Sergio Fuenlabrada Velázquez
Sergio Fuenlabrada Velázquez
Edna Martha Miranda Chávez
Sistemas Operativos
Unidad III.
Administración de la memoria
Revisión Feb 2011
S.O.
Sergio Fuenlabrada Velázquez, Edna Martha Miranda Chávez
Administración de la memoria.
Encargado de administrar todos los componentes de almacenamiento de información.
El administrador de memoria:
• Controla las partes de la memoria que están en uso, las que no lo están.
• Asigna memoria a procesos cuando la solicitan y retira la memoria cuando terminan.
• Administra el intercambio de datos entre la memoria central, primaria o ejecutable y la memoria virtual (disco duro).
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Dispositivos FísicosMedios de almacenamiento
Memoria
Discos ópticos
CD-Rom DVD
Computador
Flash
Disco Externo
Disco
Rom
DisketteRam
Sd
cache
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Evolución de la memoria auxiliar
http://www.spreadshirt.es
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Dispositivos físicos
Conjunto de platos de metal sujetos por un eje central. Entre cada plato, existe un brazo con una bobina en su extremo que emite pulsos magnéticos. Estos giran a 7,200, 10,000 o más revoluciones por minuto, en sentido contrario a las manecillas del reloj.
Las cabezas de lectura (bobinas en los extremos de los brazos), emiten pulsos eléctricos moviéndose desde el borde hacia el centro y viceversa.
Si la unidad lee cada sector en la misma cantidad de tiempo, entonces el disco gira más rápido cuando lee los sectores cerca de la parte media y más despacio cuando lee los sectores cerca del borde
Disco duro
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Dispositivos Físicos
Partes que conforman físicamente al Disco Duro
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Medios Giratorios
Sistemas Operativos, Gary Nutt, Ed. PearsonDispositivos físicos
La imagen muestra como se almacena físicamente los datos en la memoria.
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Las unidades de CD-ROM son bastantes lentas porque se lee bit a bit.
La velocidad rotatoria cambiante del disco se debe a la pista del disco óptico dividida en sectores con una distribución diferente del disco magnético.
Si la unidad lee cada sector en la misma cantidad de tiempo, entonces el disco gira más rápido cuando lee los sectores cerca de la parte media y más despacio cuando lee los sectores cerca del borde.
Los datos no se escriben en las pistas en forma secuencial, esto acelera la operación de escritura, pero demora la lectura, dado que las porciones de un archivo quedan dispersas.
Dispositivos Fisicos CD – ROM Compact Disk – Read Only Memory
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Estructura de la Memoria Primaria y Secundaria
Área de Control de la memoria
Área de Programas residentes
Área de Programas intercambiables
Área de Constantes y variables locales
Área de Constantes y variables globales
Área de Buffer´s
Memoria primaria
Área de Control de la memoria
Área de Memoria Virtual
Área de Usuario o de trabajo
Memoria secundaria -Disco Duro
La imagen muestra como esta particionada la memoria
Memoria baja
Memoria Alta
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Administración de la memoria primaria o ejecutable
• Abstracción - Permite el uso de direcciones lógicas y las convierte en sus respectivas direcciones físicas. Liga de direcciones lógicas con físicas
• Asignación – Asigna al proceso la memoria requerida y cuando termina este la libera (desasigna).
• Aislamiento – Asegura que sólo el proceso que tiene asignada la memoria tenga acceso a esta.
• Compartición – Procesos productores y consumidores pueden compartir la memoria.
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Memoria auxiliar
Los dispositivos restantes que proveen el servicio de
almacenamiento de información son denominados
memoria auxiliar. Algunos de estos dispositivos
son:
• Discos magnéticos (cuando en la computadora se tienen más
de un disco duro a partir del segundo disco duro se considera
memoria auxiliar, el disco duro maestro se considera
memoria secundaria)
• CD, DVD, Flash, etc.
• Memoria extraíble (USB, tarjetas, ipod, etc.)
