Gerencia de Memˆ oria II´ - INSTITUTO DE COMPUTAÇÃOislene/1s2017-mc504/mm2/mm2.pdf · ......

MC504 - Sistemas Operacionais

Gerencia de Memoria II

Islene Calciolari GarciaInstituto de Computacao - UnicampPrimeiro Semestre de 2017

Sumario

Memoria Virtual

Tabelas por processo

Substituicao de paginas

What is Virtual Memory?

● A technique that gives each process the illusion of a private, contiguous address space

0x00000000 - 0xFFFFFFFF

disk

● From fragments of physical RAM and disk

RAMRAM

Fonte: Troy D. Hanson

virtual → physical

● Software deals with virtual addresses● Hardware needs physical addresses

0x12345678 → ???


Memoria Virtual

Memory Management Unit (MMU)Tanenbaum: Figura 4.9

Memoria virtual maior do que a memoria fısicaPaginacao

Tanenbaum: Figura 4.10

Memoria virtual maior do que a memoria fısicaPaginacao e armazenamento no disco

virtualmemory

memorymap

physicalmemory

•••

page 0

page 1

page 2

page v

Silberschatz: Figura 9.01

Mapeamento basico de enderecos


Mapeamento basico de enderecos

physicalmemory

f

logicaladdress

page table

physicaladdress

CPU p

p

f

d df

f0000 … 0000

f1111 … 1111


Paginacao - Exemplo

I 32 bits de enderecoI paginas de 4kI 20 primeiros bits indicam a paginaI 12 ultimos bits indicam o deslocamento dentro da pagina

I Veja o codigo pagesize.c

r-xrw- r-x r-x

Even though the whole space is addressable, only certain areas are legal for r-w-x

0x00000000 0xffffffff


r-xrw- r-x r-x

These legally addressable areas are called

● Virtual Memory Areas



r-xrw- r-x r-x


Read → segfault!


r-xrw- r-x r-x


Read → segfault!

Write → segfault!


r-xrw- r-x r-x

Virtual Memory Areas


[thanson@linux02]$ pmap 205800043e000 88K r-x-- /lib/ld-2.3.4.so00454000 4K r-x-- /lib/ld-2.3.4.so00455000 4K rwx-- /lib/ld-2.3.4.so00458000 1176K r-x-- /lib/tls/libc-2.3.4.so0057e000 8K r-x-- /lib/tls/libc-2.3.4.so00580000 8K rwx-- /lib/tls/libc-2.3.4.so00582000 8K rwx-- [ anon ]08048000 4K r-x-- /home/thanson/trash/csleep08049000 4K rw--- /home/thanson/trash/csleepb7f9d000 4K rw--- [ anon ]bffd1000 188K rw--- [ stack ]ffffe000 4K ----- [ anon ] total 1500K


Espaco de enderecamento

I Apenas as paginas ocupadas precisam ser mapeadasI Veja o codigo sbrk.c

Tabelas de mais de um nıvel


Tabelas de mais de um nıvel

•••

•••

outer pagetable

page ofpage table

page tablememory

929

900

929

900

708

500

100

1

0

•••

100

708

•••

•••

•••

•••

•••

•••

•••

•••

•••

1

500


Mapeamento de enderecos: tabela de dois nıveis

logical address

outer pagetable

p1 p2

p1

page ofpage table

p2

d

d


Page tables● Linux uses a 3-level page table scheme

00010010 00110100 01010110 01111000

12 bits (4k)Offset within

page20 bits

Used to find page

pgd_t pmd_t pte_t

struct page

Physicalpage

A virtual address (in binary)


Page tables

00010010 00110100 01010110 01111000

pgd_t pmd_t pte_t

struct page

Physicalpage

The hardware has a small cache called the TLBTranslation Lookaside Buffer


TLB: Translation Lookaside Buffer

page table

f

CPU

logicaladdress

p d

f d

physicaladdress

physicalmemory

p

TLB miss

pagenumber

framenumber

TLB hit

TLB


TLB: Translation Lookaside Buffer


Tabelas por processo

page 0

page 1

page 2

page 3

logicalmemory

page 1

page 3

page 0

page 2

physicalmemory

page table

framenumber

1

4

3

7

0

1

2

3

0

1

2

3

4

5

6

7


Novo processo

(a)

free-frame list1413182015

13

14

15

16

17

18

19

20

21

page 0 page 1 page 2 page 3

new process

(b)

free-frame list15 13 page 1

page 0

page 2

page 3

14

15

16

17

18

19

20

21

page 0 page 1 page 2 page 3

new process

new-process page table

140123

131820


Nem tudo precisa estar em memoria...

