Gestione della Memoria
1. Introduzione alla gestione della memoria
2. Swapping
3. Memoria virtuale
4. Implementazione
5. Algoritmi di sostituzione
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Gestione della Memoria
• Idealmente la memoria dovrebbe essere
– grande
– veloce
– non volatile
• Gerarchia di memorie
– Disco: capiente, lento, non volatile ed economico
– Memoria principale: volatile, mediamente grande, veloce e
costosa
– Cache: volatile, veloce, piccola e costosa
• La gerarchia di memorie e’ gestita dal “memory
manager” (gestore della memoria)
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Tipica Gerarchia di Memoria
• Sia il tempo di accesso che la capacità sono
approssimazioni abbastanza grossolane
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Modelli di gestione della memoria
• Modelli che non spostano i processi dalla RAM
una volta iniziata l’esecuzione
– monoprogrammazione
– multiprogrammazione a partizioni fisse
• Modelli che spostano un processo in esecuzione
da RAM a disco
– swapping
– paginazione
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Introduzione alla Gestione della Memoria
Ambiente monoprogrammato senza swapping nè paginazione
Tre modi semplici di organizzare la memoria
- un sistema operativo con un solo processo utente
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Ambiente multiprogrammato con partizioni
fisse
• Partizioni fisse
– Con code dei job distinte per ogni partizione
– Con unica coda dei job
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Rilocazione e Protezione
• Non si conosce l’istante nel quale il programma verrà
caricato in memoria
– Gli indirizzi dei dati e del codice non possono essere assoluti
– E’ necessario mantenere separati gli spazi di indirizzamento dei
processi
• Registri Base e Limite
– Indirizzo fisico = indirizzo logico + registro base
– Errore se indirizzo logico > registro limite
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Spazio di indirizzamento
• Come è organizzata la memoria accessibile
ad un programma in esecuzione ?
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Stack
Pila di FRAME, uno per ogni
chiamata di funzione da cui non
abbiamo ancora fatto ritorno
Area vuota
Variabili globali
Data
0
Text
Traduzione in assembler delle
funzioni che compongono il
programma
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Condivisione della RAM
• Tipicamente la RAM contiene lo spazio di
indirizzamento di più processi :
– es. organizzazione tipica della memoria negli SO
degli anni ‘70 (es IBM 360)
AmpiezzaRAM - 1
Spazio processo 3
Spazio processo 2
Una possibile
organizzazione della RAM
con più processi attivi
contemporaneamente
Spazio processo 1
Sistema Operativo
Area riservata, non accessibile
in modalità utente
0
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Condivisione della RAM (2)
• Problemi legati alla condivisione della RAM :
(1) protezione dello spazio di indirizzamento di
processi diversi
Spazio processo 3
Spazio processo 2
Il processo 2 non deve poter accedere
agli indirizzi di RAM al di fuori della sua
area
Spazio processo 1
Sistema Operativo
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Condivisione della RAM (2)
• Problemi legati alla condivisione della RAM :
(2) problema della rilocazione
Il compilatore/linker assume che lo spazio di
indirizzamento parta dall’indirizzo 0
Ma, P2 è caricato ad un indirizzo base2 != 0
Spazio processo 3
base2
Stack
Spazio processo 2
Area vuota
Spazio processo 1
Data
Sistema Operativo
Text
max
0
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Condivisione della RAM (3)
• Problemi legati alla condivisione della RAM :
(2) problema della rilocazione (cont.)
Indirizzi di istruzioni e dati devono essere
incrementati (rilocazione) di base2
Spazio processo 3
Stack
base2 + X
Area vuota
Spazio processo 2
base2
max
X
Spazio processo 1
Data
Sistema Operativo
Text
0
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Condivisione della RAM (4)
Indirizzo iniziale del
programma in RAM
base
Addizionatore
PC
+
+
Indirizzo (alla memoria)
Ampiezza dello
spazio di indirizzamento
Confrontatore
Fault (accesso oltre il limite)
limite
• È necessario dell’Hw aggiuntivo
• Una possibile soluzione (usata nella serie
IBM360)
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Condivisione della RAM (5)
Risolve il problema della
rilocazione
Indirizzo iniziale del
programma in RAM
base
Addizionatore
PC
+
+
Indirizzo (alla memoria)
Confrontatore
Fault (accesso oltre il limite)
limite
Ampiezza dello
spazio di indirizzamento
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Condivisione della RAM (6)
Indirizzo iniziale del
programma in RAM
base
Addizionatore
PC
+
+
Indirizzo (alla memoria)
Confrontatore
Fault (accesso oltre il limite)
limite
Ampiezza dello
spazio di indirizzamento
Risolve il problema della
protezione
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Swapping (1)
• Caricamento in partizioni variabili
• L’allocazione della memoria cambia quando:
– I processi vengono caricati in memoria
– I processi rilasciano la memoria
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Swapping (2)
• Rilocazione e protezione possono usare ancora i
registri base e limite
• Problema: la frammentazione della memoria
– molte aree piccole
– compattazione
• Problema: stabilire quanto spazio allocare per ogni
processo
– area dati, stack
• Problema: come tenere traccia della memoria libera
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Swapping (3)
a) Allocare dinamicamente memoria nel segmento dati
b) Allocare dinamicamente memoria nello stack e nel
segmento dati
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Gestione della Memoria con Bit Map
a) Porzione di memoria con 5 processi e 3 aree
libere
•
Le suddivisioni indicano l’unità di allocazione
b) Bit Map corrispondente
c) Lista di Allocazione corrispondente
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Gestione della Memoria con Liste
Quattro possibili combinazioni di allocazione in seguito
alla terminazione del processo X
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Allocazione della Memoria
Allocazione di un blocco di memoria di dimensione x:
• First Fit
– Individua la prima porzione di memoria libera di dimensione
x
• Best Fit
– Individua la più piccola porzione di memoria libera di
dimensione  x
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