GESTIONE( DELLA( MEMORIA(
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- Erico Andreoli
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1 SISTEMI&OPERATIVI& AA&2012&/&2013& GESTIONE( DELLA( MEMORIA( Ricordiamo (» &che&un&programma&per&essere&eseguito&deve& essere&trasferito&dal&disco&alla&memoria&principale&» &che&i®istri&e&la&memoria&principale&sono&gli& unici&disposidvi&di&memorizzazione&cui&ha&accesso&la& CPU&» &che&la&cache&è&interposta&fra&la&memoria& principale&e&la&cpu& && &Sono&necessari&meccanismi&di&protezione)&della& memoria&per&assicurarne&il&correio&funzionamento( 2&
2 3& Registri(base(e(limite(» Una&coppia&di®istri& chiamad&base&e(limite& definiscono&lo&spazio) di)indirizzamento) logico& 4&
3 Protezione(della(memoria( Registri(base(e(limite( 5& Fasi(di(creazione(ed(esecuzione(di(un( programma(utente( 6&
4 Binding(» L associazione&di&indirizzi&di&memoria&alle&istruzioni& e&ai&dad&può&avvenire&in&tre&momend&diversi& Compilazione& Si&può&generare&codice(assoluto&se&la&locazione&in& memoria&è¬a&a&priori& Caricamento& Il&codice&generato&dalla&compilazione&si&dice&rilocabile& Esecuzione& L associazione°li&indirizzi&è&rimandata&al&momento& dell esecuzione&se&il&processo&può&essere&spostato&da& un area&all altra&della&memoria.&& + Necessario&supporto&hardware&(ad&es.,®istri&base&e& limite)& 7& Spazi(di(indirizzi(logici(e( fisici(» Le&tecniche&di&gesDone&della&memoria&si&basano&sul& conceio&di&associazione&di&spazi)di)indirizzamento) logici)a&spazi)di)indirizzamento)fisici&& Indirizzi(logici(o&virtuali( Sono&generaD&dalla&CPU& Indirizzi(fisici( Sono&quelli&usaD&dall unità&di&memoria&» Gli&indirizzi&logici&e&fisici&coincidono&negli&schemi&di& binding)in&fase&di&compilazione&e&binding&in&fase&di& caricamento&» Gli&indirizzi&logici&(virtuali)&e&fisici&differiscono&negli& schemi&di&binding)in&fase&di&esecuzione& 8&
5 MemoryHManagement(Unit( (MMU)(» DisposiDvo&hardware&che&trasforma&indirizzi& virtuali&in&indirizzi&fisici& &» Il&valore&del®istro&di&rilocazione&della&MMU&è& sommato&agli&indirizzi&generad&dai&processi&e& trasmessi&alla&memoria& &» I&programmi&utente&gesDscono&solo&indirizzi& logici,&non&gli&indirizzi&fisici&reali& 9& Rilocazione(dinamica( 10&
6 Caricamento(dinamico(» Una&procedura&non&viene&caricata&fintanto&che& non&viene&chiamata&» Molto&uDle&se&le&procedure&poco&uDlizzate&sono& cosdtuite&da&una&porzione&di&codice&di& dimensioni&rilevand&» Non&occorre&supporto&parDcolare&da&parte&del& sistema&operadvo& 11& Collegamento(dinamico(e( librerie(condivise(» Il&collegamento&è&rimandato&al&tempo&di& esecuzione&» La&localizzazione&in&memoria&delle&librerie( condivise&è&effeiuata&per&mezzo&di&una&piccola& porzione&di&codice&deio&stub& Lo&stub&sosDtuisce&se&stesso&con&l indirizzo&della& procedura&che&viene&eseguita&» Il&sistema&operaDvo&verifica&che&la&procedura&si& trovi&nello&spazio&di&indirizzamento&del&processo& 12&
7 13& Swapping(» Un&processo&può&essere&spostato& temporaneamente&dalla&memoria&principale&a&una& memoria&ausiliaria&(backing&store),&e& successivamente&riportato&in&memoria&per& riprendere&l esecuzione&» Backing(store& di&solito&un&disco&veloce,&capiente&e&con&accesso& direio&alla&memoria&» Roll(out,(roll(in&& versione&dello&swapping&usata&da&algoritmi&di& scheduling&basata&sulla&priorità& 14&
8 Schema(di(funzionamento( dello(swapping( 15& CriPcità(dello(swapping(» Durata&dei&trasferimenD&a/da&disco&molto& maggiore&della&durata&dei&tempi&del&cambio&di& contesto&» Un&processo&può&essere&soggeIo&a&swapping& solo&se&è&completamento&inabvo& ad&es.,&non&deve&essere&in&aiesa&del&completamento& di&operazioni&di&i/o&» Oggi&soluzione&poco&usata& Alcuni&sistemi&implementano&versioni&modificate& 16&
