O documento discute conceitos de memória virtual como alocação de quadros, thrashing, arquivos mapeados na memória e exemplos de sistemas operacionais. Inclui perguntas e respostas sobre alocação de quadros fixa vs proporcional, causas de thrashing e como funciona o corte automático do conjunto de trabalho no Windows XP.

1. Memória Virtual GeovanePazine Filho Guilherme Augusto S. G. Loiola Inael Rodrigues de Oliveira Neto Jackeline Neves de Almeida Wilker de Jesus Machado

2. ALOCAÇÃO DE QUADROS THRASHING ARQUIVOS MAPEADOS NA MEMÓRIA ALOCANDO MEMÓRIA DO KERNEL OUTRAS CONSIDERAÇÕES EXEMPLOS DE SISTEMA OPERACIONAL PERGUNTAS E RESPOSTAS Memória virtual

3. Igual: Todosrecebem o mesmonúmero de quadros. Proporcional: Funçãoemrelaçãoaotamanho do processo define o número de quadros. Alocação - Fixa

4. Igual: 93 quadros com tamanho de 1k cada 2 processos com tamanho 5k Cadaprocessoficaria com 46 quadros e 1 quadroficariacomoquadrolivre. Casoruim: 2 processos: 1 com tamanho de 10k e outro de 127k. Alocação - Fixa (Exemplo)

5. Proporcional: Sendo Q o número de quadros para cada processo: Q = (Si / Σ Si) x m Si é o tamanho do processo m é a quantidade total de quadros 93 quadros com tamanho de 1k cada. 2 processos: 1 de 10k e outro de 127k. Processo de 10k fica com 6 quadros Processo de 127k fica com 86 quadros Alocação - Fixa (Exemplo)

6. Processos com maiorprioridaderecebemmaisquadros. Alocação - Prioridade

7. Global: Substituição de um quadro do conjunto de todososquadros. Local: Substituição de um quadro do seupróprioconjunto de quadros. Alocação - Global Vs Local

8. Se quantidade de quadros alocados a um processo de baixa prioridade ficar abaixo da quantidade mínima exigida pela arquitetura do computador, precisamos suspender a execução desse processo. Quantidade de quadros resulta em: processo -Retiramos páginas restantes e liberamos quadros. Thashing X

9. Quando não há quadros suficientes para dar suporte às páginas em uso ativo: FALHA DE PÁGINA!!! Então ele terá que: SUBSTITUIR ALGUMA PÁGINA Mas... Thrashing

10. Todas as suas páginas estão em uso ativo!!! Então... Ele precisa substituir uma página que será necessária novamente em seguida! NOVA FALHA!!! LOOP: SUBSTITUI & FALHA!!! = ALTA ATIVIDADE DE PÁGINA, que é o: Thrashing

11. Thrashing Definição: O thrashing resulta em graves problemas de desempenho! Paginação Execução

12. Observemos o exemplo baseado nos primeiros sistemas de paginação: Utilização da CPU então grau de multiprogramação com um novo processo no sistema. Um algoritmo de substituição de página global é utilizado; ele substitui as páginas sem considerar o processo ao qual pertencem. Quando o processo entra em nova fase de execução e precisa de mais quadros. Então começa as falhas e a remoção de quadros de outros processos. Mas esses outros processos também precisam dessas páginas, logo, novas falhas e novas remoções de quadros de outros processos. Thashing – O motivo

13. Exemplo [cont] Processos com falhas precisam usar o dispositivo de paginação para enviar e receber páginas. E a medida que são enfileirados para o dispositivo de paginação, a fila de prontos se esvazia. Processos Paginação e CPU Thrashing – O motivo esperam

14. Thrashing – O motivo Exemplo [cont] O escalonador de CPU vê CPU e multiprogramação. O novo processo requisita mais quadros causando mais falhas de página e uma fila maior para o dispositivo de paginação. CPU ainda mais e o escalonador tenta multiprogramação. Acontecendo o THRASHING! Falha de página e acesso à memória Não realiza trabalho, pois os processos estão todos paginando.

