O documento discute os conceitos fundamentais de gestão de memória e sistemas de ficheiros. Resume: (1) A memória precisa ser alocada de forma eficiente para permitir vários processos; (2) Programas são armazenados em disco e transferidos para a memória principal para execução; (3) Um sistema operativo gerencia a memória através de mapeamento entre endereços lógicos e físicos.

1. Docente: Lambo Vasco Chiungo
E-mail: lambochiungo@gmail.com
Aula 3

2. Gestão de Memória
Lambo Chiungo

3. Considerações Gerais
 Memória necessita ser alocada de forma eficiente para
permitir o máximo possível de processos.
 Um sistema de memória possui pelo menos dois níveis:
Memória principal: acessada pela CPU
Memória secundária: discos
 Programas são armazenados em disco.
Executar um programa se traduz em transferi-lo da memória
secundária à memória primária.
 Qualquer sistema operativo tem gerência de memória.
Monotarefa: gerência é simples
Multitarefa: complexa
Lambo Chiungo

4. Memória lógica e Memória física
 Memória lógica
É aquela que o processo “enxerga”
Endereços lógicos são aqueles manipulados por um
processo
 Memória física
Implementada pelos circuitos integrados de memória
Endereços físicos são aqueles que correspondem a uma
posição real de memória
Lambo Chiungo

5. Endereço lógico versus endereço físico
 Espaço lógico de um processo é diferente do espaço
físico.
Endereço lógico: gerado pela CPU (endereço virtual)
Endereço físico: endereços enviados para a memória
RAM
 Programas de usuários “vêem” apenas endereços
lógicos.
 Endereços lógicos são transformados em endereços
físicos no momento de execução dos processos.
Lambo Chiungo

6. Unidade de gerência de memória
Lambo Chiungo
 Memory Management Unit (MMU)
Hardware que faz o mapeamento entre endereço lógico e
endereço físico.
 Existem inúmeros tipos de MMU (ou UGM):
 Inicialmente simples, baseada em registos de relocação
 Constituída depois por um chip dedicado com mais
funções.
 Actualmente faz parte do chipset da maioria dos
processadores, tendo-se tornado bastante complexo de
utilizar e programar.

7. Lambo Chiungo

8. Ligação de Instruções e Dados à Memória
Lambo Chiungo
 A ligação das Instruções e Dados a Endereços Físicos da Memória
podem ser feitos em três alturas distintas:
 Na compilação: se os endereços de memória são conhecidos à priori,
o código pode ser gerado de forma absoluta.
 Mas se o endereço de início muda, terá de ser recompilado.
 No carregamento: se os endereços da memória onde o processo vai
ser carregado não são conhecidos no momentoda compilação, o código
é gerado em modo relocável.
 Na execução: se o processo pode ser carregado em vários endereços e
memória diferentes durante a sua execução, a ligação aos endereços
não pode ser realizada de forma definitiva.
 Nesse dois últimos casos é necessário suporte do hardware para
realizar o mapeamento de endereços:
 Registos de Base e Limite
 Unidade de Gestão Memória

9. Código relocável
 Carregador relocador
Correção de todas as referências a memória de forma a
corresponder ao endereço de carga do programa
 Necessidade de identificar quais endereços devem ser
corrigidos.
Código relocável
Mapeamento das posições a serem corrigidas é mantida
através de tabelas
 Código executável mantém informações de relocação na
forma de tabelas
No momento da carga o programa executável é interpretado e
os endereços corrigidos
Lambo Chiungo

10. Código absoluto
 Carregador absoluto
Não realiza correção de endereços no momento da carga
do programa em memória.
 Código executável absoluto não necessita manter
tabelas de endereços a serem corrigidos.
 Endereço de carga
Fixo pelo programa (programador)
Qualquer correção pode ser feita automaticamente, de
forma transparente, a partir de registradores de base.
Lambo Chiungo

11. Mecanismo Básico de Relocação
 A todos os endereços lógicos gerados pelo CPU é
adicionado o valor contido num registo de relocação.
Lambo Chiungo

12. Mecanismo Básico de Limitação
 É também necessário limitar o espaço de
endereçamento lógico a que um processo pode aceder.
 Para isso são utilizados os dois registos base e limite.
Lambo Chiungo

