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Mémoire Virtuelle
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• Apollo 11
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Contenu
• pagination
• faute de page
• pagination en demande
• copy-on-write
• swap
• mappage de fichier
3
Bibliographie pour aujourd'hui
• Modern Operating Systems
– Chapitre 4
• 4.4
• 4.5
• 4.6
• Operating Systems Concepts
– Chapitre 9
• 9.1 – 9.4
• 9.6
• 9.7
4
PAGINATION
5
Pagination
• La mémoire est divise en pages
– en général 4 KB
• Pages
– Virtuelles (pages)
– Physique (cadres - frames)
• Tableau de pages
– un processus a un tableau de pages
• Adresse
– adresse physique = page index + décalage
6
Tableau de pages
7
Transformation d’adresse
8
Transformation d’adresse
• Pour accède un adresse
– accès aux tableau (en mémoire)
– accès en mémoire
• Double accès
– lente
9
Translation Lookaside Buffer (TLB)
• Mémoire cache spécialisé
– 256 entrées
• Enregistre par processus
• Changement de contexte
– change le tableau de pages curent
– TLB flush (sauf la partie de noyau)
10
Transformation d’adresse avec TLB
11
Protection
12
Entrée de tableau de pages
• Numéro de cadre
• Droit d’accès
– aucune
– lire
– écrire
• Valable
13
exemple sur x86
Partage de mémoire
14
Taille de tableau de memoire
• 32 bits - 4 GB Mémoire
– taille de page = 4 KB
– 220 pages de mémoire
– entrée de tableau de mémoire = 4 B
• Taille 4 * 220 = 4 MB / processus
• 64 bits?
15
Pagination hiérarchique
16
MÉMOIRE VIRTUELLE
17
Memorie Virtuelle
• Séparation entre
– Espace physique (RAM)
– Espace logique (mémoriel vue par un processus)
18
Avantages es désavantages
• Partage de mémoire
• Toutes les adresses sont disponibles
• Utilisation de plus de mémoire que disponible
• Double accès au mémoire
– tableau et adresse effective
• Support matériel
• Le SE doit avoir un component spéciale
19
Espace d’adresse simplifie
20
FAUTE DE PAGE
21
Faute de Page
• Accès a un page
– non mappé
– invalide
– sans droits d’accès
• Exception de CPU
– est exécuté le handler d’exception
22
Exemples de fautes de page
• non mappe
– page en demande
– swap
• invalide
– la page virtuelle n’est pas alloué
• sans droits d’accès
– read-only
– page de SE
– copy-on-write
23
Faute de page
24
PAGE EN DEMANDE
25
Etapes de allocation de mémoire
1. Allocation de page virtuelle
– entre dans le tableau de pages
2. Allocation de page physique
– entre dans le tableau de cadres (frames)
3. Mappage de page
– relier la page et le cadre
26
Allocation de mémoire
• réservation (malloc)
– allocation de page virtuelle (sans cadre en RAM)
– marqué invalide
• commettre (premier accès, *p = … ou … = *p)
– faute de page mineur
– allocation de cadre physique (frame) en RAM
– relier la page et le cadre
– marqué valide
27
SWAP
28
Swap
• Nous pouvons utiliser plus de mémoire que la
RAM disponible
• Une partie de pages sont mémorise sure un
autre système de stockage
– HDD
– SSD
• Peut être lente
29
Swap en Windows et Linux
• Windows
– C:pagefile.sys
• Linux
– Partition différentes
30
Swap
31
Remplacement de page
32
Les pages déposé en swap?
