memoria

Administración de la memoria (parte 1)


Objetivo del documento: este documento esta dirigido a una audiencia que tiene ya adquiridos los conceptos básicos de memoria. Conceptos que se consideran de conocimiento del lector: Conceptos de Memoria asociados al HW - Direcciones reubicables y absolutas – Buffers – ciclo de ejecución de una instrucción

Esta fuera del alcance de este documentoextenderse sobre el HW, pues el objetivo es manejarnos en un nivel de abstracción con respecto a la capa física. Se detallará solo cuando sea necesario.

El SO como administrador de memoria

Como administrador de la memoria, un sistema operativo debe cumplir con las siguientes funciones:

llevar el control sobre qué partes de la memoria están en uso y cuáles no;
asignar memoria a procesoscuando lo necesiten y liberarla cuando estos finalicen;
administrar el intercambio entre memoria principal y secundaria durante el swapping.

Cuando debemos evaluar un sistema, con respecto a la memoria, nos interesa definir:
Que cantidad de memoria necesito?
A que velocidad?
A que costo?

Hay pautas a considerar:
La cantidad de memoria dependerá del tipo de aplicaciones a ejecutar y altipo de sistema: no es igual el requerimiento en un sistema de tiempo real, que en un batch.
Para mayor rendimiento, la memoria debe compatibilizar la memoria del procesador.
El costo debe ser razonable con respecto al resto de las componentes.
A menor tiempo de acceso, mas costo por bit.
A mayor capacidad, menos costo por bit y mayor tiempo de acceso.

Según sugiere Stallings en su libro, paralograr un buen resultado, no deberíamos depender de un tipo de componente o tecnología. Existe una jerarquía de memoria que nos permite hacer un ranking de velocidad de acceso, costo, etc.

Jerarquía tradicional
Jerarquía moderna
Registros
Registros
Cache
Cache
Memoria Principal
Memoria Principal
Disco magnético
Cache de disco
Cinta magnética
Disco magnético

Cinta magnética /disco óptico

A medida que bajamos de nivel de jerarquía vamos obteniendo menos costo por bit, mas capacidad, mas tiempo de acceso.

Un punto sumamente importante es la frecuencia de acceso a la memoria de parte del procesador. Para entenderlo consideremos que a la información mantenida en el primer nivel (registros) el acceso es inmediato. Si esta en el 2do nivel (cache), primero debe pasar laprimer nivel y luego accede el procesador.
Hay un principio llamado cercanía de referencias que observa que cuando se ejecuta un programa, las referencias a memoria desde el procesador, tienden a estar agrupadas. Cuando esta ejecutando el principal las referencias a instrucciones cercanas o al llamar una subrutina, también. Es el concepto de localidad que veremos mas profundamente en el apunte deThrashing.

Lo ideal seria tener acceso rápido al conjunto de direcciones agrupadas (o localidad) pues son las de uso inminente, y que cada nueva localidad desplace a la anterior y ocupe este lugar de preferencia.

De la jerarquía, la memoria por registros es el método mas caro, pero el mas rápido. Normalmente las maquinas tienen decenas de registros, aunque hay otras que poseen cientos.
Lacache (2do nivel) es una memoria de alta velocidad, no visible normalmente para el programador o el procesador. Es un dispositivo para mejorar el rendimiento, acelerando el curso de los datos entre la memoria principal y los registros del procesador.
Los registros, la cache y la principal, son volátiles. El resto de las jerarquías son residentes en dispositivos externos, y por lo tanto, novolátiles.

La memoria expandida es una forma de memoria interna, mas lenta y menos cara que la principal. No es una nueva jerarquía. Los datos se mueven entre la principal y la expandida, pero no entre la expandida y la externa.

Hay niveles adicionales, por software. Por ejemplo la Cache de disco, que mejora el rendimiento agrupando escrituras a disco, para transferir mas datos, menos veces,....