Cours sur la Gestion de la Mémoire M104

Royaume du Maroc Office de la Formation Professionnelle et de la Promotion du Travail M104: Maîtriser le fonctionnement Filière: Infrastructure Digital...

Royaume du Maroc Office de la Formation Professionnelle et de la Promotion du Travail M104: Maîtriser le fonctionnement Filière: Infrastructure Digital (Tronc commun) d’un Système d’Exploitation Réalisé et animé par : Date: Pour tout contact: SAMMOUD Salaheddine 26/10/2024 [email protected] Objectifs du cours L’objectif est de: ▪ Comprendre le fonctionnement du système de gestion de la mémoire. ▪ Présenter le concept du système de gestion des E/S. ▪ Découvrir le principe de fonctionnement d’un SE. 2 Eléments de motivation Principaux éléments: ▪ Améliorer la Compréhension des Systèmes Informatiques. ▪ Faciliter le Dépannage et la Maintenance. ▪ Gagner en Autonomie Technologique. ▪ Optimiser les Performances du Système. 3 Sommaire 01 Le système de gestion de la mémoire. 02 Les stratégies de gestion de la mémoire. 03 Le système de gestion des E/S. 04 Evaluation 05 Synthèse 4 01 Le système de gestion de la mémoire Introduction La mémoire est considérée comme une ressource limitée, Il faut la gérer de façon optimisée. La gestion de la mémoire est la fonctionnalité d'un système d'exploitation qui joue le rôle de l’intermédiaire entre la RAM, les processus et le disque. Le système d’exploitation coordonne l’utilisation des différentes mémoires. le SE contrôle l’accès des processus à la RAM et décide alors quel processus obtiendra la mémoire à quel moment. 5 01 Le système de gestion de la mémoire Introduction Un SE peut allouer donc d’une manière dynamique la mémoire aux processus. Le SE a une visibilité sur l’état de chaque emplacement dans la mémoire. La mémoire est représentée sous la forme d'un grand tableau de mots (octets), où chaque élément possède une adresse unique. Le processeur va extraire les instructions de la RAM en fonction de la valeur d’un compteur d’instructions. 6 01 Le système de gestion de la mémoire Les fonctions du systèmes de gestion de la mémoire : Une partie du SE gère le stockage de la mémoire centrale de l’ordinateur et du disque : ceci se nomme le système de gestion de la mémoire. ❖ Les principales fonctions du systèmes de gestion de la mémoire sont : ✓ Le suivi de l’état des différentes parties de la mémoire si elles sont utilisées ou non utilisées => connaître les zones libres et utilisées ✓ L’allocation et la libération de la mémoire principale aux différents processus ✓ L’utilisation de la mémoire virtuelle et le contrôle du va et vient (swapping) entre la mémoire principale et le disque lorsque cette dernière ne peut pas contenir tous les processus. 7 02 Les stratégies de gestion de la mémoire Les stratégies : Le système de gestion de la mémoire utilise différentes stratégies pour optimiser l'allocation, l'utilisation et la libération de la mémoire d'un ordinateur. Ces stratégies visent à maximiser l'efficacité de la mémoire, à minimiser les temps d'accès,… ❖ Voici les principales stratégies de gestion de la mémoire : Monoprogrammation Multiprogrammation Va et Vient, la La pagination La segmentation avec partitions fixes partitionnement dynamique 8 02 Les stratégies de gestion de la mémoire La Monoprogrammation : La monoprogrammation consiste à charger et exécuter un seul processus à la fois et entièrement en MC. ❖ Organisation de la MC : cas de MS-DOS. ❖ Problème : cas de programme volumineux ne pouvant tenir en MC. Ce type de problème est typique des systèmes de monoprogrammation car ils ne permettent pas de diviser le programme pour le charger partiellement en mémoire. 9 02 Les stratégies de gestion de la mémoire La Multiprogrammation avec partitions fixes : La majorité des SE récents autorisent l’exécution de plusieurs processus en parallèle. Pour appliquer la multiprogrammation, la mémoire est subdivisée en N partitions de taille fixe. Chaque partition sera allouée à un seul processus. Le nombre de partitions est nommé le degré de multiprogrammation. Afin de gérer l’allocation de la mémoire aux processus, le SE manipule une table qui l’informe sur les partitions disponibles (appelée Trou (Hole en anglais)) et celles occupées. 10 02 Les stratégies de gestion de la mémoire La Multiprogrammation avec partitions fixes : ❖ On distingue deux types de partitions : → Partition fixes avec des files d’attente différentes (voir Figure 7 (a)). 11 02 Les stratégies de gestion de la mémoire La Multiprogrammation avec partitions fixes : ❖ On distingue deux types de partitions : → Partition fixes avec des files d’attente différentes (voir Figure 7 (a)). → Partition fixes avec une seule file d’attente (voir Figure 7 (b)). 12 02 Les stratégies de gestion de la mémoire La Multiprogrammation avec partitions fixes : ▪ La Figure 7(a) représente le partitionnement fixe avec des files d’attentes différentes. ▪ L'allocation de la mémoire physique est alors obtenue en associant une file d'attente par partition ▪ les processus d'une même partition étant amenés les uns après les autres dans la portion correspondante de mémoire physique. 