Unidad III. Administración de la memoria Sistemas Operativos Unidad III. Administración de la memoria Revisión Feb 2011

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).

Dispositivos Físicos Medios de almacenamiento Computador Memoria Flash Ram Diskette Disco Externo cache Sd Discos ópticos CD-Rom DVD Rom Disco

Evolución de la memoria auxiliar http://www.spreadshirt.es

Dispositivos físicos Disco duro 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

Dispositivos Físicos Partes que conforman físicamente al Disco Duro

Dispositivos físicos Sistemas Operativos, Gary Nutt, Ed. Pearson La imagen muestra como se almacena físicamente los datos en la memoria. Medios Giratorios

Dispositivos Fisicos CD – ROM Compact Disk – Read Only Memory 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.

Estructura de la Memoria Primaria y Secundaria La imagen muestra como esta particionada la memoria 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 Área de Control de la memoria Área de Memoria Virtual Área de Usuario o de trabajo Memoria baja Memoria Alta Memoria primaria Memoria secundaria - Disco Duro

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.

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

Medición de la transmisión y transferencia de datos Guía completa para PC, Gilster Ron, Ed. Pearson Milisegundos Milesima 1/ 1 000 Microsegundos Millonesima 1/ 1 000 000 Nanosegundos Milmillonesima 1/ 1 000 000 000 Picosegundos Billonesima 1/1 000 000 000 000 Femtosegundos Milbillonesima 1/1 000 000 000 000 000

Transmisión y transferencia de los datos Guía completa para PC, Gilster Ron, Ed. Pearson Tiempo de acceso directo - Milisegundos Tiempo de acceso a memoria - Nanosegundos Ciclo de maquina - Microsegundos/ Nanosegundos Ejecución de instrucciones - Microsegundos/ Conmutación de un transistor - Nanosegundos/ Picosegundos/Femtosegundos

Unidades de medida de la Memoria Guía completa para PC, Gilster Ron, Ed. Pearson Expresado en números cerrados 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 1 000 000 Byte (1 libro corto) Gigabyte GB Milmillones 1 000 000 000 Byte (1000 libros) Terabyte TB 1 Billon 1 000 000 000 000 Bytes (1 biblioteca) Petabyte PB Mil Billones 1 000 000 000 000 000 Bytes (todas las bibliotecas de estados unidos)

Unidades de medida de la Memoria Guía completa para PC, Gilster Ron, Ed. Pearson ExaByte EB 1 000 000 000 000 000 000 ZettaByte ZB 1 000 000 000 000 000 000 000 YottaByte YB 1 000 000 000 000 000 000 000 000

Código ASCII y EBCDIC Byte Zona de Signo Zona de Carácter 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

Comunicación de datos en el Computador 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 Procesador Memoria Primaria Controlador de I/O Bus del Sistema

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

Acceso directo a memoria Comunicación entre las memorias Sistemas Operativos, Gary Nutt, Ed. Pearson 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 Controlador de I/O Acceso directo a memoria

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

Jerarquía de la memoria Comunicación entre las memorias La imagen muestra como se comunican los datos entre el procesador la memoria cache, primaria, secundaria y auxiliar Memoria auxiliar. Discos magnéticos. Procesador I/O. Memoria principal. C.P.U. Memoria de reserva Cache. 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. Jerarquía de la memoria

Mapa o tabla de la memoria Vista lógica de la memoria Palabra Página Segmento Partición Bus de datos = Palabra n Palabras = 1 página n Páginas = 1 segmento n Segmentos = Partición

Mapeo Tabla de mapeo de memoria. Registro de dirección virtual. Memoria principal (20 bits). Registro y dirección de memoria principal (15 bits). Memoria primaria Es manejado automáticamente por el hardware por medio de una tabla de mapeo. Registro de buffer de memoria principal. Memoria secundaria

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.

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. 32-36K 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 5 4 3 6 2 1 ESPACIO DE DIRECCIÓN VIRTUAL DIRECCIONES DE LA MEMORIA FÍSICA. CUADRO DE LA PÁGINA. PÁGINA VIRTUAL

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.

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

Compilación y ejecución de un programa Sistemas Operativos, Gary Nutt, Ed. Pearson Segmentos Multiples Programa absoluto Programa en C Segmento de código Segmento de datos Segmento de pila Editor de enlace Código reubicable o modulo objeto reubicable Liga direcciones lógicas con físicas

Direccionamiento Registro de reubicación de segmento de código Sistemas Operativos, Gary Nutt, Ed. Pearson Registro de reubicación de segmento de código Registro de reubicación de segmento de pila Registro de reubicación de segmento d datos Programa Variables temporales Variables estáticas Proporciona direcciones durante el ciclo de ejecución – procesador Reposiciona todas las posiciones de la pila – ejecución de instrucciones

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.

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.

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 Entorno del proceso Área de control de la memoria Área de control de la memoria X Descarga Memoria virtual Área de programas intercambiables X Carga Constantes y variables locales X Carga Constantes y variables globales Buffer´s Memoria principal Memoria secundaria

Superposición PAGE-IN. PAGE-OUT. Memoria primaria PAGE-IN PAGE-OUT PROCESO 1 PROCESO 3 PROCESO 2 PROCESO N Memoria virtual PAGE-IN. PAGE-OUT. Tamaño de la memoria virtual = 6 X tamaño de memoria central. Gary Nutt

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

Direccionamiento Carga Traducción de direcciones de windows, 2 niveles Sistemas Operativos, Gary Nutt, Ed. Pearson Carga Traducción de direcciones de windows, 2 niveles

Direccionamiento Sistemas Operativos, Gary Nutt, Ed. Pearson Traducción de direcciones en la segmentación Traducción de direcciones virtuales – Unix Archivos correlacionados con memoria

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).

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.

Estrategias para la administración de la memoria Matriz de memoria 1 S X Q Mapa de bit´s A Nombre archivo, longitud, autor, etc. Sistema compañero Y

Estrategias para la administración de la memoria Apuntador o puntero Identificador de archivo Indice, i-nodo

Organización Lógica del SO UNIX Sistemas Operativos, Gary Nutt, Ed. Pearson