TEMA 2. GESTIÃN DE PROCESOS - Universidad de AlmerÃa

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Diseño de Sistemas Operativos Tema 2. Gestión de Procesos – Tabla de páginas gestionadas por Linux ⇒ 3 niveles. Linux gestiona la memoria central y las tablas de páginas utilizadas para convertir las direcciones virtuales en direcciones físicas. Implementa una gestión de la memoria que es ampliamente independiente del procesador sobre el que se ejecuta. En realidad, la gestión de la memoria implementada por Linux considera que dispone de una tabla de páginas a tres niveles: + El directorio global de tablas páginas (page global directory) cuyas entradas contienen las direcciones de páginas que contienen tablas intermedias. + El directorio intermedio de tablas páginas (page middle directory) cuyas entradas contienen las direcciones de las páginas que contienen las tablas de páginas. + Las tablas de páginas (page table) cuyas entradas contienen las direcciones de páginas de memoria que contienen el código o los datos utilizados por el kernel o los procesos de usuario. Este modelo no siempre se corresponde al procesador sobre el cual Linux se ejecuta (los procesadores x86, utilizan una tabla de páginas que sólo posee dos niveles). El kernel efectúa una correspondencia entre el modelo implementado por el procesador y el modelo de Linux (en los procesadores x86, el kernel considera que la tabla intermedia sólo tiene una entrada). • Segmentación. – La memoria virtual es unidimensional ya que las direcciones van desde 0 hasta la dirección máxima, una dirección tras otra. – Segmentos ⇒ Espacio de direcciones completamente independientes, cada segmento es una secuencia lineal de direcciones, desde 0 hasta algún máximo. La longitud de cada segmento puede ser cualquiera desde 0 hasta un máximo permitido y puede cambiar de longitud en tiempo de ejecución. – La protección tiene sentido en una memoria segmentada, ya que cada segmento contiene sólo una clase de objetos y estos a su vez pueden estar en diferentes páginas. – La implementación de la segmentación difiere de la paginación en el sentido de que el tamaño de la página es fijo pero el de los segmentos no. – Segmentación con paginación (Pentium de Intel). 16K segmentos independientes cada uno con hasta 1000 millones de palabras de 32 bits. El funcionamiento de la memoria virtual Pentium esta basada en 2 tablas: + LDT (tabla de descriptores de segmentos local) ⇒ una para cada proceso y describe los segmentos locales a cada proceso (código, datos y pila). + GDT (tabla de descriptores de segmentos global) ⇒ tabla compartida por todos los procesos e incluye todos los segmentos del sistema. – Linux utiliza el mecanismo de segmentación sobre Pentium para separar las zonas de memoria asignadas al kernel y a los procesos, de este modo el código y los datos se protegen de los accesos erróneos y mal intencionados por parte de procesos en modo usuario. • El sistema contiene un conjunto de tripletas de registros de gestión de memoria. – Primer registro ⇒ dirección de la tabla de páginas en memoria física. – Segundo registro ⇒ primera dirección virtual accesible vía la tripleta. – Tercer registro ⇒ información de control. + Número de páginas de la tabla de páginas. + Permisos de acceso a las páginas (sólo-lectura, lectura-escritura). • Cuando el kernel prepara un proceso para su ejecución ⇒ carga el conjunto de tripletas de registros de gestión de memoria con los datos correspondientes almacenados en las entradas en la pregion. • Cuando un proceso intenta acceder a una dirección que está: – Fuera de su espacio de direccionamiento. – No tiene permiso de acceso. Entonces el sistema operativo genera una excepción. Departamento de Lenguajes y Computación. Universidad de Almería Página 2.16
Diseño de Sistemas Operativos Tema 2. Gestión de Procesos 2.3.3. Organización de la Memoria del Kernel. Aunque el kernel ejecuta en el contexto de un proceso, su espacio virtual es independiente de todos los procesos. El kernel permanece en memoria en todo momento y su código y datos se comparte. En el arranque (boot) se carga su código y se preparan las tablas y registros para mapear su espacio virtual. Estas páginas y el mecanismo para mapearlas es el mismo usado para los procesos, pero estas tablas son visibles solo cuando se ejecuta en modo kernel (en general el kernel y el hardware colaboran para permitir/inhibir este acceso, ya sea cargando determinados registros cuando se ejecuta en modo kernel o dividiendo el espacio físico. • Las tablas de páginas del kernel y mecanismos de traducción de direcciones virtuales a físicas son análogas a las de los procesos. • Espacio de direcciones virtuales de un proceso. – Clases sistema. – Clases usuario. – Cada clase tiene su propia tabla de páginas. • Colaboración del hardware + sistema operativo. – Cuando un proceso se ejecuta en modo kernel permite accesos a direcciones kernel. – Prohibidos cuando se ejecuta en modo usuario. • Tripletas de registros del kernel, para mapear las tablas de páginas de los proceso y del kernel. – Modo kernel. – Cambio de modo kernel a modo usuario ⇒ el sistema permita o no referencias a direcciones vía las tripletas de registros del kernel. + Dirección de la Tabla de Páginas (en memoria). + Primera dirección virtual mapeada (base de la región). + Longitud de la Tabla de Páginas (permisos, tipo de página, etc.). Dir. tabla de páginas Dir. virtual en proceso Nº págs en tabla págs. Tripleta reg. kernel Tripleta reg. kernel Tripleta reg. kernel Tripleta reg. usuario 1 Tripleta reg. usuario 1 Tripleta reg. usuario 1 Código Datos Pila Código Datos Pila 856 917 564 444 747 950 333 556 997 458 632 0 4 3 17 128 97 135 139 256 292 304 279 Tablas páginas por proceso Tablas páginas kernel Figura 2.8. Organización de la memoria del kernel y de los procesos. Se usan tablas de páginas y un conjunto de registros para mapear las direcciones de inicio de estas páginas. Es necesario decir que se dispone de una pila por cada proceso (el código y los datos son el mismo, es decir, es compartido por todos los procesos) cuando éste se ejecuta en modo kernel. Departamento de Lenguajes y Computación. Universidad de Almería Página 2.17
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