1. O documento discute os conceitos de paginação e segmentação como soluções para o problema da fragmentação externa na memória. 2. A paginação divide a memória lógica e física em páginas de tamanho fixo, enquanto a segmentação divide a memória lógica em segmentos de tamanho variável. 3. A paginação é implementada por meio de uma tabela de páginas que mapeia endereços lógicos para endereços físicos, enquanto a segmentação usa uma tabela de segmentos

1. Gerência de Memória
Paginação e Segmentação

2.  Paginação
 Hardware
 Tamanho das Páginas
 Modelo
 Estrutura da Tabela de Páginas
 Paginação em Vários Níveis
 Compartilhamento de Páginas
 Segmentação
 Hardware
 Implementação de Tabela de Segmentos
 Proteção e Compartilhamento
 Fragmentação
 Segmentação com Paginação
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2
Paginação e Segmentação

3.  Outra solução (além da compactação) para o problema da
fragmentação externa:
 permitir que o espaço de endereçamento lógico seja não contíguo,
facilitando a alocação dos buracos da memória
 esse mecanismo evita o problema idêntico que ocorre com a memória
secundária, onde a compactação tem alto custo
 A memória física é dividida em partes de tamanho fixo, chamadas
de blocos (frames ou molduras)
 A memória lógica é dividida em partes do mesmo tamanho,
chamadas de páginas
 A memória secundária também é dividida em partes do mesmo
tamanho dos blocos da memória principal
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3
Paginação e Segmentação

4.  Forma de atribuição de endereço em tempo de execução  usar
paginação é semelhante a usar uma tabela de registradores
base, um para cada bloco
0
Página 0 1
Página 1 0 1
2
Página 2 1 4
3
Página 3 2 3 4
... 3 7 5
6
7
Memória Lógica Tabela de Páginas Memória Física
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4
Paginação e Segmentação

5. Lista de frames livres
14 10 Lista de frames livres 10
13 11 15 11
18 12
20 12
15 13 13 Página 1
14 14 Página 0
15 0 14 15
16 1 13 16
17 17
Página 0 2 18 Página 2
18 18
Página 1 19 3 20 19
Página 2 20 Página 3
20
Página 3 21 Tabela de Páginas 21
Memória Física Memória Física
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5
Paginação e Segmentação

6. Eduardo Nicola F. Zagari
6
Paginação e Segmentação

7.  Endereços gerados pela CPU são divididos em:
 Número da página (p) – usado como um índice em uma tabela de
páginas, a qual contém o endereço base de cada página na
memória física.
 Deslocamento de Página (d) – combinado com o endereço base
para definir o endereço na memória física que será enviado para a
unidade de memória.
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7
Paginação e Segmentação

8. End. Lógico End. Físico
CPU p d b d
Memória
Principal
p
b
p: no da página
d: deslocamento
b: no do bloco Tabela de Páginas
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8
Paginação e Segmentação

9.  O tamanho da página (e do bloco) é definido de acordo com o
hardware
 Ele é normalmente uma potência de 2 (atualmente, o usual é entre
512 bytes e 8192 bytes), veja o por quê:
Se tamanho do espaço lógico: 2a
e tamanho da página: 2b p d
a-b b
a
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Paginação e Segmentação

10. Tamanho da Página: 1000 = 103
Endereço: 17436
End. Lógico End. Físico
CPU 17 436 23 436
Memória
Principal
17
23
Tabela de Páginas
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Paginação e Segmentação

11. Tamanho da Página: 256 = 28
Endereço: 17436 = (100010000011100)2
End. Lógico End. Físico
CPU 1000100
00011100
10111 00011100
(5916)10
Memória
(1000100)2
Principal
= 68
23
Tabela de Páginas
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Paginação e Segmentação

12.  Fragmentação externa resolvida
 Fragmentação interna:
 tam. pag. = 2048 bytes
35 pag + 1086 bytes
 processo = 72766 bytes
fragmentação = 2048 - 1086 = 922 bytes
 Para processos de tamanho aleatório:
 Fragmentação média = (tamanho de pagina) / 2
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12
Paginação e Segmentação

13.  Assim,
 páginas menores, menor fragmentação interna
 Entretanto,
 páginas maiores, menores os gastos com as tabelas de páginas e
mais eficientes as transferências (E/S) em discos
 Separação entre a memória física e a visão que o usuário tem
da memória (espaço único e contíguo)
 SO mantém cópia (apontador) das tabelas de páginas de cada
processo  maior tempo gasto em uma mudança de contexto
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Paginação e Segmentação

14. 1. Pode ser representada em hardware por um conjunto de
registradores dedicados - no pequeno de entradas
2. Pode ser mantida em memória
 Registrador Base de Tabela de Página (RBTP)
 Registrador de Tamanho da Tabela de Página (RTTP)
 Neste esquema, todo acesso a dados/instrução requer 2 acessos à
memória: um para a tabela de páginas e outro para os dados/instrução.
3. Memória Associativa ou TLB (Translation Look-Aside Buffers) -
cache em hardware de pequena capacidade e busca rápida
Página #
Bloco #
 Tradução de Endereços (p, b): se p está num registrador associativo,
obtem número b do bloco. Caso contrário, obtém número b do bloco a
partir da tabela de páginas em memória.
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Paginação e Segmentação

