Système d’exploitation : la gestion de la mémoire – ch 1.4

MOOC NSI : Numérique et Sciences Informatiques

5 Dec 202209:30

Summary

TLDRLa vidéo explique comment le système d'exploitation gère la mémoire pour les processus. Elle décrit les différents types de mémoire d'un ordinateur, y compris les registres, la mémoire principale, les caches et la mémoire de stockage. Elle souligne l'importance de la mémoire virtuelle et la façon dont le processeur utilise la MMU pour traduire les adresses de la mémoire virtuelle en adresses physiques. La gestion dynamique de la mémoire, l'utilisation du tas, la mémoire partagée et la protection des pages mémoire sont également abordées, mettant en évidence le lien entre le matériel et le système d'exploitation.

Takeaways

💡 Le système d'exploitation permet le fonctionnement quasi-simultané de différents processus, chacun ayant besoin d'espace mémoire.
📏 Les registres SRAM à l'intérieur de la CPU sont très rapides et accessibles en un cycle d'instruction.
💾 La mémoire principale, généralement composée de SD RAM, est beaucoup moins chère que la SRAM et stocke jusqu'à 16 Go de données.
🚀 Pour accélérer l'accès aux données, des niveaux de mémoire cache ont été ajoutés, gérés directement par le processeur et invisibles pour le système d'exploitation.
🔄 La mémoire de stockage ou secondaire permet le stockage persistant de grandes quantités de données à faible coût, mais avec un temps d'accès plus long.
🔄 Le DMA (Direct Memory Access) permet aux processus de charger des programmes et des données sur le disque dur dans la mémoire RAM sans surcharger la CPU.
📈 Chaque processus reçoit un espace de mémoire virtuel de plusieurs gigaoctets, comprenant code, données, tas, bibliothèques et pile.
🔑 Le process descriptor contient des informations clés sur le processus, comme le PID, l'état, l'espace mémoire et le contexte du processeur.
🔄 La gestion dynamique de la mémoire par le système d'exploitation permet la création d'espaces mémoire virtuels grands pour chaque processus.
🔄 La MMU (Memory Management Unit) traduit les adresses de l'espace mémoire virtuel en adresses physiques, gèrent la mémoire partagée et optimise l'utilisation de la mémoire.

Q & A

Quel est le rôle principal du système d'exploitation dans la gestion de la mémoire?
-Le système d'exploitation permet la répartition de la mémoire entre les différents processus, en créant des espaces mémoire virtuels et en gérant l'allocation dynamique de la mémoire pour chaque processus.
Quels sont les quatre types de mémoire mentionnés dans le script?
-Les quatre types de mémoire sont les registres, la mémoire principale (RAM), la mémoire cache et la mémoire de stockage (mémoire secondaire).
Pourquoi les processeurs ont-ils besoin de mémoire cache?
-Les processeurs ont besoin de mémoire cache pour accélérer l'accès aux données, car les vitesses des mémoires n'ont pas suivi l'évolution des vitesses des processeurs.
Quel est le rôle du DMA (Direct Memory Access) dans la mémoire?
-Le DMA est un périphérique dédié qui copie des données directement entre la mémoire et un périphérique, sans intervention du processeur, permettant ainsi d'alléger la charge du processeur.
Comment est organisée la mémoire virtuelle d'un processus lors de sa création?
-Lors de la création d'un processus, un process descriptor est créé et un espace de mémoire virtuelle lui est alloué. Cet espace inclut les instructions du programme, la zone de données statique, le tas, la zone pour les bibliothèques et la zone réservée pour les fonctions d'optimisation.
Quel est le rôle de la pile (stack) dans la mémoire d'un processus?
-La pile stocke les contextes des appels de fonction et les variables locales de ces fonctions. Elle augmente de taille à chaque appel de fonction et diminue à chaque retour d'une fonction.
Quel est le process descriptor et où est-il stocké?
-Le process descriptor est une structure de quelques centaines d'octets descriptif d'un processus, stockée dans la zone mémoire du noyau. Elle contient des informations telles que l'identifiant du processus (PID), le statut du processus, et la sauvegarde du contexte du processeur.
Comment le gestionnaire de mémoire (MMU) contribue-t-il à la gestion de la mémoire?
-Le gestionnaire de mémoire (MMU) contrôle la correspondance entre l'espace mémoire virtuel et des zones libres de la mémoire de travail. Il gère la traduction d'adresses, la mémoire partagée entre plusieurs processus, l'allocation et la libération de pages mémoire, et il protège les pages mémoire d'un processus contre des écritures non autorisées.
Quelle est la différence entre la mémoire virtuelle et la mémoire physique?
-La mémoire virtuelle est un espace d'adresses utilisée par les processus, qui est géré par le système d'exploitation et peut être beaucoup plus grande que la mémoire physique disponible. La mémoire physique est la mémoire réelle installée dans l'ordinateur, dont la quantité est limitée.
Pourquoi les systèmes d'exploitation temps réel choisissent-ils une allocation statique de la mémoire?
-Les systèmes d'exploitation temps réel choisissent une allocation statique de la mémoire pour garantir des temps d'accès prévisibles et maîtrisés aux processus, ce qui est essentiel pour respecter les contraintes de temps de ces systèmes.

