3.2 Memoria real

La organización y administración de la “memoria principal ”, “memoria primaria” o “memoria real” de un sistema ha sido y es uno de los factores más importantes en el diseño de los S. O.
Los términos “memoria” y “almacenamiento” se consideran equivalentes.
Los programas y datos deben estar en el almacenamiento principal para:
Poderlos ejecutar.
Referenciarlos directamente.
Se considera “almacenamiento secundario” o “almacenamiento auxiliar” al generalmente soportado en discos.
Los hechos demuestran que generalmente los programas crecen en requerimientos de memoria tan rápido como las memorias:
“Ley de Parkinson parafraseada”: Los programas se desarrollan para ocupar toda la memoria disponible para ellos.
La parte del S. O. que administra la memoria se llama “administrador de la memoria”:
Lleva un registro de las partes de memoria que se están utilizando y de aquellas que no.
Asigna espacio en memoria a los procesos cuando estos la necesitan.
Libera espacio de memoria asignada a procesos que han terminado.
La organización y administración de la “memoria principal”, “memoria primaria” o “memoria real” de un sistema ha sido y es uno de los factores mas importantes en el diseño de los S. O. (Ver la figura 3.2.1) 
        Los términos “memoria” y “almacenamiento” se consideran equivalentes. 
        Los programas y datos deben estar en el almacenamiento principal para:
Poderlos ejecutar.
Referenciarlos directamente

Organización del Almacenamiento
Históricamente el almacenamiento principal se ha considerado como un recurso costoso, por lo cual su utilización debía optimizarse
Por organización del almacenamiento se entiende la manera de considerar este almacenamiento:
¿Se coloca un solo programa de usuario o varios ?.
Si se encuentran varios programas de usuario:
¿ se concede a cada uno la misma cantidad de espacio o se divide el almacenamiento en porciones o “particiones” de diferente tamaño ?.
¿ se utilizará un esquema rígido de número y tamaño de particiones o un esquema dinámico y adaptable ?.
¿ se requerirá que los trabajos de los usuarios sean diseñados para funcionar en una partición específica o se permitirá que se ejecuten en cualquiera donde quepan ?.
¿ se requerirá o no que cada trabajo sea colocado en un bloque contiguo de memoria ?.

Administración del Almacenamiento

Independientemente del esquema de organización hay que decidir las estretégias que se utilizaran para optimizar el rendimiento.
Las “estrategias de administración” deben considerar:
¿ cuándo se consigue un nuevo programa para colocar en la memoria ?:
¿ cuando el sistema lo pide específicamente o se intenta anticiparse a las peticiones ?.
¿ dónde se colocará el programa que se ejecutará a continuación ?:
¿ se prioriza el tiempo de carga o la optimización en el uso del almacenamiento ?.
¿ con qué criterio se desplazarán programas ?.

Jerarquía de Almacenamiento
Los programas y datos tienen que estar en la memoria principal para poder ejecutarse o ser referenciados
Los programas y datos que no son necesarios de inmediato pueden mantenerse en el almacenamiento secundario.
El almacenamiento principal es más costoso y menor que el secundario pero de acceso más rápido.
Los sistemas con varios niveles de almacenamiento requieren destinar recursos para administrar el movimiento de programas y datos entre niveles.

Estrategias de Administración del Almacenamiento
Están dirigidas a la obtención del mejor uso posible del recurso del almacenamiento principal.
Se dividen en las siguientes categorías:
Estrategias de búsqueda:
Estrategias de búsqueda por demanda.
Estrategias de búsqueda anticipada.
Estrategias de colocación.
Estrategias de reposición.
Las “estrategias de búsqueda” están relacionadas con el hecho de cuándo obtener el siguiente fragmento de programa o de datos para su inserción en la memoria principal.
En la “búsqueda por demanda” el siguiente fragmento de programa o de datos se carga al almacenamiento principal cuando algún programa en ejecución lo referencia.
Se considera que la “búsqueda anticipada” puede producir un mejor rendimiento del sistema.
Las “estrategias de colocación” están relacionadas con la determinación del lugar de la memoria donde se colocará (cargará) un programa nuevo.
Las “estrategias de reposición” están relacionadas con la determinación de qué fragmento de programa o de datos desplazar para dar lugar a los programas nuevos.
   
   1._ Asignación Contigua de Almacenamiento Versus No Contigua
En la “asignación contigua” cada programa ocupa un bloque contiguo y sencillo de localizaciones de almacenamiento.
En la “asignación no contigua” un programa se divide en varios bloques o “segmentos” que pueden almacenarse en direcciones que no tienen que ser necesariamente adyacentes, por lo que es más compleja pero más eficiente que la asignación continua. 
   2._ Asignación Contigua de Almacenamiento de Un Solo Usuario
Se consideran S. O. que ya poseen desarrollado el “sistema de control de entrada / salida”: IOCS: input / output control system.