15. Multiprogramação e a CPU ,até ser alcançado o máximo. Multiprogramação ainda mais, thrashing entra em cena e a CPU bruscamente. Para aumentar a utilização de CPU e acabar com o thrashing temos que o grau de multiprogramação. Thrashing – O motivo

16. Podemos limitar os efeitos do thrashing usando um algoritmo de substituição local. Assim um processo que iniciou thrashing não poderá roubar quadros de outro. Thrashing – O motivo

17. Fornecer a um processo quantos quadros ele precisar é uma forma de impedir o thrashing. Modelo de localidade – quanto quadros um processo está usando? Thrashing – o motivo

18. Baseado na suposição de localidade; examina referências mais recentes; evita thrashing e mantém o alto grau de multiprogramação; O conjunto de trabalho (WS) é formado pelas páginas nas referências de páginas mais recentes; A propriedade mais importante em WS é o seu tamanho. Podemos calcular o tamanho de WS de cada processo (WSSi). Se o total da demanda de quadros (D = ∑WSSi) for maior que o total de quadros, ocorrerá thrashing, porque alguns quadros não terão quadros suficientes (processo i precisa de WSSi quadros); O SO pode monitorar o conjunto de páginas de cada processo e alocar o número suficiente de quadros para o seu conjunto de trabalho. Se D > quadros disponíveis, um processo deverá ser suspenso e suas páginas são descarregadas e alocadas a outros processos. ThashingModelo de conjunto de trabalho

19. ajuda no controle de thrashing; alta taxa de falta de página - processo precisa de mais quadros; baixa taxa de falta de página - talvez processo com número excessivo de quadros. ThashingFrequência de falha de página

21. Arquivos mapeados na memória E/S de arquivos mapeados na memória permite que acessos sejam tratados como acesso a rotinas de memória pelo mapeamento de blocos do disco em páginas na memória Um arquivo é lido inicialmente usando paginação sob demanda. Uma porção do arquivo é lida do sistema de arquivos em páginas físicas. Leituras e escritas subseqüentes de/para o arquivo são tratados como acessos a memória comuns. Simplifica o acesso a arquivos tratando E/S através da memória ao invés do uso de chamadas de sistemas read() write() Também permite que vários processos mapeiem o mesmo arquivo através do compartilhamento de páginas na memória

22. Arquivos mapeados na memória

23. E/S mapeada na memória Intervalos de endereços de memórias são separados e mapeados para registradores de dispositivos. As leituras e escritas nesses endereços de memória fazem com que os dados sejam transferidos de e para os registradores de dispositivo. Esse método é apropriado para dispositivos que possuem tempos de resposta curtos, como controladores de vídeo. Arquivos mapeados na memória

24. Buddy System • Alocação da memória a partir de segmentos de tamanho fixo • Memória alocada de tamanho 2n – Uma requisição é arredondada para um tamanho 2n – Quando um tamanho menor deve ser alocado, um segmento maior é dividido na metade. • Continua até que o tamanho adequado seja obtido Buddy Sistema Buddy

25. Alocação do Sistema Buddy

26. • Estratégia alternativa: • Slab: uma ou mais páginas físicamente contíguas • Cache: um ou mais Slabs • Cache única para cada estrutura de dados do kernel – Cada cache é preenchida com dados do kernel – instâncias das estruturas de dados • Quando uma cache é criada, os objetos preenchidos são marcados como livres • Quando as estruturas são utilizadas, os objetos são marcados como usados • Se uma slab está cheio, um novo slab é utilizado – Se nenhum slab está disponível, criar um novo slab • Benéficios: sem fragmentação, requisição de memória é satisfeita rapidamente Alocação de Slab

27. Alocação de Slab

28. As principais decisões tomadas para um sistema de página são as seleções de um algoritmo de substituição e uma política de alocação, discutidas anteriormente. Existem também muitas outras considerações, e discutiremos algumas delas. Outras Considerações

30. s * (1- x) páginas desnecessárias?

