4) Gestione della memoria
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Questions and Answers

Quale dei seguenti algoritmi di sostituzione non è implementabile nella pratica?

  • Sostituzione ad orologio
  • Sostituzione FIFO
  • Sostituzione LRU
  • Sostituzione ottimale (correct)

    • Con quale criterio viene scelta la pagina da sostituire nell'algoritmo LRU?

  • La pagina con il più alto tempo rimanente di esecuzione
  • La pagina che ha causato l'ultimo page fault
  • La pagina non richiesta per il tempo più lungo (correct)
  • La pagina con l'immagine più grande

    • Qual è il risultato della sostituzione ottimale nell'esempio fornito con 3 frame?

  • 3 page faults (correct)
  • 1 page fault
  • 4 page faults
  • 2 page faults

    • Cosa rappresenta il termine 'working set' in relazione ai processi?

    <p>Il set attuale di pagine di cui un processo ha bisogno</p> Signup and view all the answers

    Quale strategia non si basa sul principio di località nella sostituzione delle pagine?

    <p>Sostituzione FIFO</p> Signup and view all the answers

    Qual è la dimensione della pagina utilizzata da Linux sugli x86?

    <p>4kB</p> Signup and view all the answers

    Quale funzione svolge la segmentazione nella gestione della memoria?

    <p>Permette di gestire strutture dati variabili</p> Signup and view all the answers

    Cosa contiene ogni entry della tabella dei segmenti?

    <p>L'indirizzo di partenza del segmento</p> Signup and view all the answers

    Qual è un vantaggio naturale della segmentazione?

    <p>Facilita la protezione e la condivisione dei dati</p> Signup and view all the answers

    Quale affermazione è vera riguardo la paginazione?

    <p>È trasparente al programmatore</p> Signup and view all the answers

    Cosa caratterizza la dimensione dei segmenti nella segmentazione?

    <p>Può essere variabile e dinamica</p> Signup and view all the answers

    Che cosa permette la segmentazione riguardo la modifica dei programmi?

    <p>Modifiche indipendenti e ricompilazione</p> Signup and view all the answers

    Qual è una delle decisioni principali nella gestione della memoria?

    <p>Utilizzare memoria virtuale o meno</p> Signup and view all the answers

    Qual è il significato dell'acronimo TLB?

    <p>Translation Lookaside Buffer</p> Signup and view all the answers

    Cosa accade in caso di TLB hit?

    <p>Si preleva il frame number e si ricava l'indirizzo reale.</p> Signup and view all the answers

    Qual è una delle conseguenze di un TLB miss?

    <p>Si accede alla normale tabella delle pagine del processo.</p> Signup and view all the answers

    Quale algoritmo è solitamente usato per il rimpiazzamento delle entry nel TLB?

    <p>LRU</p> Signup and view all the answers

    Qual è l'effetto di un reset del TLB sul sistema operativo?

    <p>È la soluzione peggiore dal punto di vista delle prestazioni.</p> Signup and view all the answers

    Cosa si necessita per paginare la tabella delle pagine?

    <p>Basta avere il primo livello più una tabella del secondo.</p> Signup and view all the answers

    Quanti processi occorrono per occupare più della metà della RAM, considerando solo le strutture di overhead?

    <p>Quasi 4000 processi.</p> Signup and view all the answers

    Qual è uno dei principali vantaggi del TLB nella gestione della memoria virtuale?

    <p>Riduce il numero di accessi alla memoria principale.</p> Signup and view all the answers

    Quale sistema utilizza il kernel per gestire le richieste di memoria grandi fino a 4MB?

    <p>Buddy system</p> Signup and view all the answers

    Quale affermazione riguardo alla gestione della memoria utente è corretta?

    <p>La gestione del set residente è dinamica</p> Signup and view all the answers

    Qual è la funzione principale del thread kernel kswapd?

    <p>Scorrere le pagine inattive</p> Signup and view all the answers

    Quando il kernel utilizza il slab allocator?

    <p>Per gestire piccole richieste di memoria</p> Signup and view all the answers

    Cosa rappresentano i flag PG referenced e PG active nelle tabelle delle pagine?

