TP 1 : Mémoire

Exercice 1

Soit le programme suivant qui affiche les adresses virtuelles de certaines variables lors de l'exécution du processus. En utilisant le (pseudo) fichier /proc/pid/maps, vérifiez à quel segment de pages ces adresses appartiennent.

tom@Error404:/mnt/c/Users/naser/Documents/scr/TP1$ ./adresses_virtuelles

mon pid est 20

main    =       0x564bfc70e169
&argc   =       0x7ffd8f4ac78c
&i      =       0x7ffd8f4ac794
&j      =       0x564bfc711fe0
t       =       0x564bfc711040
m       =       0x564bfd7e62a0

tom@Error404:/mnt/c/Users/naser/Documents/scr/TP1$ cat /proc/20/maps 

564bfc70d000-564bfc70e000 r--p 00000000 00:48 3659174697600603           /mnt/c/Users/naser/Documents/scr/TP1/adresses_virtuelles
564bfc70e000-564bfc70f000 r-xp 00001000 00:48 3659174697600603           /mnt/c/Users/naser/Documents/scr/TP1/adresses_virtuelles
564bfc70f000-564bfc710000 r--p 00002000 00:48 3659174697600603           /mnt/c/Users/naser/Documents/scr/TP1/adresses_virtuelles
564bfc710000-564bfc711000 r--p 00002000 00:48 3659174697600603           /mnt/c/Users/naser/Documents/scr/TP1/adresses_virtuelles
564bfc711000-564bfc712000 rw-p 00003000 00:48 3659174697600603           /mnt/c/Users/naser/Documents/scr/TP1/adresses_virtuelles
564bfd7e6000-564bfd807000 rw-p 00000000 00:00 0                          [heap]
7f246a43d000-7f246a440000 rw-p 00000000 00:00 0
7f246a440000-7f246a466000 r--p 00000000 08:20 10783                      /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6
7f246a466000-7f246a5bb000 r-xp 00026000 08:20 10783                      /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6
7f246a5bb000-7f246a60e000 r--p 0017b000 08:20 10783                      /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6
7f246a64e000-7f246a658000 r--p 00026000 08:20 10780                      /usr/lib/x86_64-linux-gnu/ld-linux-x86-64.so.2
7f246a658000-7f246a65a000 r--p 00030000 08:20 10780                      /usr/lib/x86_64-linux-gnu/ld-linux-x86-64.so.2
7f246a65a000-7f246a65c000 rw-p 00032000 08:20 10780                      /usr/lib/x86_64-linux-gnu/ld-linux-x86-64.so.2
7ffd8f48e000-7ffd8f4af000 rw-p 00000000 00:00 0                          [stack]
7ffd8f568000-7ffd8f56c000 r--p 00000000 00:00 0                          [vvar]
7ffd8f56c000-7ffd8f56e000 r-xp 00000000 00:00 0                          [vdso]

main appartient au deuxieme segment de pages (564bfc70e000-564bfc70f000)
&argc appartient au stack (7ffd8f48e000-7ffd8f4af000)
&i appartient aussi au stack (7ffd8f48e000-7ffd8f4af000)
&j appartient au heap (564bfd7e6000-564bfd807000)
t appartient au heap (564bfd7e6000-564bfd807000)
m appartient au heap (564bfd7e6000-564bfd807000)

Exercice 1 bis

L'interface (pseudo-fichier) proc/pid/smaps permet de voir la consommation mémoire d'un processus. On peut le formater avec la commande pmap -X. Le but de l'exercice est de voir ce qui se passe au niveau de la mémoire d'un processus suivant les différents mode d'allocation. Le programme null.c permet d'avoir un point de comparaison. Dans les cas suivants, vérifiez où se trouve la memoire correspondante :

