Práctica 4 - versión 2 del 2010-03-20 16:47:32

1er cuatrimestre de 2010
Sistemas Operativos
Sistemas Operativos
Práctica 4 – Administración de memoria
Rev: 2
Notas preliminares
Los ejercicios marcados con el sı́mbolo F constituyen un subconjunto mı́nimo de
ejercitación. Sin embargo, aconsejamos fuertemente hacer todos los ejercicios. Para
esta la resolución de esta práctica se recomienda utilizar como lectura adicional los
capı́tulos Memory Managment y Virtual Memory del libro Operating Systems Concepts, Silberschatz.
Ejercicio 1 Rev: 2
Suponga una administración de memoria de particiones variables.
1. Diagrame en pseudocódigo una rutina que dada una longitud de memoria asigne una partición de la longitud requerida devolviendo la dirección de comienzo de la partición, utilizando el algoritmo “la mejor zona que encuentre”.
Si no encuentra una partición como la solicitada devolverá una dirección de comienzo negativa.
2. Diagrame en pseudocódigo una rutina que dada la dirección de comienzo de una partición la convierta en zona
disponible.
Ejercicio 2 Rev: 2
¿Cómo se modifican las rutinas diagramadas en el ej. 1 para que puedan ser utilizadas en el método de particiones
reubicables? Diagramarlo.
Ejercicio 3 Rev: 2
Dados los dos siguientes métodos de administración de memoria:
Particionada variable y no reubicable
Particionada variable y reubicable
Se pregunta:
1. Al cabo de un tiempo de haber comenzado los trabajos del dı́a, ¿en cuál de los dos hay más trabajos en memoria,
y por qué?
2. ¿Qué parámetros utilizarı́a Ud. para decidir que no vale la pena compactar?
3. Si su trabajo comparte con otros la memoria, y debe entrar un nuevo trabajo, ¿en cuál de los dos métodos de
administración propuestos tardarı́a más en terminar su ejecución?
4. ¿Cómo influye el tiempo de E/S en el método de administración particionada variable y reubicable?
5. ¿En qué momento es aconsejable la compactación?
Ejercicio 4 Rev: 2
Se han discutido dos algoritmos de administración de memoria con particiones variables: la mejor y la primer zona
libre que se encuentre. Se propone un tercer algoritmo: “la peor zona libre que encuentre”. Este siempre asigna al trabajo
la zona libre más grande que encuentra.
1. Describa su implementación.
2. ¿Como cree que será el rendimiento?
3. Muestre una secuencia de trabajos para la cual este algoritmo sea mejor a los otros dos.
4. Muestre una secuencia de trabajos en la cual sea peor.
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Ejercicio 5 F Rev: 2
Dado un sistema con una Administración de memoria Paginada sin demanda con 64K de memoria real, 20 bits de
capacidad de direccionamiento y páginas de 4 K. Se pide:
1. Tamaño máximo posible de un programa a ejecutar en este sistema (Escriba en binario la máxima dirección
ejecutable en el mismo)
2. Una instrucción del programa A (que tiene 20 páginas) direcciona a la página virtual 8 desplazamiento 400h.
Explique claramente si tal instrucción es ejecutable o no en este sistema.
Ejercicio 6 F Rev: 2
Suponga un esquema de memoria paginada con Memoria Virtual. Se están ejecutando tres programas A, B y C con
longitudes de 2K, 1.5K, y 3K caracteres respectivamente. La longitud de la página es de 0.5K caracteres.
1. ¿Cuál es la cantidad máxima de páginas que puede tener un programa si las instrucciones tienen direcciones de
16 bits?
2. Diseñe las estructuras de datos del sistema suponiendo que la máquina tiene una memoria de 64K.
3. Determine el contenido de dichas tablas para los programas A, B y C suponiendo que la distribución de las páginas
en la memoria real es la siguiente:
Bloque
Página
0
A0
1
B0
2
C5
3
A1
4
A2
5
C3
6
C1
7
B2
8
C4
4. En la dirección 0280h del programa A hay una instrucción de bifurcación incondicional. Utilizando las tablas
definidas en 3) determine la dirección de la memoria en la cual está la instrucción. Indique ahora cómo actúa el
sistema, utilizando las tablas si es necesario, si en la instrucción se bifurca a la 029Ah, a la 00BAh y a la 0708h.
