7 Gerenciamento de Memória Real

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SISTEMAS OPERACIONAIS
Gerenciamento de Memória Real
Ana Cristina Alves de Oliveira Dantas
ana.oliveira@ifpb.edu.br
IFPB – Instituto Federal da Paraíba
Campus Campina Grande
Gerenciamento de Memória Real - Prof. Ana Cristina Dantas
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“Programas tendem a se expandir a fim de ocupar toda memória 
disponível”
(Lei de Parkinson)
■ A necessidade do gerenciamento da memória real (também denominada memória física)
■ A hierarquia da memória
■ Alocação de memória contígua e não contígua
■ Multiprogramação por partição fixa e variável
■ Troca (swapping) de memória
■ Estratégias de posicionamento de memória
Organização e Gerenciamento da Memória Real3
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Introdução
 A memória divide-se em camadas:
 Memória principal
 Relativamente cara
 Capacidade relativamente pequena
 Alto desempenho
 Armazenamento secundário
 Barato
 Grande capacidade
 Baixo desempenho
 A memória principal precisa ser gerenciada com cuidado
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Organização da memória
 A memória pode ser organizada de diferentes formas:
 Um processo usa todo o espaço de memória
 Cada processo obtém uma partição exclusiva na memória
 Alocada dinâmica ou estaticamente
 Tendência: a necessidade de memória das aplicações tende a 
aumentar ao longo do tempo para atender à capacidade de 
memória principal
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Requisitos de memória do sistema operacional Microsoft Windows
Organização da memória
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Organização da Memória
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 Windows Vista Home Basic
 RAM: 512 megabytes (MB) 
 Windows 7
 RAM: 1 GB (32 bits) ou 2 GB (64 bits) 
 Windows 8.1 
 RAM: 1 GB (32 bits) ou 2 GB (64 bits) 
 Windows 10
 RAM: 1 GB (32 bits) ou 2 GB (64 bits) 
Gerenciamento de memória
 É preciso estratégias para se obter um desempenho de memória ideal
 Gerenciamento executado por um gerenciador de memória
 Que processo permanecerá na memória?
 A que quantidade de memória cada processo tem acesso?
 Onde cada processo ficará na memória?
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Hierarquia de memória
 Memória principal
 Deve armazenar apenas instruções de programa e dados necessários no momento
 Armazenamento secundário
 Armazena dados e programas que não são constantemente necessários
 Memória cache
 Sua velocidade é extremamente alta
 Normalmente se localiza no próprio processador
 Os dados mais comumente usados são copiados para o cache para que possam
ser acessados mais rapidamente
 Uma pequena quantidade de cache é suficiente para melhorar o desempenho
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Estratégias de gerenciamento de memória
 Estratégias de busca
 Sob demanda ou antecipada
 Determinam que porção de dados será transferida
 Estratégias de posicionamento
 Determinam em que lugar os dados que estão chegando serão colocados
na memória principal
 Estratégias de substituição
 Determina que dados serão removidos da memória principal para liberar
espaço
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Alocação de memória contígua e não contígua
 Alocar = preencher, utilizar
 Formas de organização dos programas na memória:
 Alocação contígua
 Alocação não contígua
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Alocação de Memória Contígua
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 Contígua = contínua, em um único bloco
 Alocação contígua
 O programa deve estar em um bloco único de endereços contíguos
 Às vezes é impossível encontrar um bloco grande o suficiente
 Sua sobrecarga é baixa
Alocação de Memória Não Contígua
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 O programa é dividido em porções denominadas segmentos
 Os segmentos podem ser posicionados em partes diferentes da
memória
 É fácil encontrar “lacunas” nas quais o segmento possa se encaixar
 Pelo fato de poder haver mais processos simultâneos na memória, isso
compensa a sobrecarga própria dessa técnica
Alocação de memória contígua 
em sistema monousuário
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 Um único usuário detinha o controle de toda a máquina
 Os recursos não tinham de ser compartilhados
 Originalmente, não havia sistema operacional no computador
 O programador escrevia o código para executar o gerenciamento de 
recursos
 Sistema de controle de entrada/saída (IOCS)
 Bibliotecas de códigos pré-escritos para gerenciar dispositivos de E/S
 Precursor dos sistemas operacionais
Alocação de memória contígua em sistema monousuário
Alocação de memória contígua
em sistema monousuário
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Sobreposições (Overlays)
 O programa é dividido em seções lógicas
 Coloca na memória apenas as seções ativas no momento
 Apresenta sérios inconvenientes:
 Dificuldade de organizar as sobreposições a fim de usar a memória
principal de modo eficaz
 Dificulta alterações no programa
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A sobreposição é uma técnica de programação que 
procura superar limitações da alocação contígua.
