Revisión del 19:23 1 dic 2017

Definición

La paginación es una estrategia de organización de la memoria física que consiste en dividir la memoria en porciones de igual tamaño. A dichas porciones se las conoce como páginas físicas o marcos. La división de la memoria en páginas facilita la gestión de la memoria física.

Los marcos están identificadas por un número, conocido como número de página física. Cada página física se asigna en exclusividad a un proceso.

A su vez, se dispone de páginas lógicas. Todo proceso tiene su propio espacio de páginas lógicas, cada página lógica está mapeada a un marco. El mapeo entre páginas lógicas y páginas físicas se mantiene en la tabla de páginas. Cada proceso dispone de su propia tabla de páginas. En tiempo de conmutación de procesos, se restablece la tabla de páginas del proceso que pasa a estado a activo, por tanto, forma parte del contexto de la ejecución del proceso en estado activo.

El proceso dispone de todo el direccionamiento lógico, que puede emplear según sus necesidades. En un procesador de 32 bits, un proceso dispone de 2^32 = 4 GBytes de memoria lógica.

Suponiendo que el tamaño de página es de 8 Kbytes (2^13 bytes), en un procesador de 32 bits (4 bytes, 2^2 byte) - se dispone de un total de 2^32 / 2^13 = 2^19 marcos = 524288 marcos.

Funcionamiento

El traductor de memoria paginada toma la dirección lógica y, por medio de la tabla de página, obtiene la dirección física real.

Los bits más significativos de una dirección lógica representan el número de página lógica, los menos significativos el desplazamiento dentro de la página. Concretamente, en un procesador de 32 bits, con un tamaño de página de 4 Kbytes = 2^12, se emplean 12 bits para el desplazamiento dentro de la página. Es decir, para referenciar los datos que una página contiene. Los restantes 20 bits más significativos indican el número de página.

El traductor de memoria paginada es parte de la arquitectura, por tanto, el sistema operativo únicamente tiene que establecer la tabla de páginas del proceso en tiempo de conmutación, de manera que cualquier acceso a una dirección lógica se traduce a una dirección física de una manera transparente al proceso.

El mecanismo de direcciones lógica permite aislar entre sí a los procesos en ejecución, puesto que no conocen la dirección física efectiva en la que se almacenan los datos a los que se hace referencia.

Las páginas disponen de mecanismos de protección, expresados en bits de lectura, escritura y ejecución. Lo que permite definir páginas de sólo lectura, por ejemplo, para almacenas constantes. Páginas de sólo lectura y ejecución, para almacenar código, así como páginas de lectura y escritura para el heap (montón) o la pila (stack) del proceso.

Si se accede a una página lógica que no existe en la tabla de páginas del proceso, el sistema eleva una excepción que resulta en la finalización de la ejecución del proceso.

Otras características

• Los valores óptimos para las porciones son: en arquitectura de 32 bits es de 4KB, y en arquitectura de 64 bits es de 8KB.
• Los criterios vistos en el tema anterior no se aplican aquí, no tiene sentido hacerlo ya que todas las páginas de memoria son iguales.

Dispositivo de traducción de direcciones paginadas

Se dispone de la tabla de páginas de cada proceso en memoria para llevar a cabo la traducción. La tabla de páginas se indexa por número de página.

El dispositivo de traducción de direcciones paginadas debe ser un dispositivo muy rápido, ya que se usa con cada acceso a memoria que se realiza. El tamaño de la tabla de páginas es uno de los aspectos que más influye en el diseño del dispositivo e incluso en la organización de la propia tabla. Otro aspecto relevante es la localización de dicha tabla, la cual puede encontrarse en el traductor o guardada en memoria:

• Tabla de páginas en el traductor:

Se usa en equipos cuyo espacio de direcciones es de pocas páginas. El dispositivo de traducción contiene un conjunto de registros organizados como una memoria en los cuales almacena la tabla de páginas. Dicha tabla de páginas debe sustituirse (lo cual aumenta el tiempo de conmutación) en dos situaciones distintas: al cambiar de proceso y al transferir el control al s.o. (en este caso se reduce el tiempo de conmutación utilizando dos tablas separadas, una para los procesos y otra para el s.o., las cuales se utilizan dependiendo del modo de uso de la CPU, supervisor o usuario).

• Tabla de páginas en memoria:

Se usa en equipos con mucha memoria, en los cuales el número de páginas puede llegar a ser muy alto con lo que el tiempo necesario para cargar las páginas en el traductor es demasiado alto. La tabla de páginas es guardada en la memoria principal y el dispositivo traductor tiene la dirección de comienzo y el tamaño de la tabla, debido a que la tabla está en la memoria principal se necesita, por cada acceso a memoria, un acceso a memoria adicional para obtener el número de página física asociado a la página lógica. Para mantener un tiempo de acceso aceptable se establece una memoria asociativa que conserva las parejas página lógica-página física utilizadas recientemente.

También hay dispositivos traductores que no utilizan tablas de páginas, buscan directamente la información en una memoria asociativa, y si no la encuentran, lanzan una excepción que manejará el sistema operativo. Así, el SO es el responsable de determinar la asociación entre números de página y números de marco, y además de actualizar la memoria asociativa, lo que da cierta flexibilidad.

Tabla de páginas multinivel

El objetivo es paginar la tabla de páginas lo que permite que esta no esté cargada completa en memoria y que no ocupe direcciones consecutivas. En los ss.oo. con tablas de páginas multinivel los números de página se dividen en dos partes: los bits más significativos indican el directorio de páginas correspondiente y con los bits menos significativos el índice del directorio en el que se encuentra la página buscada:

• Tabla de páginas para todo el sistema: Es una variante de las tablas de página multinivel, en la que el dispositivo traductor sólo contiene una entrada por cada proceso, indexadas por PID, y una dirección de tabla que contiene las páginas de dicho proceso. Así, ante una conmutación de procesos basta con cambiar de PID.

Elementos de administración

La administración es sencilla ya que todas las porciones de memoria son de igual tamaño (se limita a comprobar si hay suficientes marcos libres para ejecutar el proceso).

Se pueden usar:

• Tabla de asignación de marcos a procesos: Tiene una entrada por marco, que contiene el PID del proceso que lo tiene asignado, o 0, si está libre.
• Lista de marcos asignados a procesos: Dado que el número de marcos es fijo, se implementa mediante una tabla. Estas listas tienen una entrada por marco. En cada entrada está, o el siguiente marco en la lista, o -1 si el marco es el último. Hay una lista global de marcos libres, y una lista por proceso de marcos ocupados. Para ayudar a la gestión, cada proceso tiene en su PCB los índices del primer y el último marco que tiene asignados.

8.5 Sistema combinado