B

D

D EF

H

logicalmemory

valid–invalidbitframe

page table

1

0 4

62

3

4

5 9

6

7

1

0

2

3

4

5

6

7

i

v

v

i

i

v

i

i

physical memory

A

A BC

C

F G HF

1

0

2

3

4

5

6

7

9

8

10

11

12

13

14

15

A

C

E

G


Compartilhamento de areas de codigo

7

6

5

ed 24

ed 13

2

data 11

0

3

4

6

1

page tablefor P1

process P1

data 1

ed 2

ed 3

ed 1

3

4

6

2

page tablefor P3

process P3

data 3

ed 2

ed 3

ed 1

3

4

6

7

page tablefor P2

process P2

data 2

ed 2

ed 3

ed 1

8

9

10

11

data 3

2data

ed 3


Memoria compartilhada

int shmget(key t key, size t size,

int shmflg);

void *shmat(int shmid,

const void *shmaddr,

int shmflg);

I Veja os exemplos: sh1.c sh2.csh fork.c sh server.c e sh client.c

Copy on write (antes)

process1

physicalmemory

page A

page B

page C

process2


Copy on write (depois)

process1

physicalmemory

page A

page B

page C

Copy of page C

process2


Substituicao de paginas

valid–invalid bitframe

f

page table

victim

changeto invalid

page outvictimpage

page indesired

page

reset pagetable for

new page

physicalmemory

2

4

1

3

f

0 i

v


Page fault

load M

referencetrap

i

page is onbacking store

operatingsystem

restartinstruction

reset pagetable

page table

physicalmemory

bring inmissing page

free frame

1

2

3

6

5 4


Algoritmo otimo para substituicao de paginas

page frames

reference string

7 7

0

7

0

1

2

0

1

2

0

3

2

4

3

2

0

3

7

0

1

2

0

1

7 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 7 11 02 1 20 3


I Baseado no uso futuro de uma paginaI Impossıvel de ser implementadoI Pode ser simulado (segunda execucao do mesmo

processo com a mesma entrada)I Util para comparacao entre algoritmos

Entrada na tabela


Nao usada recentemente

I Classe 0: nao referenciada, nao modificadaI Classe 1: nao referenciada, mas modificadaI Classe 2: referenciada, mas nao modificadaI Classe 3: referenciada e modificada

First In, First Out

7 7

0

7

0

1

page frames

reference string

2

0

1

2

3

1

2

3

0

4

3

0

4

2

0

4

2

3

0

2

3

7

1

2

7

0

2

7

0

1

0

1

3

0

7 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 7 11 02 1 20 3

1

2


I Simplemente coloca as paginas em uma filaI Pode remover paginas importantes

Segunda chance


I Se o bit R == 0, a pagina e substituıda, senaoI bit R e limpo e a pagina e colocada no final da fila

Relogio


I Implementacao circular da segunda chance

Segunda chance (relogio)

circular queue of pages

(a)

nextvictim

0

referencebits

pages

0

1

1

0

1

1

……

circular queue of pages

(b)

0

referencebits

pages

0

0

0

0

1

1

……Silberschatz: Figura 9.17

LRU (Least Recently Used)

page frames

reference string

7 7

0

7

0

1

2

0

1

2

0

3

4

0

3

4

0

2

4

3

2

0

3

2

1

3

2

1

0

2

1

0

7

7 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 7 11 02 1 20 3


I Elimina pagina que nao foi utilizada ha mais tempoI Implementacao utilizando lista duplamente ligadaI Implementacao em hardware

LRU em hardware

Acessos: 0 1 2 3 2 1 0 3 2 3Tanenbaum: Figura 4.18

Simulando LRU em softwarePagina nao usada frequentemente

I Contador de uso para cada pagina (soma o bit R a cadaclock tick)

I Nao esquece nada...I Considere um compilador baseado em passos

Nao usada frequentementeAging

I O contador e deslocado a direitaI Bit R e adicionado a esquerda

1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1

>> 1 1 0 1 0 1 >> 1 1 0 1 1 0

+ 1 1 1 0 1 0 1 + 0 0 1 0 1 1 0

Nao usada frequentemente


Working Set w(k , t)

page reference table. . . 2 6 1 5 7 7 7 7 5 1 6 2 3 4 1 2 3 4 4 4 3 4 3 4 4 4 1 3 2 3 4 4 4 3 4 4 4 . . .

Δ

t1WS(t1) = {1,2,5,6,7}

Δ

t2WS(t2) = {3,4}


I Conjunto de paginas utilizadas nas ultimas k referenciasem relacao ao instante t .

I Paginacao sob demandaI PrepagingI Implementacao exata e muito cara

Substituicao baseada em Working Set


WSClock


Controle da carga

I Thrashing

thrashing

degree of multiprogramming

CP

U u

tiliz

atio

n


I O Sistema Operacional so se ocupa das tarefas depaginacao e escalonamento

I Todos os processos precisam de mais memoriaI Swap (como escolher quais processos vao para o disco?)

Resumo


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