Lista 2 - 2023-2

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CAMPUS ARARANGUÁ Sistemas Operacionais Prof. Roberto Rodrigues Filho Lista de Exercício 2 – 2023/2 Esta atividade consiste em responder 16 questões referentes ao tópico Gerência de Memória. • Consulte os materiais didáticos e complementares presentes no Moodle. Importante: • Cuidado com Plágio nas respostas. • Pode responder no formato digital. Não precisa tirar foto com as respostas. • A resolução da lista é individual. • Ao anexar o arquivo colocar no formato PDF – caso contrário não será aceito 1) Quais são os problemas decorrentes do acesso a endereços físicos em sistemas com múltiplos processos? 2) Como resolver os problemas decorrentes do acesso a endereços físicos descritos acima? 3) Descreva a diferença entre Swapping e Memória Virtual. 4) Qual a função dos registradores-base e registradores-limite? Descreva como eles são usados para darem suporte a realocação dinâmica. 5) O que é realocação estática e quais as suas desvantagens? 6) Descreva o que é compactação de memória e explique por que ela não é utilizada. 7) Quais são as duas principais formas de representar e cuidar da utilização da memória? Ilustre cada forma de representação utilizando um exemplo. 8) Descreva os três principais algoritmos de alocação de memória. 9) Considerando partições de memória de A:100k, B: 500k, C: 200k, D: 300k, E: 600k (nessa ordem). Como cada um dos algoritmos de alocação alocaria os seguintes processos: P1: 212k, P2: 417k, P3: 112k, P4: 426k (nessa ordem)? Qual algoritmo foi mais eficiente e por quê? 10) O que é memória virtual e por que ela é importante na gerência de memória de sistemas operacionais modernos? 11) O que é a MMU? Descreva o papel da MMU na gerência de memória. 12) Em que situações ocorrem faltas de páginas? Descreva sucintamente quais as ações realizadas pelo sistema operacional quando uma falta de página ocorre. 13) Escreva os algoritmos de substituição de página que apresentamos em sala de aula. Quais são eles e como eles funcionam? 14) O que é o thrashing em sistemas que implementam memória virtual? 15) Observe a figura abaixo. Suponha que os bits R, para as páginas de B a A, sejam 11111010, respectivamente. Quais páginas serão removidas pelo algoritmo Segunda Chance? 16) Considerando a seguinte sequência de requisições de páginas e que existem apenas três molduras de página na memória RAM para alocar as páginas virtuais, simule a execução dos seguintes algoritmos de troca de páginas e calcule a quantidade de falta de páginas em cada um: a. Ótimo b. FIFO c. LRU d. LFU e. Segunda Chance Sequência: 1 0 7 1 0 2 1 2 3 0 3 2 4 0 3 0 2 1 0 7 0 1 2 0 3 0 OBS: Inicialmente, todas as molduras estão vazias, ou seja, nenhuma página está carregada na memória. Lista de Exercício 2 Questão 1 Podemos ter vários problemas, dentre eles conflito de endereços, que é quando diferentes processos podem tentar acessar ou modificar os mesmos endereços físicos, levando a conflitos de dados e inconsistências. Também há a questão relacionada à segurança e isolamento, pois quando não há proteção adequada, um processo pode acessar ou alterar os dados de outro processo. Dificuldade na realocação e compartilhamento também pode ser um problema pois mover processos entre diferentes áreas da memória física é difícil. Questão 2 Podemos utilizar algumas técnicas como por exemplo a implementação de um sistema de memória virtual onde cada processo tem seu próprio espaço isolando assim, os processos um dos outros. Também podemos utilizar paginação e segmentação para gerenciar o mapeamento entre endereços virtuais e físicos. Implementar mecanismos de proteção de memória também é outra técnica que podemos utilizar para previnir que um processo acesse ou modifique a memória de outro processo. Além disso, também podemos utilizar alocação dinâmica de memória para gerenciar de forma eficiente a memória física entre múltiplos processos. Questão 3 O Swapping refere-se ao processo de transferir temporariamente processos inteiros da memória para um espaço de armazenamento secundário (como um disco rígido) para liberar memória. Já a memória virtual é uma técnica que cria a ilusão de que existe mais memória disponível do que fisicamente presente, utilizando uma combinação de memória física e espaço em disco. Ela divide a memória em blocos chamados "páginas" ou "segmentos", que podem ser carregados e descarregados da memória conforme necessário. Em resumo, enquanto o swapping lida com a movimentação de processos inteiros entre a memória e o armazenamento, a memória virtual gerencia partes menores de processos, permitindo um uso mais eficiente e flexível dos recursos de memória. Questão 4 O registrador-base armazena o endereço físico inicial do espaço de memória alocado para um processo. Ele é utilizado para converter endereços virtuais em endereços físicos, adicionando o valor do registrador-base ao endereço virtual gerado pelo processo. Já o registrador limite, determina o tamanho do espaço de memória alocado para o processo. Ele é usado para verificar se um endereço de memória gerado pelo processo está dentro do espaço alocado, evitando que o processo acesse memória fora de sua área permitida. Questão 5 A realocação estática é um método de gestão de memória em sistemas computacionais onde cada programa recebe um espaço de memória fixo no momento da sua carga na memória. Este espaço não muda durante a execução do programa. As principais desvantagens da realocação estática incluem inflexibilidade, ineficiência no uso de memória, dificuldade com programas concorrentes e problemas de fragmentação. Questão 6 A compactação de memória é uma técnica usada em sistemas de computação para reduzir a fragmentação da memória. Ela envolve rearranjar os processos na memória para agrupar todo o espaço livre em um único bloco contínuo. Isso torna mais fácil alocar memória para novos processos ou para processos em expansão, pois há um espaço contínuo maior disponível. No entanto, ela não é amplamente utilizada devido a várias desvantagens como alto custo de tempo, pois requer que o so ativamente mova os processos na memória, interrupção do processamento, pois durante a compactação, os processos podem precisar ser interrompidos e complexidade de implementação. Questão 7 Bitmap: Nesta técnica, a memória é dividida em unidades alocáveis (como blocos ou páginas), e cada unidade é representada por um bit em um mapa. Um bit definido como 1 indica que a unidade de memória correspondente está em uso, enquanto um 0 indica que está livre. Exemplo: Se temos um bitmap com a sequência "1010", isso significa que o primeiro e o terceiro blocos de memória estão sendo usados, enquanto o segundo e o quarto blocos estão livres. Lista Encadeada: Nesta abordagem, a memória livre ou ocupada é rastreada usando listas encadeadas. Cada nó da lista contém informações como o tamanho do bloco de memória e o endereço do próximo bloco livre ou ocupado. Exemplo: Uma lista encadeada para a memória livre pode ter nós que indicam "Bloco de 20MB a partir do endereço X, próximo bloco livre no endereço Y" e assim por diante, mostrando a organização e o tamanho dos blocos livres na memória. Questão 8 First-Fit: Aloca a primeira parte de memória livre que é grande o suficiente para atender à solicitação. Este algoritmo percorre a lista de memória livre até encontrar um espaço adequado. Best-Fit: Busca em toda a lista de memória livre para encontrar o bloco que melhor se ajusta ao tamanho requerido, minimizando o desperdício de memória. Ele escolhe o menor bloco que é suficientemente grande. Worst-Fit: Seleciona o maior bloco de memória livre disponível. O objetivo é deixar a maior parte restante do bloco livre, presumindo que será mais útil para futuras alocações grandes. Questão 9 First-Fit: P1 (212k) → C (200k) não cabe, D (300k) cabe. P2 (417k) → E (600k) cabe. P3 (112k) → C (200k) cabe. P4 (426k) → Não cabe em nenhuma partição restante. Resultado: D, E, C usados; B e A não usados. Best-Fit: P1 (212k) → D (300k) é a melhor opção. P2 (417k) → E (600k) é a única que cabe. P3 (112k) → A (100k) não cabe, C (200k) é a melhor opção. P4 (426k) → Não cabe em nenhuma partição restante. Resultado: D, E, C usados; B e A não usados. Worst-Fit: P1 (212k) → E (600k) é a maior. P2 (417k) → B (500k) é a maior restante. P3 (112k) → D (300k) é a maior restante. P4 (426k) → Não cabe em nenhuma partição restante. Resultado: E, B, D usados; C e A não usados. Neste caso, tanto o First-Fit quanto o Best-Fit foram igualmente eficientes em termos do número de processos alocados e do uso das partições de memória. Ambos conseguiram alocar os processos P1, P2 e P3, mas não conseguiram alocar P4. Questão 10 A memória virtual é