13. Mecanismo Básico de Protecção
 Com os Registos de Base e Limite é possível implementar
um esquema de protecção muito simples:
 Quando o endereço gerado pelo CPU é inferior à base ou superior
ao limite é gerada uma excepção para o sistema operativo.
 Para cada processo são carregados valores diferentes nos registos.
Lambo Chiungo

14. Alocação de Memória
 Para carregar um processo em memória, é necessário
atribuir-lhe uma zona de memória de tamanho igual ou
superior ao espaço físico total que ocupa.
 A alocação de Memória mais simples é feita através do
particionamento do espaço físico disponível em
múltiplos blocos
 Bloco livre: espaço contínuo de memória livre que pode
estar localizado em qualquer sítio da memória física.
 Quando um processo está para ser carregado em memória,
é-lhe atribuída memória de um bloco livre.
 O Sistema Operativo mantém informações sobre os
 Blocos livres.
 Blocos ocupados.
Lambo Chiungo

15. Lambo Chiungo

16. Mecanismos de Particionamento
 Existem várias formas de particionar o espaço memória, que
dependem sobretudo do tipo de Unidade de Gestão Memória
utilizada.
 O mecanismo mais simples consiste na utilização de dois registos
base e limite, que só permitem alocação contínua de toda a
memória de um processo.
 Com a evolução do hardware, mecanismos mais complexos têm
sido desenvolvidos e integrados pelos SO ao longo dos tempos.
 Utilização de múltiplos registos de relocação, permitindo
distinguir várias zonas distintas no espaço de um processo.
 Segmentação
 Decomposição do espaço lógico e físico em inúmeras pequenas
zonas independentes da natureza do seu conteúdo
 Paginação
Lambo Chiungo

17. Alocação Memória em Modo Contínuo
 Como responder a um pedido de alocação de N bytes a partirde
uma lista de blocos livres:
 First-fit: alocar o primeiro bloco livre suficientemente grande
para conter N bytes.
 Best-fit: alocar o mais pequeno bloco que seja suficientemente
grande para conter N bytes.
 É preciso percorrer a lista toda, a menos que esteja ordenada por
tamanhos.
 Produz os melhores resultados pois provoca menos desperdícios.

 Worst-fit: alocar o maior bloco que seja suficientemente grande.
 Necessita percorrer a lista toda.
Lambo Chiungo

18. Algoritmos de Alocação de Memória

Lambo Chiungo

19. Lambo Chiungo

20. Lambo Chiungo

21. Lambo Chiungo

22. Swapping
 Um processo pode ser temporariamente e parcialmente
retirado da memoria central caso haja falta de espaço para
manter todos os processo, e mais tarde de novo carregado
para continuar a execução.
 A unidade de swapping é geralmente o segmento.
 Memória Secundária (Backing Store) – espaço em disco
rápido suficientemente grande para guardar cópias das
imagens memória de todos os processos residentes; deve
permitir acesso rápido e directo a essas imagens.
 Roll out, roll in – variante do swapping utilizada para
algoritmos de scheduling baseados na prioridade: os
processos com baixa prioridade podem ser retirados da
memória para deixar espaço a processos com maior
prioridade.
Lambo Chiungo

23. Lambo Chiungo
Swapping

24. Gestão de Ficheiros
Lambo Chiungo

25. Introdução
 O sistema de ficheiros é a parte mais vísivel do sistema
operativo.
 Cria um recurso lógico a partir de recursos físicos através de
uma interface coerente e simples, fácil de usar.
 Mecanismo para armazenamento e acesso a dados e a
programas.
 Duas partes básicas:
Ficheiros
 Armazenamento de dados e de programas
Directórios
 Organização e informações sobre ficheiros
Lambo Chiungo

26. Ponto de vista do usuário
 Cada usuário deve ser capaz de:
Criar, apagar, ler e alterar ficheiros.
Controlar as permissões de acesso a seus ficheiros.
Nomear ficheiros de forma simbólica.
Estruturar os ficheiros de forma a adequá-los a suas
necessidades específicas.
 Criação de diretórios e subdiretórios.
Realizar back-ups e recuperar ficheiros em caso de
problemas.
Lambo Chiungo