• Cintas magnéticas y Unidades de respaldo
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Medición de la transmisión y transferencia de datos
Milisegundos Milesima 1/ 1 000
Microsegundos Millonesima 1/ 1 000 000
Nanosegundos Milmillonesima 1/ 1 000 000 000
Picosegundos Billonesima 1/1 000 000 000 000
Femtosegundos Milbillonesima 1/1 000 000 000 000 000
Guía completa para PC, Gilster Ron, Ed. Pearson
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Transmisión y transferencia de los datos
Tiempo de acceso directo - Milisegundos
Tiempo de acceso a memoria - Nanosegundos
Ciclo de maquina - Microsegundos/
Nanosegundos
Ejecución de instrucciones - Microsegundos/
Nanosegundos
Conmutación de un transistor - Nanosegundos/
Picosegundos/Femtosegundos
Guía completa para PC, Gilster Ron, Ed. Pearson
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Unidades de medida de la Memoria
Bit Bit 1 o 0 binario
Byte Byte 8 bits
Palabra 16 a 256 bits (depende del tamaño del
bus del computador)
Kilobyte KB Mil 1024 Byte (1 pagina de texto)
Megabyte MB Millon 1 000 000 Byte (1 libro corto)
Gigabyte GB Milmillones 1 000 000 000 Byte (1000 libros)
Terabyte TB 1 Billon 1 000 000 000 000 Bytes
(1 biblioteca)
Petabyte PB Mil Billones 1 000 000 000 000 000 Bytes
(todas las bibliotecas de estados unidos)
Expresado en números cerrados
Guía completa para PC, Gilster Ron, Ed. Pearson
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Unidades de medida de la Memoria
ExaByte EB 1 000 000 000 000 000 000
ZettaByte ZB 1 000 000 000 000 000 000 000
YottaByte YB 1 000 000 000 000 000 000 000 000
Guía completa para PC, Gilster Ron, Ed. Pearson
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Código ASCII y EBCDIC
Zona de Signo
Zona de Carácter
Byte
Nybble Nybble
Palabras binarias
2 bits - Crumb o tayste
5 bits – Nickel
10 bits – Deckel
16 bits – Playte o chawmp
32 bits – Dynner
48 bits - Gawble
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La estructura del sistema basado en microprocesador consta
principalmente de 3 partes :
• Unidad central de proceso (procesador).
• Controlador de I/O, Unidad de E/S (Sistema de E/S).
• Memoria RAM, Central, Real, Primaria o Principal
Comunicación de datos en el Computador
Procesador Memoria Primaria
Controlador de I/O
Bus del Sistema
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Jerarquía básica de la memoria
Jerarquía como el sistema operativo gestiona la memoria
Comunicación entre las memoriasSistemas Operativos, Gary Nutt, Ed. Pearson
Capa o nivel alto
Capa o nivel medio
Capa o nivel inferior
Rápida pero limitada en tamaño
Lenta pero de gran capacidad
Se mantienen los datos en esta memoria mientras los necesita el procesador
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Comunicación entre las memorias
La imagen muestra como se comunican los datos entre la memoria y el controlador de I/O
Transmisión de datos de la memoria auxiliar a la memoria real
Informa de acciones que efectúan los dispositivos
Acceso directo a memoria
Controlador de I/O
Sistemas Operativos, Gary Nutt, Ed. Pearson
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Comunicación entre las memorias
La imagen muestra como se comunican los datos entre el procesador, la memoria cache, primaria, secundaria y auxiliar
Jerarquía de Memoria
Sistemas Operativos, Gary Nutt, Ed. Pearson
Una vez que la información se almacena en un nivel inferior se destruye en el nivel alto
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Jerarquía de la memoria
• Memoria Rom y Cache
• Memoria Primaria.
• Discos maestro o memoria secundaria
• Discos esclavos.
• CD, DVD.
• Memoria extraíble y de respaldo
Flash, disco duro externo, etc.
Memoria auxiliar.
Discos magnéticos.
