Etienne Tremblay

1
Etienne Tremblay

• Ordinateurs, Structure et Applications

GIF-16116
Cours 15, Gestion de la mémoire
Université Laval, Hiver 2007
2
Rappel Allocation de la mémoire pour le DOS

• La mémoire du DOS est séparée en deux une partie
  pour le système dopération,
• Nous avons vu que le DOS allouait de la mémoire
  pour un seul programme à la fois.
• Le programme exécuté est segmenté (Le DOS a été
  construit pour fonctionner avec le 8086 qui opère
  avec des segments).

3
Rappel Allocation de la mémoire pour Minos

• La mémoire du MINOS est séparée en six partitions
  de taille fixe.
• Une partition de MINOS est réservée au système
  dexploitation. Les cinq autres partitions
  contiennent des programmes.
• Lusager décide où seront placés les programmes
  en mémoire. Minos se contente de vérifier les
  tailles des programmes afin de sassurer quelles
  ne dépassent pas la taille de la partition.

4
Allocation contiguë et translation dadresse

• Lallocation contiguë de mémoire consiste à
  placer les programmes entiers dans une zone
  unique de la mémoire.
• Chaque programme a ses adresses internes (adresse
  logique) et une adresse réelle (adresse physique)
  en mémoire.
• Pour faire la transition entre ladresse réelle
  et ladresse logique, le MMU (voir le cours 3)
  peut être conçu de façon très simple il suffit
  de dadditionner ladresse de base du programme
  (sa première adresse dans la mémoire physique) à
  son adresse dans le programme. Il sagit dune
  translation dadresse.

5
Allocation contiguë, partitions de taille
variable ou fixe

• Lespace mémoire pour les programmes peut être
  alloué dans des partitions de tailles fixes.
  Lemplacement des partitions est alors
  prédéterminé.
• Lespace mémoire pour les programmes peut être
  alloué dans des partitions de tailles variables.
  Dans ce cas, les partitions sont créées de la
  même taille que les programmes quelles
  contiennent. Cela implique que lemplacement de
  chaque partition est variable.
• Lallocation contiguë de mémoire dans des
  partitions à taille fixe est la méthode
  dallocation de mémoire la plus simple, mais
  beaucoup despace peut être perdu si les
  programmes chargés en mémoire sont plus petits
  que les partitions. Lallocation contiguë de
  mémoire dans des partitions de taille variable
  est mieux, mais plus difficile à gérer. Par
  exemple, il faut maintenir une liste des espaces
  mémoires disponibles.

6
Fragmentation de la mémoire

• On définit un bloc de mémoire comme était un
  espace contigu de mémoire.
• La fragmentation de mémoire est une mesure du
  nombre de blocs de la mémoire qui sont libres
  (qui ne contiennent pas le OS ou un processus).
  Une mémoire fragmentée est une mémoire dans
  laquelle plusieurs blocs de mémoires non
  contiguës sont libres.
• Lallocation contiguë de partitions à taille fixe
  crée de la fragmentation interne. Entre chaque
  partition de taille fixe, un peu de mémoire est
  perdue parce que le programme contenu dans la
  partition na pas nécessairement la même taille
  que la partition.
• Lallocation contiguë de partitions à taille
  variable crée de la fragmentation externe.
  Lorsquun programme est retiré de la mémoire, il
  laisse un bloc de mémoire libre. Il est possible,
  par la suite, que ce bloc soit rempli
  partiellement par un processus de taille moindre
  (dans une nouvelle partition). Il reste alors de
  la mémoire libre à lextérieur des partitions.
• Une mémoire très fragmentée est une mémoire lente
  et une mémoire dans laquelle des blocs
  (programmes) de grandes dimensions ne peuvent
  plus être mis, car lespace libre est répartie
  partout dans le mémoire. Il existe des méthodes
  de compaction (pour la mémoire) et
  défragmentation (pour un disque dur) afin de
  réduire la fragmentation.

7
Un mot sur les algos dordonnancement de la
mémoire

• Il existe plusieurs algorithmes afin de
  déterminer lemplacement dun programme en
  mémoire (allocation contiguë). Le but de tous ces
  algorithmes est de maximiser lespace mémoire
  occupé.
• First Fit Le programme est mis dans le premier
  bloc de mémoire suffisamment grand à partir du
  début de la mémoire.
• Next Fit Le programme est mis dans le premier
  bloc de mémoire suffisamment grand à partir du
  dernier bloc alloué.
• Best Fit Le programme est mis dans le bloc de
  mémoire le plus petit dont la taille est
  suffisamment grande pour lespace requis.
• Worse Fit Le programme est mis dans le bloc de
  mémoire le plus grand.
• Même si Best Fit semble le meilleur, ce nest pas
  lalgo retenu en pratique il demande trop de
  temps de calcul. Par ailleurs, Next Fit crée plus
  de fragmentation que First Fit. Aussi First Fit,
  malgré sa simplicité apparente, est souvent
  utilisé.

