Principio di località temporale , è molto probabile che, in un dato intervallo di tempo, un processo tende ad accedere agli stessi indirizzi di memoria; ⚪ Principio di località spaziale , se un programma accede ad una cella di memoria probabilmente entro breve tempo accederà a celle vicine.

Gestione della memoria: Paginazione

⚫ Suddivide la memoria fisica (memoria centrale) in blocchi chiamati frame o pagine fisiche della stessa dimensione (una potenza di 2, fra 512 byte e 16 MB Le pagine fisiche non devono necessariamente essere contigue!!! ⚫ Divide la memoria logica in blocchi delle stesse dimensioni dei frame chiamati pagine o pagine logiche Il processo è allocato all’interno della memoria logica in uno spazio contiguo

Per eseguire un processo di dimensione di n pagine, bisogna trovare n frame liberi e caricare il programma

Il SO imposta una tabella delle pagine per tradurre gli indirizzi logici in indirizzi fisici

Gestione della memoria: Paginazione

Gestione della memoria: Paginazione

La tabella delle pagine associa l’indirizzo di una pagina logica al corrispettivo indirizzo della pagina nella memoria fisica

Gestione della memoria: Paginazione

La paginazione permette di eseguire un programma

anche se non tutte le sue pagine sono presenti in

memoria: tali pagine restano nell’area di swap e

vengono caricate all’occorrenza.

Quando il programma fa riferimento ad una pagina

non presente in memoria ( page fault ) il sistema

provvede a caricarla ( page swapping ) e il processo

viene bloccato finché la pagina non è stata caricata.

La nuova pagina sarà caricata su un frame libero se

presente o su un frame occupato; in quest’ultimo

caso potrebbe prima essere necessario salvare la

pagina da sovrascrivere su disco (se, ad esempio,

questa ha subito modifiche dopo l’ultimo

caricamento).

Gestione della memoria: Paginazione

La rilocazione è dinamica e la memoria centrale viene

gestita con l’ausilio di due tabelle :

1) tabella di occupazione dei frame , di tante righe

quanti sono i frame, contenente per ogni riga

⚪ il numero del frame, ⚪ l’indicazione di chi occupa il frame corrispondente [PID e numero pagina del processo che la occupa] o il numero 0 se il frame è libero, ⚪ un bit di variazione, che dice se la pagina è stata modificata ⚪ un bit di riferimento, che dice se la pagina è stata usata.

Gestione della memoria: Paginazione

RAM

0 1 4 1 0 2 1 6 3 0 4 0 5 9 6 7

tabella delle pagine

Pagina Bit divalidità Frame

Gestione della memoria: Paginazione

Trattamento del Page Fault

Gestione della memoria: Paginazione

Algoritmi di sostituzione : ⚫ Algoritmo FIFO → La pagina da eliminare è quella che è stata più a lungo in memoria ⚫ Algoritmo LRU - Least Recently Used → La pagina da eliminare è quella che è non è stata usata da maggior tempo ⚫ Algoritmo LFU - Least Frequently Used → si mantiene un contatore del numero di accessi ad una pagina la pagina con il valore minore viene scelta come vittima ⚫ Algoritmo MFU - Most Frequently used → si mantiene un contatore del numero di accessi ad una pagina la pagina con il valore maggiore viene scelta come vittimaAlgoritmo della seconda opportunità ⚫ Algoritmo NRU -Not Recently Used → E’ una variante del FIFO che evita di eliminare una pagina dalla memoria solo perché è stata caricata da molto tempo. L’algoritmo fa uso di un bit di riferimento che dice se la pagina è stata referenziata (letta e/o scritta). L’algoritmo esamina la coda FIFO, ma prima di rimuovere la pagina che si trova in cima alla coda controlla il valore del bit di riferimento: ⚪ se = 0 ( pagina non modificata ) la pagina viene rimossa ⚪ se = 1 ( pagina modificata ) la pagina viene messa in fondo alla coda con il valore riportato a 0

Gestione della memoria: Segmentazione

⚫ La segmentazione si basa su una suddivisione logica, effettuata a priori, del programma che andrà in esecuzione. Tale suddivisione prevede l'individuazione di unità di dimensioni diverse, chiamate segmenti , sulla base di criteri logici anche da parte del programmatore. ⚫ Un programma può essere suddiviso in un segmento contenente il codice relativo alle procedure di uso più frequente, in un altro contenente le variabili globali e così via. ⚫ La suddivisione in segmenti è dettata da criteri di minimizzazione delle chiamate tra segmenti.