• FIFO
• LRU
– Least Recently Used
• Second Chance
– mieux FIFO
33
FIFO
• queue de pages
• la premier page dans la queue est déposé en
swap (swapped out)
• la page chargée du swap est placée à la fin de
queue (swapped in)
34
Exemple
35
L’ anomalie de Belady
36
LRU
• l’idée idéal: remplace la page qui ne va être
utilise pour le plus long temps
• attache sur les pages la date de dernier
d’accès
• la page avec le pus vieux date d’accès est
dépose en swap
37
Exemple
38
Difficulté d’implémentation
• Le matériel doit ajoute la date de dernier
accès
– avec une implémentation en logiciel le temps
d’accès est 10x
• Beaucoup de mémoire pour mémorise la date
d’accès
39
Second Chance
• Page de mémoire a deux paramètres (bits)
– R – Référencé (read ou write)
• Queue de pages
– Si en page a R = 0, la page est déposé en swap
– Si en page a R = 1, R este fait 0 et la page este
placée a la fin de la queue
40
Exemple
41
NRU - Not Recently Used
• Page de mémoire a deux paramètres (bits)
– R – Référencé (read)
– M – Modifie (write)
• Nous choisissons la page qui a la classe
minimale de round robin
42
Classe R M
1 (probabilité minimale d’être utilisé) 0 0
2 0 1
3 1 0
4 (probabilité maximale d’être utilisé) 1 1
Page residente
• la page se trouve en RAM
• RSS de processus
– Resident Set Size (les pages qui sont présente en
RAM)
• Allocation résidente
– La page ne peut être déposé en swap
• mémoire de noyau
43
Linux
int mlock(const void *addr, size_t len);
int munlock(const void *addr, size_t len);
addr – multiple de page
len – multiple de page
44
Swap Trashing
• Le système a besoin de beaucoup de temps
pour
– Déposé de pages dans le swap
– Prendre de pages depuis le swap
45
COPY-ON-WRITE
46
Nouveau Processus - UNIX
• fork: créer un nouveau processus (enfant)
(presque identique au processus parent)
– copie de mémoire
• exec: chargement d'informations d'un
exécutable dans la mémoire du processus
enfant
– mémoire nouveau
47
Copy on write - fork
• seule le tableau de pages est copiée
• toutes le pages sont marqué READ-ONLY
– le deux processus partage la mémoire
• Si en processus voit écrire
– faute de page
– la page de mémoire este copie
• Le deux processus ont de pages différentes
48
Exemple
49
Exemple
50
Mappage de fichiers
• une partie d'un fichier est mappée sur une
adresse mémoire
• accès aux fichiers uniquement par accès à la
mémoire
• écrire dans le fichier n'est pas immédiat
51
Utilisation
chargement des exécutables et des
bibliothèques
52
Exemple
53
Linux
void *mmap(void *addr, size_t len, int prot,
int flags, int fd, off_t offset);
int munmap(void *addr, size_t len);
int msync(void *addr, size_t len, int flags);
• PROT_NONE Pages may not be accessed.
• PROT_READ Pages may be read.
• PROT_WRITE Pages may be written.
• PROT_EXEC Pages may be executed.
54
Exemple
int fd = open ("fichier.dat", "r");
char *p = NULL;
if (fd >= 0) {
p = mmap (NULL, 4096, PROT_WRITE, MAP_PRIVATE, fd, 0);
if (p!=NULL) {
strcmp (p, "sde");
msync (p, 4096, M_SYNC);
munmap (p, 4096);
}
close (fd);
}
55
Mot clés
• Adresse logique
• Adresse physique
• Pagination
• TLB
• Tableau de pages
• Faute de page
• Demande de page
• Swap
• Remplacement de
pages
• FIFO
• LRU
• Second Chance
• NRU
• Copy on write
• Mappage de mémoire
56
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SdE 7 - Memoire Virtuelle

  • 3. Contenu • pagination • faute de page • pagination en demande • copy-on-write • swap • mappage de fichier 3
  • 4. Bibliographie pour aujourd'hui • Modern Operating Systems – Chapitre 4 • 4.4 • 4.5 • 4.6 • Operating Systems Concepts – Chapitre 9 • 9.1 – 9.4 • 9.6 • 9.7 4
  • 6. Pagination • La mémoire est divise en pages – en général 4 KB • Pages – Virtuelles (pages) – Physique (cadres - frames) • Tableau de pages – un processus a un tableau de pages • Adresse – adresse physique = page index + décalage 6
  • 9. Transformation d’adresse • Pour accède un adresse – accès aux tableau (en mémoire) – accès en mémoire • Double accès – lente 9
  • 10. Translation Lookaside Buffer (TLB) • Mémoire cache spécialisé – 256 entrées • Enregistre par processus • Changement de contexte – change le tableau de pages curent – TLB flush (sauf la partie de noyau) 10
  • 13. Entrée de tableau de pages • Numéro de cadre • Droit d’accès – aucune – lire – écrire • Valable 13 exemple sur x86
  • 15. Taille de tableau de memoire • 32 bits - 4 GB Mémoire – taille de page = 4 KB – 220 pages de mémoire – entrée de tableau de mémoire = 4 B • Taille 4 * 220 = 4 MB / processus • 64 bits? 15
  • 18. Memorie Virtuelle • Séparation entre – Espace physique (RAM) – Espace logique (mémoriel vue par un processus) 18