1. Allocation statique buf.c

tom@Error404:/mnt/c/Users/naser/Documents/scr/TP1/Exo1/ex1bis$ pmap -x 51

51:   ./buf
Address           Kbytes     RSS   Dirty Mode  Mapping
000055a1b721c000       4       4       0 r---- buf
000055a1b721d000       4       4       0 r-x-- buf
000055a1b721e000       4       4       0 r---- buf
000055a1b721f000       4       4       4 r---- buf
000055a1b7220000       4       4       4 rw--- buf
000055a1b7221000   24576   16516   16516 rw---   [ anon ]
000055a1b986a000     132       4       4 rw---   [ anon ]
00007f52d26db000      12       8       8 rw---   [ anon ]
00007f52d26de000     152     152       0 r---- libc.so.6
00007f52d2704000    1364     860       0 r-x-- libc.so.6
00007f52d2859000     332     108       0 r---- libc.so.6
00007f52d28ac000      16      16      16 r---- libc.so.6
00007f52d28b0000       8       8       8 rw--- libc.so.6
00007f52d28b2000      52      20      20 rw---   [ anon ]
00007f52d28c4000       8       4       4 rw---   [ anon ]
00007f52d28c6000       4       4       0 r---- ld-linux-x86-64.so.2
00007f52d28c7000     148     148       0 r-x-- ld-linux-x86-64.so.2
00007f52d28ec000      40      36       0 r---- ld-linux-x86-64.so.2
00007f52d28f6000       8       8       8 r---- ld-linux-x86-64.so.2
00007f52d28f8000       8       8       8 rw--- ld-linux-x86-64.so.2
00007ffc3f565000     132      12      12 rw---   [ stack ]
00007ffc3f5a8000      16       0       0 r----   [ anon ]
00007ffc3f5ac000       8       4       0 r-x--   [ anon ]
---------------- ------- ------- -------
total kB           27036   17936   16612

L'allocation statique de buf.c se trouve à l'adresse 000055a1b7221000 et elle est de 24576 Kbytes

2. Allocation sur la pile stack.c

tom@Error404:/mnt/c/Users/naser/Documents/scr/TP1/Exo1/ex1bis$ pmap -x 57

57:   ./stack
Address           Kbytes     RSS   Dirty Mode  Mapping
000055c5f583a000       4       4       0 r---- stack
000055c5f583b000       4       4       0 r-x-- stack
000055c5f583c000       4       4       0 r---- stack
000055c5f583d000       4       4       4 r---- stack
000055c5f583e000       4       4       4 rw--- stack
000055c5f5acb000     132       4       4 rw---   [ anon ]
00007f019bcba000      12       8       8 rw---   [ anon ]
00007f019bcbd000     152     152       0 r---- libc.so.6
00007f019bce3000    1364     804       0 r-x-- libc.so.6
00007f019be38000     332     112       0 r---- libc.so.6
00007f019be8b000      16      16      16 r---- libc.so.6
00007f019be8f000       8       8       8 rw--- libc.so.6
00007f019be91000      52      20      20 rw---   [ anon ]
00007f019bea3000       8       4       4 rw---   [ anon ]
00007f019bea5000       4       4       0 r---- ld-linux-x86-64.so.2
00007f019bea6000     148     148       0 r-x-- ld-linux-x86-64.so.2
00007f019becb000      40      36       0 r---- ld-linux-x86-64.so.2
00007f019bed5000       8       8       8 r---- ld-linux-x86-64.so.2
00007f019bed7000       8       8       8 rw--- ld-linux-x86-64.so.2
00007ffdebac4000     132      36      36 rw---   [ stack ]
00007ffdebbef000      16       0       0 r----   [ anon ]
00007ffdebbf3000       8       4       0 r-x--   [ anon ]
---------------- ------- ------- -------
total kB            2460    1392     120

L'allocation sur la pile de stack.c se trouve à l'adresse 00007ffdebac4000 et elle est de 132 Kbytes

