PDF de programación - Hacia la memoria virtual

Hacia la memoria

virtual

Recordatorio: fases de la compilación

int nota[128];
int media[128];
for (i=0;i<128;i++) {
if (i>7 &&i<64) {
nota[i] = media[i]/2;
}
else {
a = nota[i]*media[i]
}
}

Ensamblado

•
•

¿Cuántos bloques de cache ocupa el código?
¿Serán bloques consecutivos? ¿Habrá conflictos?

bucleFor: cmp r0,#128

.data
nota: .word 128
media: .word 128
.text
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

beq finBucle
cmp r0,#7
bne ramaElse
cmp r0,#64
bge ramaElse
ldr r1,[r4,r0,lsl#2]
lsr r1,r1,#1
str r1,[r5,r0,lsl#2]
b finIf

ramaElse: ldr r1,[r4,r0,lsl#2]

ldr r2,[r5,r0,lsl#2]
mul r3,r1,r2

finIf: add r0,r0,#1

15
16

b bucleFor

finBucle: b .

Enlazado

bucleFor: cmp r0,#128

.data
nota: .word 128
media: .word 128
.text
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

beq finBucle
cmp r0,#7
bne ramaElse
cmp r0,#64
bge ramaElse
ldr r1,[r4,r0,lsl#2]
lsr r1,r1,#1
str r1,[r5,r0,lsl#2]
b finIf

ramaElse: ldr r1,[r4,r0,lsl#2]

ldr r2,[r5,r0,lsl#2]
mul r3,r1,r2

finIf: add r0,r0,#1

15
16

b bucleFor

finBucle: b .

Enlazado

Fichero ELF

.data 0x000000000
.text 0x0C0000000
entry 0x0C0000000
Symbol table
…
0100100010001
0000100101010
….

Sistema real
• El ejecutable se almacenará en el disco

Memoria

CPU

PC

elf

Ejecución

• Escribir parte del ejecutable en memoria

• Al menos, las instrucciones y los datos globales.
• Además, crear espacio para la pila

• Escribir en PC la dirección de la primera instrucción

• El entry point especficiado en el fichero ELF

Memoria

Código
Datos
Pila

CPU

0x0c00000

PC

0

elf

• ¿En qué direcciones de memoria se escriben el código y los datos?

Sobre le ejecución….
• ¿ Y, si antes de que termine esa aplicación, ejecutamos otra?

• El proceso será similar: escribir en memoria las instrucciones y datos…
• ¿En qué direcciones escribiremos su código / datos?

• ¿Puede el compilador asegurar que generará direcciones diferentes
para cada posible aplicación que lancemos?
• ¿Y si ejecutamos dos veces la misma aplicación? (sin dejar que termine la
primera instancia)

Más problemas….
• ¿Y si nuestra aplicación es tan grande (muchas instrucciones, muchos
datos..) que no cabe en memoria principal?
• Recordar el maletín del laboratorio:

• 32 bits de direcciones
• Hasta 4GB de espacio direccionable
• Pero sólo unos pocos MB de memoria SDRAM real
• Y otros pocos Kbytes del espacio dedicados a dispositivos de E/S

¿Quién/cuándo asigna direcciones?

CPU

PC

Cargador

Memoria

datos

código

datos

código

Compilador
(+ enlazado)

App1.elf

código
datos

App2.elf

datos
código

¿Quién/cuándo asigna direcciones?
• ¿Quién?

• ¿Cuándo?

• Compilador/enlazador
• Cargador (parte del SO)

• En tiempo de
compilación/enlazado
• En el momento de la carga del
ejecutable a memoria
• Durante la ejecución

IDEA FUNDAMENTAL
• La aplicación/tarea y el procesador manejan direcciones virtuales
(también llamadas lógicas en algún contexto)
• Son las generadas por el compilador/enlazador

• Durante la ejecución la MMU (Memory Management Unit) traduce
las direcciones virtuales en direcciones físicas
• Las direcciones físicas son las que se envían al controlador de memoria para
solicitar el acceso a memoria principal

¿Con qué granularidad hacemos la
traducción?
• Por secciones

• se traduce la dirección de comienzo de .text, .data….
• Se mantiene la organización interna de cada sección (como la decidió el
compilador)
• A favor: la traducción de cada sección consiste únicamente en sumar una
constante
• En contra: no soluciona el problema de los mapas virtuales grandes.

¿Con qué granularidad hacemos la
traducción?
• Por palabras

• Cada palabra del espacio virtual se traduce a una nueva ubicación en el
espacio físico
• La implementación se haría mediante una tabla con tantas entradas como
palabras tenga nuestro espacio virtual

• Si el procesador es de 32 bits, nuestras aplicaciones pueden tener espacios virtuales de

• CADA aplicación (tarea) necesita una tabla con 230 entradas, cada una de ellas de (por

232 bytes  230 palabras

ejemplo) 4 bytes

• IMPOSIBLE en la práctica

¿Con qué granularidad hacemos la
traducción?
• Por conjuntos de palabras  página

• Cada página del espacio virtual se traduce a una nueva ubicación en el
espacio físico (un marco de página o página física)
• La implementación se haría mediante una tabla con tantas entradas como
páginas tenga nuestro espacio virtual

• Si el procesador es de 32 bits, nuestras aplicaciones pueden tener espacios virtuales de

232 bytes

• Tamaño de página típico: 4Kbytes
• CADA aplicación (tarea) necesita una tabla con 220 entradas, cada una de ellas de (por

ejemplo) 4 bytes

• Aún muy grande, pero veremos cómo hacerlo manejable