TEMA 3. GESTIÓN DE MEMORIA - Universidad de Almería

Diseño de Sistemas Operativos
Tema 3. Gestión de Memoria
Funcionamiento básico (algoritmo del sistema de colegas, Buddy system algorithm): (1) Los marcos de página
se agrupan en 10 listas de bloques que contienen grupos de 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256 y 512 marcos de
página contiguos. (2) La dirección física del primer marco de página de un grupo es un múltiplo del tamaño
del grupo (por ejemplo, La dirección inicial de un grupo de 16 páginas es múltiplo de 16*2 12 , 2 12 = 4096, que
es tamaño de pagina regular). (3) Si se solicita n marcos de página de memoria contigua, el algoritmo primero
busca en la lista de bloques de tamaño de marcos de página n. Si hay algún bloque de tamaño n libre, se
asigna. (4) Si la lista está vacía, se busca el siguiente bloque más grande (2*n) en la siguiente lista, y así
sucesivamente hasta un bloque libre. (5) Si el bloque es más grande que el solicitado, se divide en partes y los
bloques sobrantes se insertan en las listas de bloques adecuadas. Observar que SIEMPRE se puede hacer
que los bloques resultantes cumplan el requisito de alineación. Por ejemplo, si existe una demanda en el
sistema de un grupo de 128 marcos de página contiguos y no hay bloques de marcos de página libres de 128
ni de 256; sólo 512. Entonces ocupa los 128 de los 512 para satisfacer la petición y los restantes 384 los
fragmenta el kernel y los añade en las listas de 256 y 128 respectivamente (384 = 256 + 128). (6) Si no se
puede obtener el bloque del tamaño solicitado se devuelve error. (7) En la liberación (que da nombre al
algoritmo), el kernel intenta fusionar pares de bloques ‘colegas’ (buddies) de tamaño b en un único bloque de
tamaño 2*b de forma iterativa. Dos bloques se consideran ‘colegas’ si: (7.1) ambos bloques son del mismo
tamaño (b); (7.2) están contiguos en memoria física; (7.3) La dirección física del primer marco de página del
primer bloque es múltiplo de 2**2 12 .
Ahora vamos a ver las estructuras de datos necesarias para soportar el Buddy system. Linux emplea dos
Buddy systems diferentes; para marcos de página válidos para DMA y para los que no (gestionar marcos de
página normales). Trataremos el tema sin distinción. Estructuras de datos: (1) El array mem_map descrito
anteriormente; (2) Un array free_area de 10 elementos (uno por cada tamaño de bloque)de tipo
free_area_struct (o equivalentemente free_area_t); el k-ésimo elemento se relaciona con bloques de 2 k
marcos de página. (3) 10 arrays binarios llamados bitmaps, uno por cada tamaño de bloque. Sirve para
controlar los bloques que el Buddy system asigna al grupo; formados con arrays de enteros.
La estructura free_area_struct se emplea para gestionar cada grupo de bloques de un tamaño concreto
struct free_area_struct {
struct page *next;
struct page *prev;
unsigned long map;
unsigned long count;
};
prev y next se emplean para crear una lista circular doble de bloques del tamaño requerido, empleando los
campos prev y next del descriptor de marco de página. count indica el número de elementos de la lista. map
es un puntero al bitmap del grupo.
El bitmap tiene las siguientes características: (1) El tamaño de cada bitmap depende del número total de
marcos de página y del tamaño del bloque. (2) Cada bit del bitmap de la k-ésima entrada describe el estado
de dos bloques ‘colegas’ (buddies) de tamaño 2 k marcos de página: Si es 0 indica que ambos están ocupados
o ambos libres, Si es 1 indica que solo uno de los bloques está libre. Cuando ambos ‘colegas’ están libres, el
kernel les trata como un único bloque libre de 2k+1. Por ejemplo, si el sistema tiene 128 MBytes de RAM, se
puede dividir en 32768 páginas, o 16384 bloques de 2 marcos de página, u 8192 de 4, y así sucesivamente
hasta 64 grupos de 512 marcos de página. El bitmap de páginas simples (free_area[0]) tendrá 16384 bits, el
de bloques de 2 páginas (free_area[1]) tendrá 8192 bits, y así sucesivamente hasta el último bitmap
(free_area[9]) que consta de 32 bits uno por cada par de bloques de 512 marcos de página contiguos.
Cuando se extrae un bloque del Buddy system: (1) Si el tamaño era el solicitado, se saca de la lista y se
cambia el bit correspondiente del bitmap (se pondrá a 0). (2) Si el tamaño no era el solicitado, se extrae el
bloque obtenido cambiando el bit correspondiente del bitmap y a continuación los bloques sobrantes se
insertan en las listas correspondientes marcando sus bits en el bitmap (se pondrán a 1).
Departamento de Lenguajes y Computación. Universidad de Almería Página 3.32