GESTIONE(

DELLA(

MEMORIA(

SISTEMI&OPERATIVI&AA&2012&/&2013&

Ricordiamo…(

»  …&che&un&programma&per&essere&eseguito&deve&essere&trasferito&dal&disco&alla&memoria&principale&

»  …&che&i&registri&e&la&memoria&principale&sono&gli&unici&disposiDvi&di&memorizzazione&cui&ha&accesso&la&CPU&

»  …&che&la&cache&è&interposta&fra&la&memoria&principale&e&la&CPU&&&

&Sono&necessari&meccanismi&di&protezione)&della&memoria&per&assicurarne&il&correIo&funzionamento(

Giorgio&Giacinto&20

12&

2&

Sistemi&OperaDvi&

Giorgio&Giacinto&20

12&

Sistemi&OperaDvi&

3&

Registri(base(e(limite(

»  Una&coppia&di&registri&chiamaD&base&e(limite&definiscono&lo&spazio)di)indirizzamento)logico&

Giorgio&Giacinto&20

12&

4&

Sistemi&OperaDvi&

Protezione(della(memoria(Registri(base(e(limite(

Giorgio&Giacinto&20

12&

5&

Sistemi&OperaDvi&

Fasi(di(creazione(ed(esecuzione(di(un(

programma(utente(

Giorgio&Giacinto&20

12&

6&

Sistemi&OperaDvi&

Binding(

»  L’associazione&di&indirizzi&di&memoria&alle&istruzioni&e&ai&daD&può&avvenire&in&tre&momenD&diversi&˃  Compilazione&Si&può&generare&codice(assoluto&se&la&locazione&in&memoria&è&nota&a&priori&

˃  Caricamento&Il&codice&generato&dalla&compilazione&si&dice&rilocabile&

˃  Esecuzione&L’associazione&degli&indirizzi&è&rimandata&al&momento&dell’esecuzione&se&il&processo&può&essere&spostato&da&un’area&all’altra&della&memoria.&&+  Necessario&supporto&hardware&(ad&es.,&registri&base&e&limite)&

Giorgio&Giacinto&20

12&

7&

Sistemi&OperaDvi&

Spazi(di(indirizzi(logici(e(

fisici(»  Le&tecniche&di&gesDone&della&memoria&si&basano&sul&

conceIo&di&associazione&di&spazi)di)indirizzamento)logici)a&spazi)di)indirizzamento)fisici&&˃  Indirizzi(logici(o&virtuali(Sono&generaD&dalla&CPU&

˃  Indirizzi(fisici(Sono&quelli&usaD&dall’unità&di&memoria&

»  Gli&indirizzi&logici&e&fisici&coincidono&negli&schemi&di&binding)in&fase&di&compilazione&e&binding&in&fase&di&caricamento&

»  Gli&indirizzi&logici&(virtuali)&e&fisici&differiscono&negli&schemi&di&binding)in&fase&di&esecuzione&

Giorgio&Giacinto&20

12&

8&

Sistemi&OperaDvi&

MemoryHManagement(Unit(

(MMU)(»  DisposiDvo&hardware&che&trasforma&indirizzi&virtuali&in&indirizzi&fisici&&

»  Il&valore&del&registro&di&rilocazione&della&MMU&è&sommato&agli&indirizzi&generaD&dai&processi&e&trasmessi&alla&memoria&&

»  I&programmi&utente&gesDscono&solo&indirizzi&logici,&non&gli&indirizzi&fisici&reali&

Giorgio&Giacinto&20

12&

9&

Sistemi&OperaDvi&

Rilocazione(dinamica(

Giorgio&Giacinto&20

12&

10&

Sistemi&OperaDvi&

Caricamento(dinamico(

»  Una&procedura&non&viene&caricata&fintanto&che&non&viene&chiamata&

»  Molto&uDle&se&le&procedure&poco&uDlizzate&sono&cosDtuite&da&una&porzione&di&codice&di&dimensioni&rilevanD&

»  Non&occorre&supporto&parDcolare&da&parte&del&sistema&operaDvo&

Giorgio&Giacinto&20

12&

11&

Sistemi&OperaDvi&

Collegamento(dinamico(e(

librerie(condivise(»  Il&collegamento&è&rimandato&al&tempo&di&esecuzione&

»  La&localizzazione&in&memoria&delle&librerie(condivise&è&effeIuata&per&mezzo&di&una&piccola&porzione&di&codice&deIo&stub&˃  Lo&stub&sosDtuisce&se&stesso&con&l’indirizzo&della&procedura&che&viene&eseguita&

»  Il&sistema&operaDvo&verifica&che&la&procedura&si&trovi&nello&spazio&di&indirizzamento&del&processo&