27. Ponto de vista do sistema
 O sistema operativo deve ser capaz:
Descrever a localização de todos os ficheiros e de seus
atributos.
 Via directório.
Gerenciar espaço físico do disco.
 Alocar blocos livres a ficheiros em criação/expansão.
 Liberar blocos de ficheiros removidos.
 Mecanismos para localizar eficientemente blocos (setores)
que compõem ficheiros.
Lambo Chiungo

28. Conceitos básicos
 Ficheiros
Recipientes que contêm dados
 Directórios
Conjuntos de referências a ficheiros
 Partição
Abstração que permite a partir do disco físico criar
discos lógicos
Lambo Chiungo

29. Conceito de Ficheiro
 Informação pode ser armazenada em diferentes tipos de mídia.
 O sistema operativo deve oferecer uma visão uniforme da
informação independente do dispositivo físico de armazenamento
 Visão lógica é o ficheiro.
 Ficheiros são mapeados para dispositivos físicos.
 Ficheiros possuem:
 Nome
 Atributos
 Estrutura interna
 Tipo
 Método de acesso
 Operações
Lambo Chiungo

30. Nomes de Ficheiros
 O sistema de ficheiros define um espaço de nomes.
Conjunto de regras e convenções para identificar
simbolicamente um ficheiro.
 Variam de sistema para sistema:
Distinção entre letras maiúsculas e minúsculas.
Obrigatoriedade ou não de uma extensão.
 As vezes extensões são apenas convenções.
Tamanho máximo de nome e da extensão (se houver).
Lambo Chiungo

31. Atributos de um Ficheiro
 Informações sobre ficheiros:
Nome: informação simbólica empregada para referenciar o
ficheiro.
Tipo: binário, texto, executável, caracter, bloco.
Localização: posição do ficheiro em um determinado
dispositivo E/S.
Tamanho: número de bytes que compõem o ficheiro.
Proteção: controla acesso de leitura, escrita e execução ao
ficheiro.
Hora e data de criação, identificação do usuário: informações
destinadas a proteção, segurança e monitoração.
 Varia de sistema operativo a sistema operativo.
 Atributos são mantidos em uma estrutura a parte.
Directório
Lambo Chiungo

32. Estruturas de Ficheiros
 Sequência de bytes;
 Sequência de registros;
 Árvore.
Lambo Chiungo

33. Sequência de bytes
 Sistema operativo não “interpreta” o conteúdo do
ficheiro.
Enxerga apenas ‘bytes’
 Interpretação é a nível do programa de usuário.
 Vantagem:
Flexibilidade.
Lambo Chiungo

34. Sequência de registros
 Ficheiro é “interpretado” como uma sequência de
registros, isto é:
Tamanho fixo;
Estrutura interna.
 Operações lêem/escrevem registros.
Lambo Chiungo

35. Árvore
 Conjunto de registros não necessariamente de mesmo
tamanho.
Possuem um campo de acesso (chave).
 Comum em mainframes.
Método ISAM (Indexed Sequential Access Method).
Lambo Chiungo

36. Operações Sobre Ficheiros
 Open - é a função que permite o mapeamento entre o nome de um ficheiro e o seu
descritor interno (FCB= File Control Block).
 Procura o nome do ficheiro num directório, acede ao seu FCB e traz o seu
conteúdo para memória.
 Valida as permissões de acesso do utilizador.
 O sistema mantém uma tabela de ficheiros abertos, na qual são armazenados
os respectivos FCBs.
 Close - função inversa.
 Liberta o FCB em memória e realiza a actualização dos seus atributos.
 Create - cria um novo ficheiro, alocando uma nova entrada no catálogo
 Write - transfere uma zona espaço do processo para dentro do ficheiro, realizando a
alocação de espaço necessária à medida.
 Read - função inversa.
 Seek - permite posicionar o ponteiro de I/O em qualquer parte do conteúdo
 do ficheiro.
 Etc…
Lambo Chiungo

37. Operações sobre Directórios
 Lookup: procura de um ficheiro num directório,
retorna um descriptor de ficheiro.
 Create: Criação de um ficheiro.
 Delete: remoção de um ficheiro.
 List: listagem do conteúdo.
 Traverse: atravessamento do directório na procura de
um nó situado mais abaixo.
Lambo Chiungo

38. É o suficiente por hoje!
Feliz Semana Santa
Lambo Chiungo