Sistema de Gestion y paginación de memoria

Sistema de gestión de memoria en un sistema operativo.
La segmentación es una técnica de gestión de memoria que pretende acercarse más al punto de vista del usuario. Los programas se desarrollan, generalmente, en torno a un núcleo central (principal) desde el que se bifurca a otras partes (rutinas) o se accede a zonas de datos (tablas, pilas, etc).
Desde este punto de vista, un programa es unconjunto de componentes lógicos de tamaño variable o un conjunto de segmentos, es decir, el espacio lógico de direcciones se considera como unconjunto de segmentos, cada uno definido por un identificador, y consistente de un punto de inicio y el tamaño asignado.1
La segmentación de un programa la realiza el compilador y en ella cada dirección lógica se expresará mediante dos valores: Número desegmento (s) y desplazamiento dentro del segmento (d).
Una de las implementaciones más obvias y directas de un espacio de memoria segmentado es asignar un segmento distinto a cada una de las secciones del espacio en memoria de un proceso.
La segmentación también ayuda a incrementar la modularidad de un programa: Es muy común que las bibliotecas enlazadas dinámicamente estén representadas ensegmentos independientes.
Hardware de segmentación
Puesto que la memoria física se direcciona literalmente, será necesario transformar cada dirección lógica (s,d) en una dirección real (r). Esta conversión la realiza un dispositivo especial de hardware, la unidad de gestión de memoria, consultando la tabla de segmentos correspondiente.
Rendimiento
Esta técnica permite reducir la fragmentacióninterna de la memoria provocada por la paginación, ya que asigna a cada programa la cantidad de memoria que requiere.
La carga de un programa en memoria exige la búsqueda de los huecos adecuados a sus segmentos, y puesto que éstos son de tamaño variable, se ajustarán los más posible a las necesidades, produciéndose huecos pequeños. En este caso se produce fragmentación externa. La eficiencia de lasegmentación requiere, de igual forma que la paginación, el uso de memorias caché para lograr unos tiempos de acceso adecuados. De igual forma que en la paginación, se pueden compartir segmentos entre varios procesos.
Permisos
Una de las principales ventajas del uso de segmentación es que nos permite pedir a la unidad de gestión de memoria que cada uno de los segmentos tenga un distinto juego depermisos2 para el proceso en cuestíón: El sistema operativo puede indicar, por ejemplo, que el segmento de texto (el código del programa) sea de lectura y ejecución, mientras que la seción de datos es de lectura y escritura. De este modo podemos evitar que un error en la programación resulte en que datos proporcionados por el usuario o por el entorno modifiquen el código que está siendo ejecutado.Sin embargo, incluso bajo este esquema, dado que la pila de llamadas (stack) debe mantenerse como escribible, es común encontrar ataques que permiten modificar la dirección de retorno de una subrutina.
Incluso, dado que el acceso de ejecución está limitado a sólo los segmentos cargados del disco por el sistema operativo, el atacante no podrá introducir código ejecutable tan fácilmente — Tendríaque cargarlo como un segmento adicional con los permisos correspondientes.
Intercambio parcial
Un uso muy común de la segmentación, particularmnete en los sistemas de los 1980s, era el de permitir que sólo ciertas regiones de un programa sean intercambiadas al disco: Si un programa está compuesto por porciones de código que nunca se ejecutarán aproximadamente al mismo tiempo en sucesión, puedeseparar su texto (e incluso los datos correspondientes) en diferentes segmentos.
A lo largo de la ejecución del programa, algunos de sus segmentos pueden no emplearse por largos periodos de tiempo. Estas páginas pueden ser enviadas al espacio de intercambio (swap) ya sea a solicitud del proceso o por iniciativa del sistema operativo.
Rendimiento
Intercambiar un proceso completo a disco resulta...