uma técnica de gerenciamento de memória usada em sistemas operacionais modernos que permite a um computador compensar a escassez de memória física (RAM) usando uma porção do disco rígido como uma extensão da RAM. Esta técnica cria uma "ilusão" de que há mais memória disponível do que a fisicamente presente. Ela é importante pois proporciona o aumento da memória disponível, aumento do isolamento e segurança, flexibilidade, gerenciamento eficiente, páginação e Swap. É um componente crucial dos sistemas operacionais modernos, permitindo uma utilização mais eficiente e segura da memória, além de possibilitar a execução de programas maiores e mais complexos. Questão 11 A MMU (Unidade de Gerenciamento de Memória) é um componente de hardware crítico nos sistemas computacionais que gerencia o acesso à memória e que tem vários papeis na gestão da memória como a tradução de endereços, proteção de memória, controle de acesso, suporte para memória virtual e gerenciamento de paginação. Questão 12 Faltas de páginas ocorrem em sistemas de computação que utilizam memória virtual quando um processo tenta acessar uma página de dados que não está carregada na memória física (RAM), mas sim armazenada no disco. Isso pode acontecer em várias situações, como: Primeiro Acesso: Quando um processo acessa uma página pela primeira vez, e ela ainda não foi carregada na memória. Swapping: Quando a página necessária foi movida para o armazenamento secundário (disco) para liberar espaço na memória física. Alocação Preguiçosa: Em sistemas que utilizam alocação preguiçosa de memória, onde as páginas são alocadas somente quando são realmente acessadas. Quando uma falta de página ocorre, o sistema operacional realiza as seguintes ações: Interrupção: O acesso à página que não está na memória causa uma interrupção de falta de página. Verificação: O sistema operacional verifica se o acesso à página é válido e se o processo tem permissão para acessá-la. Carregamento da Página: Se o acesso for válido, o sistema operacional localiza a página no armazenamento secundário (disco) e a carrega na memória física. Atualização da Tabela de Páginas: A tabela de páginas do processo é atualizada para refletir o novo local da página na memória física. Retomada do Processo: Uma vez que a página está carregada na memória, o processo é retomado do ponto onde foi interrompido. Questão 13 FIFO (First-In, First-Out): Mantém uma fila das páginas carregadas na memória. A página que foi carregada primeiro (mais antiga) é a primeira a ser removida. LRU (Least Recently Used): Remove a página que foi usada há mais tempo. Isso é feito rastreando a ordem de uso das páginas. LFU (Least Frequently Used): Contabiliza a frequência com que cada página é acessada. As páginas com a menor contagem de acessos são substituídas primeiro. Segunda Chance: Uma variação do FIFO que dá uma "segunda chance" às páginas. Quando uma página está no topo da fila para ser removida, mas tem um bit de referência definido (indicando que foi usada recentemente), ela recebe uma segunda chance e é movida para o final da fila. Questão 14 É um problema de desempenho que ocorre quando a maior parte do tempo de processamento é gasto no swapping de páginas entre a memória física e o disco em vez de executar processos reais. Isso acontece geralmente quando há insuficiente memória RAM para suportar todos os processos ativos, levando a um alto número de faltas de páginas. Questão 15 Aplicando o algoritmo Segunda Chance: B: Bit R = 1, então B recebe uma segunda chance, seu bit R se torna 0, e é movido para o final da fila. Nova lista: C-D-E-F-G-H-A-B Novos bits R: 1-1-1-0-1-0-0 C: Bit R = 1, portanto C também recebe uma segunda chance, e é movido para o final. Nova lista: D-E-F-G-H-A-B-C Novos bits R: 1-1-0-1-0-0-0 D: Mesmo processo para D. Nova lista: E-F-G-H-A-B-C-D Novos bits R: 1-0-1-0-0-0-0 E: Igualmente, E recebe uma segunda chance. Nova lista: F-G-H-A-B-C-D-E Novos bits R: 0-1-0-0-0-0-0 F: Bit R = 0, então F é removido. Nova lista: G-H-A-B-C-D-E G: Bit R = 1, G recebe uma segunda chance. Nova lista: H-A-B-C-D-E-G Novos bits R: 0-0-0-0-0-0 H: Bit R = 0, então H é removido. Nova lista: A-B-C-D-E-G Assim, as páginas F e H seriam removidas. Questão 16 Ótimo: 11 faltas de páginas FIFO: 17 faltas de páginas LRU: 14 faltas de páginas LFU: 15 faltas de páginas Segunda Chance: 16 faltas de páginas