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Sergio Fuenlabrada Velázquez Edna Martha Miranda Chávez Sistemas Operativos Unidad III. Administración de la memoria Revisión Feb 2011.

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1 Sergio Fuenlabrada Velázquez Edna Martha Miranda Chávez Sistemas Operativos Unidad III. Administración de la memoria Revisión Feb 2011

2 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Administración de la memoria. Encargado de administrar todos los componentes de almacenamiento de información. El administrador de memoria: Controla las partes de la memoria que están en uso, las que no lo están. Asigna memoria a procesos cuando la solicitan y retira la memoria cuando terminan. Administra el intercambio de datos entre la memoria central, primaria o ejecutable y la memoria virtual (disco duro).

3 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Dispositivos Físicos Medios de almacenamiento Memoria Discos ópticos CD-Rom DVD Computador Flash Disco Externo Disco Rom Diskette Ram Sd cache

4 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Evolución de la memoria auxiliar

5 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Dispositivos físicos Conjunto de platos de metal sujetos por un eje central. Entre cada plato, existe un brazo con una bobina en su extremo que emite pulsos magnéticos. Estos giran a 7,200, 10,000 o más revoluciones por minuto, en sentido contrario a las manecillas del reloj. Las cabezas de lectura (bobinas en los extremos de los brazos), emiten pulsos eléctricos moviéndose desde el borde hacia el centro y viceversa. Si la unidad lee cada sector en la misma cantidad de tiempo, entonces el disco gira más rápido cuando lee los sectores cerca de la parte media y más despacio cuando lee los sectores cerca del borde Disco duro

6 Sergio Fuenlabrada Velázquez Edna Martha Miranda Chávez Dispositivos Físicos Partes que conforman físicamente al Disco Duro

7 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Medios Giratorios Sistemas Operativos, Gary Nutt, Ed. Pearson Dispositivos físicos La imagen muestra como se almacena físicamente los datos en la memoria.

8 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Las unidades de CD-ROM son bastantes lentas porque se lee bit a bit. La velocidad rotatoria cambiante del disco se debe a la pista del disco óptico dividida en sectores con una distribución diferente del disco magnético. Si la unidad lee cada sector en la misma cantidad de tiempo, entonces el disco gira más rápido cuando lee los sectores cerca de la parte media y más despacio cuando lee los sectores cerca del borde. Los datos no se escriben en las pistas en forma secuencial, esto acelera la operación de escritura, pero demora la lectura, dado que las porciones de un archivo quedan dispersas. Dispositivos Fisicos CD – ROM Compact Disk – Read Only Memory

9 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Estructura de la Memoria Primaria y Secundaria Área de Control de la memoria Área de Programas residentes Área de Programas intercambiables Área de Constantes y variables locales Área de Constantes y variables globales Área de Buffer´s Memoria primaria Área de Control de la memoria Área de Memoria Virtual Área de Usuario o de trabajo Memoria secundaria - Disco Duro La imagen muestra como esta particionada la memoria Memoria baja Memoria Alta

10 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Administración de la memoria primaria o ejecutable Abstracción - Permite el uso de direcciones lógicas y las convierte en sus respectivas direcciones físicas. Liga de direcciones lógicas con físicas Asignación – Asigna al proceso la memoria requerida y cuando termina este la libera (desasigna). Aislamiento – Asegura que sólo el proceso que tiene asignada la memoria tenga acceso a esta. Compartición – Procesos productores y consumidores pueden compartir la memoria.

11 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Memoria auxiliar Los dispositivos restantes que proveen el servicio de almacenamiento de información son denominados memoria auxiliar. Algunos de estos dispositivos son: Discos magnéticos (cuando en la computadora se tienen más de un disco duro a partir del segundo disco duro se considera memoria auxiliar, el disco duro maestro se considera memoria secundaria) CD, DVD, Flash, etc. Memoria extraíble (USB, tarjetas, ipod, etc.) Cintas magnéticas y Unidades de respaldo

12 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Medición de la transmisión y transferencia de datos Milisegundos Milesima 1/ Microsegundos Millonesima 1/ Nanosegundos Milmillonesima 1/ Picosegundos Billonesima 1/ Femtosegundos Milbillonesima 1/ Guía completa para PC, Gilster Ron, Ed. Pearson

13 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Transmisión y transferencia de los datos Tiempo de acceso directo - Milisegundos Tiempo de acceso a memoria - Nanosegundos Ciclo de maquina - Microsegundos/ Nanosegundos Ejecución de instrucciones - Microsegundos/ Nanosegundos Conmutación de un transistor - Nanosegundos/ Picosegundos/Femtosegundos Guía completa para PC, Gilster Ron, Ed. Pearson

