Organisation et gestion de la mémoire

Transcription

1 Organisation et gestion de la mémoire Multi-programmation (plusieurs tâches en mémoire) organisation Premier critère Mémoire contiguë : Ensemle du code ojet stocké en un seul loc dans un espace mémoire donné Mémoire non contiguë : Le code ojet est réparti en locs séparés (surtout utilisé en mémoire virtuelle) Deuxième critère Technique non préemptive :Une tâche reste en mémoire jusqu'à sa Technique préemptive : Troisième critère Partition fixe : Partition variale : terminaison ( mais peut s'accroître) Le système peut redistriuer l'espace mémoire à une ou plusieurs autres tâches La mémoire est partagée en locs de taille définie La taille des locs est ajustée selon les esoins D. Bertrand 1

2 Multi-programmation (plusieurs tâches en mémoire) gestion Meilleures stratégies pour atteindre un fonctionnement optimal : [Pseudo-]parallélisme Organisation mémoire Stratégies de choix : sélection de la tâche à copier en mémoire Stratégies de placement : sélection de la position d'une tâche en mémoire Stratégies de remplacement : sélection de la tâche à extraire de la mémoire Mémoire réelle Mémoire virtuelle Mémoire réelle : limitée à l'espace physique du matériel Mémoire virtuelle : capacité d'adressage supérieure à l'espace physique pagination et segmentation D. Bertrand 2

3 Initialisation Système mono-utilisateur Les premiers systèmes d'exploitation o Pas de possiilité de multi-programmation a (une tâche à la fois) Système contigu et non-préemptif Limité à la mémoire physique disponile (entre la fin du superviseur et le déut du chargeur inaire) c Overlays : Suppression de la contiguïté stricte Segmentation définie par l'utilisateur Suppression partielle de la limitation en taille Base: résidente durant exécution Traitement Terminaison o Superviseur Tâche utilisateur Chargeur inaire Mémoire Superviseur a Base: résidente durant exécution c Initialisation Terminaison Traitement Chargeur inaire Mémoire D. Bertrand 3

4 Systèmes de multi-programmation Partition créée : Au niveau matériel Par OS au démarrage Par opérateur Nouvelle tâche : Sélection file d'entrée A priori ou en fonction de la taille Gestion aisée : Descripteur de partition o Position mémoire o Taille o Etat (/occupé) o Etat de la tâche contigus et non préemptifs Partitions fixes avec chargement asolu File d'entrée partition 1 File d'entrée partition 2 File d'entrée partition 3 Inconvénients : Rigidité o a 1 Superviseur Tâche Partition 1 a 2 Partition Tâche 2 a 3 Partition Tâche 3 Chargeur inaire Mémoire Fragmentation interne Traitement tâches de grande taille Syndrome du super-marché D. Bertrand 4

5 Partitions fixes avec chargement relocatale Pas d'attriution a priori d'une partition (relocation!) Pas de prolème de file vide Mais File d'entrée Toujours fragmentation interne Toujours prolème avec tâches de grande taille o a 1 Superviseur Tâche Partition 1 a 2 Partition Tâche 2 a 3 Partition Tâche 3 Chargeur inaire Mémoire D. Bertrand 5

6 Partitions variales (dynamiques) File d'entrée o Superviseur Au départ : taille partition adaptée à la taille de la tâche Fragmentation minimale Mais Tâche A :32 M Tâche B :24 M Tâche C :40 M Tâche D :61 M Tâche du superviseur plus compliquée : Liste descriptive des partitions (Tale de longueur variale avec Tâche E :15 M point de départ et de fin de chaque partition) Tâche F :39 M La liste est modifiée lors de l'apparition/disparition des partitions Tâche A :32 M Tâche B :24 M Tâche C :40 M Tâche D :61 M Tâche E :15 M Chargeur inaire Mémoire D. Bertrand 6

7 Evolution Fragmentation apparaît : Fragmentation externe (en-dehors des partitions) Starvation (inanition) des tâches de grande taille (Pas d'espace assez grand pour les charger) Le superviseur doit maintenir une tale des trous adresses de déut et de fin de chaque trou o Superviseur Tâche A :32 M Tâche B :24 M Tâche C :40 M Tâche F :39 M Deux trous adjacents peuvent être fusionnés coalescence (union) : Une partition de moins Deux partitions de moins Tâche Tâche F D :39 :61 M Tâche lire E :15 M Chargeur inaire Mémoire D. Bertrand 7

8 Compactification Pour supprimer la fragmentation externe o Peut être partielle : production de trous assez grands Tâche en cours d'e/s : attente de la fin des opérations Prolème de relocation : Une tale de relocation doit être maintenue (procédure standard) Ou Adresses définies relativement au déut de la partition L'adresse asolue est calculée au niveau du processeur Implications : Consommation de ressources système Tâches arrêtées pendant la compaction Coûts superviseur pourraient être prohiitifs (dans un environnement à évolution rapide) Superviseur Tâche A :32 M Tâche F :39 M Tâche F :39 M Chargeur inaire Mémoire D. Bertrand 8

