Mémoire virtuelle - Définition

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- Introduction - Historique - Segmentation - Mémoire virtuelle paginée - Swapping - Systèmes mixtes paginés/segmentés

Introduction

Schéma de principe de la mémoire virtuelle

En informatique, le mécanisme de mémoire virtuelle a été mis au point dans les années 1960. Il est basé sur l'utilisation d'une mémoire de masse (type disque dur ou anciennement un tambour), dans le but, entre autres, de permettre à des programmes de pouvoir s'exécuter dans un environnement matériel possédant moins de mémoire centrale que nécessaire (ou, vu autrement, de faire tourner plus de programmes que la mémoire centrale ne peut en contenir !)

La mémoire virtuelle permet :

d'augmenter le taux de multiprogrammation ;
de mettre en place des mécanismes de protection de la mémoire ;
de partager la mémoire entre processus.

Historique

L'article de référence de James Kilburn, paru en 1962, décrit le premier ordinateur doté d'un système de gestion de mémoire virtuelle paginée et utilisant un tambour comme extension de la mémoire centrale à tores de ferrite : l'Atlas.

Aujourd'hui, tous les ordinateurs ont un mécanisme de gestion de la mémoire virtuelle, sauf certains supercalculateurs ou systèmes embarqués temps réel.

Segmentation

La segmentation offre une vue de la mémoire plus consistante avec celle de l'utilisateur. En effet, celui-ci ne considère pas (ou rarement !) la mémoire comme une suite de pages mais plutôt par des espaces, ou des régions, dédiés à une utilisation particulière comme par exemple : le code d'un programme, les données, la pile, un ensemble de sous-programmes, des modules, un tableau, etc. La segmentation reflète cette organisation.

Chaque objet logique sera désigné par un segment. Dans un segment l'adressage se fera à l'aide d'un déplacement. Le couple (segment, déplacement) sera traduit en adresse mémoire par le biais d'une table de segments contenant deux champs, limite et base. La base est l'adresse de début du segment, et limite la dernière adresse du même segment :

Segmentation : l'adresse virtuelle issue du processeur à la forme (segment, déplacement). Elle est traduite en adresse physique par le biais d'une table de segments. Un test est effectué pour vérifier que l'adresse est bien dans l'intervalle du segment.

Problème de fragmentation

Les systèmes paginés rencontrent un problème de fragmentation interne : de la place est perdue à la fin d'une page. Les systèmes segmentés connaissent un problème de fragmentation externe : des espaces entre des segments sont trop petits pour loger de nouveaux fragments, cet espace est donc perdu.

L'espace libre de 12 Kio de la disposition mémoire (1) diminue quand une partie est allouée à un nouveau segment. Néanmoins il n'est pas certain que le plus petit segment résiduel, visible en (2), sera assez grand pour répondre à la prochaine requête du système d'exploitation.

Il est possible de le récupérer en compactant la mémoire, c’est-à-dire en déplaçant les segments — tout en reflétant ces modifications dans les tables des segments — de sorte qu'il soient contigus. Néanmoins cette opération est coûteuse.

Partage de segments

Il est possible de partager des segments entre processus, comme illustré sur la figure ci-dessous, où deux processus Ed1 et Ed2 partagent le même segment de code (programme) mais ont des segments pour les données disjoints et de tailles différentes.