Gerência da Memória

Conteúdo integrante da disciplina de Sistemas Operacionais

Introdução

• Na memória principal residem os programas em execução.
• Memória secundária são mecanismos de armazenamento permanente, são mais abundantes e baratas.
• Para um programa ser executado deve ser carregado na memória principal.
• Gerenciamento complexo em sistemas multiprogramáveis com múltiplos usuários utilizando-a eficientemente.

Alocação Contígua Simples

• Implementada nos primeiros Sistemas Operacionais e ainda existentes em alguns sistemas mono-programáveis.
• Memória dividida em duas partes, Sistema Operacional e programa do usuário.
• O programador tem controle sobre toda a memória principal, podendo acessar qualquer posição da memória, inclusive onde está residente o Sistema Operacional.
• Um mecanismo de proteção utilizado é delimitar a área do Sistema Operacional que delimita a área do mesmo.
• Fácil implementação e código reduzido, porém Ineficiência no uso do processador e da memória pois apenas um usuário pode dispor desse recurso.
• Programas limitados ao tamanho da memória disponível.
• Overlay (sobreposição) – Solução encontrada para dividir o programa em partes (módulos), de forma que pudessem executar independentemente uma da outra, utilizando uma mesma área de memória.
• A definição das áreas de Overlay são de responsabilidade do programador através de comandos específicos da linguagem utilizada.

Alocação Particionada

• A eficiência da multiprogramação exige que vários programas estejam na memória ao mesmo tempo, vindo a necessidade de organização da memória.

Alocação Particionada Estática

• Divisão da memória em tamanhos fixos (partições) definidos na inicialização do Sistema em função dos programas que executariam no ambiente.
• A alteração do tamanho de uma partição necessita a inicialização do Sistema Operacional.
• Os programas só podiam executar em uma das partições, mesmo com outras disponíveis.
• Limitações impostas pelos compiladores e montadores que geravam apenas códigos absolutos.
• Posteriormente, evolução dos compiladores, linkers e loaders com geração de código realocável, sendo que os programas puderam ser carregados em qualquer partição (alocação particionada estática realocável).
• Surgimento da tabela de partições com informações de tamanho, uso e delimitações.
• Proteção da memória através de dois registradores, início e fim da partição.
• Os programas não preenchiam totalmente as partições onde eram carregados.
• Problemas de fragmentação.

Alocação Particionada Dinâmica

• Aumento do grau de compartilhamento diminuindo o problema da fragmentação.
• Partições sem tamanho fixo, onde cada programa utiliza o espaço que necessita.
• Existe ainda o problema de fragmentação, conforme os programas vão terminando e deixando espaços cada vez menores.
• Soluções para resolver o problema de fragmentação:
  • Primeira: Reunir os espaços adjacentes, produzindo um único espaço de tamanho maior.
  • Segunda: Realocação de todas as partições ocupadas, eliminando todos os espaços entre elas (alocação dinâmica com realocação), porém, aumentando a complexibilidade do algoritmo e consumindo mais recursos do sistema.

Estratégias para Escolha da Partição

• Função para determinar em qual partição livre um programa será carregado para execução.
• Função de evitar, ou diminuir, o problema da fragmentação antes que ele ocorra.
• O tamanho do programa é o fator mais importante para a adoção da melhor estratégia.
• Best-fit:
  • Escolhe a melhor partição, ou seja, aquela que o programa deixa o menor espaço sem utilização.
  • Lista de áreas livres alocada por tamanho, diminuindo o tempo de busca
  • Desvantagem de deixar pequenas áreas não contíguas, aumentando o problema da fragmentação.
• Worst-fit:
  • Escolhe a pior partição, ou seja, aquela que o programa deixa o maior espaço sem utilização.
  • Diminui o problema de fragmentação, deixando espaços livres maiores que permitem a um maior número de programas utilizar a memória.
• First-fit:
  • Escolhe a primeira partição livre de tamanho suficiente para carregar o programa
  • Lista de áreas livres ordenada por endereços crescentemente.
  • Grande chance de se obter uma grande partição livre nos endereços de memórias mais altos.
  • Mais rápida e consome menos recursos do sistema.

Swapping

• Tenta resolver o problema de insuficiência da memória para todos os usuários.
• Aloca espaço para programas que esperam por memória livre para serem processados.
• O sistema escolhe um programa residente, que é levado da memória para o disco (swap out), retornando posteriormente para a memória principal (swap in) como se nada tivesse ocorrido.
• Problema da realocação dos programas. O loader realocável permite que um programa seja colocado em qualquer posição da memória, porém a realocação é realizada no momento do carregamento.
• Mecanismo ineficiente em função do tempo gasto para carregamento.
• Uma alternativa é esperar que a região de memória usada pelo programa na ocasião do seu primeiro carregamento esteja disponível.
• Realocação Dinâmica:
  • É a melhor solução, uma implementação no hardware dos computadores, permitindo que a realocação seja realizada durante a execução do programa.
  • Realizada através de um registrador especial denomidado registrador de alocação, que recebe o endereço inicial da região da memória que o programa irá ocupar no momento do carregamento do programa na memória.
  • Toda vez que ocorrer uma referência a algum endereço, o endereço contido na instrução será somado ao conteúdo do registrador, gerando assim, o endereço físico.
• Essencial para a implementação de um sistema multiprogramável.
• Permitiu um maior throughput através de um maior compartilhamento da memória.
• Mais eficiente para programas onde existiam poucos usuários competindo por memória e em ambientes que trabalhavam com aplicações pequenas.
• Seu maior problema é o elevado custo das operações de entrada/saída (swapped in/out).

Lista de Exercícios

Formulário

1. O que é a gerência de memória e para que serve?
2. Descreva a alocação contígua simples.
3. Descreva resumidamente a alocação particionada estática.
4. Descreva resumidamente a alocação particionada dinâmica.
5. Cite e descreva as estratégias para Escolha da Partição.
6. O que é swapping e qual seu funcionamento?