Aula09_Gerência_de_Memória - parte 1

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Sistemas Operacionais com Java 
Silberschatz, Galvin e Gagne (c) 2003 
Aula 09 
Capítulo 9 – Gerência de Memória 
• 9.1 Conceitos Básicos 
• 9.2 Swapping 
• 9.3 Alocação de memória contígua 
• 9.4 Paginação 
• 9.5 Segmentação 
• 9.6 Segmentação com paginação 
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9.1 Conceitos básicos 
• Memória - fundamental para a operação de um 
Sistema de Computação Moderno. 
• Memória – consiste em um grande vetor de palavras 
ou bytes, cada qual com seu próprio endereço. 
• Na multiprogramação, diversos processos são 
executados simultaneamente, através da divisão do 
tempo do processador. Para que isso possa 
acontecer, os programas precisam estar na memória, 
prontos para executar. 
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• É função da gerência de memória do sistema prover 
os mecanismos necessários para que diversos 
processos compartilhem a memória e forma segura e 
eficiente. 
• A CPU busca instruções da memória conforme o 
contador de programa(PC). Essas instruções podem 
ocasionar carregamento adicional e o armazenamento 
em endereços de memória específicos. 
9.1 Conceitos básicos 
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9.1.1 Associação de endereços 
• Em geral, um programa reside em disco como um 
arquivo executável binário. 
• O programa deve ser levado à memória e colocado 
em um processo para ser executado. 
• Dependendo do tipo de gerência de memória em uso, 
o processo pode ser movido entre o disco e a 
memória durante a execução. 
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9.1.1 Associação de endereços 
• Então é constituída uma fila de entrada que consiste 
em um conjunto de processos no disco que está 
esperando para ser colocado em memória para 
execução. 
• O procedimento normal é selecionar um dos 
processos na fila de entrada e carregá-lo para a 
memória. À medida que o processo é executado, ele 
acessa instruções e dados da memória. Por fim, o 
processo termina e seu espaço é liberado. 
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9.1.1 Associação de endereços 
• Na maioria dos casos, um programa de usuário 
passará por várias etapas – algumas podendo ser 
opcionais – antes de ser executado. 
• Os endereços podem ser representados de diferentes 
maneiras durante essas etapas. 
– Programa-fonte – endereço simbólico (contador). 
– Compilação associa endereço simbólico em endereço 
relocáveis (14 bytes a partir do início deste módulo). 
– Carregador ou linkeditor associa os endereços 
relocáveis aos endereços absolutos (74014). 
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9.1.1 Associação de endereços 
• A associação de instruções e dados aos endereços de 
memória pode ser feita em qualquer etapa da vida de 
um programa. 
– Tempo de compilação 
– Tempo de carga 
– Tempo de execução 
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9.1.1 Associação de endereços 
– Tempo de compilação – Se a posição de memória 
onde o processo residirá for conhecida em tempo de 
compilação, então, o código absoluto poderá ser 
gerado. 
 
– Os programas de formato .COM do MS-DOS são 
códigos absoluto associados em tempo de compilação. 
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9.1.1 Associação de endereços 
– Tempo de Carga – Se durante a compilação não 
estiver determinado onde o processo residirá na 
memória, o compilador deverá gerar um código 
relocável. 
 