    <p>Stato di accesso e utilizzo della memoria</p> Signup and view all the answers

    Qual è l'algoritmo utilizzato dal kernel più recente per la politica di sostituzione?

    <p>Algoritmo LRU</p> Signup and view all the answers

    Qual è la politica di pulitura utilizzata dal sistema operativo?

    <p>Scrittura quando la cache è piena</p> Signup and view all the answers

    Qual è la caratteristica chiave della gestione della memoria del DMA?

    <p>Ignora la paginazione e richiede memoria contigua</p> Signup and view all the answers

    Qual è la differenza principale tra memoria virtuale e memoria reale?

    <p>La memoria virtuale utilizza la memoria secondaria come se fosse principale.</p> Signup and view all the answers

    Cosa accade durante un page fault?

    <p>Viene caricata in memoria la parte richiesta del processo.</p> Signup and view all the answers

    Quale termine descrive il processo in cui il SO passa la maggior parte del tempo a scambiare pezzi di processi invece di eseguire istruzioni?

    <p>Thrashing</p> Signup and view all the answers

    Come avviene l'indirizzamento nella memoria virtuale?

    <p>Ci sono fasi di traduzione automatica tra indirizzi virtuali e reali.</p> Signup and view all the answers

    Quale affermazione è vera riguardo alla dimensione della memoria virtuale?

    <p>La dimensione è limitata dalla dimensione della memoria secondaria.</p> Signup and view all the answers

    Qual è uno dei principali vantaggi della memoria virtuale?

    <p>Permette una migliore utilizzo della RAM.</p> Signup and view all the answers

    Qual è la funzione principale dello swapping nel contesto della memoria virtuale?

    <p>Liberare spazio nella memoria principale.</p> Signup and view all the answers

    Cosa rappresenta l'indirizzo virtuale in un sistema di memoria virtuale?

    <p>L'indirizzo associato a una locazione della memoria virtuale.</p> Signup and view all the answers

    Quale affermazione descrive meglio la demand paging?

    <p>Le pagine vengono caricate solo quando un processo le richiede.</p> Signup and view all the answers

    Qual è il ruolo della placement policy nella gestione della memoria?

    <p>Determinare dove collocare una pagina in memoria principale.</p> Signup and view all the answers

    Quale strategia minimizza i page faults durante l'esecuzione di un processo?

    <p>Usare una gestione attenta del resident set.</p> Signup and view all the answers

    Cosa implica la replacement policy nella gestione della memoria?

    <p>Determinare quale pagina deve essere sostituita quando non ci sono frame liberi.</p> Signup and view all the answers

    Quale delle seguenti affermazioni sull'allocazione dei frame è corretta?

    <p>La quantità di frame allocati è adattiva e dipende dal carico del processo.</p> Signup and view all the answers

    Cos'è la politica di pulitura nella gestione della memoria?

    <p>Una tecnica per liberare la memoria occupata da pagine obsolete.</p> Signup and view all the answers

    In quale situazione si avrà un numero elevato di page fault?

    <p>Quando vengono richieste pagine che non sono già in memoria.</p> Signup and view all the answers

    Qual è l'obiettivo primario della gestione del resident set?

    <p>Allocare il giusto numero di frame a ciascun processo attivo.</p> Signup and view all the answers

    Study Notes

    Introduzione ai Sistemi Operativi - Modulo I

    • Corso di laurea in Informatica, secondo canale
    • Relatore: Fabio De Gaspari
    • Slides preparate da Igor Melatti
    • Università di Roma "Sapienza", Dipartimento di Informatica

    Roadmap

    • Gestione della memoria: requisiti di base
    • Partizionamento della memoria
    • Paginazione e segmentazione
    • Memoria virtuale: hardware e strutture di controllo
    • Memoria virtuale e sistema operativo
    • Gestione della memoria in Linux

    Perché Gestire la Memoria (nel SO)

    • La memoria è oggi a basso costo, ma le applicazioni moderne richiedono sempre più memoria
    • Se ogni processo gestisse la propria memoria, non ci sarebbe multiprogrammazione
    • È necessario imporre dei limiti di memoria a ciascun processo
    • Il sistema operativo si occupa di gestire la memoria per massimizzare l'efficienza del processore, e per rendere realistica l'illusione che ogni processo abbia a disposizione tutta la memoria
    • Il swap di blocchi di dati in memoria secondaria è una parte essenziale di questa gestione