15. End. Lógico End. Físico
CPU p d TLB b d
Pagina Bloco
Sucesso
p b Memória
Principal
p
Se TLB falha
b
Tabela de Páginas
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Paginação e Segmentação

16.  Busca Associativa (Pesquisa) = ε unidades de tempo
 Considere tempo de ciclo de memória igual a 1 microsegundo
 Taxa de acerto – porcentagem de vezes que um número de páginas é
encontrado nos registradores associativos (varia com o número de
registradores associativos).
 Taxa de acerto = α
 Tempo de Acesso Efetivo (Tae)
Tae = (1 + ε) α + (2 + ε)(1 – α)
= 2 + ε – α
 Pesquisa: 20 ns e Memória: 100 ns
 80% acerto  t.med. acesso = 0.8*120 + 0.2*220 = 140 ns
 98% acerto  t.med. = 0.98*120 + 0.02*220 = 122 ns
 Intel 80486: 32 reg. associativos e taxa de sucesso 98%
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16
Paginação e Segmentação

17.  Proteção de Memória é implementada pela associação de um bit
de proteção com cada bloco de memória.
 Bit válida-inválida relacionado a cada entrada na tabela de
página:
 “válida” indica que a página associada está no espaço de
endereços lógico do processo, isto é, uma página válida.
 “inválida” indica que a página não está no espaço de endereços
lógicos do processo.
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17
Paginação e Segmentação

18. Eduardo Nicola F. Zagari
18
Paginação e Segmentação

19.  Espaços de endereçamento lógicos muito grandes (232 a 264
bytes)  tabelas enormes...
 Exemplo:
 Espaço endereçamento lógico: 32 bits
 Tamanho de páginas: 4k (212)
 232/212 = 1 M (220) entradas
 1 M entradas de 4 bytes = Tabelas de 4 M
 Solução: dividir a tabela de páginas em várias partes
 Ex.:
número da página deslocamento
p1 p2 d
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Paginação e Segmentação

20. 10 10 12 Tabela de páginas
p1 p2 d
de segundo nível
0
1 Tabela de
páginas para os
primeiros 4M
≈ ≈ de memória
Tabela de páginas 1023
de primeiro nível 0
1 deslocamento
0
p1 1
≈ ≈
≈ ≈ 1023
1023
...
0
p2 1
Para
páginas
≈ ≈
1023
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Paginação e Segmentação

21.  Outra vantagem do mecanismo de paginação é a possibilidade
de compartilhamento de código.
 Exemplo:
 40 usuários usando um editor de textos  150 k de código + 50 k
de dados
 Total: 8000 k
 Compiladores, Sistemas de Janelas, Sistemas de Banco de
Dados  códigos que nunca modificam a si próprios durante
sua execução
 Usando compartilhamento de páginas: 2150 k no total
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21
Paginação e Segmentação

22. ed 1
0 3 0
ed 2
ed 3 1 4 1 dados 1
ed 1
0 3 2 dados 3
dados 1 2 6 ed 2
1 4 3 ed 1
Processo P1 ed 3
3 1 4 ed 2
Tabela de Pá- dados 3 2 6
ginas para P1 5
Processo P3 3 2
6 ed 3
Tabela de Pá- 7 dados 2
ed 1 ginas para P3
0 3 8
ed 2
1 4 9
ed 3
dados 2 2 6 10
Processo P2
...
3 7
Tabela de Pá-
Memória Física
ginas para P2
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22
Paginação e Segmentação

23.  Suponha que os processos P1 e P2 estejam compartilhando
páginas de um editor de texto
 Problema:
 Se o SO remover P1 da memória, P2 terá que trazer de volta
todas as páginas que compartilhava de P1
 Se P1 terminar, é preciso determinar se suas páginas ainda
estão em uso, de forma que seu espaço em disco não seja
liberado
 Para evitar ter que buscar em todas as tabelas de páginas se
uma página é compartilhada ou não (o que é caro!)  montam-
se estruturas de dados especiais para tratar das páginas
compartilhadas
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23
Paginação e Segmentação

24.  Com a paginação, ocorre a separação entre a visão da memória
pelo usuário e a memória física
 Qual é a visão que o usuário tem da memória?
Programa Principal
Sub-rotinas
Procedimentos
Sub- Pilha Funções
rotina Módulos
Função
Tabelas
Programa
Tabela de Vetores
Principal
símbolos Pilhas
Listas
Variáveis locais
Espaço de Endereçamento Lógico Variáveis globais
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Paginação e Segmentação

