paginacion por Luis Colcha S6j

1.- En que consiste la paginacion?

La paginación consiste en considerar el espacio de direcciones lógicas de cada proceso como un conjunto de bloques de tamaño consistente llamados paginas. Cada dirección lógica manejada para un proceso estará conformada por un par de valores [pagina: desplazamiento].

La memoria física se administra implementando bloques de tamaño consistente denominados 'marcos'. Obviamente el tamaño de un 'marco' debe ser igual al tamaño de una pagina.

Por lo general el tamaño designado para los marcos y páginas es pequeño.
Existen distintos niveles de paginación y a su vez distintos modelos de computadoras han trabajado con ellas.

Paginación de nivel 1: PDP-11

Paginación de 2 niveles: la VAX

Paginación de 3 niveles: la SPARC

Paginación de 4 niveles: la 68030





paginacion en linux

Puesto que hay mucha menos memoria física que memoria virtual, el sistema operativo ha de tener especial cuidado de no hacer un mal uso de la memoria física. Una forma de conservar memoria física es cargar sólo las páginas que están siendo utilizadas por un programa.

Esta técnica de cargar sólo páginas virtuales en memoria conforme son accedidas es conocida como Paginación por Demanda.

Linux utiliza la paginación por demanda para cargar imágenes ejecutables en la memoria virtual de un proceso. Siempre que se ejecuta un proceso, se abre el fichero que la contiene y su contenido se asocia en la memoria virtual del proceso. Esto se hace modificando las estructuras de datos que describen el mapa de memoria del proceso y se conoce como asociación de memoria. Sin embargo, sólo la primera parte de la imagen se copia realmente en memoria física. El resto de la imagen se deja en disco. Conforme se va ejecutando, se generan fallos de página y Linux utiliza el mapa de memoria del proceso para determinar qué partes de la imagen ha de traer a memoria para ser ejecutadas.

2.- Cuando sucede un fallo de pagina y como se resuelve?

Cuando la paginación se utiliza junto con memoria virtual, el sistema operativo mantiene además el conocimiento sobre qué páginas están en memoria principal y cuáles no, usando la tabla de paginación. Si una página buscada está marcada como no disponible (tal vez porque no está presente en la memoria principal, pero sí en el área de intercambio), cuando la CPU intenta referenciar una dirección de memoria en esa página, la MMU responde levantando una excepción (comúnmente llamada fallo de página).
resolucion del fallo
Si la página se encuentra en el espacio de intercambio, el sistema operativo invocará una operación llamada intercambio de página, para traer a memoria principal la página requerida.
La operación lleva varios pasos.
1.- se selecciona una página en memoria, por ejemplo una que no haya sido usada recientemente (para más detalles ver algoritmos de reemplazo de páginas). Si la página fue modificada, se escribe la misma en el espacio de intercambio.

2.- leer la información en la página necesitada desde el espacio de intercambio. Cuando esto sucede, las tablas para traducción de direcciones virtuales a reales son actualizadas para reflejar los contenidos de la memoria física. Entonces el intercambio de página sale, y el programa que usó la dirección que causó la excepción es vuelto a ejecutar desde el punto en que se dio la misma y continúa como si nada hubiera pasado.

También es posible que una dirección virtual sea marcada como no disponible porque no fue localizada previamente. En estos casos, una página de memoria es localizada y llenada con ceros, la tabla de paginación es modificada para mostrar los cambios y el programa se reinicia como en el otro caso.

tecnicas de resolucion de fallos de pagina


Algoritmos de reemplazo de páginas.

Cuando ocurre un fallo de página el sistema operativo debe elegir una página para retirarla de la memoria y hacer un espacio para la página por recuperar. Si la página por eliminar fue modificada mientras estaba en memoria, debe escribirla en el disco para mantener actualizada la copia del disco, si por el contrario la página no ha sido modificada la copia del disco ya está actualizada por lo que no es necesario volver a escribir, la página por leer sólo escribe encima de la página por retirar.

Aunque es posible elegir una página al azar para el reemplazo relacionado con un fallo de página, el rendimiento del sistema es mucho mejor si se elige una página de poco uso.

Algoritmo de reemplazo de páginas optimo

Mejor algoritmo posible para reemplazo de páginas pero irrealizable en la práctica.

Al momento de ocurrir un fallo de página cierto conjunto de páginas se encuentran en la memoria, en la siguiente instrucción se hará referencia a una de estas páginas, otras páginas no se utilizaran sino hasta mucho después, cada página puede ejecutarse con el número de instrucciones ejecutadas antes de la primera referencia a esa página, el algoritmo dice que se elimine la página con la mayor etiqueta; si una página no va a utilizase sino hasta mucho después que otra la eliminación de la primera retrasa el fallo de página lo mas posible, el único problema de este algoritmo es que es irrealizable. Al momento del fallo de página el S.O. no tiene forma de saber a qué página se hace referencia.

Algoritmo de página de uso no muy reciente.

En un fallo de página , el sistema operativo inspecciona todas las páginas y las divide en cuatro categorías según los valores actuales de los bits R y M

Clase 0: No se ha hecho referencia ni ha sido modificada

Clase 1: No se ha hecho referencia pero ha sido modificada

Clase 2: Se ha hecho referencia pero no ha sido modificada

Clase 3: Se ha hecho referencia y ha sido modificada

El algoritmo NRU implica una hipótesis que indica que es mejor eliminar una página modificada sin referencias al menos por lo general un intervalo de reloj, este algoritmo es fácil de comprender, de implantación eficiente y con un rendimiento que, aún sin ser el óptimo si es adecuado en muchos casos.

Algoritmo de reemplazo " primero en entrar, primero en salir FIFO"

El sistema operativo tiene una lista de todas las páginas que se encuentran en memoria, siendo la primera página la mas antigua y la última la mas reciente, en un fallo de página, se elimina la primera página y se añade la nueva al final de la lista.

Algoritmo de reemplazo de páginas de la segunda oportunidad

Una modificación simple del FIFO que evita deshacerse de una página de uso frecuente inspecciona el bit R de la página mas antigua, busca una página antigua sin referencias durante el anterior intervalo de tiempo.

Algoritmo de reemplazo de páginas del reloj

Aunque el anterior algoritmo es razonable un mejor enfoque es mantener las páginas en una lista circular con la forma de un reloj, una manecilla apunta hacia la mas antigua. Al ocurrir un fallo de página se inspecciona la página a la que apunta la manecilla si su bit R=0 se retira de la memoria, se inserta la nueva página en su lugar en el reloj y la manecilla avanza una posición, si R=1 la manecilla avanza una posición y el bit se limpia, esto continua hasta encontrar una página con R=0.