Paginación por demanda

En los sistemas operativos de computadoras , la paginación a demanda (en oposición a la paginación anticipatoria ) es un método de administración de memoria virtual . En un sistema que utiliza paginación a demanda, el sistema operativo copia una página de disco en la memoria física solo cuando se intenta acceder a ella y esa página no está ya en la memoria ( es decir , si se produce un fallo de página ). De esto se deduce que un proceso comienza la ejecución sin ninguna de sus páginas en la memoria física y desencadena muchos fallos de página hasta que la mayoría de su conjunto de páginas de trabajo está presente en la memoria física. Este es un ejemplo de una técnica de carga diferida .

Concepto básico

La paginación por demanda solo trae páginas a la memoria cuando un proceso en ejecución las solicita. Esto suele denominarse carga diferida , ya que solo las páginas solicitadas por el proceso se intercambian del almacenamiento secundario a la memoria principal . Contraste esto con el intercambio puro, donde toda la memoria de un proceso se intercambia del almacenamiento secundario a la memoria principal cuando el proceso se inicia o reanuda la ejecución.

Generalmente, para lograr este proceso se utiliza una unidad de administración de memoria . La unidad de administración de memoria asigna la memoria lógica a la memoria física . Las entradas de la unidad de administración de memoria incluyen un bit que indica si una página es válida o no. Una página válida es aquella que reside actualmente en la memoria principal. Una página no válida es aquella que reside actualmente en la memoria secundaria. Cuando un proceso intenta acceder a una página, generalmente se siguen los siguientes pasos:

Intentar acceder a la página.
Si la página es válida (en la memoria), continúe procesando la instrucción de manera normal.
Si la página no es válida, se produce una trampa de error de página .
Comprueba si la referencia de memoria es una referencia válida a una ubicación en la memoria secundaria. Si no lo es, el proceso finaliza ( acceso ilegal a la memoria ). De lo contrario, tenemos que paginar en la página requerida.
Programe la operación del disco para leer la página deseada en la memoria principal.
Reinicie la instrucción que fue interrumpida por la trampa del sistema operativo.

Ventajas

Solicitar paginación, en lugar de cargar todas las páginas inmediatamente:

Sólo carga las páginas que solicita el proceso en ejecución.
Como hay más espacio en la memoria principal, se pueden cargar más procesos, lo que reduce el tiempo de cambio de contexto , que utiliza grandes cantidades de recursos.
Se produce una menor latencia de carga al iniciar el programa, ya que se accede a menos información desde el almacenamiento secundario y se lleva menos información a la memoria principal.
Como la memoria principal es más cara que la memoria secundaria, esta técnica ayuda a reducir significativamente el costo de la lista de materiales (BOM) en los teléfonos inteligentes, por ejemplo. El sistema operativo Symbian tenía esta característica.

Desventajas

Los programas individuales enfrentan una latencia adicional cuando acceden a una página por primera vez.
Es posible que los sistemas integrados de bajo costo y bajo consumo de energía no tengan una unidad de administración de memoria que admita el reemplazo de páginas.
La gestión de memoria con algoritmos de reemplazo de páginas se vuelve un poco más compleja.
Posibles riesgos de seguridad, incluida la vulnerabilidad a ataques de sincronización ; véase Percival, Colin (13 de mayo de 2005). Cache missing for fun and profit (PDF) . BSDCan 2005.(específicamente el ataque a la memoria virtual en la sección 2).
Problemas de transferencia de datos que pueden producirse debido a fallos repetidos en la página.