    Requisiti per la Gestione della Memoria

    • Rilocazione: l'hardware e il sistema operativo devono collaborare per tradurre gli indirizzi logici in indirizzi fisici
    • Protezione: ogni processo deve avere accesso solo alle proprie risorse di memoria
    • Condivisione: i processi possono condividere parti di memoria
    • Organizzazione logica: la memoria è vista come un insieme di moduli
    • Organizzazione fisica: gestione del flusso tra RAM e memoria secondaria

    Rilocazione/Gli indirizzi nei programmi

    • Il programmatore non deve conoscere l'allocazione fisica del programma nella memoria
    • I riferimenti alla memoria devono essere tradotti in indirizzi fisici
    • Il sistema operativo e l'hardware collaborano per la rilocazione dinamica

    Rilocazione: gli Indirizzi nei Programmi

    • Il linker crea il modulo del carico
    • Il caricatore posiziona il modulo di carico in memoria
    • I riferimenti alla memoria devono essere tradotti
    • Preprocessing o run-time
    • Occorre supporto hardware

    Indirizzi

    • Logici: indipendenti dal posizionamento del programma
    • Relativi: rispetto ad un punto noto (spiazzamento)
    • Fisici/Assoluti: riferimenti effettivi alla memoria

    Rilocazione

    • Vecchissime soluzioni (CTSS) richiedevano indirizzi assoluti.
    • Soluzione più recente: gli indirizzi sono determinati durante l'esecuzione.
    • Hardware dedicato
    • Un programma può essere spostato in diverse partizioni per swapping e compattazione

    Rilocazione a Run-Time senza Hardware Speciale

    • Complicazioni e costo elevato.
    • L'overhead è troppo elevato

    Rilocazione a Run-Time con Hardware Speciale

    - Risoluzione efficace, tramite registri base e limite.

    • Il processore traduce gli indirizzi
    • Register base/registro base.
    • Register limit/registro limite

    Registri Usati per la Rilocazione di Indirizzi Relativi

    • Registro base (indirizzo di partenza del processo)
    • Registro limite (indirizzo di fine del processo)
    • I valori vengono settati al momento del posizionamento del processo in memoria
    • I registri vengono gestiti dal sistema operativo

    Requisiti: Rilocazione, Protezione, Condivisione

    • Protezione è indispensabile
    • Condivisione è necessaria quando più processi accedono alle stesse parti di memoria.

    Requisiti: Organizzazione Logica

    • Livello hardware: memoria lineare
    • Livello software: programmi scritti in moduli • moduli compilati separatamente • l'SO gestisce i permessi • Condivisione dei moduli tra i processi

    Requisiti: Organizzazione Fisica

    • Gestione del flusso tra RAM e memoria secondaria è gestita dall'SO
    • Tecnica overlaying (sovrapposizione)
    • Il programmatore non sa quanta memoria è disponibile

    Partizionamento

    • Uno dei primi metodi per la gestione della memoria.
    • Precedente alla memoria virtuale.
    • Utile per comprendere l'evoluzione della memoria virtuale a partizionamento

    Tipi di Partizionamento

    • Partizionamento fisso
    • Partizionamento dinamico
    • Paginazione semplice
    • Segmentazione semplice
    • Paginazione con memoria virtuale
    • Segmentazione con memoria virtuale

    Partizionamento Fisso Uniforme

    • Partizioni di uguale lunghezza
    • Il sistema operativo gestisce l'allocazione
    • Problemi: frammentazione interna

    Partizionamento: Problemi

    • Programmi troppo grandi
    • Sovrapposizione di overlays
    • Inefficienza di uso di memoria

    Partizionamento fisso variabile

    • Mitiga alcuni dei problemi del partizionamento fisso, ma non tutti
    • Le partizioni non sono tutte della stessa dimensione
    • Partizioni più piccole per programmi piccoli

