Manejo De Memoria en UNIX

Manejo De Memoria en UNIX

Dependiendo de la computadora en la que se ejecute, Unix utiliza dos técnicas de manejo de memoria: swapping y memoria virtual.
Lo estándar en Unix es un sistema de intercambio de segmentos de un proceso entre memoria principal y memoria secundaria, llamado swapping lo que significa que se debe mover la imagen de un proceso al disco si éste excede la capacidad de la memoria principal, y copiar el proceso completo a memoria secundaria. Es decir, durante su ejecución, los procesos son cambiados de y hacia memoria secundaria conforme se requiera.
Si un proceso necesita crecer, pide más memoria al sistema operativo y se le da una nueva sección, lo suficientemente grande para acomodarlo. Entonces, se copia el contenido de la sección usada al área nueva, se libera la sección antigua y se actualizan las tablas de descriptores de procesos. Si no hay suficiente memoria en el momento de la expansión, el proceso se bloquea temporalmente y se le asigna espacio en memoria secundaria. Se copia a disco y, posteriormente, cuando se tiene el espacio adecuado – lo cual sucede normalmente en algunos segundos – se devuelve a memoria principal.
Está claro que el proceso que se encarga de los intercambios entre memoria y disco (llamado swapper) debe ser especial y jamás podrá perder su posición privilegiada en la memoria central. El Kernel se encarga de que nadie intente siquiera interrumpir este proceso, del cual dependen todos los demás. Este es el proceso 0 mencionado antes. Cuando se decide traer a la memoria principal un proceso en estado de "listo para ejecutar", se le asigna memoria y se copian allí sus segmentos. Entonces, el proceso cargado compite por el procesador con todos los demás procesos cargados. Si no hay suficiente memoria, el proceso de intercambio examine la tabla de procesos para determinar cuál puede ser interrumpido y llevado al disco.
Hay una pregunta que surge entonces es ¿cuál de los posibles procesos que están cargados será desactivado y cambiado a memoria secundaria? Los procesos que se eligen primero son aquellos que están esperando operaciones lentas (E/S), o que llevan cierto tiempo sin haberse movido al disco. La idea es tratar de repartir en forma equitativa las oportunidades de ejecución entre todos los procesos, tomando en cuenta sus historias recientes y sus patrones de ejecución.
Otra pregunta es ¿cuál de todos los procesos que están en el disco será traído a memoria principal?. La decisión se toma con base en el tiempo de residencia en memoria secundaria. El proceso más antiguo es el que se llama primero, con una pequeña penalización para los grandes.
Cuando Unix opera en máquinas más grandes, suele disponer de manejo de memoria de paginación por demanda. En algunos sistemas el tamaño de la página en Unix es de 512 bytes; en otros, de 1024. Para reemplazo se usa un algoritmo que mantiene en memoria las páginas empleadas más recientemente.
Un sistema de paginación por demanda ofrece muchas ventajas en cuanto a flexibilidad y agilidad en la atención concurrente de múltiples procesos y proporciona, además, memoria virtual, es decir, la capacidad de trabajar con procesos mayores que el de la memoria central. Estos esquemas son bastante complejos y requieren del apoyo de hardware especializado.

Manejo de entradas y salidas en UNIX

 

El sistema de entrada/salida se divide en dos sistemas complementarios: el estructurado por bloques y el estructurado por caracteres. El primero se usa para manejar cintas y discos magnéticos, y emplea bloques de tamaño fijo (512 o 1024 bytes) para leer o escribir. El segundo se utiliza para atender a las terminales, líneas de comunicación e impresoras, y funciona byte por byte.
En general, el sistema Unix emplea programas especiales (escritos en C) conocidos como manejadores (drivers) para atender a cada familia de dispositivos de E/S. Los procesos se comunican con los dispositivos mediante llamadas a su manejador. Además, desde el punto de vista de los procesos, los manejadores aparecen como si fueran archivos en los que se lee o escribe; con esto se logra gran homogeneidad y elegancia en el diseño.
Cada dispositivo se estructura internamente mediante descriptores llamados número mayor, número menor y clase (de bloque o de caracteres). Para cada clase hay un conjunto de entradas, en una tabla, que aporta a los manejadores de los dispositivos. El número mayor se usa para asignar manejador, correspondiente a una familia de dispositivos; el menor pasa al manejador como un argumento, y éste lo emplea para tener acceso a uno de varios dispositivos físicos semejantes.
Las rutinas que el sistema emplea para ejecutar operaciones de E/S están diseñadas para eliminar las diferencias entre los dispositivos y los tipos de acceso. No existe distinción entre acceso aleatorio y secuencial, ni hay un tamaño de registro lógico impuesto por el sistema. El tamaño de un archivo ordinario está determinado por el número de bytes escritos en él; no es necesario predeterminar el tamaño de un archivo.
El sistema mantiene una lista de áreas de almacenamiento temporal (buffers), asignadas a los dispositivos de bloques. El Kernel usa estos buffers con el objeto de reducir el tráfico de E/S. Cuando un programa solicita una transferencia, se busca primero en los buffers internos para ver si el bloque que se requiere ya se encuentra en la memoria principal (como resultado de una operación de lectura anterior). Si es así, entonces no será necesario realizar la operación física de entrada o salida.
Existe todo un mecanismo de manipulación interna de buffers (y otro de manejo de listas de bytes), necesario para controlar el flujo de datos entre los dispositivos de bloques (y de caracteres) y los programas que los requieren.
Por último, y debido a que los manejadores de los dispositivos son programas escritos en lenguaje C, es relativamente fácil reconfigurar el sistema para ampliar o eliminar dispositivos de E/S en la computadora, así como para incluir tipos nuevos.