Organización de memoria virtual. “Almacenamiento virtual ” significa la capacidad de direccionar un espacio de almacenamiento mucho mayor que el disponible en el almacenamiento primario de determinado sistema de computación. (George W. Reynolds-2002) Los métodos más comunes de implementación son mediante: Técnicas de “paginación”. Técnicas de “segmentación”. Una combinación de ambas técnicas. Las direcciones generadas por los programas en su ejecución no son, necesariamente, aquellas contenidas en el almacenamiento primario (memoria real), ya que las direcciones virtuales suelen seleccionarse dentro de un número mucho mayor de direcciones que las disponibles dentro del almacenamiento primario. Administración de la memoria sin intercambio o paginación. Los sistemas de administración de memoria se pueden clasificar en dos tipos. Los que desplazan los procesos de la memoria principal al disco y viceversa durante la ejecución (intercambio y paginación) y aquellos que no. Monopogramación sin intercambio o paginación. Es en forma secuencial pues solo se tiene un objeto en memoria en cada instante, el usuario carga toda la memoria con un programa, esto implica que cada proceso debe contener controladores de dispositivo para cada uno de los dispositivos E/S que utilice. Multiprogramación y uso de la memoria. La multiprogramación facilita la programación de una aplicación al dividirla en dos o mas procesos. La mayoría de los procesos tardan cierto tiempo en la espera de datos de dispositivos E/S. Multiprogramación con particiones fijas El objetivo en todo esto es tener mas de un proceso en memoria a la vez, solución posible sería dividir la memoria en n partes al inicio de una sesión de uso de la máquina, pero aún así se obtiene el desperdicio de particiones grandes con una tarea pequeña, la respuesta puede ser tener particiones pequeñas también. Las tareas que van llegando se forman hasta que una partición adecuada está disponible, en cuyo momento la tarea se carga en esa partición y se ejecuta hasta terminar. Intercambio En un sistema por lotes la organización de la memoria en particiones fijas es adecuado pero en un ambiente multiusuario la situación es distinta con el tiempo compartido, ya que existen mas usuarios de los que puede albergar la memoria, por lo que es conveniente albergar el exceso de los procesos en disco., por supuesto para ser ejecutados estos procesos deben ser trasladados a la memoria principal. Al traslado de procesos de disco a memoria y viceversa se le llama intercambio. Multiprogramación con particiones variables. Mediante un algoritmo de administración de memoria las particiones variables varían de forma dinámica durante el uso de la máquina, evitando desperdicio de memoria. Memoria Virtual El método diseñado por Fotheringham en 1961 se conoce como Memoria Virtual, la idea es que el tamaño combinado de la pila, programa y datos puede exceder la memoria física disponible para ello. El S.O. mantiene en memoria aquellas partes del programa que se deben permanecer en memoria y el resto lo deja en disco, las partes entre el disco y la memoria se intercambian de modo que se vayan necesitando. Paginación El espacio de direcciones de cada proceso se divide en bloques de tamaño uniforme llamados páginas, los cuales se pueden colocar dentro de cualquier para página marco disponible en memoria. Cuando las tablas de páginas son muy grandes se puede utilizar un esquema de paginación de varios niveles para que las páginas se paginen a sí mismas. Fig. 1 Administración de memoria segmentada y paginada. Estructura de una entrada de tabla de páginas La estructura general de una tabla de páginas consta de lo siguiente: Número de marco de página Bit presente/ausente; si el bit es 1 la entrada es válida y puede usarse, si es 0 significa que la página virtual de la entrada no está en memoria, esto causaría un fallo de página. Bit de Protección; indica que tipos de accesos están permitidos. Si el bit es0 permite leer y escribir; y si es 1 permite únicamente leer. Bit Modificada y Solicitada llevan el control del uso de la página. El bit modificado refleja el estado de la página, y el bit solicitado se enciende cada vez que se hace referencia a una página; ya sea para leer o escribir. El ultimo bit permite inhabilitar el uso de caché con la pagina. Importante en el caso de páginas que corresponda a registros de dispositivos, no a memoria. No poner caché Modificada Presente/Ausente Solicitada Numero Protección de marco de pagina Funcionamiento de memoria paginada Cada vez que la CPU genere una dirección de memoria ésta es transformada poruna unidad hardware, de forma que en el bus del sistema se introduce ladirección física correspondiente. Es importante observar que la paginación es ensí misma una forma de reubicación dinámica. Cada dirección lógica estransformada en alguna dirección física por el hardware de paginación. Observetambién que si el tamaño de página es una potencia de dos, el hardware noprecisa realizar ninguna división, simplemente sabe que los últimos n bits, si eltamaño de página es de 2 n , representan el desplazamiento, y los primeros bits lapágina.Cada proceso debe tener su propia tabla de páginas, y su dirección de comienzoen la memoria principal forma parte de la porción del PCB utilizada para realizarun cambio de proceso. Como el número de marcos (cantidad de memoria real)asignados a un proceso será normalmente menor que el número de páginas que éste utiliza, es muy posible que una dirección del programa haga referencia a una página que no se encuentre en aquel momento en la memoria principal. En este caso el elemento correspondiente de la tabla de páginas estará vacío, provocando el hardware una interrupción de " fallo de página Si se intenta acceder a ella. Esta interrupción provoca que el control pase al software (al sistema operativo), para que éste inicie la transferencia de la página que falta desde la memoria secundaria a la memoria principal, y actualice de acuerdo con ello la tabla de páginas. El proceso en ejecución se hará no listo hasta que se haya completado esta transferencia. La posición de las páginas en la memoria secundaria puede guardarse en una tabla separada o en la misma tabla de páginas. En este último caso, es necesario un " b i t d e presencia” Ejercicio de aplicación En este ejemplo es de 4KB de páginas y marcos, con un espacio de direcciones virtuales de 64K y 32KB de memoria física, tenemos 16 páginas virtuales y ocho marcos de página. Cuando el programa trata de tener acceso a la dirección 0, por ejemplo, con la intrusión la dirección virtual 0 envía a la MMU. Esta ve que tal dirección virtual está en la pagina 0(0 a 4095, que según su correspondenciaes el marco de pagina 2(8192 a 12287). Así, la MMU; lo único que ve es una solicitud de leer o escribir a la dirección 8192, y lo hace. Por lo tanto, la MMU haestablecido la correspondencia total de todas las direcciones entre 0 y 4095 conlas direcciones físicas 8192 a12287. De forma similar la instrucción F i g u r a 3 7 : Ejemplo de aplicación