Outlines

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🖥️ Introduction aux types de mémoire dans un système d'exploitation

Le paragraphe 1 explique comment le système d'exploitation gère la mémoire pour différents processus. Il introduit les quatre types de mémoire d'un ordinateur : les registres, la mémoire principale (SDRAM), la mémoire cache, et la mémoire de stockage (SSD ou disques durs magnétiques). La mémoire cache, gérée par le processeur, est invisible pour le système d'exploitation et permet de limiter l'accès à la RAM. La mémoire de stockage, quant à elle, est utilisée pour stocker des données de manière persistante, mais n'est pas directement utilisable par les processus. Les processus doivent charger leurs programmes et données dans la RAM, avec l'aide du DMA pour effectuer ces transferts. Enfin, la création d'un processus implique la réservation d'un espace mémoire spécifique qui inclut le code, les données, la pile (stack), et d'autres zones dédiées aux bibliothèques partagées et à l'optimisation.

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🧠 Gestion dynamique de la mémoire virtuelle

Le paragraphe 2 aborde la gestion dynamique de la mémoire virtuelle lors de la création d'un processus. Chaque processus se voit allouer un espace mémoire virtuel, géré par le processeur via la MMU (Memory Management Unit). Cette unité traduit les adresses virtuelles en adresses physiques. Lorsque la mémoire physique est pleine, la MMU peut déplacer temporairement des pages de mémoire sur le disque dur dans une zone appelée swap. Le texte mentionne également que la mémoire virtuelle permet de partager des zones de bibliothèques entre plusieurs processus. Des outils comme la commande 'top' permettent de visualiser les informations liées aux processus, y compris leur occupation mémoire. La gestion de la mémoire implique la protection des pages contre des accès non autorisés et la prévention de la fragmentation de la mémoire physique.

Mindmap

Keywords

💡Système d'exploitation

Le système d'exploitation est un programme informatique qui gère les ressources d'un ordinateur, notamment la mémoire, le processeur et les périphériques. Dans le script, il est mentionné que le système d'exploitation permet le fonctionnement quasiment en parallèle de différents processus et gère la répartition de la mémoire entre ces processus. Il joue un rôle crucial dans l'optimisation des performances de l'ordinateur.

💡Processeur

Le processeur, également appelé CPU (Central Processing Unit), est l'unité centrale de traitement d'un ordinateur. Il est responsable de l'exécution des instructions des programmes. Le script explique comment le processeur alloue la mémoire au processus et comment il interagit avec le système d'exploitation pour optimiser les performances.

💡Mémoire SRAM

La mémoire SRAM (Static Random-Access Memory) est un type de mémoire vive très rapide, accessible en un cycle d'instruction. Elle est située à l'intérieur de la CPU et est utilisée pour stocker les données et les instructions qui sont actuellement en cours d'utilisation. Le script mentionne que les registres, qui sont des composants de la SRAM, sont très rapides mais coûteux.

💡Mémoire principale

La mémoire principale, ou RAM (Random Access Memory), est la mémoire de travail d'un ordinateur. Elle est constituée de SD RAM, qui est moins chère que la SRAM mais moins rapide. Le script indique que la mémoire principale stocke des quantités importantes de données temporairement pour leur utilisation par le processeur.

