3.3.4 Sistemas de paginación segmentación.

Sistemas de Paginación / Segmentación

Ofrecen las ventajas de las dos técnicas de organización del almacenamiento virtual
El tamaño de los segmentos es múltiplo del de las páginas.
No es necesario que todas las páginas de un segmento se encuentren al mismo tiempo en el almacenamiento primario.
Las páginas de almacenamiento virtual, que son contiguas en este almacenamiento, no necesitan ser contiguas en el almacenamiento real.
El direccionamiento es tridimensional con una dirección de almacenamiento virtual “v = (s,p,d)”:

• “s” es el número del segmento.
• “p” es el número de página.
• “d” es el desplazamiento en la página donde se encuentra asignado el elemento deseado.

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Traducción Dinámica de Direcciones en Sistemas de Paginación / Segmentación
Se considera la traducción dinámica de direcciones de virtuales a reales en un sistema de paginación / segmentación utilizando la combinación de transformación asociativa / directa

El proceso en ejecución hace referencia a la dirección virtual v = (s,p,d)

Las páginas de referencia más reciente tienen entradas en un almacenamiento asociativo.
Se realiza una búsqueda asociativa para intentar localizar (s,p) en el almacenamiento asociativo:

• Si se encuentra (s,p), entonces el marco de página “p ’ ” en el cual reside dicha página en la memoria real, se concatena al desplazamiento “d” para formar la dirección de memoria real “r” correspondiente a la dirección virtual v= (s,p,d).
• Si no se encuentra (s,p), entonces:
• La dirección base “b” de la tabla de segmentos se añade al número de segmento “s” formando la dirección “b + s” de la entrada de la tabla de mapa de segmentos para el segmento “s” de la memoria real.
• La entrada de la tabla de mapa de segmentos indica la dirección base “s ’ ” de la tabla de páginas para el segmento “s”.
• El número de página “p” se añade a “s ’ ” formando la dirección “p + s ’ ” de la entrada en la tabla de páginas para la página “p” del segmento “s”:
• Indica que “p ’ ” es el número del marco correspondiente a la página virtual “p”.
• “p ’ ” se concatena con el desplazamiento “d” formando la dirección real “r ” que corresponde a la dirección virtual v = (s,p,d).

Si el segmento “s” no se encuentra en el almacenamiento primario se produce un “fallo de pérdida de segmento”, cuyo caso el S. O. localiza el segmento en el almacenamiento secundario, crea una tabla de páginas para el segmento y carga la página apropiada en el almacenamiento primario, pudiendo producir reemplazos de páginas.

Si el segmento “s” está en el almacenamiento primario y si la referencia a la tabla de mapa de páginas indica que la página deseada no se encuentra en el almacenamiento primario, se produce un “fallo de pérdida de página”, en tal caso el S. O. obtiene el control, localiza la página en el almacenamiento secundario y la carga, pudiendo reemplazar otra página.
Si una dirección de almacenamiento virtual está más allá del final del segmento se genera un “fallo de desbordamiento de segmento”, el que debe ser atendido por el S. O.
Si los bits de protección indican que la operación que se va a ejecutar en la dirección virtual referida no se permite, se genera un “fallo de protección de segmento”, el que también debe ser atendido por el S. O.
Si se utiliza un mecanismo de transformación directa pura, manteniendo el mapa completo dentro del almacenamiento primario, la referencia promedio de almacenamiento virtual requeriría:

• Un ciclo de almacenamiento para acceder a la tabla de mapa de segmentos.
• Un segundo ciclo de almacenamiento para hacer referencia a la tabla de mapa de páginas.
• Un tercer ciclo de almacenamiento para referenciar al elemento deseado del almacenamiento real.

Cada referencia a un elemento comprende tres ciclos de almacenamiento:

• El sistema correría casi a 1 / 3 de su velocidad nominal.
• La traducción de direcciones insumiría 2 / 3 del tiempo.

Con la utilización de registros asociativos (por ej. 16 registros), se logran velocidades de ejecución del 90 % o más de la velocidad total de procesamiento de sus procesadores de control.

La estructura de tablas de procesos, de mapas de segmentos y de mapas de páginas puede consumir un porcentaje importante del almacenamiento primario cuando se ejecutan un gran número de procesos.
La traducción procede mucho más rápido si todas las tablas están en el almacenamiento primario, lo que resta espacio para los procesos.
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Compartimiento en un Sistema de Paginación / Segmentación
Se implementa disponiendo entradas en tablas de mapa de segmentos para diferentes procesos que apunten a la misma tabla de mapa de páginas .