Giorgio&Giacinto&20

12&

12&

Sistemi&OperaDvi&

Giorgio&Giacinto&20

12&

Sistemi&OperaDvi&

13&

Swapping(

»  Un&processo&può&essere&spostato&temporaneamente&dalla&memoria&principale&a&una&memoria&ausiliaria&(backing&store),&e&successivamente&riportato&in&memoria&per&riprendere&l’esecuzione&

»  Backing(store&di&solito&un&disco&veloce,&capiente&e&con&accesso&direIo&alla&memoria&

»  Roll(out,(roll(in&&versione&dello&swapping&usata&da&algoritmi&di&scheduling&basata&sulla&priorità&

Giorgio&Giacinto&20

12&

14&

Sistemi&OperaDvi&

Schema(di(funzionamento(

dello(swapping(

Giorgio&Giacinto&20

12&

15&

Sistemi&OperaDvi&

CriPcità(dello(swapping(

»  Durata&dei&trasferimenD&a/da&disco&molto&maggiore&della&durata&dei&tempi&del&cambio&di&contesto&

»  Un&processo&può&essere&soggeIo&a&swapping&solo&se&è&completamento&inabvo&˃  ad&es.,&non&deve&essere&in&aIesa&del&completamento&di&operazioni&di&I/O&

»  Oggi&soluzione&poco&usata&˃  Alcuni&sistemi&implementano&versioni&modificate&

Giorgio&Giacinto&20

12&

16&

Sistemi&OperaDvi&

Giorgio&Giacinto&20

12&

Sistemi&OperaDvi&

17&

Allocazione(conPgua(

»  La&memoria&principale&è&divisa&in&due&parDzioni&˃  Sistema&operaDvo&residente,&di&solito&allocato&negli&indirizzi&bassi&di&memoria&insieme&al&veIore&degli&interrupt&

˃  Spazio&per&i&processi&utente&negli&indirizzi&alD&»  Si&usano&i&registri&di&rilocazione&per&la&protezione&

reciproca&dei&processi&utente&e&per&l’allocazione&dinamica&di&memoria&al&sistema&operaDvo&˃  Il&registro&base&conDene&il&valore&dell’indirizzo&fisico&più&piccolo&

˃  Il&registro&limite)conDene&l’intervallo&di&indirizzi&logici&˃  La&MMU&effeIua&dinamicamente)la&traduzione&degli&indirizzi&logici)

Giorgio&Giacinto&20

12&

18&

Sistemi&OperaDvi&

Supporto(hardware(per(la(

rilocazione(e(registri(limite(

Giorgio&Giacinto&20

12&

19&

Sistemi&OperaDvi&

Allocazioni(di(parPzioni(

mulPple(»  Hole&

un&blocco&di&memoria&disponibile.&Di&solito&nella&memoria&si&trovano&buchi&di&dimensioni&variabili&

»  Ciascun&processo&viene&assegnato&a&una&parDzione&sufficientemente&grande&

»  Il&sistema&operaDvo&deve&tenere&traccia&delle&a)&parDzioni&allocate&&&&b)&parDzioni&libere&(hole)&

Giorgio&Giacinto&20

12&

20&

Sistemi&OperaDvi&

OS"

processo 5"

processo 8"

processo 2"

OS"

processo 5"

processo 2"

OS"

processo 5"

processo 2"

OS"

processo 5"

processo 9"

processo 2"

processo 9"

processo 10"

Allocazione(dinamica(

»  FirstHfit&Assegna&al&processo&la&prima)parDzione&libera&sufficientemente&grande&

»  BestHfit(Assegna&al&processo&la&parDzione&libera&più)piccola)fra&quelle&di&dimensione&sufficiente&

»  WorstHfit(

Assegna&al&processo&la&parDzione&libera&più)grande)fra&quelle&di&dimensione&sufficiente&"First-fit e best-fit sono in genere migliori di worst-fit in termini di velocità e uso dello spazio di memoria"

Giorgio&Giacinto&20

12&

21&

Sistemi&OperaDvi&

Frammentazione(

»  Frammentazione(esterna&&Lo&spazio&di&memoria&complessivamente&disponibile&consente&l’allocazione&di&un&processo,&ma&non&è&conDguo&

»  Frammentazione(interna&&la&memoria&allocata&a&un&processo&può&essere&leggermente&superiore&a&quella&effebvamente&uDlizzata&dal&processo&

»  La&frammentazione&esterna&può&essere&ridoIa&con&il&compaTamento(

˃  Si&devono&spostare&blocchi&di&memoria&allocata&ai&processi&in&modo&da&creare&un&unico&blocco&con&la&memoria&disponibile&

