PDF de programación - Gestión de Memoria

Gestión de Memoria

Capítulo que describe cómo un sistema operativo realiza la gestión
de la memoria asignada a los procesos en ejecución en un sistema
informático. Inicialmente se abordará la gestión de la memoria física
para pasar a continuación a ver los sistemas de memoria virtual. Se
verá en detalle los sistemas de paginación, segmentación y una
combinación de ambos.

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Tabla de contenidos

Tabla de contenido

1 Introducción........................................................................................................................................1
1.1 Conceptos básicos......................................................................................................................................1
1.2 Jerarquía de memoria.................................................................................................................................2
1.3 El administrador de memoria...................................................................................................................2
2 Administración de la memoria libre...............................................................................................3
2.1 Mapa de bits..................................................................................................................................................4
2.2 Listas ligadas.................................................................................................................................................4
3 Estrategias de asignación de memoria.........................................................................................5
4 Espacio de direcciones......................................................................................................................6
4.1 Reubicación dinámica: Registros base y límite.....................................................................................6
5 Intercambio.........................................................................................................................................7
6 Memoria Virtual: Paginación............................................................................................................9
6.1 Traducción de direcciones virtuales.....................................................................................................12
6.2 Entrada de la tabla de páginas..............................................................................................................13
6.3 Algoritmos de reemplazo de página....................................................................................................15
6.3.1 Algoritmo de reemplazo de página óptimo......................................................................................15
6.3.2 No usadas recientemente (NRU).........................................................................................................15
6.3.3 Primera en entrar, primera en salir (FIFO).........................................................................................16
6.3.4 Segunda oportunidad............................................................................................................................. 16
6.3.5 Reloj............................................................................................................................................................. 17
6.3.6 Menos usadas recientemente (LRU)...................................................................................................18
6.3.7 Conjunto de trabajo................................................................................................................................ 18
6.3.8 WSClock...................................................................................................................................................... 21
6.4 Páginas compartidas................................................................................................................................23
7 Memoria virtual: Segmentación....................................................................................................23
7.1 Implementación.........................................................................................................................................24
7.2 Traducción de direcciones virtuales.....................................................................................................25
7.3 Entrada de la tabla de segmentos........................................................................................................25
8 Memoria virtual: Segmentación paginada..................................................................................26
8.1 Traducción de direcciones virtuales.....................................................................................................26
9 Fragmentación..................................................................................................................................27
9.1 Fragmentación interna.............................................................................................................................27
9.2 Fragmentación externa............................................................................................................................27
10 Bibliografía.......................................................................................................................................29

Índice I

Rafael Lozano

Gestión de Memoria

Gestión de memoria

1 Introducción

En un capítulo anterior mostrábamos cómo un conjunto de procesos puede compartir la CPU.
Como resultado de la planificación de la CPU podemos mejorar tanto su utilización como su velocidad
de respuesta a los usuarios. Sin embargo, para lograr este incremento en el rendimiento, es necesario
conservar varios procesos en memoria, es decir, debemos compartir la memoria.

La memoria RAM es un recurso importante que se tiene que administrar con cuidado por parte
del sistema operativo. Andrew S. Tannenbaum dijó que «los programas se expanden para llenar la
memoria disponibles para contenerlos».

Para entender como el sistema operativo gestiona la memoria es necesario ver antes una serie

de conceptos relacionados con la misma.

1.1 Conceptos básicos

La memoria es parte fundamental en un sistema informático moderno. Para entender como un
sistema operativo la administra debemos dominar una serie de conceptos básicos referidos a la
memoria:

✔ La memoria es el dispositivo de almacenamiento de programas en ejecución junto con sus

datos asociados.

✔ Está formada por un conjunto de celdas llamadas posición de memoria que es donde se
almacena un dato. Generalmente este dato ocupa 1 byte, pero pueden ser una cantidad
mayor.

✔ Las posiciones de memoria se numeran desde 0 y en orden creciente. Este número es la

dirección de memoria y sirve para acceder al dato almacenado en la posición de memoria.

✔ Cuando se dice que una memoria es direccionable por byte significa que cada posición de
memoria dispone de un byte para almacenar información y cada byte tiene una dirección de

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Gestión de procesos

memoria para acceder al dato que contiene. Por tanto una operación de lectura o escritura en
la memoria tiene que hacerse con un byte de información como mínimo.

✔ Cuando la CPU busca un dato en memoria indica la dirección de la posición de memoria a la
que quiere acceder. A esta operación se le conoce como referencia de memoria que puede
ser una lectura o una escritura de un dato en la posición de memoria correspondiente a la
dirección de memoria indicada por la CPU en la referencia.

✔ La interacción se logra por medio de una secuencia de referencias a direcciones específicas de
memoria (lecturas o escrituras). La CPU lee información (lectura) de la memoria o la almacena
en ella (escritura).

A la memoria le resulta transparente como un programa genera las direcciones, es decir no
sabe como se generan (índices, contador de instrucciones, indirección, dirección constante, etc.) o
para qué son (instrucciones o datos).

1.2 Jerarquía de memoria

La situación ideal sería que cualquier programa que se ejecutara en un ordenador tuviera toda
la memoria que necesitara sin límites, pero la realidad dicta que la memoria es un recurso escaso que
se tiene que compartir entre todos los procesos a ejecutar. A través de los años se ha elaborado el
concepto de jerarquía de memoria, de acuerdo con el cual, los or tienen unos cuantos megabytes de
memoria caché, muy rápida, costosa y volátil, unos cuantos gigabytes de memoria principal, de
mediana velocidad, a precio mediano y volátil, unos cuantos terabytes de almacenamiento en disco
lento, económico y no volátil, y el almacenamiento removible, como los DVDs y las memorias USB. El
trabajo del sistema operativo es abstraer esta jerarquía en un modelo útil y después administrarla.

1.3 El administrador de memoria

La parte del sistema operativo que administra la memoria se conoce como administrador de
memoria. Su trabajo consiste en administrar la memoria con eficiencia realizando las siguientes
tareas:

Función del SO en la gestión de memoria

Llevar el control de las zonas de memoria libre y a disposición de
nuevos procesos.
Asignar memoria a los procesos cuando la necesiten.

Llevar el control de las zonas de memoria usadas y que procesos las
están usando.

Liberar la memoria cuando un proceso no la necesita o cuando
termina para poder asignarla a otro que la ha solicitado.

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Estrategia de administración
de memoria
✔ Mapa de bits
✔ Listas ligadas
✔ Primer ajuste
✔ Peor ajuste
✔ Mejor ajuste
✔ Siguiente ajuste
✔ Espacio de direcciones
✔ Intercambio
✔ Memoria Virtual

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Gestión de Memoria

Ya hemos visto anteriormente q