Gerenciamento de Memória e Sistemas de Arquivos

Gerenciamento de Memória

Dentre outras tarefas, o gerenciador de memória monitora quais partes da memória estão em uso e quais estão disponíveis; aloca e libera memória para os processos; e gerencia a permuta de processos entre memória principal e secundária (quando a memória principal não é capaz de abrigar todos os processos).

Espaço de Endereçamento

Um espaço de endereçamento é uma faixa de endereços discretos, cada um dos quais pode corresponder a um registrador físico ou virtual, um nodo de rede, dispositivo periférico, setor de disco ou outra entidade lógica ou física.

Memória Virtual

É uma técnica que usa a memória secundária como uma cache para armazenamento secundário. Houve duas motivações principais: permitir o compartilhamento seguro e eficiente da memória entre vários programas e remover os transtornos de programação de uma quantidade pequena e limitada na memória principal. Três funções básicas: realocação, proteção, paginação ou troca.

Paginação

É muito útil, pois possibilita que os seus programas utilizem um tamanho à sua escolha para usar como uma memória "RAM" virtual. Mas, caso a memória do programa exceda a memória real do seu sistema, apenas as partes mais utilizadas pelo processo atual estarão na memória, enquanto o resto ficará armazenado no disco rígido.

Algoritmos de Substituição de Páginas

Os algoritmos de substituição de páginas são políticas definidas para escolher qual(is) página(s) da memória dará lugar à página que foi solicitada e que precisa ser carregada. Isso é necessário quando não há espaço disponível para armazenar a nova página. Devemos ressaltar que, se a página a ser removida sofreu alterações enquanto esteve na memória, a cópia virtual existente em disco deverá ser atualizada. Por outro lado, se a página não foi modificada, significa que sua cópia está atualizada e, portanto, não é necessário reescrevê-la.

Segmentação

É uma das maneiras mais comuns para a proteção de memória. Significa que parte da memória é removida do processo sendo executado atualmente, através do uso de registradores. Se o dado prestes a ser lido ou escrito está fora do espaço de endereços do processo, uma falha de segmentação é lançada.

Sistema de Arquivos

É um conjunto de estruturas lógicas e de rotinas que permitem ao sistema operacional controlar o acesso ao disco rígido.

Arquivo

É uma sequência de informações binárias, ou seja, uma sequência de 0 e 1. Este arquivo pode ser armazenado para guardar um vestígio destas informações. Um arquivo texto é um arquivo composto de caracteres armazenados sob a forma de bytes.

Diretórios

São as raízes dos arquivos de um sistema operacional, seja Windows ou Linux. Exemplo: a unidade C: é um diretório, onde se originam todas as pastas do sistema, arquivos, músicas, fotos.

Implementação de Arquivos

A criação de arquivos exige que o sistema operacional tenha controle de quais áreas ou blocos no disco estão livres. É importante o controle de quais blocos de discos estão relacionados a quais arquivos. Este gerenciamento pode ser feito, principalmente, de várias formas:

• Alocação contígua
• Alocação por lista encadeada
• Alocação indexada
• Alocação combinada

Introdução a Impasses (Deadlocks)

Os deadlocks acontecem quando um conjunto de processos/threads disputam por um ou mais recursos. Estes recursos podem ser, por exemplo:

• Um arquivo
• Uma impressora
• Um pedaço da memória
• Vários arquivos

Se não existe o controle de acessos ao recurso comum, danos irreparáveis podem ocorrer. Exemplos:

• Arquivos corrompidos
• Perda de documentos na fila da impressora
• Erros lógicos em programas de usuário

Portanto, deadlocks podem ocorrer tanto na disputa por recursos de hardware como na disputa por recursos de software.

Estratégias para Tratar Deadlocks

• Ignorar por completo o problema
• Detecção e recuperação
• Alocação cuidadosa de recursos (evita o deadlock)
• Prevenção: negação de uma das quatro condições necessárias
• Ignorar por completo o problema

Recuperação por Meio de Preempção

Em alguns casos, pode ser possível tomar provisoriamente um recurso de seu proprietário atual para fornecê-lo a outro processo. Exemplo: se a impressora R for tomada do processo A, a impressora deve parar a impressão de A, empilhar o conteúdo de sua bandeja em outro compartimento, para iniciar sua operação com seu novo processo proprietário. Ao final, deve desempilhar as folhas da impressão de A e continuar sua impressão.

Recuperação por Meio de Reversão de Estado

• Para entender este algoritmo, imagine, via grafos, que o processo possui um determinado estado em cada instante de tempo.
• O S.O. então controlaria uma Máquina de Estado Finito.
• Sempre, antes de requisitar um recurso, o processo deve armazenar em um arquivo temporário seu estado atual.
• Quais são os problemas deste método?
  • O custo para guardar as imagens pode ser alto demais:
    • Processo que ocupa muita memória; ou
    • Processo que efetua muitas requisições invocará muitas vezes a função de imagem no disco
  • Processos que interagem com usuários finais: imagine perder tudo que digitou no editor de textos nos últimos 10 minutos.
  • Processos que interagem com outros processos: exemplo (comunicação em uma rede). Se um processo regredir, a comunicação pode ser totalmente perdida.

Recuperação por Meio de Eliminação de Processos

• Método radical.
• Sempre que um ciclo é identificado no grafo, o S.O. mata um processo.
• Se o ciclo ainda existir, ele mata outro, até quebrar o ciclo, eliminando consequentemente o deadlock.
• O S.O. tem que ter o cuidado de não matar processos que não pertencem ao ciclo.
• Amenizando os efeitos da eliminação de processos:
  • Prioridades podem ser definidas entre processos.
  • Ou seja, indicar a ordem de importância entre os processos, para minimizar os efeitos colaterais na eliminação do deadlock.
  • Exemplo: um compilador sempre pode ser reexecutado sem problemas, então, sua prioridade pode ser baixa.