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Segmentation e Paging.

Segmentation:

Segmentação é um esquema de gestão de memória que satisfaz a visão da memória do programdor.

• Um espaço de endereços lógicos é uma coleção de segmentos.
• A cada segmento é dada uma região contigua na memória (com o registo base e limit) que pode residir em qualquer local da memória física.

Cada segmento tem um identificador e um tamanho.

Endereços lógicos (dentro do segmento) existem na forma de tuplos:

<segment-number, offset-within-segment>

A tabela dos segmentos mapeia endereços lógicos de duas dimensões para endereços fisicos de uma dimensão. Cada entrada inclui:

• Segment base : Endereço físico inicial onde o segmento reside na memória.
• Segment limit: Tamanho do segmento.

Arquitetura de Segmentation

A tabela de Segmentos encontra-se no PCB (Process Control Block). Esta tabela inclui também proteção de dados tais como:

• Validação de Bit (segmento ilegal/legal).
• Privilégios de Ler/escrever/executar/partilhar.

Gestão de Segmentos

Quando um novo processo é carregado em memória:

• Cria-se uma nova tabela de segmento e armazena-se no PCB de processos;
• Aloca-se espaço na memória fisica para todos os segmentos do processo.

Se não houver espaço em memória física:

• Compacta-se a memória (move-se segmentos, atualiza-se as bases) para tornar o espaço contíguo.
• Swap de um ou mais segmentos para fora do disco.

Para aumentar um segmento S:

• Se existe espaço livre em baixo do segmento, só é necessario atualizar o limit do segmento e usar esse espaço livre.
• Caso contrário, mover o segmento S para um espaço livre maior;
• Swap do segmento acima do S para o disco.

Paging

Tal como a Segmentation, Paging é outro esquema de gestão de memória que permite que o espaço do endereço físico de um processo não seja contíguo.

Comparado ao Segmentation, o Paging:

• Torna a alocação e o swapping mais fácil (não existem segmentos de tamanho variável);
• Evita fragmentação externa;
• Não é necessária compactação.

Devido a estas vantagens, Paging é usado de várias formas na maioria dos Sistemas Operativos, desde mainframes até aos telemóveis.

A ideia deste esquema é organizar a memória em blocos de tamanho fixo.

• Dividir a memória lógica em blocos de tamanho fixo chamados pages.
• Dividir a memória física (e a backing store) em blocos do mesmo tamanho chamados frames.

Para carregar um processo de N pages, é necessário encontrar N frames livres.

• As pages não têm de ser carregadas num conjunto contíguo de frames.
• É necessário acompanhar as frames livres.

Modelo de Memória de Paging

Uma tabela de page acompanha todas as pages de um processo em particular.

• Cada entrada contém o frame correspondente na memória física;
• Traduz endereços lógicos em endereços físicos.

Esquema de tradução de endereços

Todos os endereços lógicos são divididos em 2 partes:

• Page Number (p) : índice na tabela de pages.
• Page offset (d) : deslocamento dentro da page.

O endereço base na tabela de pages combinado com o page offset definem o endereço físico de memória que é enviado para a unidade de memória.

Se o tamanho do espaço do endereço lógico é 2^m e o tamanho da page é 2^n bytes (m > n), então a high-order m-n bits do endereço lógico designa o page number (p), e a lower-order de n bits indica a page offset (d).

Nota: O hardware necessário para suportar paging é relativamente menor que o necessário para a segmentação.

Implementação de Paging

O sistema operativo intervém 4 vezes na paginação:

1. Criação do Processo

• Determinar o tamanho do programa;
• Criação da tabela de páginas.

2. Execução do Processo

• Re-inicializar a MMU para o novo processo;
• Limpar a TLB (Translation lookaside buffer).

3.Na Page Fault

• Determinar o endereço virtual causador da page fault;
• Colocar a página em memória, se o endereço for legal.

4. Fim da execução do processo

• Libertar a tabela de páginas e as páginas associadas.

Paginação + Segmentação

É possivel combinar estes dois métodos em dois niveis de mapeamento:

• Processos são vistos como um conjunto de segmentos lógicos de tamanho variável
• Cada segmento é depois dividido em pages de tamanho fixo.

Os endereços lógicos consistem mais uma vez em tuplos:

<segment-number, page_within_segment,offset_within_page>

Implementação

• Uma tabela de segmentos por processo e uma tabela de paginação por segmento.
• Evita fragmentação externa.

A partilha pode ser dada em ambos os níveis:

• Partilhar um segmento completo por ter a mesma base em duas tabelas de segmento.
• Partilhar uma frame por ter a mesma frame reference nas duas tabelas de paginação.