    Algoritmi di Posizionamento

    • Partizioni di uguale lunghezza: scelta semplice
    • Partizioni di diversa lunghezza: allocazione nella partizione più piccola disponibile
    • Coda per ogni partizione o una sola coda

    Partizionamento fisso e Code (diapositive)

    • Diagrammi che illustrano lo schema
    • Il sistema operativo gestisce l'allocazione
    • Il sistema operativo utilizza le code per gestire i vari processi

    Partizionamento Fisso: Problemi Irrisolti

    • Numero massimo di processi limitato dalle partizioni iniziali

    Partizionamento Dinamico

    • Le partizioni variano sia in misura che in quantità.
    • Ciascun processo riceve la memoria che necessita
    • Problema: la frammentazione esterna

    Partizionamento Dinamico: Esempio

    • Processo viene allocato in partizioni di dimensione variabile
    • Esempli grafici dell'algoritmo di allocazione

    Partizionamento Dinamico: Esempio, (Algoritmi)

    • Descrizione di esempi grafici dell'algoritmo di allocazione

    Partizionamento Dinamico

    • Frammentazione esterna: memoria non utilizzata, frammentata.
    • Compattazione risolvere la frammentazione esterna, ma overhead elevato

    Partizionamento Dinamico (Algoritmi)

    • Best-fit: seleziona il blocco più vicino alla dimensione richiesta
    • First-fit: seleziona il primo blocco disponibile più grande o uguale alla dimensione
    • Next-fit: come first-fit, ma inizia la scansione dal punto in cui si era fermata l'ultima allocazione di un blocco

    Allocazione: Esempio

    • Illustrazione grafica del processo di allocazione.
    • Confronto tra i diversi algoritmi di posizionamento

    Buddy System (Sistema del Compagno)

    • Compromesso tra partizionamento fisso e dinamico.
    • Si dimezza lo spazio per trovare lo spazio adatto al processo.
    • Ovvio, spazio a disposizione, già occupato da altri processi
    • Fusione spazî liberî
    • Esempio di Buddy System

    Esempio di Buddy System: Rappresentazione ad Albero

    • Illustrazione grafica dell'esempio del Buddy System
    • Struttura ad albero che indica l'utilizzo della memoria

    Paginazione (Semplice)

    • La memoria viene partizionata in pagine di dimensioni fisse.
    • I pezzi del processo sono pagine che vengono allocate in frame.
    • Le pagine si possono spostare tra i diversi frame.
    • La singola pagina e frame hanno la stessa dimensione.

    Paginazione

    • Sistema operativo utilizza una tabella delle pagine per mappare le pagine virtuali ai frame fisici
    • Traduzione degli indirizzi virtuali in indirizzi fisici
    • La rilocazione viene gestita dal sistema operativo

    Paginazione: Esempio

    • Esempio grafico della struttura e allocazione delle pagine nella memoria

    Paginazione: Esempio di Traduzione

    • Supponendo pagine da 100 byte
    • Riferimenti alla memoria sono relativi all'inizio di un processo.
    • Traduzione di un indirizzo virtuale in un indirizzo reale
    • Esempio numerico dettagliato

    Paginazione Esempio di Traduzione

    • Spiegazione dei passi della conversione di un indirizzo virtuale in uno fisico

    Paginazione: Quanto detto

    • Paginazione sfrutta una notazione posizionale in base 10.
    • La dimensione della pagina è una potenza di 2
    • Calcolo dell'indirizzo fisico dalla pagina virtuale

    Paginazione (Indirizzo Logico - Fisico)

    • Illustrazione di un esempio numerico della conversione di un indirizzo logico in un indirizzo fisico con le pagine di dimensione 1024 (1KB)

    Paginazione: Esempio (Tabelle delle pagine)

    • Esempio visuale delle tabelle delle pagine.
    • Mappa delle pagine allocate per ogni processo

    Paginazione: Esempio di Traduzione

    • Calcolo dell'indirizzo fisico da quello virtuale

    Segmentazione (Semplice)

    • Segmenti variabile, con lunghezza massima.
    • Indirizzo è un numero di segmento e uno spostato (offset)
    • Simile al partizionamento dinamico, ma gestisce esplicitamente i segmenti
    • Programma, compilatore, gestiscono i segmenti
    • SO gestisce allocazione segmenti in RAM