  • 19. Avantages es désavantages • Partage de mémoire • Toutes les adresses sont disponibles • Utilisation de plus de mémoire que disponible • Double accès au mémoire – tableau et adresse effective • Support matériel • Le SE doit avoir un component spéciale 19
  • 22. Faute de Page • Accès a un page – non mappé – invalide – sans droits d’accès • Exception de CPU – est exécuté le handler d’exception 22
  • 23. Exemples de fautes de page • non mappe – page en demande – swap • invalide – la page virtuelle n’est pas alloué • sans droits d’accès – read-only – page de SE – copy-on-write 23
  • 26. Etapes de allocation de mémoire 1. Allocation de page virtuelle – entre dans le tableau de pages 2. Allocation de page physique – entre dans le tableau de cadres (frames) 3. Mappage de page – relier la page et le cadre 26
  • 27. Allocation de mémoire • réservation (malloc) – allocation de page virtuelle (sans cadre en RAM) – marqué invalide • commettre (premier accès, *p = … ou … = *p) – faute de page mineur – allocation de cadre physique (frame) en RAM – relier la page et le cadre – marqué valide 27
  • 29. Swap • Nous pouvons utiliser plus de mémoire que la RAM disponible • Une partie de pages sont mémorise sure un autre système de stockage – HDD – SSD • Peut être lente 29
  • 30. Swap en Windows et Linux • Windows – C:pagefile.sys • Linux – Partition différentes 30
  • 33. Les pages déposé en swap? • FIFO • LRU – Least Recently Used • Second Chance – mieux FIFO 33
  • 34. FIFO • queue de pages • la premier page dans la queue est déposé en swap (swapped out) • la page chargée du swap est placée à la fin de queue (swapped in) 34
  • 36. L’ anomalie de Belady 36
  • 37. LRU • l’idée idéal: remplace la page qui ne va être utilise pour le plus long temps • attache sur les pages la date de dernier d’accès • la page avec le pus vieux date d’accès est dépose en swap 37
  • 39. Difficulté d’implémentation • Le matériel doit ajoute la date de dernier accès – avec une implémentation en logiciel le temps d’accès est 10x • Beaucoup de mémoire pour mémorise la date d’accès 39
  • 40. Second Chance • Page de mémoire a deux paramètres (bits) – R – Référencé (read ou write) • Queue de pages – Si en page a R = 0, la page est déposé en swap – Si en page a R = 1, R este fait 0 et la page este placée a la fin de la queue 40
  • 42. NRU - Not Recently Used • Page de mémoire a deux paramètres (bits) – R – Référencé (read) – M – Modifie (write) • Nous choisissons la page qui a la classe minimale de round robin 42 Classe R M 1 (probabilité minimale d’être utilisé) 0 0 2 0 1 3 1 0 4 (probabilité maximale d’être utilisé) 1 1
  • 43. Page residente • la page se trouve en RAM • RSS de processus – Resident Set Size (les pages qui sont présente en RAM) • Allocation résidente – La page ne peut être déposé en swap • mémoire de noyau 43
  • 44. Linux int mlock(const void *addr, size_t len); int munlock(const void *addr, size_t len); addr – multiple de page len – multiple de page 44
  • 45. Swap Trashing • Le système a besoin de beaucoup de temps pour – Déposé de pages dans le swap – Prendre de pages depuis le swap 45
  • 47. Nouveau Processus - UNIX • fork: créer un nouveau processus (enfant) (presque identique au processus parent) – copie de mémoire • exec: chargement d'informations d'un exécutable dans la mémoire du processus enfant – mémoire nouveau 47
  • 48. Copy on write - fork • seule le tableau de pages est copiée • toutes le pages sont marqué READ-ONLY – le deux processus partage la mémoire • Si en processus voit écrire – faute de page – la page de mémoire este copie • Le deux processus ont de pages différentes 48
  • 51. Mappage de fichiers • une partie d'un fichier est mappée sur une adresse mémoire • accès aux fichiers uniquement par accès à la mémoire • écrire dans le fichier n'est pas immédiat 51
  • 52. Utilisation chargement des exécutables et des bibliothèques 52
  • 54. Linux void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags, int fd, off_t offset); int munmap(void *addr, size_t len); int msync(void *addr, size_t len, int flags); • PROT_NONE Pages may not be accessed. • PROT_READ Pages may be read. • PROT_WRITE Pages may be written. • PROT_EXEC Pages may be executed. 54
  • 55. Exemple int fd = open ("fichier.dat", "r"); char *p = NULL; if (fd >= 0) { p = mmap (NULL, 4096, PROT_WRITE, MAP_PRIVATE, fd, 0); if (p!=NULL) { strcmp (p, "sde"); msync (p, 4096, M_SYNC); munmap (p, 4096); } close (fd); } 55
  • 56. Mot clés • Adresse logique • Adresse physique • Pagination • TLB • Tableau de pages • Faute de page • Demande de page • Swap • Remplacement de pages • FIFO • LRU • Second Chance • NRU • Copy on write • Mappage de mémoire 56