Mecanismos De Transformación

Mecanismos de transformación

1. Introducción

La memoria es uno de los principales recursos de la computadora, la cual debe de administrarse con mucho cuidado. Aunque actualmente la mayoría de los sistemas de cómputo cuentan con una alta capacidad de memoria, de igual manera las aplicaciones actuales tienen también altos requerimientos de memoria, lo que sigue generando escasez de memoria en los sistemas multitarea y/o multiusuario.

La parte del sistema operativo que administra la memoria se llama administrador de memoria y su labor consiste en llevar un registro de las partes de memoria que se estén utilizando y aquellas que no, con el fin de asignar espacio en memoria a los procesos cuando éstos la necesiten y liberándola cuando terminen, así como administrar el intercambio entre la memoria principal y el disco en los casos en los que la memoria principal no le pueda dar capacidad a todos los procesos que tienen necesidad de ella.

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 y los que no.

El propósito principal de una computadora es el de ejecutar programas, estos programas, junto con la información que accesan deben de estar en la memoria principal (al menos parcialmente) durante la ejecución.

Para optimizar el uso del CPU y de la memoria, el sistema operativo debe de tener varios procesos a la vez en la memoria principal, para lo cual dispone de varias opciones de administración tanto del procesador como de la memoria. La selección de uno de ellos depende principalmente del diseño del hardware para el sistema. A continuación se observarán los puntos correspondientes a la administración de la memoria.

2. Aspectos generales

Memoria real

La memoria real o principal es en donde son ejecutados los programas y procesos de una computadora y es el espacio real que existe en memoria para que se ejecuten los procesos. Por lo general esta memoria es de mayor costo que la memoria secundaria, pero el acceso a la información contenida en ella es de más rápido acceso. Solo la memoria cache es más rápida que la principal, pero su costo es a su vez mayor.

Memoria virtual

El termino memoria virtual se asocia a dos conceptos que normalmente a parecen unidos:

1. El uso de almacenamiento secundario para ofrecer al conjunto de las aplicaciones la ilusión de tener mas memoria RAM de la que realmente hay en el sistema. Esta ilusión de existe tanto a nivel del sistema, es decir, teniendo en ejecución mas aplicaciones de las que realmente caben en la memoria principal, sin que por ello cada aplicación individual pueda usar mas memoria de la que realmente hay o incluso de forma mas general, ofreciendo a cada aplicación mas memoria de la que existe físicamente en la maquina.

2. Ofrecer a las aplicaciones la ilusión de que están solas en el sistema, y que por lo tanto, pueden usar el espacio de direcciones completo. Esta técnica facilita enormemente la generación de código, puesto que el compilador no tiene porque preocuparse sobre dónde residirá la aplicación cuando se ejecute.

Espacio De Direcciones

Los espacios de direcciones involucrados en el manejo de la memoria son de tres tipos:

• Direcciones físicas: son aquellas que referencian alguna posicion en la memoria física.

• Direcciones lógicas : son las direcciones utilizadas por los procesos. Sufren una serie de transformaciones , realizadas por el procesador (la MMU), antes de convertirse en direcciones físicas.

• Direcciones lineales: direcciones lineales se obtienen a partir de direcciones logicas tras haber aplicado una transformación dependiente de la arquitectura.

Los programas de usuario siempre tratan con direcciones virtuales ; nunca ven las direcciones fisicas reales..

Unidad De Manejo De Memoria

La unidad de manejo de memoria (MMU) es parte del procesador. Sus funciones son:

• Convertir las direcciones lógicas emitidas por los procesos en direcciones físicas.

• Comprobar que la conversión se puede realizar. La dirección lógica podría no tener un dirección física asociada. Por ejemplo, la pagina correspondiente a una dirección se puede haber trasladado a una zona de almacenamiento secundario temporalmente.

• Comprobar que el proceso que intenta acceder a una cierta direccion de memoria tiene permisos para ello.

• La MMU se Inicializa para cada proceso del sistema. Esto permite que cada procesop pueda usar el rango completo de direcciones lógicas (memoria virtual), ya que las conversiones de estas direcciones serán distintas para cada proceso.

• En todos los procesos se configura la MMU para que la zona del núcleo solo se pueda acceder en modo privilegiado del procesador.

• La configuración correspondiente al espacio de memoria del núcleo es idéntica en todos los procesos.