Estrutura de Sobreposição
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Proteção em um sistema monousuário
 O sistema operacional não deve ser prejudicado pelos programas
 Deve-se proteger a região de memória destinada ao SO
 O sistema não conseguirá funcionar se o SO for sobregravado
 Registrador de fronteira
 Contém o endereço em que o espaço de memória do programa inicia
 Todo acesso à memória, fora dessa fronteira, é negado
 Só pode ser definido por comandos privilegiados
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Proteção de memória com alocação de memória contígua em
sistema monousuário
Proteção em um sistema monousuário
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O Registrador de 
Fronteira delimita a 
regíão de memória 
protegida.
Multiprogramação
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 As solicitações E/S podem reter o processador por longos períodos
 Existindo mais de um programa para ser executado, o processador não ficará 
ocioso (otimização de CPU)
 Quando mais de um programa pode ser executado, mais de um 
programa requisitará espaço em memória
 A memória física poderá ser dividida (particionada)
 Partições fixas
 Partições variáveis
Multiprogramação
 O processo que não usa constantemente o processador deve cedê-lo 
a outros
 Exige que diversos processos permaneçam na memória
simultaneamente
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Utilização do processador em um sistema monousuário. [Nota: Em muitos
jobs monousuário, as esperas de E/S são muito mais longas em relação aos
períodos de utilização do processador indicados neste diagrama.]
Diferenças entre utilização da CPU por processos
diferentes
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Multiprogramação por partição fixa
 Todo processo ativo recebe um bloco de tamanho único da memória
 A CPU alterna rapidamente de um processo para o outro
 Vários registradores que delimitam a fronteira entre as regiões de 
memória oferecem proteção contra prejuízos
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Multiprogramação por partição fixa com tradução e 
carregamento absolutos
Multiprogramação por partição fixa
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Multiprogramação por partição fixa
 Inconvenientes das partições fixas:
 Antes, as implementações usavam endereços absolutos
 Se a partição solicitada estivesse cheia, o código não conseguia carregar
 Posteriormente, isso foi solucionado pelos compiladores de realocação
 Realocação
 Capacidade de mudar os limites de memória para um programa no momento em
que ele será carregado
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Multiprogramação por partição fixa
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Desperdício de memória na multiprogramação por partição
fixa com tradução e carregamento absolutos.
Multiprogramação por partição fixa com tradução e carregamento
realocáveis
Multiprogramação por partição fixa
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Multiprogramação por partição fixa
 Deve-se proteger o espaço reservado a uma partição
 Restringir o processo de usuário a uma área da memória física
 Não pode ser modificado em modo usuário
 Como? Usando registradores de fronteira
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Registradores de Fronteira
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 Base
 Determina o deslocamento de posições necessário para que a CPU possa
encontrar a região de memória
 Endereço inicial da partição na memória
 Conhecido também como limite baixo
 Limite
 Pode representar limite inferior ou superior
 Conhecido também como limite alto
Proteção da memória em sistemas de multiprogramação
de alocação contígua.
Multiprogramação por partição fixa
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Multiprogramação por partição fixa
 Inconvenientes das partições fixas
 Fragmentação interna
 Se processo não ocupa a partição inteira, isso desperdiça memória
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Fragmentação interna em um sistema de 
multiprogramação por partição fixa.