9 Stratégies de gestion Stratégies de placement Meilleur ajustement : différence minimale entre trou et taille de tâche Premier qui convient : Premier trou assez grand Pire ajustement : Trou le plus grand possile évite une fragmentation en trous trop petits Tâche G :19 M Tale des trous f : 20 M :24 M d:61 M Tale des trous :24 M d:61 M f : 20 M Tale des trous d:61 M :24 M f : 20 M o a c d e f g Superviseur Tâche A :32 M Tâche G :19 M Tâche C :40 M Tâche G :19 M Tâche E :15 M Tâche G :19 M Chargeur inaire Mémoire D. Bertrand 9

10 Techniques contiguës et préemptives Un moyen simple : une tâche à la fois en mémoire centrale Une tâche peut être remplacée ( swapped out ) Tâche A Une autre peut être copiée ( swapped in ) Aires spéciales réservées en Tâche B stockage secondaire ( swap area ) Une image du contenu Tâche C mémoire est sauvée Contenu des registres de travail de l'unité de contrôle (contexte d'exécution) Tâche D Technique plus adaptée au Temps partagé qu'à la multi-programmation (grand nomre de tâches mais grand temps de commutation) o a Superviseur Tâche Tâche AB D C Chargeur inaire Mémoire Storage swapping D. Bertrand 10

11 Stratégies de remplacement Quelle tâche remplacer? Quelle tâche mettre au travail? Principe d'optimalité : remplacer la tâche qui restera inactive Algorithmes : Remplacement au hasard : choix aléatoire pas d'optimisation First In First Out (FIFO) : tâche en mémoire depuis le plus long temps Least Recently Used (LRU) : tâche inutilisée depuis le plus long temps Least Frequently Used (LFU) : tâche la moins utilisée Not Used Recently (NUR) : tâche inutilisée depuis un temps donné D. Bertrand 11

12 Techniques Non-contiguës & préemptives Mémoire virtuelle dissociation des adresses définies dans une tâche (adresses virtuelles) des adresses de l'unité de stockage primaire (adresses réelles) Espace des adresses virtuelles V espace des adresses réelles R V >> R Pour fonctionner en mémoire centrale : adresses virtuelles mises en correspondance avec des adresses réelles en cours d'exécution Conséquence : Un espace d'adressage virtuel contigu n'implique pas un espace d'adressage réel contigu Mécanisme de relocation! D. Bertrand 12

13 Correspondance en locs Information groupée en locs Tailles identiques : pages Tâche A (pagination) A 1 Tailles différentes : segments (segmentation) A 2 Tous les locs ne doivent pas être simultanément en mémoire A 3 gain d'espace mémoire Autres locs à la demande B 1 Aire sur unité de stockage secondaire pour sauver les locs B 2 Tales d'information sur B 3 o localisations des locs B 4 o longueur des locs o état des locs B 5 Blocs courts tales longues Tâche B Blocs longs longs transferts Stockage secondaire B 5 A 2 A 1 B 2 B 3 A 3 B 1 B 4 Stockage réel D. Bertrand 13

14 Adressage en correspondance en locs a Deux dimensions : adresse v=(,d) + : indice du loc (page ou segment) d : déplacement a+ Tale mise à jour lors du déplacement du loc en mémoire Parfois du loc registres spéciaux Relocation automatique réalisée par OS ou unité de contrôle it résidence longueur loc a r a Adresse de la tale des locs Tale des locs l ' adresse loc en mémoire réelle p ' + d d ra Adresse réelle D. Bertrand 14 Adresse virtuelle ra = '+d position loc sur stockage secondaire Attriution adresse loc par correspondance directe

15 Partage dans un système en locs En multi-programmation : Tâches identiques exécutées simultanément (temps partagé) Modules identiques utilisés par des tâches différentes (utilitaires, ) partage de locs en mémoire centrale Tâche A partagé Tâche B Séparation du code pur (code réentrant) des aires de données Entrées de la tale des locs pointant vers le même code Seul le contexte d'exécution doit être sauvegardé pour chaque tâche D. Bertrand 15

16 Pagination Segmentation Pagination : partage concept physique (limites de loc aritraires) o Le code partagé peut être réparti sur plusieurs pages o Les entrées de la tale des locs doivent contenir l'information de partage pour chaque page o Parfois le partage peut être limité à une partie de page Segmentation : partage concept logique(locs ajustés aux procédures ou aux tales de données) o Partage généralement limité à un segment o Le traitement est simplifié Mais des locs de même longueur permettent d'optimiser l'attriution mémoire Cominaison des deux systèmes : Segments divisés en pages (la dernière étant en général partiellement remplie) D. Bertrand 16

17 Systèmes de Pagination/Segmentation +s + Trois dimensions : adresse v=(s,p,d) s: indicesegment p : indice page (en s) d : déplacement Autant de tales de pages que de segments Adresse de la tale des segments Tale des segments s s s' Adresse de la tale des pages + s' p p s p Tale des pages p' d d + Adresse virtuelle ra=p'+d Adresse de la ra page en mémoire Adresse réelle D. Bertrand 17

18 Taille de page Le choix de la taille des pages a une influence directe sur la performance Contraintes : Limiter le nomre de transferts E/S coûteux en temps En général localité des références dans les programmes Les limites des procédures et des tales de données ne sont pas ajustées aux limites de page (fragmentation interne) Oservations : Pages courtes : longues tales de page (risque de fragmentation) Pages longues : transferts E/S lourds; trop d'informations en mémoire En général, longueur de page : 1024, 512 ou 128 mots de 32 its D. Bertrand 18