Homelessness

En el contexto de un sistema de paginación por demanda, sucede cuando un proceso intenta referenciar una página que no se incorporó a memoria. El hardware de paginación, al traducor la dirección , observa que la entrada correspondiente de la tabla tiene indicada esa página como inválida, y genera una trap para el sistema operativo (la instrucción que hizo la referencia no se completa).

Entonces el sistema

1. determina si la referencia memoria fue válida o inválida (por ejemplo por indizar mal un vector)

2. Si fue una referencia válida, en vez de abortar el proceso, localizar en disco la pagina buscada

b. sino, aplica un algoritmo de reemplazo para seleccionar una página a quitar, la guarda en disco y refleja el cambio en la tabla de páginas.

4. Mover la página deseada al nuevo marco libre, reflejar el cambio en la tabla de paginas 5. Reejecutar la intrucción que provocó el fallo (el proceso no necesariamente cambio de

estado).

Obs. Se planifica (CPU) en las transferencias entre disco y memoria de la página seleccionada para reemplazo y de la página entrante de acuerdo a las reglas habituales para E/S.

Proteccion y compartición

Why is it that, on a system with paging, a process cannot access memory it does not own? How could the operating system allow access to other memory? Why should it or should it not?

Answer: An address on a paging system is a logical page number and an offset. The physical page is found by searching a table based on the logical page number to produce a physical page number. Because the operating system controls the contents of this table, it can limit a process to accessing only those physical pages allocated to the process. There is no way for a process to refer to a page it does not own because the page will not be in the page table. To allow such access, an operating system simply needs to allow entries for non-process memory to be added to the process’s page table. This is useful when two or more processes need to exchange data—they just read and write to the same physical addresses (which may be at varying logical addresses). This makes for very efficient interprocess communication.

What is the effect of allowing two entries in a page table to point to the same page frame in memory? Explain how this effect could be used to decrease the amount of time needed to copy a large amount of memory from one place to another. What effect would updating some byte on the one page have on the other page?

Answer: By allowing two entries in a page table to point to the same page frame in memory, users can share code and data. If the code is reentrant, much memory space can be saved through the shared use of large programs such as text editors, compilers,and database systems. “Copying” large amounts of memory could be effected by having different page tables point to the same memory location.

However, sharing of nonreentrant code or data means that any user having access to the code can modify it and these modifications would be reflected in the other user’s “copy.” Describe a mechanism by which one segment could belong to the address space of two different processes.

Answer: Since segment tables are a collection of base–limit registers, segments can be shared when entries in the segment table of two different jobs point to the same physical location. The two segment tables must have identical base pointers, and the shared segment number must be the same in the two processes.

Explain why it is easier to share a reentrant module using segmentation than it is to do so when pure paging is used.

Answer: Since segmentation is based on a logical division of memory rather than a physical one, segments of any size can be shared with only one entry in the segment tables of each user. With paging there must be a common entry in the page tables for each page that is shared.

a. Define a system that allows static linking and sharing of segments without requiring that the segment numbers be the same.

b. Describe a paging scheme that allows pages to be shared without requiring that the page numbers be the same.

Answer: Both of these problems reduce to a program being able to reference both its own code and its data without knowing the segment or page number associated with the address. MULTICS solved this problem by associating four registers with each process. One register had the address of the current program segment, another had a base address for the stack, another had a base address for the global data, and so on. The idea is that all references have to be indirect through a register that maps to the current segment or page number. By changing these registers, the same code can execute for different processes without the same page or segment numbers.

Discuss some advantages and some disadvantages of the particular page-table structure used in Windows 2000.

Answer: Each process has its own page directory that requires about 4megabytes of storage. Since it is a three level design, this means that there could be up to three page faults

just accessing a virtual address. Shared memory adds one more level. The page faults can occur becauseWindows 2000 does not commit the requiredmemory (the 4megabytes) until necessary. Since each process has its own page directory, there is no way for processes to share virtual addresses. The prototype page-table entry adds a level of indirection but eliminates the update of multiple page-table entries for shared pages.

Paginación y Segmentación Combinadas

La segmentación, que es visible para el programador, tiene las ventajas antes citadas, incluida la capacidad de manejar estructuras de datos que puedan crecer, la modularidad y el soporte de la compartición y la protección. Para combinar las ventajas de ambas, algunos sistemas están equipados con hardware del procesador y software del sistema operativo que las permiten.

En un sistema con paginación y segmentación combinadas, el espacio de direcciones de un usuario se divide en varios segmentos según el criterio del programador. Cada segmento se vuelve a dividir en varias páginas de tamaño fijo, que tienen la misma longitud que un marco de memoria principal. Si el segmento tiene menor longitud que la página, el segmento ocupará sólo una página. Desde el punto de vista del programador, una dirección lógica también está formada por un número de segmento y un desplazamiento en el segmento. Desde el punto de vista del sistema, el desplazamiento del segmento se ve como un número de página dentro del segmento y un desplazamiento dentro de la página.

Asociada con cada proceso existe una tabla de segmentos y varias tablas de páginas, una por cada segmento del proceso. Cuando un proceso determinado está ejecutándose, un registro contendrá la dirección de comienzo de la tabla de segmentos para ese proceso. Dada una dirección virtual, el procesador emplea la parte de número de segmento como índice en la tabla de segmentos del proceso para encontrar la tabla de páginas de dicho segmento. Entonces, la parte de número de

de marco correspondiente. Este se combina con la parte de desplazamiento de la dirección virtual para generar la dirección real deseada.