13 02 Les stratégies de gestion de la mémoire La Multiprogrammation avec partitions fixes : ▪ L’inconvénient de cette méthode est le déséquilibre de la partition de la mémoire entre les files. ▪ On peut avoir une file vide pour une grande partition et une autre pleine pour une petite partition. ▪ Ce qui entraîne une mauvaise utilisation de la mémoire et du processeur 14 02 Les stratégies de gestion de la mémoire La Multiprogrammation avec partitions fixes : ▪ L’inconvénient de cette méthode est le déséquilibre de la partition de la mémoire entre les files. ▪ On peut avoir une file vide pour une grande partition et une autre pleine pour une petite partition. ▪ Ce qui entraîne une mauvaise utilisation de la mémoire et du processeur ➔ Ce problème a été résolu en utilisant une seule file. 15 02 Les stratégies de gestion de la mémoire Va et Vient, le partitionnement dynamique : La mémoire est insuffisante pour contenir tous les processus courant. Ce qui nécessite de placer certains de ces processus sur le disque. Ils seront ensuite ramenés en mémoire pour continuer leurs exécutions. Il faudra donc ramener régulièrement des processus sur le disque en mémoire centrale et inversement. C’est ce qu’on appelle le va-et-vient ou swapping. 16 02 Les stratégies de gestion de la mémoire Va et Vient, le partitionnement dynamique : L’utilisation d’une Mémoire auxiliaire (backing store) : disque rapide suffisamment grand pour pouvoir ranger les copies de toutes les images mémoire de tous les utilisateurs. Le temps total de transfert est directement proportionnel à la quantité de mémoire transférée. Processus à transférer doit être inactif. Si les E/S accèdent d’une manière asynchrone à la mémoire utilisateur pour utiliser les buffers E/S, le processus ne peut pas être transféré. 17 02 Les stratégies de gestion de la mémoire Mémoire virtuelle : Pour les deux dernières stratégies, pagination et segmentation sont des stratégies appliquées sur la mémoire virtuelle. ❑ Que ce qu’une Mémoire virtuelle : Est une technique utilisée par les SE pour gérer la mémoire d'un ordinateur de manière plus efficace. Elle fournit un espace d’adressage différent de la mémoire RAM. il est possible d’exécuter des programmes qui nécessitent plus de ressources que la taille de la RAM disponible. 18 02 Les stratégies de gestion de la mémoire Mémoire virtuelle : ❑ Que ce qu’une partition SWAP : Est un espace de stockage de disque dur qui est utilisée chaque fois que la RAM manque de mémoire. Il existe un programme de gestion de la mémoire sous Linux qui prend en charge ce processus. Ce programme recherche tous les blocs de données inactifs présents dans la RAM qui n'ont pas été utilisés depuis longtemps. il les déplace dans la mémoire d'échange. Du coût 'espace de la RAM est libéré et peut donc être utilisé pour d'autres programmes nécessitant un traitement urgent. 19 02 Les stratégies de gestion de la mémoire Pagination (paging) : Avant d’expliquer la notion de pagination, quelques prés-requis sont nécessaires. ❑ L’espace adresse logique (virtuelle) d’un processus n’est pas contigu. ❑ la mémoire physique est découpée en blocs de taille fixe appelés cadres de pages ou en anglais frames. ❑ La mémoire logique est également subdivisée en blocs de la même taille appelés pages. ❑ Pour exécuter un programme de n pages, il faut trouver n cadres libres et charger le programme. ❑ Il faut savoir quels cadres sont alloués, lesquels sont disponibles, etc. ➔ Cette information est sauvegardée dans la table de cadre (Frame table). 20 02 Les stratégies de gestion de la mémoire Pagination (paging) : La pagination consiste donc à diviser l’espace d’adressage virtuel en pages qui ont la même taille. La mémoire physique est également divisée en pages physiques ayant la même taille. La pagination consiste à placer seulement certaines pages dans la RAM. Les autres pages restent dans la mémoire auxiliaire jusqu’à qu’elles soient référencées Une table de pages existe pour gérer les correspondances entre les pages virtuelles et les pages physiques, c’est à dire : il traduit l’adresse logique en adresse physique. ➔ (Voir Figure 8). 21 02 Les stratégies de gestion de la mémoire Pagination (paging) : La pagination consiste à découper l’espace d’adressage virtuel du programme en blocs linéaires qui possèdent la même taille et qui sont appelés pages. De même pour l’espace de la mémoire physique. Sauf ils sont appelés cases. La taille d’une page est définie par le matériel (selon SE entre 512 octets et 8192 octets). Charger un programme en mémoire centrale – placer les pages dans les cases disponibles. 22 02 Les stratégies de gestion de la mémoire Pagination (paging) : Pour connaître à tout moment quelles sont les cases libres en mémoire centrale, le système maintient une table des pages. Pour chaque case de la mémoire physique, information : ❖ Libre ou occupée ❖ Si occupée, quelle page et quel processus la possède ? 