💡Mémoire cache

La mémoire cache est un niveau intermédiaire de stockage qui permet d'accélérer l'accès aux données fréquemment utilisées. Elle est intégrée au processeur et est invisible pour le système d'exploitation. Le script explique que la mémoire cache est gérée par le processeur pour réduire les accès à la mémoire RAM.

💡Mémoire de stockage

La mémoire de stockage, ou mémoire secondaire, est utilisée pour le stockage persistant de données à long terme. Elle inclut les disques durs et les SSD (Solid State Drives). Le script mentionne que cette mémoire est moins rapide que la RAM et que les données doivent être chargées en mémoire principale pour être utilisées par les processus.

💡DMA (Direct Memory Access)

Le DMA (Direct Memory Access) est un mécanisme qui permet aux périphériques de transférer des données directement dans la mémoire principale sans intervention du processeur. Cela permet d'alléger le travail du processeur et d'accélérer les opérations d'E/S (entrée/sortie). Le script décrit comment le DMA est utilisé pour copier des données entre le disque dur et la mémoire RAM.

💡Process descriptor

Un process descriptor est une structure de données qui décrit un processus en cours d'exécution. Elle contient des informations telles que l'identifiant du processus (PID), l'état du processus, et les adresses de la mémoire associée. Dans le script, il est mentionné que le process descriptor est utilisé par le noyau du système d'exploitation pour gérer les processus et leur mémoire.

💡Mémoire virtuelle

La mémoire virtuelle est une technique qui permet aux systèmes d'exploitation de faire croire aux programmes qu'ils ont accès à une quantité de mémoire continue et privée, bien que cette mémoire soit en réalité gérée de manière dynamique et peut être stockée sur le disque. Le script explique comment le système d'exploitation alloue dynamiquement la mémoire virtuelle aux processus.

💡MMU (Memory Management Unit)

L'unité de gestion de la mémoire (MMU) est un composant du processeur qui gère la traduction des adresses de la mémoire virtuelle en adresses physiques. Elle est essentielle pour la gestion de la mémoire virtuelle et la protection des processus. Le script décrit comment l'MMU permet de mapper l'espace mémoire virtuel des processus sur la mémoire physique.

Highlights

Le système d'exploitation permet le fonctionnement quasiment en parallèle de différents processus.

Chaque processus a besoin d'espace mémoire pour fonctionner.

Les registres SRAM à l'intérieur de la CPU sont très rapides et accessibles en un cycle d'instruction.

La mémoire principale est constituée de SD RAM, moins chère que la SRAM.

La mémoire cache a été ajoutée pour accélérer l'accès aux données en complément de la mémoire RAM.

La mémoire cache est gérée par le processeur et est invisible pour le système d'exploitation.

La mémoire de stockage permet le stockage persistant de grandes quantités de données à bas coût.

Le DMA (Direct Memory Access) est utilisé pour optimiser les transferts de données entre le disque et la mémoire RAM.

Chaque processus reçoit un espace de mémoire virtuel de plusieurs gigaoctets lors de sa création.

La mémoire virtuelle est composée de code, données statiques, tas, bibliothèques partagées, et pile.

Le process descriptor contient des informations clés sur le processus comme le PID et l'état du processus.

Le gestionnaire de mémoire (MMU) établit une correspondance entre l'espace mémoire virtuel et la mémoire de travail.

La mémoire est allouée dynamiquement au processus en fonction de ses besoins.

La mémoire virtuelle peut être étendue en utilisant des pages de mémoire physiques situées à d'autres endroits.

La mémoire physique peut être partagée entre plusieurs processus pour optimiser l'utilisation des ressources.

Le swap est une zone sur le disque utilisée pour stocker temporairement des pages de mémoire lors de la saturation de la mémoire physique.

La commande 'top' permet d'afficher des informations en temps réel sur les processus et leur utilisation de la mémoire.

La gestion de la mémoire est un exemple de la relation étroite entre le matériel et le système d'exploitation.

Les systèmes d'exploitation temps réel proposent une allocation statique des espaces mémoires pour assurer un contrôle précis des temps d'accès.