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Une table de pages inversée (IPT) est une organisation de tables de pages utilisée dans les systèmes d'exploitation pour réduire la surcharge de mémoire associée aux tables de pages traditionnelles. Décomposons son objectif et ses fonctionnalités :
Objectif :
* Réduire la consommation de mémoire : L'objectif principal d'une table de pages inversée est de réduire considérablement la quantité de RAM requise pour stocker la table de pages elle-même. Les tables de pages traditionnelles nécessitent une entrée par page virtuelle, ce qui peut être énorme, en particulier avec de grands espaces d'adressage virtuel. Un IPT, en revanche, ne nécessite qu’une seule entrée par cadre de page *physique*. Il s’agit presque toujours d’un nombre bien inférieur.
* Indépendance de l'espace d'adressage : L'IPT est une table globale, contrairement aux tables de pages traditionnelles, qui sont associées à chaque processus.
Fonctionnalité :
1. Structure :
* La table des pages inversées est un tableau, indexé par le numéro de cadre de page physique .
* Chaque entrée du tableau contient généralement les informations suivantes :
* ID de processus (PID) : Identifie le processus propriétaire de la page virtuelle mappée à ce cadre de page physique.
* Numéro de page virtuelle (VPN) : Spécifie le numéro de page virtuelle mappé à cette page physique.
* Bits de protection : (par exemple, autorisations de lecture, d'écriture et d'exécution) Celles-ci déterminent quelles opérations sont autorisées sur la page.
* Bit valide : Indique si l'entrée est valide (c'est-à-dire qu'un mappage existe).
2. Traduction d'adresses (virtuelle vers physique) :
Le processus de traduction d'une adresse virtuelle en adresse physique est plus complexe qu'avec les tables de pages traditionnelles.
un. Fonction de hachage : Lorsque le processeur doit traduire une adresse virtuelle, il applique une fonction de hachage à la combinaison du PID et le VPN (à partir de l'adresse virtuelle). Cette fonction de hachage produit un index.
b. Recherche : L'index de la fonction de hachage est utilisé pour sonder l'IPT.
c. Gestion des collisions : Puisqu'une fonction de hachage peut produire des collisions (différentes combinaisons PID/VPN hachées vers le même index), l'entrée IPT *doit* également stocker le PID et le VPN réels.
d. Vérification : Le système d'exploitation compare le PID et le VPN de l'entrée IPT avec le PID du processus actuel et le VPN de l'adresse virtuelle. S'ils correspondent *et* que le bit valide est défini, alors une correspondance est trouvée et le numéro de trame de page physique (l'index dans l'IPT) est utilisé dans le cadre de l'adresse physique finale.
e. Gestion des discordances/défauts de page :
* Si le PID/VPN ne correspondent pas ou si le bit valide est effacé, une collision s'est produite ou la page virtuelle n'est pas actuellement mappée sur une trame physique. Le système d'exploitation doit utiliser un mécanisme de résolution de collision (souvent un chaînage ou un adressage ouvert) pour rechercher l'entrée correcte dans l'IPT.
* Si, après la recherche, la page n'est toujours pas trouvée, un défaut de page se produit. Le système d'exploitation gère le défaut de page (par exemple, en chargeant la page du disque dans la mémoire).
3. Remplacement de page :
Lorsqu'une nouvelle page doit être mise en mémoire et qu'il n'y a pas de trames libres, un algorithme de remplacement de page (par exemple, LRU, FIFO) est utilisé pour sélectionner une page à expulser. L'entrée IPT du cadre de page expulsé est mise à jour pour la marquer comme non valide, et le mappage de la nouvelle page est stocké dans la même entrée IPT (une fois que les données de l'ancienne page ont été réécrites sur le disque, si nécessaire).
Avantages des tableaux de pages inversés :
* Surcharge de mémoire réduite : Beaucoup moins de mémoire est nécessaire pour la table de pages elle-même, en particulier pour les grands espaces d'adressage virtuels.
* Vue globale : Plus facile à mettre en œuvre des algorithmes de remplacement de page globaux car tous les mappages de pages sont centralisés dans une seule table.
Inconvénients des tableaux de pages inversés :
* Complexité de recherche accrue : La traduction d'adresses est plus complexe et prend plus de temps en raison du hachage et de la résolution des collisions.
* Pénalité d'échec TLB : Un Translation Lookaside Buffer (TLB) est un cache matériel qui stocke les récentes traductions d'adresses virtuelles vers physiques. Étant donné que les recherches IPT sont complexes, un échec TLB entraîne une pénalité de performances beaucoup plus élevée qu'avec des schémas de table de pages plus simples.
* Partage difficile : Le partage de pages entre processus peut être plus complexe, car il nécessite de gérer le contrôle d'accès au sein des entrées IPT. Cependant, cela est souvent géré avec des techniques de gestion de mémoire plus avancées.
Pourquoi ne pas être utilisé universellement ?
Bien que les économies de mémoire soient intéressantes, la surcharge de recherche accrue et les pénalités d'échec de TLB ont historiquement rendu les IPT moins populaires que les autres schémas de tables de pages, en particulier sur les architectures où les performances sont primordiales. Cependant, avec les progrès du matériel (processeurs plus rapides, caches plus grands, meilleures fonctions de hachage, conceptions TLB) et la demande croissante d'espaces d'adressage virtuels très grands, on constate un regain d'intérêt pour les structures de type IPT, parfois dans des approches hybrides combinées à des tables de pages multi-niveaux.
En résumé :
Une table de pages inversée est une technique de gestion de la mémoire qui réduit l'empreinte mémoire de la table de pages en l'indexant par cadre de page physique plutôt que par numéro de page virtuelle. Cela se fait au prix d’une complexité accrue de traduction d’adresses et d’une pénalité d’échec TLB plus élevée. Bien qu'il ne soit pas universellement utilisé, il peut être bénéfique dans les systèmes dotés de très grands espaces d'adressage virtuel où l'efficacité de la mémoire est essentielle.
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