Sistemi operativi e distribuiti

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1 Sistemi operativi e distribuiti La memoria Indirizzi fisici e indirizzi logici Importante separazione di concetti Ci permette di separare la parte software da la parte hardware Indirizzo logico (o virtuale): usato dal programma, dalla CPU Indirizzo fisico: usato dall unita` di memoria

2 Collegamento indirizzi e memoria Il collegamento tra indirizzi di istruzioni e dati (logici) e indirizzi di memoria effettivi (fisici) puo avvenire in tre fasi diverse: Compile time: la locazione di memoria che verra` usata e` nota a priori. Puo` essere generato un codice assoluto. Load time: Il programma deve poter essere scritto con codice rilocabile. Execution time: Il processo potrebbe essere spostato durante l esecuzione. Quando una istruzione viene eseguita, viene fatta la traduzione da indirizzo lgico a indirizzo fisico Caricamento dinamico Una Routine non e` caricata finche` non e` chiamata Miglior utilizzo dello spazio di memoria Utile quando esistono grandiparti di codice usate per gestire casi che si verificano raramente Non serve un supporto particolare da parte del SO

3 Collegamento dinamico e shared libraries Il collegamento viene rinviato fino al tempo di esecuzione Uno stub viene usato per verificare se la routine richiesta e` gia caricata in memoria, caricarla se non gia caricata Eseguirla E` necessario supporto da parte del SO per controllare se la routine richiesta e` gia` caricata all interno dello spazio di indirizzamento di un altro processo1 Librerie condivise potrebbero dover avere indirizzi virtuali diversi a fronte di uno stesso indirizzo fisico Memory-Management Unit (MMU) Hardware device di supporto alla traduzione di indirizzi virtuali in indirizzi fisici Un semplice schema puo` prevedere che ad ogni indirizzo generato dal processo sia aggiunto (al momento dell esecuzione e senza cambiare il codice) un valore contenuto in un registro,prima di inotrare la richiesta alla memoria.

4 Swapping PROBLEMA: abbiamo una memora finita e vogliamo eseguire molti processi PRIMA IDEA: ho bisogno di tenere in memoria solo quello che sto effettivamente eseguendo Swapping (cont) Un processo puo` essere temporanemente spostato (swapped) dalla memoria centrale alla memoria di massa (backing store) e successivamente riportato in memoria per continuarne l esecuzione La maggior parte del tempo di swapping e` dovuta al trasferimento stesso: e` proporzionale alla quantita` di memoria da spostare Se viene usato un meccanismo di mapping in fase di caricamento, puo essere necessario ricaricarlo nella stessa zona di memoria Bisogna stare attenti a quali processi swappare: quelli sospesi in attesa di operazioni di I/O (che potrebbero sembrare ideali ) hanno bisogno di alcuni accorgimenti

5 Allocazione contigua La memoria e` solitamente divisa in due parti: Sistema operativo (residente) di solito nella parte bassa (primi indirizi) della memoria insieme a interrupt vector. I processi utente PRIMA IDEA: Dividiamo la parte per i processi utente in partizioni dimensione fissa Poco flessibile Grandi sprechi di memoria (frammentazione interna) causati dai processi piccoli Partizioni di dimensione variabile Buco (Hole) blocco di memoria disponibile; buchi di diverse dimensioni sono distribuiti nella memoria. Quando arriva un processo, gli viene assegnata una zona di memoria prendendola da un buco sufficientemente grande SO deve mantenere informazioni su Partizioni allocate Buchi OS OS OS OS process 5 process 5 process 5 process 5 process 9 process 9 process 8 process 10 process 2 process 2 process 2 process 2

6 Frammentazione Interna la memoria allocata e` maggiore di quella richiesta e quindi internamente alla partizione esiste memoria inutilizzata Esterna Lo spazio di memoria totale per soddisfare la richesta esiste, ma non e` contiguo Si puo` ridurre compattando periodicamente la memoria Spostare i contenuti per mettere insieme i buchi Possibile solo se prevista rilocazione dinamica eseguita a runtime Di nuovo problemi con I/O Allocazione dinamica Come soddisfare una richiesta di memoria di dimensine n considerando una lista di partizioni libere, cercando di ridurre frammentazione esterna? First-fit: il primo buco sufficientemente grande PRO: Non devo guardare l intera lista Best-fit: il buco piu` piccolo che e` sufficientemente grande PRO: lascio i buchi piu grandi per soddisfare possibili richieste particolari Worst-fit: Il buco piu grande PRO: non creo buchi piccolissimi First Fit e Best Fit sono migliori in termini di utilizzo della memoria

7 Paginazione Lo spazio fisico di indirizzi di un processo puo` non essere contiguo. La memoria puo` non essere assegnata tutta in una volta, ma man mano che diventa necessario e si rende disponibile La memoria viene divisa in blocchi di dimensione (potenza di 2 per ragioni di efficienza) fissata chiamati frame (o pagine fisiche) La memoria logica e` anche lei divisa in blocchi della stessa dimensione chiamati pagine (virtuali) Il sistema deve tenere traccia di tutti i frame liberi Serve una tabella delle pagine (page table) per tradurre indirizzi logici in indirizzi fisici Si puo creare frammentazione interna ma non esterna Schema di traduzione Gli indirizzi vengono scomposti in due parti: Numero di pagina e` il numero di pagina virtuale (p - page) e viene usato come indice all interno della page table che contiene il numero di pagina fisica relativo (f frame) Scostamento o offset (d) Indica la posizione della cella cercata all interno della pagina

8 Esempio Paging Example LOGICO page offset f (5) Guardo page table FISICO frameoffset