    Segmentazione

    • Descrizione delle operazioni del modulo di segmentazione
    • Conversione degli indirizzi di segmento e offset
    • Riferimenti e conversione tra base, lunghezza, indirizzo e offset virtuale

    Segmentazione: Organizzazione

    • Ogni processo ha una tabella dei segmenti
    • Ogni voce della tabella contiene l'indirizzo di base e la lunghezza del segmento, un bit per la presenza e una modifica bit
    • Il control block punta a tale tabella

    Segmentazione: Traduzione degli Indirizzi

    • Schema di funzionamento della conversione degli indirizzi virtuali in fisici
    • Come il modulo di segmentazione traduce i riferimenti
    • Visualizzazione degli step

    Paginazione e Segmentazione

    • Paginazione è trasparente al programmatore.
    • La segmentazione è visibile al programmatore
    • Operazioni del modulo di segmenatazione
    • I due metodi si possono integrare

    Paginazione e Segmentazione: Traduzione degli Indirizzi

    • Traduzione di indirizzi virtuali in fisici nei sistemi che usano sia paginazione che segmentazione

    Protezione e Condivisione

    • La segmentazione permette di controllare gli accessi dei processi alle parti di memoria
    • La dimensione del segmento indica gli accessi consentiti.
    • La condivisione di segmenti tra i diversi processi

    Protezione

    • Diagramma di memoria principale che illustra processi e segmenti
    • Le zone di memoria sono protette dagli accessi indesiderati.

    Roadmap

    • Gestione della memoria: requisiti di base
    • Partizionamento della memoria
    • Paginazione e segmentazione
    • Memoria virtuale: hardware e strutture di controllo
    • Memoria virtuale e sistema operativo
    • Gestione della memoria in Linux

    Gestione della Memoria: Decisioni

    • Considerazioni sulla scelta se usare la memoria virtuale o meno, e quali algoritmi di paging e segmentazione impiegare.

    Elementi Centrali per il Progetto del SO

    • Fetch, Placement, e Replacement Policies
    • Gestione del Resident Set
    • Mantenimento del caricamento
    • Minimizzazione dei page fault

    Fetch Policy

    • Decide quando una pagina deve essere caricata in memoria principale
    • Le due politiche principali sono demand paging e prepaging

    Demand Paging e Prepaging

    • Paging on demand: la pagina viene caricata nella memoria principale solo quando è richiesta.
    • Prepaging: si portano in memoria pagine vicine a quelle richieste.

    Dove si Mette una Pagina?

    • Placement policy: decide dove posizionare una pagina nella memoria principale
    • Hardware per la traduzione degli indirizzi
    • Primo frame libero con indirizzo più basso

    Quale Pagina Sostituire?

    • Replacement policy: sceglie la pagina da sostituire.
    • Minimizzazione della probabilità che la pagina venga richiamata ripetutamente
    • Si utilizza il principio di località

    Gestione del Resident Set

    • Decisioni sulla dimensione del resident set
    • Tecniche per la gestione del resident set (allocazione fissa o dinamica)

    Page Faults vs. Dimensione Pagine

    • Rappresentazione grafica del rapporto fra dimensione della pagina e page fault. Il page fault aumenta quando le pagine sono troppo grosse

    Dimensione delle pagine (Alcuni Sistemi)

    • Dimensioni delle pagine in alcuni sistemi operativi

    Dimensione delle Pagine (in Alcuni Sistemi)

    • Tabelle riassuntive delle dimensioni di pagina di diversi sistemi

    Roadmap

    • Gestione della memoria: requisiti di base
    • Partizionamento della memoria
    • Paginazione e segmentazione
    • Memoria virtuale: hardware e strutture di controllo
    • Memoria virtuale e sistema operativo • Gestione della memoria in Linux

    Segmentazione

    • Permette al programmatore di vedere la memoria come un insieme di segmenti
    • La dimensione degli indirizzi può essere variabile e anche dinamica

    Segmentazione: Organizzazione

    • Ogni processo ha una sua tabella dei segmenti.