31. x próximo de zero ⇒ perdas na pré-paginaçãoOutras Considerações:Pré-paginação

33. tamanho da tabela

34. sobrecarga de E/S

35. localidadeOutras Considerações: Tamanho da Página

36. Alcance da TLB – A quantidade de memória acessível a partir da TLB. Alcance da TLB = (Tamanho da TLB) X (Tamanho da Página). Idealmente, o conjunto-de-trabalho de cada processo é armazenado na TLB. Em caso contrário existirá um alto grau de páginas ausentes. Aumentar o tamanho da página. Isso pode causar um aumento na fragmentação uma vez que nem todas as aplicações necessitam de páginas de tamanho grande. Fornecer vários tamanhos de página. Isso possibilita aos aplicativos que necessitam de páginas maiores a oportunidade de usá-las sem aumentar a fragmentação. a maneira de aumento Outras Considerações: Alcance da TLB

38. Uma entrada para cada frame

41. Cada linha é armazenada em uma página

43. E/S Interlock – Páginas algumas vezes devem ser travadas (lock) na memória. Considere E/S. Páginas que são usadas para copiar um arquivo de um dispositivo devem ser travadas para não serem selecionadas para despejo por um algoritmo de substituição de página Outras Considerações: Interlock de E/S

44. Razão porque blocos usados para E/S devem estar na memória

45. Paginação com demanda com clustering; O clustering trata de falhas trazendo a página que falta com várias outras páginas após a página que falta; Quando um processo é criado ele recebe um mínimo e um máximo de conjunto de trabalho; Windows XP

46. O conjunto mínimo de trabalho é quantidade mínima de página que o processo tem garantias de ter na memória(50); Se houver memória disponível, o processo pode receber tantas páginas quanto seu conjunto máximo de trabalho (345); O gerenciador de memória virtual mantém um lista de quadro de páginas livres; Windows XP

47. Thread incorre em uma falha de página, o kernel atribui uma página à thread; É imperativo que o kernel mantenha uma quantidade suficiente de memória livre à disposição. Solaris

48. Versões recentes do kernel do Solaris fornecem melhorias do algoritmo de paginação. Uma melhoria é a paginação por prioridade. Solaris

49. Se tivermos 85 quadros com tamanho 1k cada e 2 processostrabalhando, 1 com tamanho 5k e outro de tamanho 10k. Quantosquadroscadaprocessoficaria com o metodoFixoIgual? E no método Fixo Proporcional? Alocação - Pergunta

50. FixoIgual: 85/2 = 2*42 + 1 Portantocadaprocessoficaria com 42 quadros e 1 quadroficarialivre. FixoProporcional: (5/15)*85 = 28 (10/15)*85 = 56 Portanto, o processo de tamanho 5k ficaria com 28 quadros e o de 10k com 56 e 1 quadroficarialivre. Alocação - Resposta

51. O que causa thrashing? Thrashing – Pergunta

52. Ocorrência de paginação excessiva (realocação de quadros) e baixa execução. Resultando em graves problemas de desempenho! Thrashing - Resposta

53. Sistema buddy permite alocação de memória de tamanho variável? Sistema Buddy - Pergunta

54. Não Sistema Buddy – Resposta

55. Quanto a E/S mapeada na memória, este método é apropriado para quais tipos de dispositivos? Arquivos mapeados na memória

56. R: Dispositivos que possuem tempos de resposta curtos, como controladores de vídeo. Arquivos mapeados na memória

57. Se a memória estiver abaixo do limite é utilizado CORTE AUTOMÁTICO DO CONJUNTO DE TRABALHO para restaurar o valor do limite; Como funciona o corte automático? Windows XP - Pergunta

58. R: Se um processo recebeu mais páginas do que o seu mínimo o GMV removerá as páginas até atingir seu mínimo. Se o processo está no seu mínimo, pode receber páginas da lista de quadros livres se tiver memória livre. Windows XP - resposta