El tamaño de los programas está limitado por la cantidad de memoria principal, pero se puede superar este límite con técnicas de“recubrimientos”, con las siguientes características:
Si una sección particular del programa ya no es necesaria, se carga otra sección desde el almacenamiento secundario ocupando las áreas de memoria liberadas por la sección que ya no se necesita.
La administración manual por programa del recubrimiento es complicada y dificulta el desarrollo y el mantenimiento.
  Protección en los sistemas de un solo usuario
El usuario tiene un completo control sobre la totalidad del almacenamiento principal:
El almacenamiento se divide en porciones que contienen el S. O., el programa del usuario y una porción sin usar.
El programa del usuario podría destruir áreas del S. O. que podrían:
Detener el sistema.
Producir salidas erróneas.
El S. O. debe estar protegido contra el proceso usuario:
La protección se instrumenta mediante un “registro de límites” incorporado a la cpu:
Contiene la dirección de la instrucción más alta utilizada por el S. O.
Si se intenta ingresar al S. O. la instrucción es interceptada y el proceso finaliza.
       
  Procesamiento por lotes de flujo único
Los sistemas de un solo usuario se dedican a un trabajo durante más tiempo del que toma su ejecución.
Los trabajos requieren de:
“tiempo de instalación”: el necesario para preparar el entorno operativo requerido.
“tiempo de descarga”: el necesario para desmontar el entorno operativo que fue requerido.
Durante la instalación y descarga de los trabajos la cpu no está ejecutando dichos trabajos requeridos, por lo cual:
Automatizar la “transición de trabajo a trabajo” reduce la cantidad de tiempo perdido entre trabajos.
Surgieron los sistemas de “procesamiento por lotes”.
En el “procesamiento por lotes de flujo único” los trabajos se agrupan en “lotes” encolándose para su ejecución.
El “procesador de flujos de trabajos”:
Lee las instrucciones del “lenguaje de control de trabajos”.
Facilita la preparación del trabajo siguiente.
Emite instrucciones al operador del sistema.
Automatiza funciones anteriormente manuales.
Cuando finaliza un trabajo efectúa las “operaciones de mantenimiento” apropiadas para facilitar la transición del siguiente trabajo.
   
 Multiprogramación de Partición Fija
Los sistemas de un solo usuario desperdician gran cantidad de recursos computacionales debido a que:
Cuando ocurre una petición de e / s la cpu normalmente no puede continuar el proceso hasta que concluya la operación de e / s requerida.
Los periféricos de e / s frenan la ejecución de los procesos ya que comparativamente la cpu es varios órdenes de magnitud más rápida que los dispositivos de e / s.

Los sistemas de “multiprogramación” permiten que varios procesos usuarios compitan al mismo tiempo por los recursos del sistema:
Un trabajo en espera de e / s cederá la cpu a otro trabajo que esté listo para efectuar cómputos.
Existe paralelismo entre el procesamiento y la e / s.
Se incrementa la utilización de la cpu y la capacidad global de ejecución del sistema.
Es necesario que varios trabajos residan a la vez en la memoria principal.

1.- Multiprogramación de Partición Fija: Traducción y Carga Absolutas

Las “particiones” del almacenamiento principal:
Son de tamaño fijo.
Alojan un proceso cada una.
La cpu se cambia rápidamente entre los procesos creando la ilusión de simultaneidad.
Los trabajos se traducían con ensambladores y compiladores absolutos para ser ejecutados solo dentro de una partición específica.
El S. O. resulta de implementación relativamente sencilla pero no se optimiza la utilización de la memoria.

   2.-  Multiprogramación de Partición Fija: Traducción y Carga Relocalizables
Los compiladores, ensambladores y cargadores de relocalización:
Se usan para producir programas relocalizables que puedan ser ejecutados en cualquier partición disponible de tamaño suficiente para aceptarlos (ver Figura 3.6).
Son más complejos que los absolutos.
Mejoran la utilización del almacenamiento.
Confieren más flexibilidad en el armado de la carga de procesos.
     3.- Protección en los Sistemas de Multiprogramación
Si se utiliza asignación contigua de memoria la protección suele implementarse con varios “registros de límites” .
Los extremos superior e inferior de una partición pueden ser:
Delineados con dos registros.
Indicados el límite inferior o superior y el tamaño de la partición o región.
  4.- Fragmentación en la Multiprogramación de Partición Fija
La “fragmentación de almacenamiento” ocurre en todos los sistemas independientemente de su organización de memoria.
En los S. O. de multiprogramación de partición fija la fragmentación se produce cuando:
Los trabajos del usuario no llenan completamente sus particiones designadas.
Una partición permanece sin usar porque es demasiado pequeña para alojar un trabajo que está en espera.


Multiprogramación de Partición Variable
Los procesos ocupan tanto espacio como necesitan, pero obviamente no deben superar el espacio disponible de memoria.

No hay límites fijos de memoria, es decir que la partición de un trabajo es su propio tamaño.
Se consideran “esquemas de asignación contigua”, dado que un programa debe ocupar posiciones adyacentes de almacenamiento.
Los procesos que terminan dejan disponibles espacios de memoria principal llamados “agujeros”:
Pueden ser usados por otros trabajos que cuando finalizan dejan otros “agujeros” menores.
En sucesivos pasos los “agujeros” son cada vez más numerosos pero más pequeños, por lo que se genera un desperdicio de memoria principal.