Implementación de Memoria Virtual: Paginación bajo Demanda y Segmentación en Sistemas Operativos

Introducción a la Memoria Virtual

La introducción de la Memoria Virtual crea la ilusión de una memoria sumamente grande. Esta técnica se implementa principalmente mediante dos enfoques: la Paginación bajo Solicitud (o Paginada bajo Demanda) y la Segmentación. Ambas estrategias buscan optimizar el uso de la memoria física, tratando de aproximar el 100% de utilización.

Paginación bajo Solicitud (Paginada bajo Demanda)

La Paginación bajo Solicitud logra lógicamente usar más del 100% de la memoria física, ya que la suma de todos los espacios de direcciones de los trabajos puede superar el tamaño de la memoria física. Esto se logra al eliminar el requerimiento de que todo el espacio de dirección de un trabajo esté en la memoria principal al mismo tiempo. En su lugar, se cargan porciones de este espacio.

Mecanismos de Carga y Gestión

A la Tabla de Mapa de Páginas (PMT) se le agrega una columna de estado (status) que indica si la página está actualmente cargada en memoria.

Si se necesita acceder a una página que no está cargada en memoria, se genera una interrupción de página (Page Fault). El Sistema Operativo (SO) la procesa cargando la página necesaria y reanudando la instrucción. De esta manera, la página fue cargada bajo solicitud.

Cuando la memoria se llena y se genera una interrupción de página, es posible cargar la página necesaria eliminando una de las páginas existentes de la memoria, guardándola en el almacenamiento secundario, para luego cargar la nueva. A este proceso se le denomina trueque o sustitución de página.

Control y Políticas de Memoria en Sistemas Paginados

1. Control de Memoria: Conjuntos de Tablas

   El control de la memoria se gestiona mediante tres conjuntos principales de tablas:

   • Mapa de página: Una por cada espacio de dirección.
   • Bloques de memoria: Una tabla única en el sistema.
   • Mapas de archivos: Una por cada espacio de dirección.

2. Factor Determinante de la Política de Memoria

   La política de memoria se determina parcialmente por el planificador de trabajos, pero se ajusta de manera dinámica, también en función de las interrupciones de página bajo demanda.

3. Asignación de Memoria

   Cuando debe asignarse un bloque, debe haber uno disponible y es necesario alterar su estado.

4. Desasignación de Memoria

   Si no se encuentra un bloque disponible para la asignación, se desasigna y reasigna uno de los bloques asignados de memoria. Al terminar un trabajo, se liberan los bloques que este empleaba.

Ventajas y Desventajas de la Paginación bajo Solicitud

Ventajas (Adicionales a la Paginación Normal)

• Memoria Virtual Grande: El tamaño físico de la memoria ya no limita el espacio de dirección de un trabajo.
• Uso más eficiente de la memoria.
• Multiprogramación no restringida: No existe limitación por el tamaño de la memoria física.

Desventajas (Adicionales a la Paginación Normal)

• El número de tablas y la cantidad alta de procesamiento para el manejo de interrupciones de página son mayores que en la paginación normal.
• Necesidad de desarrollar enfoques que impidan el azotamiento (Thrashing) o paginación excesiva.

Segmentación: Gestión Lógica de la Memoria

Se denomina segmento a un agrupamiento lógico de información. De este modo, los trabajos ya no se cargan completos, sino en segmentos lógicos.

Cada segmento contiene una subrutina, datos y/o un área de trabajo. Los segmentos no son del mismo tamaño. Esta característica ocasiona la necesidad de contigüidad, lo que genera fragmentación.

Todo software consiste en un conjunto de subrutinas lógicas.

Tabla de Mapa de Segmentos (SMT)

Para gestionar la segmentación, se utiliza la Tabla de Mapa de Segmentos (SMT). Esta tabla incluye información crucial para cada segmento, como:

• Tamaño del segmento.
• Tipo de acceso.
• Estado (estatus).
• Posición en la memoria física.