9 17& Allocazione(conPgua(» La&memoria&principale&è&divisa&in&due&parDzioni& Sistema&operaDvo&residente,&di&solito&allocato&negli& indirizzi&bassi&di&memoria&insieme&al&veiore°li& interrupt& Spazio&per&i&processi&utente&negli&indirizzi&alD&» Si&usano&i®istri&di&rilocazione&per&la&protezione& reciproca&dei&processi&utente&e&per&l allocazione& dinamica&di&memoria&al&sistema&operadvo& Il®istro&base&conDene&il&valore&dell indirizzo&fisico&più& piccolo& Il®istro&limite)conDene&l intervallo&di&indirizzi&logici& La&MMU&effeIua&dinamicamente)la&traduzione°li& indirizzi&logici) 18&
10 Supporto(hardware(per(la( rilocazione(e(registri(limite( 19& Allocazioni(di(parPzioni( mulpple(» Hole& un&blocco&di&memoria&disponibile.&di&solito&nella&memoria&si& trovano&buchi&di&dimensioni&variabili&» Ciascun&processo&viene&assegnato&a&una&parDzione& sufficientemente&grande&» Il&sistema&operaDvo&deve&tenere&traccia&delle& a)&pardzioni&allocate&&&&b)&pardzioni&libere&(hole)& OS" OS" OS" OS" processo 5" processo 8" processo 2" processo 5" processo 2" processo 5" processo 9" processo 2" processo 5" processo 9" processo 10" processo 2" 20&
11 Allocazione(dinamica(» FirstHfit& Assegna&al&processo&la&prima)parDzione&libera& sufficientemente&grande&» BestHfit( Assegna&al&processo&la&parDzione&libera&più)piccola) fra&quelle&di&dimensione&sufficiente&» WorstHfit( Assegna&al&processo&la&parDzione&libera&più)grande) fra&quelle&di&dimensione&sufficiente& "First-fit e best-fit sono in genere migliori di worst-fit in termini di velocità e uso dello spazio di memoria" 21& Frammentazione(» Frammentazione(esterna&& Lo&spazio&di&memoria&complessivamente&disponibile& consente&l allocazione&di&un&processo,&ma&non&è&condguo&» Frammentazione(interna&& la&memoria&allocata&a&un&processo&può&essere&leggermente& superiore&a&quella&effebvamente&udlizzata&dal&processo&» La&frammentazione&esterna&può&essere&ridoIa&con&il& compatamento( Si&devono&spostare&blocchi&di&memoria&allocata&ai&processi&in& modo&da&creare&un&unico&blocco&con&la&memoria&disponibile& È&possibile&solo&nei&casi&di&rilocazione&dinamica&a&tempo&di& esecuzione&& Problemi&se&ci&sono&operazioni&I/O&in&corso& 22&
12 23& Paginazione(» La&memoria&fisica&è&divisa&in&blocchi&di&dimensione& fissata,&chiamad&frame&& La&dimensione&è&una&potenza&di&2,&compresa&fra&512&e& 8.192&byte)&» La&memoria&logica&è&divisa&in&blocchi&di&dimensione& idendca&ai&frame,&chiamad&pagine&» Per&eseguire&un&programma&di&dimensione&pari&a&n& pagine&sono&necessari&n&frame&liberi& I&frame&possono&essere&non)con6gui&» Frammentazione&interna& Mediamente&pari&a&metà&della&dimensione&del&frame& 24&
13 Paginazione( Modello(dello(spazio(Logico(e(Fisico( 25& Traduzione(degli(indirizzi( Pagine&di&dimensione&2 i &(di&solito&4kb&o&8kb)&» Gli&indirizzi&generaD&dalla&CPU&sono&divisi&in& Numero(di(pagina((p)& usato&come&indice&della&tabella)delle)pagine&che&condene& l indirizzo&iniziale&di&ciascuna&pagina&nella&memoria&fisica& Offset(di(pagina((d)( Combinato&con&l indirizzo&iniziale&della&pagina&fornisce& l indirizzo&fisico&di&memoria& page number" p" d" m - n" n" page offset" Spazio)logico)di)dimensione)2 m) e)pagine)di)dimensione)2 n& 26&
14 Paginazione( Supporto(hardware( 27& Esempio(di(paginazione( Memoria di 32-byte Pagine di dimensione 4-byte" 28&