El compartimiento requiere una administración cuidadosa por parte del S. O., ya sea en sistemas de paginación, segmentación o paginación / segmentación, pues se debe considerar qué sucedería si una nueva página reemplazara a otra página compartida por muchos procesos.



Sistemas combinados

La paginación y la segmentación puras son métodos de manejo de memoria bastante efectivos, aunque la mayoría de los sistemas operativos modernos implantan esquemas combinados, es decir, combinan la paginación y la segmentación. La idea de combinar estos esquemas se debe a que de esta forma se aprovechan los conceptos de la división lógica de los programas (segmentos) con la granularidad de las páginas. De esta forma, un proceso estará repartido en la memoria real en pequeñas unidades (páginas) cuya liga son los segmentos. También es factible así el compartir segmentos a medida que las partes necesitadas de los mismos se van referenciando (páginas). Para comprender este esquema, nuevamente se verá cómo se traduce una dirección virtual en una localidad de memoria real. Para la paginación y segmentacíon puras se puede decir que el direccionamiento es `bidimensional' porque se necesitan dos valores para hallar la dirección real. Para el caso combinado, se puede decir que se tiene un direccionamiento `tridimensional'. En la figura 4.8 [ Deitel93] se muestran las partes relevantes para lograr la traducción de direcciones. El sistema debe contar con una tabla de procesos (TP). Por cada renglón de esa tabla se tiene un número de proceso y una dirección a una tabla de segmentos. Es decir, cada proceso tiene una tabla de segmentos. Cuando un proceso hace alguna referencia a memoria, se consulta TP para encontrar la tabla de segmentos de ese proceso. En cada tabla de segmentos de proceso (TSP) se tienen los números de los segmentos que componen a ese proceso. Por cada segmento se tiene una dirección a una tabla de páginas. Cada tabla de páginas tiene las direcciones de las páginas que componen a un solo segmento. Por ejemplo, el segmento `A' puede estar formado por las páginas reales `a','b','c','p' y `x'. El segmento `B' puede estar compuesto de las páginas `f','g','j','w' y `z'.
Para traducir una dirección virtual v=(s,p,d) donde `s' es el segmento, `p' es la página y `d' el desplazamiento en la página se hace lo siguiente. Primero se ubica de qué proceso es el segmento y se localiza la tabla de segmentos de ese proceso en la TP. Con `s' como índice se encuentra un renglón ( registro) en la tabla de segmentos de ese proceso y en ese renglón está la dirección de la tabla de páginas que componen al segmento. Una vez en la tabla de páginas se usa el valor `p' como índice para encontrar la dirección de la página en memoria real. Una vez en esa dirección de memoria real se encuentra el byte (o palabra) requerido por medio del valor de `d'.
Ahora, en este esquema pueden haber dos tipos de fallos: por fallo de página y por fallo de segmento. Cuando se hace referencia a una dirección y el segmento que la contiene no está en RAM ( aunque sea parcialmente ), se provoca un fallo por falta de segmento y lo que se hace es traerlo del medio de almacenamiento secundario y crearle una tabla de páginas. Una vez caragado el segmento se necesita localizar la página correspondiente, pero ésta no existe en RAM, por lo cual se provoca un fallo de página y se carga de disco y finalmente se puede ya traer la dirección deseada por medio del desplazamiento de la dirección virtual.
La eficiencia de la traducción de direcciones tanto en paginación pura, segmentación pura y esquemas combinados se mejora usando memorias asociativas para las tablas de páginas y segmentos, así como memorias cache para guardar los mapeos más solicitados.
Otro aspecto importante es la estrategia para cargar páginas ( o segmentos ) a la memoria RAM. Se usan más comunmente dos estrategias: cargado de páginas por demanda y cargado de páginas anticipada. La estrategia de caragdo por demanda consiste en que las páginas solamente son llevadas a RAM si fueron solicitadas, es decir, si se hizo referencia a una dirección que cae dentro de ellas. La carga anticipada consiste en tratar de adivinar qué páginas serán solicitadas en el futuro inmediato y cargarlas de antemano, para que cuando se pidan ya no ocurran fallos de página. Ese `adivinar' puede ser que se aproveche el fenómeno de localidad y que las páginas que se cargan por anticipado sean aquellas que contienen direcciones contiguas a la dirección que se acaba de refenciar. De hecho, el sistema operativo VMS usa un esquema combinado para cargar páginas: cuando se hace referencia a una dirección cuya página no está en RAM, se provoca un fallo de página y se carga esa página junto con algunas páginas adyacentes. En este caso la página solicitada se cargó por demanda y las adyacentes se cargaron por anticipación.