Ejercicio 7 Rev: 2
1. Diseñe todas las tablas necesarias para un sistema de administración de memoria paginada por demanda que
permita la eficiente remoción de páginas de cualquier programa en función de las necesidades de uno dado.
2. Diagrame en pseudocódigo la rutina de atención de interrupciones por falla de página y remoción de páginas para
el caso anterior.
3. Discuta la ubicación de la información necesaria para los puntos 1) y 2) en la BCP, TDP y TDB.
Ejercicio 8 Rev: 2
En un sistema de administración de memoria paginada por demanda:
1. ¿Cuál es el tamaño máximo posible de un programa, despreciando la porción de Sistema Operativo residente, que
ejecuta en un sistema de capacidad de direccionamiento de 16 bits, de 8 bits para número de página y de una
memoria real de 32 Kbytes?
2. ¿Cuál es el tamaño si la capacidad en disco para páginas es de 64 páginas?
Ejercicio 9 F Rev: 2
Tenemos un sistema de computación con m1 bloques de memoria central y una memoria auxiliar (disco) con capacidad
para m2 páginas que llamaremos a, b, c, d, etc. El trazado de un programa es la enumeración de las páginas que ese
programa referencia a medida que se ejecuta. Supongamos que el trazado de un programa es P = abacabdbacd. Para
cada referencia del trazado puede determinarse:
Si debe traerse o no una página de memoria auxiliar a memoria central.
Cuál página de memoria central es desalojada de acuerdo al algoritmo de reemplazo elegido: FIFO, LRU, etc.
Cuál es el contenido de los m1 bloques de la memoria central.
nro. de páginas traı́das
Se define el ı́ndice de fracasos como f =
e ı́ndice de hallazgos a s = 1 − f
nro. de referencias del trazado
Se pide:
1. Para m1 = 2 utilizando un algoritmo FIFO, ¿cuál es el ı́ndice de hallazgos?
2. Idem anterior para un algoritmo LRU.
3. Explicar brevemente por que hubo un reemplazo más para el algoritmo FIFO. ¿Cuál es la caracterı́stica del trazado
suministrado que motivó que LRU fuese más eficiente que FIFO?
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4. Repetir 1 y 2 para m1 = 4. Explique brevemente qué sucede. Especı́ficamente, ¿qué efecto tiene el tamaño de
la memoria en s?¿Puede este resultado generalizarse? Qué efecto tendrı́a un cambio en el tamaño de la memoria
auxiliar m2 ?
5. FIFO y LRU parecen intuitivamente ser métodos aceptables. Un algoritmo de reemplazo de la página más utilizada
recientemente parecerı́a, en cambio, ser intuitivamente malo. Repita 1 para un algoritmo de este tipo y verifique
esa afirmación.
Ejercicio 10 Rev: 2
Los canales requieren direcciones reales fı́sicas para poder realizar la E/S. Si se usa una memoria paginada sin realizar
modificaciones al hardware de los canales se tropieza con un problema cuando se realiza una operación de E/S sobre una
página y en la mitad de la operación la página es elegida para ser removida. Existen dos posibles soluciones:
Mantener las páginas que contienen el buffer en memoria real, impidiendo temporariamente que sean removidas.
Debe modificarse además el programa de canal correspondiente para que se refleje las direcciones reales afectadas
por la E/S.
Asignar un buffer temporario en una zona no paginada reservada por el Sistema Operativo para maniobrar.
Cuando la operación de E/S ha terminado, mover la información del buffer temporario a la página en cuestión.
Se pregunta:
1. ¿Cómo implementarı́a la primer solución? ¿Qué tablas tendrı́a que modificar? ¿Cómo determinarı́a qué páginas
deben ser inmovilizadas?
2. Si el buffer referenciado cruza el lı́mite entre dos páginas que no estén ubicadas en memoria en forma contigua,
cómo efectuarı́a Ud. la E/S? (siempre bajo el primer esquema).
