Gerenciamento de Memória - Revisitando o MS-DOS

Como vimos na descrição do 8086, as primeiras versões do MS-DOS eram bastante pobres em termos de gerenciamento de memória. O DOS em si não evoluiu muito em relação a isto. Até o seu final (?), o DOS se restringiu a gerenciar de forma muito simples os primeiros 640K de Ram (o que veio a ser chamado de memória convencional).

Entretanto, muito cedo se percebeu que era errado dizer que "640K é toda a memória que alguem vai precisar" (como teria afirmado Bill Gates). O resultado foi uma série de complementos para aumentar a memória disponível para programas rodando sob o DOS.

EMS - Expanded Memory Specification

Definido em conjunto por Microsoft, Intel e Lotus*, a especificação EMS define uma forma de programas solicitarem a um driver remapear um bloco de memória no primeiro 1M de endereçamento. Tipicamente este bloco era mapeado em alguma região não usada na parte alta da memória, entre a memória da placa de vídeo e o BIOS.

Inicialmente isto era feito através de hardware especial, usando o chaveamento de bancos (que já vimos quando falamos do 8080). A partir do 386 é possível fazer um driver EMS usando os recursos de gerenciamento do processador.

* para os mais novos, a Lotus era uma das grandes empresas de software do início do PC, graças à planilha eletrônica 123. Infelizmente, seus outros produtos não tiveram muito sucesso e ela não conseguiu fazer uma transição bem sucedida para o Windows. Acabou comprada pela IBM.

Extended Memory e VDISK

A memória acima do primeiro 1M era denominada Extended Memory no tempo do DOS. A forma correta de acessar esta memória é colocando o processador no modo protegido.

Ao lançar o PC-AT a IBM forneceu os seguintes suportes à memória acima de 1M:

• Foi incluída no BIOS uma função para informar o tamanho total da memória.
• Foi incluída no BIOS uma função para copiar dados entre a memória convencional e a extendida. Isto era feito colocando o processador 286 no modo protegido, fazendo a cópia e gerando um reset para voltar ao modo real.
• Junto com o PC-DOS (versão do MS-DOS customizada pela IBM) vinha um driver chamado VDISK que simulava um disco na memória acima de 1M, usando a função de cópia do BIOS.

Além dos inconvenientes do reset do processador, isto não criava uma interface padrão para vários programas compartilharem a memória acima de 1M. A solução adotada pela maioria dos programas foi alocar memória a partir dos endereços mais altos e interceptar a função do BIOS que informa o tamanho da memória para esconder a parte alocada.

HMA - High Memory Area

Como vimos quando falamos no 286, os primeiros 64K acima de 1M podem ser acessados no modo real, graças a uma pequena falha do 286 em emular o 8086.

UMB - Upper Memory Blocks

Com o 386 passou a ser possível mapear RAM para todos os espaços livres acima de 640K. Embora esta memória pudesse ser gerenciada por um driver EMS, uma outra forma era usar as funções normais de alocação do DOS, incluindo estes blocos na memória alta (UMBs) na lista de blocos gerenciados pelo DOS.

XMS - eXtended Memory Specification

A XMS fornece uma interface para coordenar o uso da memória não convencional (UMBs, HMA e Extended).

Gerenciadores de Memória

No mundo DOS, um gerenciador de memória é um device driver que usa os recursos do 386 para implementar os recursos que acabamos de ver. Inicialmente eram vendidos à parte do sistema operacional; a Microsoft o incluiu no MS-DOS a partir da versão 5.

O principal objetivo dos gerenciadores de memória era aumentar a memória livre abaixo de 1M para os programas. Alguns gerenciadores eram bastante agressivos nisto, por exemplo mapeando dinamicamente parte do BIOS para dentro ou para fora.

Á medida em que foram surgindo programas que usavam o modo protegido sob o DOS, os gerenciadores passaram a ser importantes como forma de coordenação do uso da memória, implementando a XMS.

A Microsoft utilizava dois drivers para o gerenciamento de memória no DOS e no Windows 16 bits:

• HIMEM.SYS é responsável pelo gerenciamento em si, controlando o acesso à HMA, o controle da linha A20 de endereçamento e o uso da memória extendida. Para isto ele implementa a XMS, exceto pela parte referente aos UMBs.
  

• EMM386.EXE é quem controla os recursos de mapeamento da memória do 386, podendo implementar a EMS e criar UMBs.

DOS Extenders

As soluções vistas até agora possibilitam apenas acessar em pequenas porções a memória acima de 1M. Embora sejam razoáveis para armazenar dados, são totalmente desajeitadas para código.

Uma solução melhor, e mais radical, é rodar sob o DOS uma aplicação no modo protegido. A grande complicação é que o DOS em si não pode ser rodado no modo protegido. Além disso, o DOS não consegue acessar diretamente a memória acima de 1M.

Vários sistemas foram criados para permitir isto (um exemplo muito conhecido é o Windows 16 bits). Diversas empresas se especializaram em vender bibliotecas e até compiladores para isto, os chamados DOS Extenders.

Alguns DOS Extender suportavam até o 286. Neste caso, quando as aplicações protegidas chamavam as funções do DOS, o processador precisava ser ressetado para retornar ao modo real.

Para o 386 existiam DOS Extenders com suporte a 16 e/ou 32 bits. As chamadas ao DOS podiam ser implementadas retornando o processador ao modo real ou usando o modo 8086 virtual.

Concluindo

De uma forma geral, o gerenciamento de memória sob o DOS era um conjunto de "adpatações técnicas" (tb conhecidas como "gambiarras") e o resultado era bastante instável.

No final da vida do DOS, as coisas estavam bastante complicadas. A VGA ocupava uma parte considerável da memória acima dos 640K e eram precisos drivers para as placas de som e rede e para o CD. Discos de boot (disquete com o DOS configurado de uma forma toda especial) era comum para quem gostava de jogar os jogos mais modernos (como Doom ou Duke Nuken 3D).

A vida para quem programava para Windows 16 bits não era muito melhor, como veremos na próxima parte.