Los bits de presencia y modificación no son necesarios, puesto que estos elementos se manejan a nivel de página. Pueden usarse otros bits de control para compartición y protección. La entrada de la tabla de páginas es, básicamente, la misma que se usa en un sistema de paginación pura. Cada número de página se convierte en el número de marco correspondiente si la página está presente en memoria. El bit de modificación indica si se necesita escribir la página a disco cuando se asigna el marco a otra página. Además, pueden haber otros bits de control para ocuparse de la protección y de otros aspectos de la gestión de memoria.

Why are segmentation and paging sometimes combined into one scheme?

Answer: Segmentation and paging are often combined in order to improve upon each other. Segmented paging is helpful when the page table becomes very large. A large contiguous section of the page table that is unused can be collapsed into a single segment table entry with a page-table address of zero. Paged segmentation handles the case of having very long segments that require a lot of time for allocation. By paging the segments, we reduce wasted memory due to external fragmentation as well as simplify the allocation.

[tan]

ejemplos de paginación y segmentación combinadas: Multics:

Si los segmentos son grandes, puede ser problemático, o incluso imposible, mantenerlos completos en la memoria principal. Esto nos lleva a la idea de paginarlos, de modo que sólo se consérvenlas

páginas que realmente se necesitan. Varios sistemas importantes han manejado segmentos

paginados. En esta sección describiremos el primero: MULTICS. En la siguiente veremos uno más reciente: Pentium de Intel.

Cada programa MULTICS tiene una tabla de segmentos, con un descriptor por segmento. Puesto que puede haber más de un cuarto de millón de entradas en la tabla, la tabla de segmentos es en sí un segmento y se pagina. Un descriptor de segmento contiene una indicación de si el segmento está en la memoria principal o no. Si cualquier parte del segmento está en la memoria, se considera que el segmento está en la memoria, y su tabla de páginas estará en la memoria. Si el segmento está en la memoria, su descriptor contiene un apuntador de 18 bits a su tabla de páginas

Cada segmento es un espacio de direcciones virtual ordinario y se pagina del mismo modo que la memoria paginada no segmentada que se describió en una sección anterior de este capítulo. El tamaño de página normal es de 1024 palabras (aunque unos cuantos segmentos pequeños que utiliza MULTICS mismo no están paginados o se paginan en unidades de 64 palabras a fin de ahorrar memoria física).

Una dirección en MULTICS consta de dos partes: el segmento y la dirección dentro del segmento. La dirección dentro del segmento se subdivide en un número de página y una palabra dentro de la página, como se muestra en la Fig. 4-24. Cuando ocurre una referencia a la memoria, se lleva a cabo el siguiente algoritmo.

1. Se usa el número de segmento para encontrar el descriptor de segmento.

2. Se verifica si la tabla de páginas del segmento está en la memoria. Si es así, se le localiza; si no, ocurre una falla de segmento. Si hay una violación de la protección, ocurre una falla (trampa). 3. Se examina la entrada de tabla de páginas que corresponde a la página virtual solicitada. Si la página no está en la memoria, ocurre una falla de página; si está en la memoria, se extrae de la entrada de la tabla de páginas la dirección de principio de la página en la memoria principal. 4. Se suma la distancia al origen de la página para obtener la dirección en la memoria principal donde se encuentra la palabra.

19.1.4 Segmentación:

Consecuencias de la Memoria Virtual

La segmentación permite al programador contemplar la memoria como si constara de varios espacios de direcciones o segmentos. Con memoria virtual, el programador no necesita pre- ocuparse de las limitaciones de memoria impuestas por la memoria principal. Los segmentos pueden ser de distintos tamaños, incluso de forma dinámica. Las referencias a memoria constan de una dirección de la forma (número de segmento, desplazamiento).

Esta organización ofrece al programador varias ventajas sobre un espacio de direcciones no segmentado:

1. Simplifica el manejo de estructuras de datos crecientes. Si el programador no conoce a priori cuan larga puede llegar a ser una estructura de datos determinada, es necesario suponerlo a menos que se permitan tamaños de segmento dinámicos. Con memoria virtual segmentada, a cada estructura de datos se le puede asignar a su propio segmento y el sistema operativo expandirá o reducirá el segmento cuando se necesite. Si un segmento necesita expandirse en memoria y no dispone de suficiente sitio, el sistema operativo puede mover el segmento a un área mayor de la memoria principal, si la hay disponible, o descargarlo. En este último caso, el segmento agrandado será devuelto a memoria en la siguiente ocasión.

2. Permite modificar y recompilar los programas independientemente, sin que sea necesario recompilar o volver a montar el conjunto de programas por completo. Esto se puede llevar nuevamente a cabo gracias al uso de varios segmentos.

3. Se presta a la compartición entre procesos. Un programador puede situar un programa de utilidades o una tabla de datos en un segmento que pueda ser referenciado por otros procesos.

4. Se presta a la protección. Puesto que un segmento puede ser construido para albergar un conjunto de procedimientos y datos bien definido, el programador o el administrador del sistema podrá asignar los permisos de acceso de la forma adecuada.