Paginación de memoria

En sistemas operativos de computadoras, los sistemas de paginación de memoria dividen los programas en pequeñas partes o páginas. Del mismo modo, la memoria es dividida en trozos del mismo tamaño que las páginas llamados marcos de página. De esta forma, la cantidad de memoria desperdiciada por un proceso es el final de su última página, lo que minimiza la fragmentación interna y evita la externa.En un momento cualquiera, la memoria se encuentra ocupada con páginas de diferentes procesos, mientras que algunos marcos están disponibles para su uso. El sistema operativo mantiene una lista de estos últimos marcos, y una tabla por cada proceso, donde consta en qué marco se encuentra cada página del proceso. De esta forma, las páginas de un proceso pueden no estar contiguamente ubicadas en memoria, y pueden intercalarse con las páginas de otros procesos.En la tabla de páginas de un proceso, se encuentra la ubicación del marco que contiene a cada una de sus páginas. Las direcciones lógicas ahora se forman como un número de página y de un desplazamiento dentro de esa página (conocido comúnmente como offset). El número de página es usado como un índice dentro de la tabla de páginas, y una vez obtenida la dirección del marco de memoria, se utiliza el desplazamiento para componer la dirección real o dirección física. Este proceso se realiza en una parte del computador específicamente diseñada para esta tarea, es decir, es un proceso hardware y no software.De esta forma, cuando un proceso es cargado en memoria, se cargan todas sus páginas en marcos libres y se completa su tabla de páginas. Veamos un ejemplo:La tabla de la derecha muestra una posible configuración de la memoria en un momento dado, con páginas de 4Kb. La forma en que se llegó a este estado puede haber sido la siguiente:Se tienen cuatro procesos, llamados A, B, C y D, que ocupan respectivamente 3, 2, 2 y 3 páginas. El programa A se carga en memoria (se le asignan los marcos 0, 1 y 2) El programa B se carga en memoria (se le asignan los marcos 3 y 4) El programa C se carga en memoria (se le asignan los marcos 5 y 6) El programa B termina, liberando sus páginas El programa D se carga en memoria (se le asignan los marcos 3 y 4 que usaba el proceso B y el marco 7 que permanecía libre)De esta forma, las tablas simplificadas de cada proceso se ven de esta forma:Ahora consideremos qué sucede cuando un programa quiere acceder a su memoria. Si el programa A contiene una referencia a la memoria con dirección 20FE, se realizará el siguiente procedimiento.20FE es 0010000011111110 en notación binaria (en un sistema de 16 bit), y en el ejemplo se están usando páginas de 4Kb de tamaño. Cuando la petición de la dirección de memoria 20FE es realizada, la Unidad de Gestión de memoria se ve de esta forma:0010000011111110 = 20FE|__||__________| | | | v | Posición de memoria dentro de la página (0FE) vNúmero de página (0010 = 2)* n = bits de la @ lógica -log2(número de palabras de una página).* V: bit de validez.* P: bit de persistencia.* L: bit de derecho a lectura.* E: bit de derecho a escritura.* M: bit de modificación.Al usar páginas de 4096 bytes, todas las ubicaciones dentro de una página pueden ser representadas por 12 bits, en el sistema binario (212=4096), lo que deja 4 bits para representar el número de página. Si las páginas hubieran sido de la mitad del tamaño (2048) se podrían tener 5 bits para el número de página, lo que significa que a menor tamaño de página se pueden tener tablas con más páginas.Cuando el pedido de acceso a memoria es realizado, la MMU busca en la tabla de páginas del proceso que realizó el pedido por la relación en memoria física. En nuestro ejemplo, la página número 2 del proceso A corresponde al marco número 2 en memoria física, con dirección real 1000:2000, por lo tanto, la MMU devolverá la dirección del marco en memoria física, con el desplazamiento dentro de esa página: 1000:20FE.