3. Bajo el segundo esquema, si ocurre que un programa solicita E/S y no hay memoria disponible en la zona
temporaria de memoria reservada para tal fin, debe el programa esperar que alguna porción de memoria se
libere?, o puede el sistema operativo agrandar el área de maniobra tomando memoria de la zona paginada?. En
este último caso, qué problemas podrı́an presentarse?
4. ¿Qué factor determinarı́a cuál es el mejor esquema? Indique una ventaja y una desventaja de cada uno.
5. Constate para ambos esquemas las simplificaciones que se introducirı́an si cada canal pudiera ejecutar programas
de canal directamente direccionando memoria virtual.
Ejercicio 11 F Rev: 2
¿En qué modo de ejecución no se utiliza la TDP para traducir direcciones?
Ejercicio 12 F Rev: 2
Dado el siguiente sistema:
Computador Memoria Real 2048K, Acceso a memoria 1 ms. Direccionamiento de 32 bits, 20 bits para nro. de página.
Operación en procesador = Tiempo despreciable
Subsistema de discos 4000 RPM, 10 sectores por pista, 2K por sector, tiempo de posicionamiento medio 25 mseg.
Sistema Operativo Administración de Memoria: paginación por demanda, tiempo de proceso módulo de paginación
10 mseg (promedio).
Se pregunta:
1. Tamaño máximo posible de un programa a ejecutar en este sistema.
2. Tamaño de las páginas
3. Cuánto tarda una operación de paginación promedio en i) cargar una página y ii) remover una página y carga
otra.
4. Cuánto demora el acceso a una dirección de memoria real si:
i) la TDP se ubica en la memoria RAM.
ii) la TDP se ubica en la memoria asociada del procesador (cache).
5. Si se carga un programa que pone unos a la diagonal de una matriz de 1024 x 1024 elementos, donde cada elemento
es un entero de 4 bytes, y luego de completar esta operación se coloca en cero toda la diagonal. Indique cuál es
el ı́ndice de hallazgos S. (Se deprecia el espacio ocupado por las instrucciones del programa y se supone toda la
memoria real dedicada para esta matriz).
6. Cómo modificarı́a al sistema (no al programa) para que el ı́ndice de hallazgos s sea 1/2.
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Ejercicio 13 Rev: 2
Suponga un sistema de administración de memoria por paginación con demanda que tiene TDP en el procesador.
Una interrupción de falla de página tarda 8 ms en manejarse si no hay remoción y 20 ms si hay remoción. La velocidad
de acceso a memoria es 1 microseg. Se sabe que el 70 % de las operaciones de falta de página implican remoción.
1. ¿Cuál es el máximo aceptable de paginación (páginas/segundo) si se desea que el sistema no incurra en thrashing?
2. ¿Y si se desea que el sistema por lo menos dedique el 60 % de su tiempo a procesar trabajos?
Ejercicio 14 Rev: 2
Diagrame la rutina que dada una operación de E/S (proceso, dirección, longitud) asegure al Supervisor de E/S que
todas las páginas que se necesitan para esa operación estén en condiciones de poder realizarla.
Ejercicio 15 Rev: 2
¿Qué inconveniente trae tener la dirección del archivo de Memoria Virtual en la TBCP? (una única dirección).
Ejercicio 16 Rev: 2
Diseñe todas las tablas necesarias para un sistema de administración de memoria por Segmentación y Memoria
Virtual.
Ejercicio 17 Rev: 2
Considere un sistema que no posee memoria virtual y tiene registros base y longitud. Es necesario implementar
algún tipo de Memoria Virtual. ¿Cuál implementarı́a, paginación o segmentación? ¿Cuál es más fácil? Explique como
implementarı́a el mecanismo elegido.
Ejercicio 18 Rev: 2
Implemente un sistema de administración de memoria paginada que permita compartir páginas entre distintos
procesos.
Ejercicio 19 F Rev: 2
En un sistema de administración de memoria segmentada:
1. ¿Cómo tendrı́a que ser el segmento que contiene a la rutina SENO?
2. ¿Cómo se resuelve el problema de un buffer que cruza el lı́mite entre 2 segmentos?