25.  Segmentação é um esquema de gerência de memória que dá
suporte a esta visão do usuário:
 o espaço de end. lógico é uma coleção de segmentos
 cada segmento tem um nome e um tamanho definido pelo seu
propósito
 cada endereço é especificado por dois valores: nome (número) do
segmento e a posição (deslocamento) no segmento (offset) (<número,
posição>)
 Elementos dentro do segmento são identificados pelo
deslocamento (offset) a partir do início ( 5a entrada da tabela, 3a
instrução da função)
 Compilador constrói automaticamente os segmentos
 Carregador aloca (determina) o número de cada segmento
s d
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Paginação e Segmentação

26. Pilha
Sub- Pilha
rotina
Função
Sub
Programa rotina
Tabela de Principal T.S.
símbolos
Prog.
Princ.
Espaço de Endereçamento Lógico
Função
• abela de Segmentos:
T Memória Física
• ase – contém o endereço físico inicial do segmento na memória
b
• imite – especifica o tamanho do segmento
l
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26
Paginação e Segmentação

27. Mapeamento de endereços bidimensionais em endereços físicos unidimensionais
Tabela de segmentos
s
limite base
CPU s d Memória
Principal
sim
< +
não
Interrupção de software; erro de endereçamento Memória Física
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27
Paginação e Segmentação

28. 0
Sub- Tabela de segmentos 1400
rotina Seg 0
Programa 2400
Limite Base
segmento 0 Principal
0 1000 1400
segmento 2 3200
1 400 6300
Função Seg 3
2 400 4300
Pilha
3 1100 3200 4300
segmento 3 4 1000 4700 Seg 2
segmento 1 4700
Tabela de Seg 4
símbolos 5700
segmento 4 6300
6700
Seg 1
Espaço de Endereçamento Lógico
Memória Física
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28
Paginação e Segmentação

29.  Assim como a tabela de páginas, a tabela de segmentos pode ser
armazenada tanto em registradores rápidos quanto na memória
 Se um programa consiste em muitos segmentos, deve-se usar a
memória. Um registrador RBTS (Registrador Base da Tabela de
Segmentos) aponta para a localização na memória da tabela
 Como o tamanho da tabela varia, usa-se um registrador RTTS
(Registrador de Tamanho da Tabela de Segmentos) para indicar o
comprimento da mesma, isto é, indica o número de segmentos
usados pelo programa.
número do segmento s é legal se s < RTTS
 Pode-se também usar um conjunto de registradores associativos
para armazenar as entradas mais recentemente usadas
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29
Paginação e Segmentação

30.  Direitos de acesso diferentes a cada segmento
 Como os segmentos representam porções semanticamente
distintas de um programa, todos os acessos a este segmento serão
usados da mesma maneira
 Segmento de dados  leitura/escrita/execução
 Segmento de instruções  somente leitura/execução
 O hardware de tradução de endereços verifica os bits de proteção
associados com cada entrada na tabela de segmentos
 Possibilidade de detecção pelo hardware de violação de limites de
arranjos, matrizes, vetores, ...
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30
Paginação e Segmentação

31.  Cada processo tem sua tabela de segmentos: pode-se
compartilhar segmentos entre dois processos diferentes,
fazendo-se entradas de suas tabelas apontarem para a mesma
posição de memória física
 Pode-se compartilhar programas inteiros ou apenas funções,
procedimentos, etc
 Problemas quando o segmento compartilhado faz referências
internas a si mesmo (ex.: comando de desvio)  se esse
segmento é compartilhado, todos os processos que o
compartilham devem usar o mesmo número de segmento
Eduardo Nicola F. Zagari
31
Paginação e Segmentação

32. 0
Memória lógica
Tabela de segmentos
Editor Processo P1
Processo P1 43062
Limite Base
segmento 0 Dados 1 25286 43062 Editor
0
segmento 1 4425 68348
1
68348
Dados 1
72773
Memória lógica
Processo P2 Tabela de segmentos
Editor Processo P2
Limite Base
segmento 0 Dados 2 90003
25286 43062 Dados 2
segmento 1 0 98553
8850 90003
1
Memória Física
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32
Paginação e Segmentação

33.  Segmentos têm tamanho variável (ao contrário das páginas)
 A alocação dinâmica de memória é normalmente resolvida com
um algoritmo de escolha do primeiro (first fit) ou melhor (best fit)
ou ..., bloco de memória
 Segmentação pode causar fragmentação externa (como no
esquema de partição da memória em partes de tamanho
variável)  pode-se usar compactação
 Se o tamanho médio de segmentos for pequeno 
fragmentação também é pequena (é mais fácil alocar pequenos
segmentos do que processos)
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33
Paginação e Segmentação

34. Tabela de segmentos
Endereço Lógico
End da tabela
de páginas
No No deslo- ≈ ≈
seg pag camento Tabela de páginas
Endereço do
bloco
≈ ≈
No bloco deslocamento
Endereço Físico
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34
Paginação e Segmentação

35.  Como mostrado no diagrama a seguir, o Intel 386 usa
segmentação com paginação para gerência de memória
com um esquema de paginação em 2 níveis.
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35
Paginação e Segmentação

36. Eduardo Nicola F. Zagari
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Paginação e Segmentação