˃  È&possibile&solo&nei&casi&di&rilocazione&dinamica&a&tempo&di&esecuzione&&

˃  Problemi&se&ci&sono&operazioni&I/O&in&corso&

Giorgio&Giacinto&20

12&

22&

Sistemi&OperaDvi&

Giorgio&Giacinto&20

12&

Sistemi&OperaDvi&

23&

Paginazione(

»  La&memoria&fisica&è&divisa&in&blocchi&di&dimensione&fissata,&chiamaD&frame&&˃  La&dimensione&è&una&potenza&di&2,&compresa&fra&512&e&8.192&byte)&

»  La&memoria&logica&è&divisa&in&blocchi&di&dimensione&idenDca&ai&frame,&chiamaD&pagine&

»  Per&eseguire&un&programma&di&dimensione&pari&a&n&pagine&sono&necessari&n&frame&liberi&˃  I&frame&possono&essere&non)con6gui&

»  Frammentazione&interna&˃  Mediamente&pari&a&metà&della&dimensione&del&frame&

Giorgio&Giacinto&20

12&

24&

Sistemi&OperaDvi&

Paginazione(Modello(dello(spazio(Logico(e(Fisico(

Giorgio&Giacinto&20

12&

25&

Sistemi&OperaDvi&

Traduzione(degli(indirizzi(

Pagine&di&dimensione&2i&(di&solito&4KB&o&8KB)&»  Gli&indirizzi&generaD&dalla&CPU&sono&divisi&in&

˃  Numero(di(pagina((p)&usato&come&indice&della&tabella)delle)pagine&che&conDene&l’indirizzo&iniziale&di&ciascuna&pagina&nella&memoria&fisica&

˃  Offset(di(pagina((d)(Combinato&con&l’indirizzo&iniziale&della&pagina&fornisce&l’indirizzo&fisico&di&memoria&

Spazio)logico)di)dimensione)2m)e)pagine)di)dimensione)2n&

Giorgio&Giacinto&20

12&

26&

Sistemi&OperaDvi&

page number" page offset"

p" d"m - n" n"

Paginazione(

Supporto(hardware(

Giorgio&Giacinto&20

12&

27&

Sistemi&OperaDvi&

Esempio(di(paginazione(

Giorgio&Giacinto&20

12&

28&

Sistemi&OperaDvi&

Memoria di 32-byte Pagine di dimensione 4-byte"

Frame(liberi(Giorgio&Giacinto&20

12&

29&

Sistemi&OperaDvi&

Prima della assegnazione" Dopo l’assegnazione"

Implementazione(della(

tabella(delle(pagine(»  La&tabella&è&memorizzata&nella&memoria&principale&

˃  PageHtable(base(register&(PTBR)&&conDene&l’indirizzo&della&tabella&

˃  PageHtable(length(register((PRLR)&&indica&la&dimensione&della&tabella&

»  Ogni&accesso&alla&memoria&per&daD&o&istruzioni&richiederebbe&due&accessi&˃  Uno&per&la&tabella&˃  Uno&per&il&dato&o&l’istruzione&

»  Si&usa&una&cache)hardware&chiamata&translaPon(lookHaside(buffers((TLBs)&

Giorgio&Giacinto&20

12&

30&

Sistemi&OperaDvi&

TLB(e(paginazione(Giorgio&Giacinto&20

12&

31&

Sistemi&OperaDvi&

Protezione(della(memoria(

»  A&ciascun&frame&può&essere&associato&un&bit&di&protezione,&memorizzato&nella&tabella&delle&pagine&ValidHinvalid&˃  “valid”&indica&che&la&pagina&associata&si&trova&nello&spazio&di&indirizzamento&logico&del&processo&

˃  “invalid”&indica&che&la&pagina&non&si&trova&nello&spazio&di&indirizzamento&logico&del&processo&

Giorgio&Giacinto&20

12&

32&

Sistemi&OperaDvi&

Valid((v)(o(Invalid((i)(Bit(Giorgio&Giacinto&20

12&

33&

Sistemi&OperaDvi&

Pagine(condivise(

»  Codice(condiviso(˃  Si&manDene&in&memoria&una&sola&copia&di&codice&che&non&viene&modificato&durante&l’esecuzione&(deIo&rientrante),&che&può&essere&condiviso&da&più&processi&(ad&es.,&elaboratori&di&testo,&compilatori,&ecc.).&

˃  Il&codice&condiviso&deve&apparire&nella&stessa&locazione&nello&spazio&di&indirizzo&fisico&di&tub&i&processi&&

»  Codice(e(daP(riservaP&˃  Ciascun&processo&manDene&una&copia&separata&del&codice&e&dei&daD&

˃  Le&pagine&relaDve&al&codice&e&ai&daD&riservaD&possono&essere&in&qualunque&posizione&nello&spazio&di&indirizzamento&logico&

