La memoria virtual
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1. Dos problemas relacionados con la gestión de la memoria
- Protección de los procesos: En general, los procesos no deben tener acceso libre a la memoria física
- Espacio de memoria disponible: Es deseable contar con más espacio disponible que el que da la memoria principal
Memory Management Unit (MMU) gestiona las dos soluciones a tales problemas
2. Solución 1: Espacio de direccionamiento virtual
Para la protección de los procesos se utilizan direcciones virtuales (Hay que traducirlas a direcciones físicas).
2.1. Direcciones virtuales y físicas
2.1.1. Prespectiva del proceso (dirección virtual)
- Memoria virtual: Es de M palabras
- Paginas: Son de P palabras (ej. 8 bits) y se dedicarían a decir a qué palabra quiero acceder en cada momento dentro de la pagina.
- Página virtual: El resto de bits (M-P bits) indicaría a qué pagina virtual quiero acceder dentro de ese proceso.
2.1.2. Prespectiva del hardware (dirección física)
- Memoria física: Es de N palabras
- Marcos: Son de P palabras
- Nº de marco: Lo indica los N-P primeros bits
(Inserte distribución de bist página 8)
2.2. Traducción de direcciones
(Inserte gráfico página 9)
2.3. El direccionamiento virtual y la eficiencia
Obviando los fallos de página, ¿cuántos accesos a memoria (física) requiere un acceso a una dirección virtual?
2 accesos: Primero: Se debe acceder a la tabla de página, que está en memoria física, para obtener así la traducción de la dirección virtual. Segundo: Acceder a la dirección efectiva, una vez se obtiene la dirección real física tras la traducción, se dirige a dicha dirección para leer la palabra.
Aunque esto supone un empeoramiento de la eficiencia es necesario por la protección de los procesos y el espacio de almacenamiento. Para solucionar este problema surge uan especie de caché para las traducciones de página. Esto es lo que se conoce como TLB
3.4. Mejora de eficiencia: TLB
Buffer de Traducción Lateral (Translation-lookaside Buffer – TLB)
- Caché de traducciones de direcciones virtuales a físicas
- Estructura HW en la MMU
- Se pregunta primero a la TLB, y si no, se acude a la tabla de páginas
- Gran variedad de diseños (Tamaños y Asociatividad)
- Reemplazo muchas veces aleatorio
3. Solución 2: Memoria virtual
Para aumentar el espacio de memoria disponible para los programas
3.1. Memoria virtual paginada
Análogo a la caché (Bloque ≈ Página, Fallo de caché ≈ Fallo de página).
El tamaño de página y tamaño de marco es lo mismo. Pero no necesariamente hay más páginas que marcos.
3.2. Tabla de páginas
Para traducir una dirección virtual a una física se utiliza lo que se conoce como tabla de página. Hay una Tabla de página por proceso, es dedicada a cada proceso.
(inserte gráfico donde se ve la traducción usando tablas de páginas)
- Bits de control
- Puntero (Marco en memoria física y posición(bloque) en almacenamiento secundario)
- Almacenada en memoria: Solo tablas muy pequeñas se almacenan en registros
- Apuntada por un registro: Page-Table Base Register (PTBR)
- Múltiples estructuras posibles: Veremos solo la más simple
La dirección a la que apunta el PTBR, ¿es virtual o física?
Física, porque si no no tendría con qué traducirla. Es el mecanismo para traducir las direcciones virtuales a físicas.
Si se tiene un acierto, entonces se hace la traducción para accesar la memoria principal
Si se tiene un fallo de página entonces va al almacenamiento secundario.
3.3. Fallos de página: Decisiones de diseño
(inserte gráfico de la proporcionalidad Tamaño grande Tamaño pequeño)
- Asociatividad
- Mecanismo de escritura
3.4. Combinación memoria virtual y caché
(Inserte gráfico página 17)