    Segmentazione: Traduzione degli Indirizzi.

    • Visualizzazione del funzionamento del sistema di segmentazione

    Paginazione e Segmentazione

    • La paginazione è trasparente al programmatore, mentre la segmentazione no.
    • Ogni segmento viene diviso in pagine.

    Paginazione e Segmentazione

    • Tabella che illustra come sono organizzate le tabelle delle pagine e dei segmenti

    Protezione e Condivisione

    • I segmenti sono individuabili e proteggibili
    • I dati possono essere condivisi tra i processi

    Protezione

    • Grafico che illustra la protezione memoria in un sistema con più processi

    Roadmap

    • Gestione della memoria: requisiti di base
    • Partizionamento della memoria
    • Paginazione e segmentazione
    • Memoria virtuale: hardware e strutture di controllo
    • Memoria virtuale e sistema operativo
    • Gestione della memoria in Linux

    Gestione della Memoria: Decisioni

    • Considerazione della scelta se utilizzare la memoria virtuale o meno
    • Le varie opzioni di gestione della memoria

    Elementi Centrali per il Progetto del SO

    • Fetch, placement, e replacement policies
    • Gestione del resident set
    • Controllo del carico

    Fetch Policy

    • Decisioni su quando portare una pagina in memoria principale

    Demand Paging e Prepaging

    • Demand paging: caricamento in tempo reale quando la pagina è richiesta
    • Prepaging: caricamento in anticipo di pagine vicine per minimizzare i page fault

    Dove si Mette una Pagina?

    • Placement policy: decisioni su dove posizionare una nuova pagina in memoria

    Quale Pagina Sostituire?

    • Replacement policy: scelta della pagina da sostituire per minimizzare i page fault

    Gestione del Resident Set

    • Dimensione del resident set e tecniche per la gestione.

    Page Faults vs. Dimensione Pagine

    • La dimensione delle pagine influenza il rate dei page fault.

    Strategie di gestione memoria

    • Strategie di dimensione pagina in alcuni sistemi

    Roadmap

    • Gestione della memoria: requisiti di base
    • Partizionamento della memoria
    • Paginazione e segmentazione
    • Memoria virtuale: hardware e strutture di controllo
    • Memoria virtuale e sistema operativo
    • Gestione della memoria in Linux

    Gestione della Memoria in Linux

    • Approccio del kernel rispetto ai processi utente per la gestione della memoria.

    Gestione della Memoria Kernel (Cenni)

    • Descrizione della differente gestione della memoria tra kernel e processi utente in Linux per le richieste di memoria.

    Gestione della Memoria Utente

    • Strategie di gestione della memoria in Linux per i processi utente.
    • Policies per il prelievo, il posizionamento, la rimpiazzamento

    Linux: Replacement Policy

    • Algoritmo dell'orologio
    • Utilizzo di due flags nelle tabelle delle pagine kswapd.

    Linux: Replacement Policy

    • Grafico che visualizza i due stati attivi e inattivi delle pagine.

    TLB e Mapping Associativi

    • Descrizione e schemi di come il TLB traduce gli indirizzi virtuali

    TLB e Cache

    • Funzionamento e schema del TLB

    Dimensione delle Pagine: Perché Grande/Piccola

    • Considerazione sulla grandezza delle pagine e sulla sua influenza negli algoritmi di gestione memoria.

    Dimensione delle pagine (Alcuni Sistemi)

    • Elenco esemplificativo di diverse dimensioni di pagina usate in alcuni sistemi.

    Controllo del Carico (Medium-Term Scheduler)

    • Tecniche per il controllo del carico di sistema e per la gestione del numero di processi attivi

    Stati dei Processi e Scheduling

    • Diagramma dei diversi stati dei processi e quando il medium- term scheduler è attivo

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    Description

    Questo quiz esplora vari algoritmi di sostituzione delle pagine e concetti chiave nella gestione della memoria, come LRU e segmentazione. Metti alla prova le tue conoscenze sui criteri di scelta della pagina da sostituire e il significato del 'working set' nei processi. Ideale per studenti di informatica e ingegneria del software.

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