Giorgio&Giacinto&20

12&

34&

Sistemi&OperaDvi&

Esempio(di(pagine(

condivise(

Giorgio&Giacinto&20

12&

35&

Sistemi&OperaDvi&

StruTura(della(tabella(delle(

pagine(»  Paginazione&gerarchica&

»  Tabella&di&Dpo&hash&

»  Tabella&delle&pagine&inverDte&

Giorgio&Giacinto&20

12&

36&

Sistemi&OperaDvi&

Paginazione(gerarchica(a(

due(livelli(

Giorgio&Giacinto&20

12&

37&

Sistemi&OperaDvi&

La tabella delle pagine viene paginata a sua volta

Paginazione(gerarchica(

Traduzione(degli(indirizzi(

Giorgio&Giacinto&20

12&

38&

Sistemi&OperaDvi&

Tabella(di(Ppo(hash(

Giorgio&Giacinto&20

12&

39&

Sistemi&OperaDvi&

Tabella(delle(pagine(

inverPta(

Giorgio&Giacinto&20

12&

40&

Sistemi&OperaDvi&

Ogni riga della tabella è relativa a un frame

Giorgio&Giacinto&20

12&

Sistemi&OperaDvi&

41&

MoPvazione(

»  La&segmentazione&è&un&sistema&di&gesDone&della&memoria&basato&sulla&rappresentazione&della&memoria&da&parte&dell’utente&

»  Un&utente&vede&un&programma&come&una&collezione(di(moduli(o(segmenP&˃  main&˃  procedure&e&funzioni&˃  metodi&˃  oggeb&˃  variabili&locali&e&globali&&ecc.&

Giorgio&Giacinto&20

12&

42&

Sistemi&OperaDvi&

Rappresentazione(di(un(programma(dal(

punto(di(vista(dell’utente(Giorgio&Giacinto&20

12&

43&

Sistemi&OperaDvi&

Punto(di(vista(logico(della(

segmentazione(

Giorgio&Giacinto&20

12&

44&

Sistemi&OperaDvi&

1"

3"

2"

4"

1"

4"

2"

3"

spazio utente" spazio della memoria fisica"

ArchiteTura(per(la(

segmentazione(»  Gli&indirizzi&logici&sono&formaD&dalla&tupla&

&<segment/number,&offset>&»  Tabella(dei(segmenP&&

ogni&elemento&della&tabella&conDene:&˃  base&

indirizzo&fisico&iniziale&del&segmento&˃  limite&&

specifica&la&lunghezza&del&segmento&

»  Segment/table&base&register&(STBR)&&riferimento&alla&locazione&in&memoria&della&tabella&dei&segmenD&&

»  Segment/table&length&register&(STLR)&&indica&il&numero&di&segmenD&usaD&da&un&programma&

Giorgio&Giacinto&20

12&

45&

Sistemi&OperaDvi&

Hardware(per(la(

segmentazione(

Giorgio&Giacinto&20

12&

46&

Sistemi&OperaDvi&

Altre(proprietà(

»  Protezione&˃  Ad&ogni&elemento&della&tabella&dei&segmenD&è&associato&

+  bit&di&validità&=&0&/>&segmento&illegale&

+  privilegi&read/write/execute&

»  La&condivisione&si&può&realizzare&a&livello&di&segmento&

Giorgio&Giacinto&20

12&

47&

Sistemi&OperaDvi&

Esempio(di(segmentazione(

Giorgio&Giacinto&20

12&

48&

Sistemi&OperaDvi&

Giorgio&Giacinto&20

12&

Sistemi&OperaDvi&

49&

Sistema(di(gesPone(della(

memoria(»  Supporta&sia&la&segmentazione&sia&la&segmentazione&con&paginazione&

»  La&CPU&genera&indirizzi&logici&˃  L’unità&di&segmentazione&produce&indirizzi&lineari&

˃  Gli&indirizzi&lineari&sono&inviaD&all’unità&di&paginazione&+ Genera&gli&indirizzi&fisici&per&la&memoria&principale&

+  È&l’equivalente&della&MMU&

Giorgio&Giacinto&20

12&

50&

Sistemi&OperaDvi&

Traduzione(di(indirizzi(logici(

in(indirizzi(fisici(

Giorgio&Giacinto&20

12&

51&

Sistemi&OperaDvi&

La CPU genera indirizzi logici nel formato (selettore, offset) Il valore del selettore individua il segmento L�unità di segmentazione produce un indirizzo lineare che è inviato all�unità di paginazione

Segmentazione(

Giorgio&Giacinto&20

12&

52&

Sistemi&OperaDvi&

Paginazione(Giorgio&Giacinto&20

12&

53&

Sistemi&OperaDvi&