TEMA 3. GESTIÓN DE MEMORIA - Universidad de Almería

Diseño de Sistemas Operativos
Tema 3. Gestión de Memoria
además, se puede retardar la asignación de memoria real; (2) No es confiable, y el kernel debe estar listo
para capturar todos los posibles errores de programación.
El kernel puede solicitar memoria de tres formas: (1) directamente al Buddy system, para asignaciones
genéricas de grupos de marcos de página potencia de 2; (2) al Slab allocator, para objetos frecuentemente
usados; y (2) utilizando vmalloc() para obtener un área de memoria empleando marcos de página no
contiguos. Cuando los procesos solicitan memoria, no se les asigna realmente páginas, sino áreas de memoria.
Se les da rangos de direcciones lineales válidos que se asignarán en el momento en que se vayan a usar.
3.4.3.4. El Buddy System (sistema de colegas)
El kernel debe establecer una estrategia robusta y eficiente para asignar grupos de marcos de páginas
contiguos. Por ello, el objetivo principal del Buddy system es: Evitar la fragmentación externa. Éste es un
fenómeno que se produce cuando existen frecuentes asignaciones y liberaciones de grupos de marcos de
página contiguos de diferentes tamaños, pudiendo derivar en una situación en la que varios bloques pequeños
de marcos de páginas libres están dispersos dentro de bloques de marcos de páginas asignados. Y como
resultado puede convertirse en imposible el asignar un bloque grande de marcos de páginas contiguos, incluso
si existen suficientes páginas libres para satisfacer la petición.
Para evitar la fragmentación externa existen dos posibilidades: (1) Utilizar la unidad de paginación para
agrupar marcos de página dispersos en direcciones lineales contiguas. (2) Desarrollar un sistema que controle
los marcos de página contiguos y evite en lo posible dividir un bloque libre grande para una asignación
pequeña.
El kernel opta por la segunda opción por las siguientes razones: (1) En ocasiones es necesario que los marcos
de página sean contiguos, ya que direcciones lineales contiguas no son suficientes para satisfacer la petición
(por ejemplo, un buffer asignado a DMA, DMA ignora toda el sistema de paginación hardware y accede al
bus de direcciones directamente mientras transfiere varios sectores de disco en una única operación de E/S y
los buffers requeridos deben estar en marcos de página contiguos). (2) No se modifican las tablas de páginas
del kernel, por lo que la CPU no tiene que limpiar el contenido de los TLBs. (3) Porciones grandes de
memoria física contigua pueden ser accedidas por el kernel median páginas de 4 KBytes.
El kernel mantiene una lista de marcos de página disponibles en memoria utilizando el principio del Buddy
system que es bastante simple: el kernel mantiene una lista de grupos de marcos de página, siendo estos
grupos son de tamaño fijo (pueden contener 1, 2,4, 8, 16, 32, 64, 128, 256 o 512 marcos de página) y se
refieren a marcos de página contiguas en memoria. El principio básico del Buddy System es el siguiente: a
cada petición de asignación, se usa la lista no vacía que contiene los grupos de marcos de página de tamaño
inmediatamente superior al tamaño especificado, y se selecciona un grupo de páginas de esta lista. Este grupo
se descompone en dos partes: los marcos de página correspondientes al tamaño de memoria especificado, y
el resto de marcos de página que siguen disponibles. Este resto puede insertarse en las otras listas. Al liberar
un grupo de marcos de página, el kernel intenta fusionar este grupo con los grupos disponibles, con el objetivo
de obtener un grupo disponible de tamaño máximo. Para simplificar la asignación y liberación de un grupo de
marcos de página, el kernel sólo permite asignar grupos de páginas cuyo tamaño sea predeterminado y
corresponda a los tamaños gestionados en las listas.
Si suponemos que se deben asignar 8 marcos de página y sólo está disponible un grupo de 32 marcos de
página, el kernel utiliza dicho grupo, asigna los 8 marcos de páginas solicitados, y reparte los 24 marcos de
página restantes en un grupo de 16 y otro de 8 marcos de página. Estos dos grupos se insertan en las listas de
grupos correspondientes. Al liberar estos 8 marcos de página, el kernel comprueba si los 8 marcos de página
adyacentes están disponibles, es decir, si un grupo de marcos de página disponibles contiene estas páginas. Si
no es así, se crea un grupo disponible para los 8 marcos de página liberadas. Si existe un grupo adyacente, su
tamaño se modifica para incluir los 8 marcos de página liberados, y el kernel comprueba si puede fusionado
con otro grupo de 16 páginas, y así sucesivamente.
Departamento de Lenguajes y Computación. Universidad de Almería Página 3.31