– Nesse caso, a associação final é retardada até o 
instante de carga. 
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9.1.1 Associação de endereços 
– Tempo de execução – Se o processo puder ser 
movido durante sua execução de um segmento de 
memória para outro, a associação deverá ser retardada 
até o tempo de execução. 
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9.1.2 Espaço de endereços lógicos e 
físicos 
• Endereço lógico: é o endereço gerado pela CPU. 
• Endereço físico: é o endereço carregado no 
registrador de endereço da memória, ou seja, visto 
pela unidade de memória. 
• Os métodos de associação de endereço em tempo de 
compilação e tempo de carga geram em endereços 
lógicos e físicos idênticos. 
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9.1.2 Espaço de endereços lógicos e 
físicos 
• Mas o esquema de associação de endereços no 
tempo de execução resulta em diferentes endereços 
lógicos e físicos. 
• Nesse caso normalmente fazemos referência ao 
endereço lógico como endereço virtual. 
• Neste contexto, usaremos endereço lógico e endereço 
virtual indistintamente. 
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9.1.2 Espaço de endereços lógicos e 
físicos 
• O conjunto de todos os endereços lógicos gerados por 
um programa é um espaço de endereços lógicos. 
• O conjunto de todos os endereços físicos que 
correspondem a esses endereços lógicos é um 
espaço de endereços físicos. 
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9.1.2 Espaço de endereços lógicos e 
físicos 
• O mapeamento de tempo de execução dos endereços 
virtuais para físicos é feito pela unidade de 
gerenciamento de memória (MMU – Memory-
Management Unit), um dispositivo de hardware. 
• Existem outros métodos diferentes para obter tal 
mapeamento, veremos adiante. 
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9.1.2 Espaço de endereços lógicos e 
físicos 
• Esse método (MMU) requer um suporte de hardware 
ligeiramente diferente da configuração de hardware 
convencional. 
• O registrador de base é agora chamado de 
registrador de relocação. 
• O valor do registrador de relocação é somado a cada 
endereço gerado por um processo do usuário no 
momento em que ele é enviado para a memória. 
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Exemplo da Relocação dinâmica usando um 
registrador de relocação 
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• Até agora em nossa discussão, o programa inteiro e 
os dados devem estar na memória física para que o 
processo seja executado. 
• O tamanho de um processo é limitado ao tamanho da 
memória física. 
• Para obter melhor utilização do espaço de memória, 
podemos usar a carregamento dinâmico. 
 
9.1.3 Carregamento dinâmico 
 
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• Com a carregamento dinâmico, uma rotina só é 
carregada quando é chamada. 
• Todas as rotinas ficam armazenadas em disco em um 
formato de carga relocável. 
• O programa principal é carregado e as rotinas são 
carregadas conforme houver necessidade. 
9.1.3 Carregamento dinâmico 
 
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• A vantagem do carregamento dinâmico é que uma 
rotina não utilizada nunca é carregada, como rotinas 
de erro. 
• Embora o tamanho total do programa possa ser 
grande, a parte que é usada de fato (e, portanto, 
carregada) pode ser muito menor. 
• O carregamento dinâmico não exige suporte especial 
do SO. 
9.1.3 Carregamento dinâmico 
 
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• O conceito de vínculo dinâmico é semelhante ao do 
carregamento dinâmico. 
• Aqui é o vínculo e não o carregamento que é adiadopara o momento da execução. 
• Esse recurso é usado com bibliotecas do sistema, 
como bibliotecas de sub-rotinas da linguagem de 
programação. 
9.1.4 Bibliotecas de vínculo dinâmico e 
compartilhadas 
 
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• Sem esse recurso, todos os programas em um 
sistema precisam ter uma cópia da biblioteca da 
linguagem (ou pelo menos das rotinas referenciadas 
pelo programa) incluída na imagem executável. 
• Com isso há um desperdício de espaço em disco e 
em memória principal. 
9.1.4 Bibliotecas de vínculo dinâmico e 
compartilhadas 
 
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• Uma biblioteca pode ser substituída por uma nova 
versão e todos os programas que fazem referência à 
biblioteca passarão a usar automaticamente a nova 
versão. 
• Sem o vínculo dinâmico, todos esses programas 
precisariam ser vinculados para obter acesso à nova 
biblioteca. 
9.1.4 Bibliotecas de vínculo dinâmico e 
compartilhadas 
 
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• A idéia do overlay é manter na memória apenas as 
instruções e dados que são necessários em 
determinado instante. 
• Quando outras instruções são necessárias, elas são 
carregadas em posições da memória anteriormente 
ocupadas por instruções que não são mais 
necessárias. 
9.1.5 Overlay 
 
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• Exemplo: 
– Considere um assembler de dois passos. Durante o passo 1, 
ele constrói uma tabela de símbolos; depois, durante o passo 
2, ele gera código em linguagem de máquina. Podemos ser 
capazes de particionar esse assembler em código do passo 
1, código do passo 2, a tabela de símbolos e rotinas comuns 
de suporte, usadas pelos passo 1 e 2. Suponha que os 
tamanhos desses componentes sejam os seguintes: 
• Passo 1 => 70KB 
• Passo 2 => 80KB 
• Tabela de símbolos => 20KB 
• Rotinas comuns => 30KB 
9.1.5 Overlay 
 