8
Mémoire paginée

• Un gros programme peut être difficile à placer de
  manière contiguë en mémoire. La solution à ce
  problème consiste à séparer le programme en
  petite parties de taille fixes des pages. Chaque
  partie se retrouve à un endroit différent de la
  mémoire.
• Il faut maintenir une table de correspondance
  entre les pages des programmes et les pages de la
  mémoire (appelées frames). La table de
  correspondance sappelle Table des pages (page
  table). Il peut exister une table par programme
  ou une table pour tous les programmes.
• Le principe de localité (les prochaines
  instructions à exécuter dun programme sont
  probablement adjacentes à linstruction en cours)
  permet de conclure quavoir quelques pages dun
  programme seulement dans la mémoire physique est
  suffisant. Ainsi mettre une partie seulement du
  programme dans la mémoire peut permettre
  déconomiser de lespace mémoire précieux.
• Ajouter de linformation dans la table des pages
  permet de dire si les pages dun programme sont
  dans la mémoire ou encore sur le disque. Cet
  ajout conduit au concept de mémoire virtuelle
  présenté dans le cours 3.

9
Allocation, désallocation et remplacement de pages

• Les pages allouées à un programme peuvent se
  retrouver séparées dans la mémoire. Lallocation
  de pages est très simple il suffit de maintenir
  une liste des pages libres et de retirer une page
  libre pour lallouer.
• Il est possible que plusieurs programmes
  utilisent une même page sils ont du code en
  commun.
• Désallouer des pages est simple il suffit de
  mettre une page dans les pages libres.
• Une faute de page survient lorsque la page dun
  programme qui est requise nest pas en mémoire.
  Si toute la mémoire est occupée, il faut
  remplacer une autre page par la page requise.
  Plusieurs algorithmes permettent de déterminer
  quelle page sera remplacée. Par exemple, il est
  possible de remplacer la page qui a été
  inutilisée depuis le plus long temps ou il est
  possible de remplacer la plus vieille page
  allouée.

10
Table des pages
Tiré de The architecture of computer hardware
and software, p. 484
11
Illustration de la mémoire virtuelle
Tiré de The architecture of computer hardware
and software, p. 484
12
Traduction dadresse, MMU et TLB

• Le MMU dune mémoire paginée est plus complexe
  que celui dune mémoire allouée de façon
  contiguë. En effet, pour tous les accès à la
  mémoire, il faut accéder à la table de pages afin
  de décoder ladresse à lire. Comme la table de
  page est souvent volumineuse, elle est elle-même
  en mémoire il faut faire deux lectures de la
  mémoire pour aller chercher une instruction, ce
  qui est très long et quasi-inadmissible.
• Le TLB, Translation Lookaside Buffer, est une
  table de registres très rapides à lintérieur du
  CPU. Le TLB contient quelques entrées de la table
  de pages, les dernières utilisées. Il sagit
  dune forme de cache. Pour faire de la traduction
  dadresse, le MMU regarde dabord si la page à
  traduire est dans le TLB. Puisque le TLB contient
  les dernières entrées de la page de table
  utilisées, alors le MMU y trouve presque toujours
  la page à lire. Lorsquun hit se produit dans le
  TLB, le temps daccès à la mémoire nest pas
  augmenter par la pagination.

13
Table des pages inversée

• Pour plusieurs raisons, il peut être utile de
  savoir quel page de quel processus utilise quel
  page physique. Afin davoir cette information, il
  faut construire une page de table inversée. Une
  page de table inversée est donc une table pour
  laquelle lindice de la table est un numéro de
  frame et le contenu de la table est une page de
  processus.
• La taille dune page de table inversée est fixe
  et directement proportionnelle à la taille de la
  mémoire ou à la taille des pages.

14
Segmentation

• Il est possible de séparer la mémoire physique en
  segments plutôt quen page. Les segments sont
  identifiés par des registres spéciaux (comme par
  exemple CS,DS,ES et SS du 8086).
• Pour le 8086, les registres segments sont
  multipliés par 16 afin dobtenir ladresse de
  base dun segment.
• Pour les processeurs x86 plus récents (ex.
  pentium) les registres segments sont en fait des
  sélecteurs ils contiennent un numéro de segment.
  À partir de ce numéro, ladresse de base dun
  segment est extraite dune table, la table des
  segments.

15
Segmentation vs pagination

• Les segments sont décrits par des registres et
  une petite table de segments alors que les pages
  sont décrites par une table volumineuse.
• La méthode de calcul de ladresse physique en
  fonction de ladresse logique nest pas la même
  pour la segmentation que pour la pagination
• Pour la pagination, le numéro de page est
  remplacé par un numéro de frame et loffset est
  conservé afin dobtenir ladresse physique.
• Pour la segmentation, le numéro de segment permet
  de déterminer une adresse qui est additionnée à
  loffset afin dobtenir ladresse physique.

16
Segmentation vs pagination (système 16 bits)
17
Adresse dun programme vs adresse de mémoire

• Lorsquun programme est écrit, des références à
  des adresses logiques ou variables/fonctions sont
  définis.
• Lors de la compilation, un fichier objet est
  créé. Le fichier objet contient le code et des
  tables pour les références.
• Léditeur de lien utilise le code et les tables
  de plusieurs fichiers objets afin de construire
  un programme.
• Le programme est sur le disque dur. Lorsquil est
  chargé en mémoire à plusieurs endroits ou même à
  un seul, les adresses du programmes ne
  correspondent pas nécessairement aux adresses de
  la mémoire le MMU fera la translation entre
  ladresse contenue dans le programme et ladresse
  physique.
• Ladresse utilisée dans le code dun programme
  est rarement ladresse véritable dune
  instruction ou dune variable.

18
Références et exercices

• Références
• Irv Englander 15.5 et 15.6
• IFT-10544 Systèmes dexploitation, Notes de cours
  Édition 2004.
• William Stallings section 8.3
• Exercices
• 15.11, 15.21 et 15.22