15 Frame(liberi( Prima della assegnazione" Dopo l assegnazione" 29& Implementazione(della( tabella(delle(pagine(» La&tabella&è&memorizzata&nella&memoria&principale& PageHtable(base(register&(PTBR)&& condene&l indirizzo&della&tabella& PageHtable(length(register((PRLR)&& indica&la&dimensione&della&tabella&» Ogni&accesso&alla&memoria&per&daD&o&istruzioni& richiederebbe&due&accessi& Uno&per&la&tabella& Uno&per&il&dato&o&l istruzione&» Si&usa&una&cache)hardware&chiamata&translaPon( lookhaside(buffers((tlbs)& 30&
16 TLB(e(paginazione( 31& Protezione(della(memoria(» A&ciascun&frame&può&essere&associato&un&bit&di& protezione,&memorizzato&nella&tabella&delle& pagine& ValidHinvalid& valid &indica&che&la&pagina&associata&si&trova&nello& spazio&di&indirizzamento&logico&del&processo& invalid &indica&che&la&pagina&non&si&trova&nello&spazio& di&indirizzamento&logico&del&processo& 32&
17 Valid((v)(o(Invalid((i)(Bit( 33& Pagine(condivise(» Codice(condiviso( Si&manDene&in&memoria&una&sola&copia&di&codice&che&non& viene&modificato&durante&l esecuzione&(deio&rientrante),& che&può&essere&condiviso&da&più&processi&(ad&es.,& elaboratori&di&testo,&compilatori,&ecc.).& Il&codice&condiviso&deve&apparire&nella&stessa&locazione& nello&spazio&di&indirizzo&fisico&di&tub&i&processi& &» Codice(e(daP(riservaP& Ciascun&processo&manDene&una&copia&separata&del&codice& e&dei&dad& Le&pagine&relaDve&al&codice&e&ai&daD&riservaD&possono& essere&in&qualunque&posizione&nello&spazio&di& indirizzamento&logico& 34&
18 Esempio(di(pagine( condivise( 35& StruTura(della(tabella(delle( pagine(» Paginazione&gerarchica&» Tabella&di&Dpo&hash&» Tabella&delle&pagine&inverDte& 36&
19 Paginazione(gerarchica(a( due(livelli( La tabella delle pagine viene paginata a sua volta 37& Paginazione(gerarchica( Traduzione(degli(indirizzi( 38&
20 Tabella(di(Ppo(hash( 39& Tabella(delle(pagine( inverpta( Ogni riga della tabella è relativa a un frame 40&
21 41& MoPvazione(» La&segmentazione&è&un&sistema&di&gesDone&della& memoria&basato&sulla&rappresentazione&della& memoria&da&parte&dell utente&» Un&utente&vede&un&programma&come&una& collezione(di(moduli(o(segmenp& main& procedure&e&funzioni& metodi& oggeb& variabili&locali&e&globali& &ecc.& 42&
22 Rappresentazione(di(un(programma(dal( punto(di(vista(dell utente( 43& Punto(di(vista(logico(della( segmentazione( 1" 1" 4" 2" 3" 4" 2" spazio utente" 3" spazio della memoria fisica" 44&
23 ArchiteTura(per(la( segmentazione(» Gli&indirizzi&logici&sono&formaD&dalla&tupla& &<segment/number,&offset>&» Tabella(dei(segmenP&& ogni&elemento&della&tabella&condene:& base& indirizzo&fisico&iniziale&del&segmento& limite&& specifica&la&lunghezza&del&segmento&» Segment/table&base®ister&(STBR)&& riferimento&alla&locazione&in&memoria&della&tabella&dei& segmend&&» Segment/table&length®ister&(STLR)&& indica&il&numero&di&segmend&usad&da&un&programma& 45& Hardware(per(la( segmentazione( 46&
24 Altre(proprietà(» Protezione& Ad&ogni&elemento&della&tabella&dei&segmenD&è&associato& + bit&di&validità&=&0&/>&segmento&illegale& + privilegi&read/write/execute&» La&condivisione&si&può&realizzare&a&livello&di& segmento& 47& Esempio(di(segmentazione( 48&
25 49& Sistema(di(gesPone(della( memoria(» Supporta&sia&la&segmentazione&sia&la& segmentazione&con&paginazione&» La&CPU&genera&indirizzi&logici& L unità&di&segmentazione&produce&indirizzi&lineari& Gli&indirizzi&lineari&sono&inviaD&all unità&di& paginazione& + Genera&gli&indirizzi&fisici&per&la&memoria&principale& + È&l equivalente&della&mmu& 50&
26 Traduzione(di(indirizzi(logici( in(indirizzi(fisici( La CPU genera indirizzi logici nel formato (selettore, offset) Il valore del selettore individua il segmento L unità di segmentazione produce un indirizzo lineare che è inviato all unità di paginazione 51& Segmentazione( 52&
27 Paginazione( 53&
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