3. Intercambio

El objetivo del intercambio es dar cabida a la ejecución de mas aplicaciones de las que pueden residir simultáneamente en la memoria del sistema:

Consiste en trasladar el código y los datos de un proceso completo de memoria al sistema de almacenamiento secundario , para cargar otro previamente almacenado, no permite a un proceso utilizar mas memoria RAM de la que realmente existe en el sistema. Esta técnica puede ser ineficiente ya que se tiene que hacer el intercambio completo del proceso, aunque éste solo vaya a ejecutar una pequeña porción del código.

Durante el intercambio un proceso puede ser sacado temporalmente de memoria y llevado a un lugar especial del disco y posteriormente vuelto a memoria y continuada su ejecución..

El lugar de almacenamiento temporal suele ser un espacio suficientemente grande como para acomodar copias de las imágenes de meoria de todos los usuarios.

Asignacion Contigua

La memoria principal normalmente se divide en dos particiones:

• Sistema operativo residente, normalmente en la parte baja de memoria con los vectores de interrupción.

• Procesos de usuario en la parte alta.

Asignación de partición simple:

Puede utilizarse un esquema de registro de relocalización y limite para proteger un proceso de usuario de otro y de cambios del código y datos del sistema operativo .

El registro de relocalización contiene la dirección contiene la dirección física mas pequeña; el registro limite contiene el rango de las direcciones lógicas cada dirección lógica debe ser menor al registro limite

Asignación de particiones múltiples:

Bloques de distintos tamaños están distribuidos en memoria , cuando llega un proceso se le asigna un hueco suficientemente grande para acomodarle.

El sistema operativo debe tener información sobre:

a. Particiones asignadas

b. Particiones libres (huecos)

Asignación de partición dinámica

El proceso de compactación es una instancia particular del problema de asignación de memoria dinámica, el cual es el cómo satisfacer una necesidad de tamaño n con una lista de huecos libres. Existen muchas soluciones para el problema. El conjunto de huecos es analizado para determinar cuál hueco es el más indicado para asignarse. Las estrategias más comunes para asignar algún hueco de la tabla son:

• Primer ajuste: Consiste en asignar el primer hueco con capacidad suficiente. La búsqueda puede iniciar ya sea al inicio o al final del conjunto de huecos o en donde terminó la última búsqueda. La búsqueda termina al encontrar un hueco lo suficientemente grande.

• Mejor ajuste: Busca asignar el espacio más pequeño de los espacios con capacidad suficiente. La búsqueda se debe de realizar en toda la tabla, a menos que la tabla esté ordenada por tamaño. Esta estrategia produce el menor desperdicio de memoria posible.

• Peor ajuste: Asigna el hueco más grande. Una vez más, se debe de buscar en toda la tabla de huecos a menos que esté organizada por tamaño. Esta estrategia produce los huecos de sobra más grandes, los cuales pudieran ser de más uso si llegan procesos de tamaño mediano que quepan en ellos.

Se ha demostrado mediante simulacros que tanto el primer y el mejor ajuste son mejores que el peor ajuste en cuanto a minimizar tanto el tiempo del almacenamiento. Ni el primer o el mejor ajuste es claramente el mejor en términos de uso de espacio, pero por lo general el primer ajuste es más rápido.

Problema: La fragmentación.

4. Fragmentación

La fragmentación es la memoria que queda desperdiciada al usar los métodos de gestión de memoria que se vieron en los métodos anteriores. Tanto el primer ajuste, como el mejor y el peor producen fragmentación externa.

La fragmentación es generada cuando durante el reemplazo de procesos quedan huecos entre dos o más procesos de manera no contigua y cada hueco no es capaz de soportar ningún proceso de la lista de espera.

La fragmentación puede ser:

• Fragmentación Externa: existe el espacio total de memoria para satisfacer un requerimiento, pero no es contigua.

• Fragmentación Interna: la memoria asignada puede ser ligeramente mayor que la requerida; esta referencia es interna a la partición, pero no se utiliza.

La fragmentación externa se puede reducir mediante la compactación para colocar toda la memoria libre en un solo gran bloque, pero est a solo es posible si la relocalización es dinámica y se hace en tiempo de ejecución.

5. Paginación

Es una técnica de manejo de memoria, en la cual el espacio de memoria se divide en secciones físicas

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