14 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Unidades de medida de la Memoria Bit Bit 1 o 0 binario Byte Byte 8 bits Palabra 16 a 256 bits (depende del tamaño del bus del computador) Kilobyte KB Mil 1024 Byte (1 pagina de texto) Megabyte MB Millon Byte (1 libro corto) Gigabyte GB Milmillones Byte (1000 libros) Terabyte TB 1 Billon Bytes (1 biblioteca) Petabyte PB Mil Billones Bytes (todas las bibliotecas de estados unidos) Expresado en números cerrados Guía completa para PC, Gilster Ron, Ed. Pearson

15 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Unidades de medida de la Memoria ExaByte EB ZettaByte ZB YottaByte YB Guía completa para PC, Gilster Ron, Ed. Pearson

16 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Código ASCII y EBCDIC Zona de Signo Zona de Carácter Byte Nybble Palabras binarias 2 bits - Crumb o tayste 5 bits – Nickel 10 bits – Deckel 16 bits – Playte o chawmp 32 bits – Dynner 48 bits - Gawble

17 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez La estructura del sistema basado en microprocesador consta principalmente de 3 partes : Unidad central de proceso (procesador). Controlador de I/O, Unidad de E/S (Sistema de E/S). Memoria RAM, Central, Real, Primaria o Principal Comunicación de datos en el Computador Procesador Memoria Primaria Controlador de I/O Bus del Sistema

18 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Jerarquía básica de la memoria Jerarquía como el sistema operativo gestiona la memoria Comunicación entre las memorias Sistemas Operativos, Gary Nutt, Ed. Pearson Capa o nivel alto Capa o nivel medio Capa o nivel inferior Rápida pero limitada en tamaño Lenta pero de gran capacidad Se mantienen los datos en esta memoria mientras los necesita el procesador

19 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Comunicación entre las memorias La imagen muestra como se comunican los datos entre la memoria y el controlador de I/O Transmisión de datos de la memoria auxiliar a la memoria real Informa de acciones que efectúan los dispositivos Acceso directo a memoria Controlador de I/O Sistemas Operativos, Gary Nutt, Ed. Pearson

20 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Comunicación entre las memorias La imagen muestra como se comunican los datos entre el procesador, la memoria cache, primaria, secundaria y auxiliar Jerarquía de Memoria Sistemas Operativos, Gary Nutt, Ed. Pearson Una vez que la información se almacena en un nivel inferior se destruye en el nivel alto

21 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Jerarquía de la memoria Memoria Rom y Cache Memoria Primaria. Discos maestro o memoria secundaria Discos esclavos. CD, DVD. Memoria extraíble y de respaldo Flash, disco duro externo, etc. Memoria auxiliar. Discos magnéticos. Procesador I/O. Memoria principal. C.P.U. Memoria de reserva Cache. Comunicación entre las memorias La imagen muestra como se comunican los datos entre el procesador la memoria cache, primaria, secundaria y auxiliar

22 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Mapa o tabla de la memoria Vista lógica de la memoria Bus de datos = Palabra n Palabras = 1 página n Páginas = 1 segmento n Segmentos = Partición Palabra Página Segmento Partición

23 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Mapeo Es manejado automáticamente por el hardware por medio de una tabla de mapeo. Registro de dirección virtual. Memoria principal (20 bits). Registro de buffer de memoria principal. Tabla de mapeo de memoria. Registro y dirección de memoria principal (15 bits). Memoria primaria Memoria secundaria

24 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Vista lógica de la memoria Paginación La paginación proporciona una técnica para implementar un espacio de direcciones lineales grande, en una memoria física limitada. Cada archivo puede tener un número muy grande de bytes. Este se puede almacenar en una o más páginas. Los primeros bytes o palabras, 6K aprox., se reservan para control (longitud del archivo, si el archivo se puede leer o escribir y un apuntador a la tabla de páginas. Si el archivo pertenece a un programa de ejecución contendrá además procedimientos, datos, pilas y grupos, etc.

25 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Vista lógica de la memoria - Paginación. El espacio de dirección virtual se divide en unidades llamadas páginas. Las unidades correspondientes en la memoria física se denominan cuadros de página. Las páginas y los cuadros de página siempre son del mismo tamaño. El número de páginas se utiliza como índice en la tabla de páginas, lo que produce el cuadro de página que corresponde la página virtual. El direcciónamiento virtual dentro de la página se puede almacenar de 4 a 16 bits, y un valor de compensación de 12 bits dentro de la página. En la tabla de páginas con cuatro bits para el número de página, podemos representar 16 páginas y con 12 bits para el valor de compensación, se puede direccionar 4096 bytes de una página K 44-48K 48-52K 52-56K 36-40K 40-44K 56-60K 60-64K 16-20K 20-24K 24-28K 28-32K 12-16K 8-12K 0-4K 4-8K X 7 X X 5 X X X 4 3 X X K 20-24K 24-28K 12-16K 8-12K 0-4K 4-8K ESPACIO DE DIRECCIÓN VIRTUAL DIRECCIONES DE LA MEMORIA FÍSICA. CUADRO DE LA PÁGINA. PÁGINA VIRTUAL

26 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Mapeo de dirección usando paginas. La implantación de tablas de mapeo de direcciones se simplifica si la información en el espacio de dirección y en el espacio de memoria, se divide cada una en grupos de tamaño fijo. El término página se refiere a grupos de espacio de dirección con el mismo tamaño. La memoria física se separa en grupos de igual tamaño llamados bloques, que pueden variar de 64 a 4096 palabras cada una. El mapeo del espacio de direccionamiento al espacio de memoria física se facilita si cada dirección virtual se considera representada mediante dos números : una dirección de número de página y una línea dentro de la página.