Ejercicio 20 F Rev: 2
Supóngase un sistema de procesamiento paginado por demanda con remoción por LRU y scheduler de tipo RoundRobin multinivel. El mismo cuenta con 32 K de memoria real, dividida en bloques de 2K, de la cual el SO utiliza 14 K.
La palabra de direccionamiento es de 16 bits.
La tabla de bloques del sistema contiene la siguiente información:
Dirección de comienzo
14
16
18
20
22
24
26
28
30
Asignado al programa
B
C
B
Página del proceso
5
2
7
¿Tiene E/S?
Sı́
Sı́
Sı́
C
3
Sı́
B
6
Sı́
¿Cambió?
Sı́
Sı́
Se pide:
1. Tamaño posible de un programa a ejecutar en este sistema, tamaño de las páginas y cantidad máxima de páginas
de un programa.
2. Se tiene un programa A de 36 K de longitud que se desea ejecutar en esta instalación. Suponiendo que la traza
del programa A es la siguiente: 0 1 2 0 8 1 7, arme la tabla de distribución de bloques luego de la finalización del
programa.
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3. Calcule el ı́ndice de fracasos del programa A y explique qué sucede al referenciarse la página 7.
4. En el programa A en la dirección 0857h se encuentra la siguiente instrucción: jmp A01Ch
a) Calcule las direcciones reales de ambas (utilice la información de la traza dada)
b) ¿Qué sucede cuando se ejecuta esta instrucción bifurcación?
Ejercicio 21 Rev: 2
En la tabla anexa se listan los métodos de administración de memoria estudiados en orden creciente de complejidad.
Para cada uno de los métodos indique qué problema resuelve con respecto al método que tiene arriba en la lista y
qué caracterı́sticas hardware y software (si hubiera) los diferencian.
Metodo de administración de memoria
Problemas resueltos
Nuevo hardware necesitado
Nuevo software necesitado
Simple contigua
Particionada
Particionada reubicable
Paginada con memoria virtual
Segmentada
Ejercicio 22 F Rev: 2
Una instalación se encuentra implementando una nueva polı́tica de administración de memoria paginada por demanda. La misma cuenta con 16 bits de capacidad de direccionamiento y bloques de 128 bytes. Sin embargo se ha limitado
la cantidad de páginas de los procesos utilizando solamente 3 bits. Se pide:
1. Indique el máximo tamaño de un programa a ejecutar en esta instalación. Escriba la máxima dirección en binario.
2. Indique el tamaño máximo de un programa en esta instalación cuando la misma se encuentre totalmente funcional
y permita la utilización completa de su capacidad de direccionamiento.
3. Indique (en el caso a) qué ocurre cuando el proceso Z que posee 7 páginas y cuyas páginas 0, 1, 5 y 6 se encuentran
cargadas en memoria real, trata de acceder a cada una de las siguientes direcciones:
a) 080Bh
b) 03F5h
c) 0203h
4. ¿Qué componente del sistema operativo detecta cuando un proceso intenta acceder a una página que no existe?
Justifique.
Ejercicio 23 F Rev: 2
Suponga una administración de memoria paginada por demanda. En el siguiente programa se cuenta con 3 variables,
A, K e I y lo que el mismo hace es imprimir 2 · A mientras I sea menor que 2 (K se usa para cálculos auxiliares). Se
detalla además como ha quedado dividido el programa en memoria, es decir, como han quedado conformadas las distintas
páginas del mismo:
Página
Dirección
Lógica
1
2
501
Código
Comentarios
A = 4
I = 1
almacena en la posición donde se ubica A el valor 4
almacena en la posición donde se ubica I el valor 1
K = 2 * A
print K
almacena en la posición donde se ubica K el valor 2*A
3
if I >1
then stop
I = I + 1
si la condición anterior es verdadera termina
4
goto 501
vuelve al 501
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Se pide:
1. Construya la traza de ejecución de este programa
2. Calcule el ı́ndice de hallazgos y de fracasos suponiendo que existen 3 bloques en memoria real y el algoritmo de
remoción es LRU.
3. ¿Cuántos bloques de memoria deberı́a contener el sistema para ejecutar este programa si la administración fuera
paginada sin demanda? Justifique.
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