Mémoire virtuelle

Introduction

    Les adresses virtuelles sont celles référencées par un processus en cours d'exécution. Elles dépendent en principe des capacités d'adressage du processeur, indépendamment de la mémoire physiquement installée. L'ensemble des adresses virtuelles possibles est l'espace des adresses virtuelles ou espace d'adressage.

    Les adresses physiques au contraire correspondent à la mémoire réellement installée. Un programme qui s'exécute doit être placé en mémoire physique. Or d'une part, la mémoire physiques peut ne pas pouvoir contenir toute la mémoire virtuelle d'un processus, d'autre part, dans un contexte de multiprogrammation, plusieurs programmes sont candidats pour être chargés simultanément en mémoire physique. Il faut donc mettre en œuvre une politique d'allocation de la mémoire réelle. Cette politique d'allocation est fondée sur le découpage de la mémoire physique et de la mémoire virtuelle en blocs de tailles égales ou différentes, appelés segments ou pages.

    Il existe trois catégories de méthodes d'allocation, appelées segmentation, pagination ou une combinaison des deux : segmentation-pagination. La figure ci-dessous montre l'évolution des politiques d'allocation de la mémoire physique, d'un système dédié à un seul utilisateur à une segmentation-pagination avec multiprogrammation.

    Si une partie d'un processus en cours d'exécution doit se trouver en mémoire centrale, le reste doit se trouver en mémoire secondaire, en général sur disque, où il est aussi découpé en blocs de la même taille.

Table des blocs

    Le S.E. doit pouvoir à tout instant établir une correspondance (par exemple en maintenant continuellement à jour une ou plusieurs tables) entre les blocs de la mémoire virtuelle de chaque processus et les blocs de la mémoire physique où ils sont stockés, et doit aussi pouvoir détecter si un bloc de mémoire virtuelle n'est pas présent en mémoire centrale (par exemple par un bit de "présence/absence"), comme illustré ci-dessous. Ce mécanisme doit être le plus rapide possible pour ne pas ralentir le traitement.
 

    L'efficacité du système dépend aussi de la taille des blocs : plus les blocs sont petits, plus les tables de correspondance sont volumineuses. Inversement, plus les blocs sont importants, plus les temps de transfert d'un bloc de la mémoire centrale au disque (ou inversement) sont longs. En pratique, chaque processus a sa table des blocs, qui est stockée de préférence dans la partie de la mémoire réservée au système. L'adresse du début de la table est stockée dans une zone qui fait partie du contexte du processus. Lorsqu'un processus est rendu "actif", cette adresse est chargée dans un registre "de base".

    Chaque élément de la table des blocs doit donc contenir au minimum les informations suivantes :

• le bit de présence/absence du bloc virtuel en mémoire réelle (voir ci-dessous : défaut de bloc),
• la longueur du bloc (inutile si les blocs sont tous de même taille, ce qui est le cas de la pagination),
• l'adresse de stockage de ce bloc en mémoire physique,
• un bit de modification,

Format des adresses virtuelles

a_v = (n_b, d)

Calcul d'une adresse physique

a_p = TableBloc[a_v.n_b].adr + a_v.d

Défaut de bloc

Protection

Mémoire linéaire - Mémoire segmentée

Pagination simple d'une mémoire virtuelle linéaire

Principe de la pagination simple

N_p = 2^p ; N_r = 2^r ; N_v = 2^v

    Considérons l'adresse virtuelle suivante : 1100 1101 1001 0001, ou, en hexadécimal : 0xCD91. Elle peut être mise sous la forme av = (n_v, d) :
 

numéro de la  page virtuelle	déplacement
1100	1101 1001 0001

    Elle se trouve donc dans la page virtuelle 12.

    Supposons enfin que cette page virtuelle se trouve stockée dans la page physique 7. Pour calculer l'adresse physique correspondante, il faut remplacer le numéro de la page virtuelle n_v par le numéro de la page physique n_p, soit ap = (n_p, d), qui peut être écrite :
 

numéro de la  page physique	déplacement
0111	1101 1001 0001

Table des pages en mémoire

Utilisation de mémoire-cache

Utilisation d'une mémoire associative

Solution mixte

    La mémoire associative ne contient qu'une petite partie des pages, celles qui ont été utilisées le plus récemment. En effet, on sait, par le principe de proximité exposé plus loin, que la probabilité de réutilisation d'une page récemment accédée est de 90 à 95 %. En cas d'échec, la recherche de la page demandée est alors effectuée dans la mémoire principale. Si cette dernière prend plus de temps, elle est suffisamment peu fréquente pour ne pas pénaliser le système.

Partage de page

Hyperpagination

Introduction

Adresse virtuelle et tables de correspondance

• le numéro de l'hyperpage n_hp,
• le numéro n_p de la page dans l'hyperpage,
• le déplacement d dans la page :

a_p = (n_hp, n_p, d)

Calcul des adresses physiques

Segmentation

Introduction

Protection

    Si un processus a un droit d'accès à la fin (Append), il est autorisé à ajouter des informations en fin de segment mais ne peut modifier les informations déjà existantes. Chaque processus possède une combinaison (valide) de ces droits pour chacun de ses segments.

Adresse virtuelle et table de correspondance

    La table des pages est remplacée par la table des segments. Chacun de ses éléments est de la forme suivante :

Calcul des adresses physiques

Segmentation - Pagination

Introduction

Adresse virtuelle et tables de correspondance

Calcul des adresses physiques