23 02 Les stratégies de gestion de la mémoire Pagination : défaut de page Le cas où l’adresse virtuelle référence une page qui n’est pas présente en mémoire physique. Dans le cas de défaut de page, le mécanisme d’adressage génère un défaut de page. Si la mémoire physique est pleine, il faut virer de la mémoire physique une page c’est â dire un remplacement. Le choix d’une page « victime » se fait selon une stratégie de remplacement. ❖ Il existe plusieurs stratégies de remplacement : FIFO, l’abréviation de First In First Out nommée aussi PEPS. LRU, l’abréviation de Least Recently Used. LFU, l’abréviation de Last Frequently Used. RANDOM. 24 02 Les stratégies de gestion de la mémoire Pagination : défaut de page ❖ Il existe plusieurs stratégies de remplacement : FIFO : e premier qui arrive sera celui qui sera servi le premier, donc par ordre chronologique de chargement. On remplace la page la plus anciennement utilisée LRU : on remplace la page le plus récemment utilisée. LFU : on remplace la page la moins fréquemment utilisée. RANDOM : il s’agit de choisir au hasard la page à remplacer. Cela ne nécessite pas d’informations supplémentaires. 25 02 Les stratégies de gestion de la mémoire La Segmentation : Contrairement à la pagination, qui découpe la mémoire en blocs de taille fixe (pages). La segmentation consiste à diviser l'espace mémoire en segments correspondant aux différentes unités logiques d'un programme. comme le code, les données, et la pile. (Voir Figure 9). Chaque segment a une taille variable. Un segment virtuel est de même taille qu’un segment en mémoire physique. 26 03 Le système de gestion des E/S Définition : Le système d’exploitation gère la communication entre le système informatique et le monde extérieur, ainsi qu'entre les différents périphériques connectés à l'ordinateur. Elle permet de faciliter l'interaction entre le matériel (comme les disques durs, les claviers, les souris, les imprimantes, etc.) et le logiciel (programmes et applications). ❑ Pour transférer les données entre les supports externes et la mémoire centrale, plusieurs composants interviennent : Unité d’échange (Canal d’entrée/Sortie) ; Le périphérique ; Le contrôleur de périphérique. 27 03 Le système de gestion des E/S Les composants : 1. Unité d’échange (Canal d’entrée/Sortie) ; Est un processeur qui gère les opérations d’E/S. il gère des échanges entre le processeur et les périphériques 2. Contrôleur de périphérique ; ▪ l’objectif du contrôleur de périphérique est d’adapter la diversité des périphériques (débit, format de données, temps de réponse, forme de signaux de commande) à une interface commune, afin de respecter les normes suivies par le constructeur 28 03 Le système de gestion des E/S Les composants : 3. Périphérique ; Ce sont les composants matériels connectés à un système de traitement de l’information central comme un ordinateur, permettant un échange avec l’extérieur (voir Figure 11). Il existe trois types de périphérique : Les périphériques d’entrées (comme le clavier, la sourie, le microphone, le scanner,...) ; Les périphériques de sortie (comme l’écran, , le haut parleur, l’imprimante); Les périphériques d’entrée / sortie comme flash USB; 29 03 Le système de gestion des E/S Les composants : 3. Périphérique ; On distingue deux types de périphériques selon la manière de transfert de données : Les périphériques de type bloc (disque, bande, imprimante……) : c’est-à-dire que les données sont transférées en bloc ; Les périphériques de type caractère (clavier, souris, imprimante…) : ce qui signifie que les données sont transférées caractère par caractère. 30 03 Le système de gestion des E/S Les composants : 3. Périphérique ; 31 04 Évaluation Activité N°1 et 2 32 05 Synthèse Gestion de Les Système de La mémoire fonctions Gestion de E/S POO Mono Pagination programmation Segmentation Multi Va et Vient Les programmation Partitionnement stratégies Dynamique 33 Prochaine séance ❖ Définir le composant Disque dur. ❖ Distinguer entre le HDD et SSD. ❖ Présenter la configuration du HDD et SSD. ❖ Introduire les disques dur SATA NVMe SSD. 34 Prochaine séance ❖ Définir le composant Disque dur. ❖ Distinguer entre le HDD et SSD. Définir le composant Disque dur. ❖ Présenter la configuration du HDD et SSD. ❖ Introduire les disques dur SATA NVMe SSD. 35 Prochaine séance ❖ Définir le composant Disque dur. ❖ Distinguer entre le HDD et SSD. Distinguer entre le HDD et SSD ❖ Présenter la configuration du HDD et SSD. ❖ Introduire les disques dur SATA NVMe SSD. 36 Prochaine séance ❖ Définir le composant Disque dur. Présenter la ❖ Distinguer entre le HDD et SSD. configuration du HDD ❖ Présenter la configuration du HDD et SSD et SSD. ❖ Introduire les disques dur SATA NVMe SSD. 37 Prochaine séance ❖ Définir le composant Disque dur. ❖ Distinguer entre le HDD et SSD. Introduire les disques dur SATA NVMe SSD ❖ Présenter la configuration du HDD et SSD. ❖ Introduire les disques dur SATA NVMe SSD. 38 La séance est terminé! À suivre