Procesador I/O.
Memoria principal.
C.P.U.Memoria de reserva
Cache.
Comunicación entre las memoriasLa imagen muestra como se comunican los datos entre el procesador la memoria cache, primaria, secundaria y auxiliar
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Mapa o tabla de la memoria
Vista lógica de la memoria
Bus de datos = Palabra
n Palabras = 1 página
n Páginas = 1 segmento
n Segmentos = Partición
Palabra
Página
Segmento
Partición
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Mapeo
Es manejado automáticamente por el hardware por medio de una tabla de mapeo.
Registro de dirección virtual.
Memoria principal (20 bits).
Registro de buffer de memoria principal.
Tabla de mapeo de memoria.
Registro y dirección de memoria principal (15 bits).
Memoria primaria
Memoria secundaria
S.O.
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Vista lógica de la memoriaPaginación
La paginación proporciona una técnica para implementar un espacio de direcciones lineales grande, en una memoria física limitada.
Cada archivo puede tener un número muy grande de bytes. Este se puede almacenar en una o más páginas.
Los primeros bytes o palabras, 6K aprox., se reservan para control (longitud del archivo, si el archivo se puede leer o escribir y un apuntador a la tabla de páginas.
Si el archivo pertenece a un programa de ejecución contendrá además procedimientos, datos, pilas y grupos, etc.
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Vista lógica de la memoria - Paginación.El espacio de dirección virtual se divide en unidades llamadas páginas.
Las unidades correspondientes en la memoria física se denominan cuadros de página.
Las páginas y los cuadros de página siempre son del mismo tamaño.
El número de páginas se utiliza como índice en la tabla de páginas, lo que produce el cuadro de página que corresponde la página virtual.
El direcciónamiento virtual dentro de la página se puede almacenar de 4 a 16 bits, y un valor de compensación de 12 bits dentro de la página.
En la tabla de páginas con cuatro bits para el número de página, podemos representar 16 páginas y con 12 bits para el valor de compensación, se puede direccionar 4096 bytes de una página.
32-36K
44-48K
48-52K
52-56K
36-40K
40-44K
56-60K
60-64K
16-20K
20-24K
24-28K
28-32K
12-16K
8-12K
0-4K
4-8K
X
7
X
X
5
X
X
X
4
3
X
X
0
6
2
1
16-20K
20-24K
24-28K
12-16K
8-12K
0-4K
4-8K
ESPACIO DE DIRECCIÓN VIRTUAL
DIRECCIONES DE LA MEMORIA FÍSICA.
CUADRO DE LA PÁGINA.
PÁGINA VIRTUAL
S.O.
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Mapeo de dirección usando paginas.
La implantación de tablas de mapeo de direcciones se simplifica si la información en el espacio de dirección y en el espacio de memoria, se divide cada una en grupos de tamaño fijo.
El término página se refiere a grupos de espacio de dirección con el mismo tamaño.
La memoria física se separa en grupos de igual tamaño llamados bloques, que pueden variar de 64 a 4096 palabras cada una.
El mapeo del espacio de direccionamiento al espacio de memoria física se facilita si cada dirección virtual se considera representada mediante dos números : una dirección de número de página y una línea dentro de la página.
S.O.
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Multiprogramación.Multiprogramación, técnica que permite que dos o
más procesos se cargen en la memoria principal y que sean atendidos al "mismo tiempo" por el procesador.
Esto es que varios procesos esten en ejecución de forma simultanea, permite el servicio interactivo y mantiene al procesador trabajando ininterrumpidamente, mientras atiende un proceso, los otros procesos esperan se completen sus operaciones de E/S.