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• Para carregar tudo de uma vez, precisaríamos de 
200KB de memória. Se houver somente 150KB 
disponíveis, não poderemos executar nosso processo. 
• Entretanto, observe que o passo 1 e o passo 2 não 
precisam estar na memória ao mesmo tempo. 
• Assim, definimos dois overlays: o overlay A é a tabela 
de símbolos, rotinas comuns e passo 1; e o overlay B 
é a tabela de símbolos, rotinas comuns e passo 2. 
• Acrescentamos um controlador de overlay (exige 
10KB) e começamos com a sobreposição A na 
memória. 
9.1.5 Overlay 
 
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9.1.5 Overlay 
 
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9.2 Swapping 
• Um processo precisa estar na memória para ser 
executado. 
• Contudo, um processo pode ter de ser trocado 
temporariamente entre a memória e um 
armazenamento de apoio, para depois ser trazido de 
volta para memória para continuar a execução. 
• Por exemplo, considere um ambiente de 
multiprogramação com um algoritmo de 
escalonamento de CPU Round-Robin (quantum). 
 
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9.2 Swapping 
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9.3 Alocação de memória contígua 
• A memória principal precisa acomodar o SO e os 
diversos processos do usuário. 
• Portanto, precisamos alocar as partes da memória 
principal da maneira mais eficiente possível. 
• Nesse item vamos ver um método comum, a 
alocação de memória contígua. 
• A memória é dividida em partições: 
– Uma para o SO residente. 
– Outra para os processos do usuário. 
 
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9.3.1 Proteção da memória 
• Antes de discutirmos mais sobre a alocação de 
memória, vamos discutir a questão da proteção da 
memória. 
• Proteger o SO contra processos do usuário e proteger 
os próprios processos do usuário uns dos outros. 
• Os registradores de relocação são usados para 
proteger acessos do usuário um do outro, e de 
alterarem o código e dados do SO. 
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9.3.1 Proteção da memória 
• O registrador de relocação contém o valor do menor 
endereço físico. 
• O registrador de limite contém o intervalo de 
endereços lógicos – cada endereço lógico precisa ser 
menor do que o registrador limite. 
• A MMU mapeia o endereço lógico dinamicamente, 
somando o valor no registrador de relocação. Esse 
endereço mapeado é enviado à memória. 
• Veja a figura a seguir: 
 
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9.3.1 Proteção da memória 
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9.3.2 Alocação de memória 
• Um dos métodos mais simples para alocação de 
memória é dividi-la em várias partições de tamanho 
fixo. 
• Cada partição pode conter um processo. Então o grau 
de multiprogramação está limitado pelo número de 
partições. 
• Nesse método de múltiplas partições, quando uma 
partição está livre, um processo é selecionado da fila 
de entrada e é carregado na partição livre. 
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9.3.2 Alocação de memória 
• Nesse esquema de partição fixa, o SO mantém uma 
tabela indicando quais partes da memória está 
disponíveis e quais estão ocupadas. 
• É denominado buraco, o bloco de memória disponível; 
buracos de vários tamanhos estão espalhados pela 
memória. 
• Quando um processo chega, ele recebe memória de 
um buraco grande o suficiente para acomodá-lo. 
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9.3.2 Alocação de memória 
• O SO mantém informações sobre: 
– Partições alocadas 
– Partições livres (buracos) 
 
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9.3.2 Alocação de memória 
• Problema de alocação de armazenamento dinâmico 
– Como satisfazer uma requisição de tamanho n a partir de 
uma lista de buracos livres? 
• First-fit: aloca o primeiro buraco com tamanho suficiente. 
• Best-fit: aloca o menor buraco com tamanho suficiente. 
Deve pesquisar a lista inteira, a menos que esteja 
ordenada por tamanho. Produz pequenos buracos não 
contíguo. 
• Worst-fit: aloca o maior buraco com tamanho suficiente. 
Também deve pesquisar a lista inteira, a menos que 
esteja ordenada por tamanho. Produz grandes buracos, 
que podem ser mais úteis do que os pequenos buracos. 
 
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9.4 Paginação 
• Próxima aula... 
 
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Referências 
• Capítulo 9 da referência abaixo: 
– SILBERSCHATZ, ABRAHAM; GAGNE, GREG; 
GALVIN, PETER BAES. Sistemas operacionais: 
com java. . Rio de Janeiro: Elsevier, 2004. 
 
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