27 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Multiprogramación. Multiprogramación, técnica que permite que dos o más procesos se cargen en la memoria principal y que sean atendidos al "mismo tiempo" por el procesador. Esto es que varios procesos esten en ejecución de forma simultanea, permite el servicio interactivo y mantiene al procesador trabajando ininterrumpidamente, mientras atiende un proceso, los otros procesos esperan se completen sus operaciones de E/S. Multiprogramación con particiones Consiste en dividir la memoria en cierto número de particiones, generalmente desiguales, en la que los procesos esperarán para entrar a ejecución, formando una o varias listas

28 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Segmentos Multiples Compilación y ejecución de un programa Sistemas Operativos, Gary Nutt, Ed. Pearson Editor de enlace Programa absoluto Liga direcciones lógicas con físicas Código reubicable o modulo objeto reubicable Programa en C Segmento de código Segmento de datos Segmento de pila

29 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Direccionamiento Programa Variables temporales Variables estáticas Registro de reubicación de segmento de código Registro de reubicación de segmento de pila Registro de reubicación de segmento d datos Proporciona direcciones durante el ciclo de ejecución – procesador Reposiciona todas las posiciones de la pila – ejecución de instrucciones Sistemas Operativos, Gary Nutt, Ed. Pearson

30 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez La memoria virtual. Partición en la memoria secundaria, que permite al Sistema Operativo descargar los programas, aplicaciones o archivos que no están en uso en ese momento, el sistema operativo con la acción de descarga a la memoria virtual libera el espacio en la memoria primaria. Con esta acción permite al Sistema Operativo manejar programas, aplicaciones y archivos como si tuviera un espacio grande de memoria primaria.

31 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Memoria virtual. Técnica que simula una capacidad superior de memoria central, real o primaria. Al utilizar la memoria virtual se logra que en la memoria primaria sólo estén cargados aquellos procesos que se estén usando el procesador.

32 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez La carga de datos a memoria primaria La imagen muestra como se carga la pagina en la memoria primaria y se descarga a memoria virtual Memoria principalMemoria secundaria Memoria virtual Área de control de la memoria XX Área de programas intercambiables Constantes y variables locales Constantes y variables globales Buffer´s Carga Descarga X Carga Entorno del proceso

33 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Superposición PAGE-IN. PAGE-OUT. Tamaño de la memoria virtual = 6 X tamaño de memoria central. Memoria primaria PAGE-IN PAGE-OUT PAGE-IN PROCESO 1 PROCESO 3 PROCESO 2 PROCESO N Memoria virtual Gary Nutt

34 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Administración de la memoria. El administrador de memoria contiene: 1.- Codificador y decodificar de direcciones 2.- Directorio de páginas 2.- Matriz de memoria 3.- Lógica de control. 4.- Registros de información 5.- Administrador de archivos

35 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Direccionamiento Carga Traducción de direcciones de windows, 2 niveles Sistemas Operativos, Gary Nutt, Ed. Pearson

36 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Direccionamiento Traducción de direcciones virtuales – Unix Traducción de direcciones en la segmentación Archivos correlacionados con memoria Sistemas Operativos, Gary Nutt, Ed. Pearson

37 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Manejo de la memoria Tipos de administración de memoria : Mueve los procesos hacia adelante y hacia atrás entre la memoria central y el disco (memoria virtual) durante la ejecución. El programador no se preocupa por saber en dónde estará almacenado el proceso, ni su tamaño, el gestor se encarga de convertir la dirección lógica en física, y cargar la parte del proceso requerido para su ejecución. Intercambio - Transporta la información de la memoria central al disco duro (memoria virtual).

38 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Estrategias para la administración de la memoria. El gestor de memoria tiene a su vez tres estrategias de administración: Administración con mapas de bits. Administración de la memoria con el sistema compañero. Administración de la memoria con listas enlazadas.

39 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Estrategias para la administración de la memoria Matriz de memoria Mapa de bit´s S X Q A Y Nombre archivo, longitud, autor, etc. Sistema compañero

40 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Estrategias para la administración de la memoria Indice, i-nodo Identificador de archivo Apuntador o puntero

41 S.O. Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez Organización Lógica del SO UNIX Sistemas Operativos, Gary Nutt, Ed. Pearson


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