Multiprogramación con particiones
Consiste en dividir la memoria en cierto número de particiones, generalmente desiguales, en la que los procesos esperarán para entrar a ejecución, formando una o varias listas
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Segmentos Multiples
Compilación y ejecución de un programaSistemas Operativos, Gary Nutt, Ed. Pearson
Editor de enlace
Programa absoluto
Liga direcciones lógicas con físicas
Código reubicable o modulo objeto reubicable
Programa en C•Segmento de código•Segmento de datos •Segmento de pila
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Direccionamiento
Programa
Variables temporales
Variables estáticas
Registro de reubicación de segmento de código
Registro de reubicación de segmento de pila
Registro de reubicación de segmento d datos
Proporciona direcciones durante el ciclo de ejecución – procesador
Reposiciona todas las posiciones de la pila – ejecución de instrucciones
Sistemas Operativos, Gary Nutt, Ed. Pearson
S.O.
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La memoria virtual.
Partición en la memoria secundaria, que permite al
Sistema Operativo descargar los programas,
aplicaciones o archivos que no están en uso en ese
momento, el sistema operativo con la acción de
descarga a la memoria virtual libera el espacio en la
memoria primaria.
Con esta acción permite al Sistema Operativo
manejar programas, aplicaciones y archivos como
si tuviera un espacio grande de memoria primaria.
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Memoria virtual.
Técnica que simula una capacidad superior de memoria central, real o primaria.
Al utilizar la memoria virtual se logra que en la memoria primaria sólo estén cargados aquellos procesos que se estén usando el procesador.
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La carga de datos a memoria primaria La imagen muestra como se carga la pagina en la memoria primaria y se descarga a memoria virtual
Memoria principal Memoria secundaria
Memoria virtual
Área de control de la memoria Área de control de la memoria
X
XÁrea de programas intercambiables
Constantes y variables localesConstantes y variables globales
Buffer´s
Carga
Descarga X
Carga
Entorno del proceso
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Superposición
• PAGE-IN.
• PAGE-OUT.
• Tamaño de la memoria virtual = 6 X tamaño de memoria central.
Memoria primaria
PAGE-IN
PAGE-OUT
PAGE-OUT
PAGE-IN
PROCESO 1
PROCESO 3
PROCESO 2
PROCESO N
Memoria virtual
Gary Nutt
S.O.
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Administración de la memoria.
El administrador de memoria contiene:
1.- Codificador y decodificar de direcciones
2.- Directorio de páginas
2.- Matriz de memoria
3.- Lógica de control.
4.- Registros de información
5.- Administrador de archivos
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Direccionamiento
Carga
Traducción de direcciones de windows, 2 niveles
Sistemas Operativos, Gary Nutt, Ed. Pearson
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DireccionamientoTraducción de direcciones virtuales – Unix
Traducción de direcciones en la segmentación
Archivos correlacionados con memoria
Sistemas Operativos, Gary Nutt, Ed. Pearson
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Manejo de la memoria
Tipos de administración de memoria :
Mueve los procesos hacia adelante y hacia atrás entre la memoria central y el disco (memoria virtual) durante la ejecución. El programador no se preocupa por saber en dónde estará almacenado el proceso, ni su tamaño, el gestor se encarga de convertir la dirección lógica en física, y cargar la parte del proceso requerido para su ejecución.
Intercambio - Transporta la información de la memoria central al disco duro (memoria virtual).
S.O.
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Estrategias para la administración de la memoria.
El gestor de memoria tiene a su vez tres estrategias de administración:
• Administración con mapas de bits.
• Administración de la memoria con el
sistema compañero.
• Administración de la memoria con listas
enlazadas.
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Estrategias para la administración de la memoria
Matriz de memoria0 1 0 0 0
0 1 1 0 0
0 0 0 1 0
0 0 0 0 0
0 1 0 0 0
Mapa de bit´s
S
X
Q
A
Y
Nombre archivo, longitud, autor, etc.
Nombre archivo, longitud, autor, etc.
Nombre archivo, longitud, autor, etc.
Nombre archivo, longitud, autor, etc.
Sistema compañero
S.O.
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Estrategias para la administración de la memoria
Indice, i-nodo
Identificador de archivo
Apuntador o puntero
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Organización Lógica del SO UNIXSistemas Operativos, Gary Nutt, Ed. Pearson