Multiprogramação por partição fixa
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Designações de 
partições iniciais na
programação por
partição variável.
Multiprogramação por partição variável
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Multiprogramação por partição variável
 Para os projetistas de sistema, as partições fixas apresentam muitas
restrições
 Existe a possibilidade de os processos ficarem muito grandes e não se 
encaixarem em nenhum lugar
 Fragmentação interna
 As partições variáveis foram desenvolvidas para substituí-las
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Características da partição variável
 Os jobs são posicionados no lugar em que se encaixam
 Inicialmente, nenhum espaço é desperdiçado
 Não é possível haver fragmentação interna
 As partições têm exatamente o tamanho que precisam
 Pode ocorrer fragmentação externa quando algum processo for removido
 As lacunas (espaços livres) deixadas para novos processos são muito pequenas
 Existe a possibilidade de não haver espaço livre suficiente para novos processos
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“Lacunas” de memória em multiprogramação por partição
variável.
Características da partição variável
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Características da partição variável
 Existem várias formas de combater a fragmentação externa
 Coalescência
 Reúne blocos livres adjacentes em um único bloco grande
 Em geral isso não é suficiente para obter uma quantidade significativa de memória
 Compactação
 Às vezes é chamada coleta de lixo (que não deve ser confundida com a coleta de 
lixo nas linguagens orientadas a objeto)
 Reorganização da memória em um único bloco contíguo de espaço livre e em um 
único bloco contíguo de espaço ocupado
 Possibilita que todos espaços livres fiquem disponíveis
 A sobrecarga é significativa
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Coalescência de “lacunas” de memória em
multiprogramação por partição variável.
Características da partição variável
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Compactação de memória em multiprogramação
por partição variável.
Características da partição variável
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Estratégias de posicionamento de memória
 Onde posicionar os processos que estão chegando
 Estratégia do que couber primeiro (First-fit)
 O processo é posicionado na primeira lacuna de tamanho suficiente encontrada
 Sobrecarga baixa no tempo de execução
 Estratégia do que couber melhor (Best-fit)
 O processo é posicionado na lacuna que deixar o menor espaço não utilizado ao seu redor
 Maior sobrecarga no tempo de execução
 Estratégia do que couber pior (Worst-fit)
 O processo é posicionado na lacuna que deixar o maior espaço não utilizado ao seu redor
 Nesses casos, é deixada uma outra grande lacuna, o que permite que outro processo caiba
nessa lacuna
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Estratégias de posicionamento na memória o primeiro
que couber, o que melhor couber, o que pior couber
(Parte 1 de 3)
Estratégias de posicionamento de memória
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Estratégias de posicionamento na memória o primeiro que
couber, o que melhor couber, o que pior couber (Parte 2 de 3).
Estratégias de posicionamento de memória
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Estratégias de posicionamento na memória o primeiro
que couber, o que melhor couber, o que pior couber
(Parte 3 de 3).
Estratégias de posicionamento de memória
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Multiprogramação com troca
de memória (swapping)
 Não há necessidade de manter processos inativos na memória
 Troca (Swapping)
 Coloca apenas processos em execução na memória principal
 Outros são temporariamente transferidos para o armazenamento secundário
 Isso maximiza a memória disponível
 Há uma sobrecarga significativa quando do chaveamento de processos
 Melhoria: mantém diversos processos na memória ao mesmo tempo
 Menos memória disponível
 Tempos de resposta mais rápidos
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Multiprogramação em um sistema de troca de processos (swapping) 
no qual há somente um único processo por vez na memória principal.
Multiprogramação com troca
de memória (swapping)
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Bibliografia
 DEITEL & CHOFFNES. Sistemas Operacionais. Editora Prentice-Hall, 3ª 
Edição, 2005. ISBN: 8576050110.
 Capítulos 9: Organização e Gerenciamento da Memória Real
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