3. Allocation sur le tas heap.c

tom@Error404:/mnt/c/Users/naser/Documents/scr/TP1/Exo1/ex1bis$ pmap -x 59

59:   ./heap
Address           Kbytes     RSS   Dirty Mode  Mapping
000055ac09aae000       4       4       0 r---- heap
000055ac09aaf000       4       4       0 r-x-- heap
000055ac09ab0000       4       4       0 r---- heap
000055ac09ab1000       4       4       4 r---- heap
000055ac09ab2000       4       4       4 rw--- heap
000055ac0a4c2000   50028   49924   49924 rw---   [ anon ]
00007f1e58321000      12       8       8 rw---   [ anon ]
00007f1e58324000     152     152       0 r---- libc.so.6
00007f1e5834a000    1364     844       0 r-x-- libc.so.6
00007f1e5849f000     332      64       0 r---- libc.so.6
00007f1e584f2000      16      16      16 r---- libc.so.6
00007f1e584f6000       8       8       8 rw--- libc.so.6
00007f1e584f8000      52      20      20 rw---   [ anon ]
00007f1e5850a000       8       4       4 rw---   [ anon ]
00007f1e5850c000       4       4       0 r---- ld-linux-x86-64.so.2
00007f1e5850d000     148     148       0 r-x-- ld-linux-x86-64.so.2
00007f1e58532000      40      36       0 r---- ld-linux-x86-64.so.2
00007f1e5853c000       8       8       8 r---- ld-linux-x86-64.so.2
00007f1e5853e000       8       8       8 rw--- ld-linux-x86-64.so.2
00007ffe0d57b000     132      12      12 rw---   [ stack ]
00007ffe0d5fa000      16       0       0 r----   [ anon ]
00007ffe0d5fe000       8       4       0 r-x--   [ anon ]
---------------- ------- ------- -------
total kB           52356   51280   50016

L'allocation sur le tas de heap.c se trouve à l'adresse 000055ac0a4c2000 et elle est de 50028 Kbytes

4. Allocation (gande quantité) sur le tas huge.c

tom@Error404:/mnt/c/Users/naser/Documents/scr/TP1/Exo1/ex1bis$ pmap -x 61

61:   ./huge
Address           Kbytes     RSS   Dirty Mode  Mapping
000055fdf6259000       4       4       0 r---- huge
000055fdf625a000       4       4       0 r-x-- huge
000055fdf625b000       4       4       0 r---- huge
000055fdf625c000       4       4       4 r---- huge
000055fdf625d000       4       4       4 rw--- huge
000055fdf6cef000     132     100     100 rw---   [ anon ]
00007f5bb5f2e000     272     268     268 rw---   [ anon ]
00007f5bb5f72000     152     152       0 r---- libc.so.6
00007f5bb5f98000    1364     852       0 r-x-- libc.so.6
00007f5bb60ed000     332      64       0 r---- libc.so.6
00007f5bb6140000      16      16      16 r---- libc.so.6
00007f5bb6144000       8       8       8 rw--- libc.so.6
00007f5bb6146000      52      20      20 rw---   [ anon ]
00007f5bb6158000       8       4       4 rw---   [ anon ]
00007f5bb615a000       4       4       0 r---- ld-linux-x86-64.so.2
00007f5bb615b000     148     148       0 r-x-- ld-linux-x86-64.so.2
00007f5bb6180000      40      36       0 r---- ld-linux-x86-64.so.2
00007f5bb618a000       8       8       8 r---- ld-linux-x86-64.so.2
00007f5bb618c000       8       8       8 rw--- ld-linux-x86-64.so.2
00007fffa6cae000     132      16      16 rw---   [ stack ]
00007fffa6cf2000      16       0       0 r----   [ anon ]
00007fffa6cf6000       8       4       0 r-x--   [ anon ]
---------------- ------- ------- -------
total kB            2720    1728     456

L'allocation (gande quantité) sur le tas de huge.c se trouve à l'adresse 00007f5bb5f2e000 et elle est de 272 Kbytes

5. Allocation sur le mapping mmap.c

tom@Error404:/mnt/c/Users/naser/Documents/scr/TP1/Exo1/ex1bis$ pmap -x 64

64:   ./mmap
Address           Kbytes     RSS   Dirty Mode  Mapping
000055c9d1054000       4       4       0 r---- mmap
000055c9d1055000       4       4       0 r-x-- mmap
000055c9d1056000       4       4       0 r---- mmap
000055c9d1057000       4       4       4 r---- mmap
000055c9d1058000       4       4       4 rw--- mmap
000055c9d2214000     132       4       4 rw---   [ anon ]
00007fad683c0000     256     128     128 rw--- 256k
00007fad68400000      64      64      64 rw-s- zero (deleted)
00007fad68410000      44      40      40 rw---   [ anon ]
00007fad6841b000     152     152       0 r---- libc.so.6
00007fad68441000    1364     812       0 r-x-- libc.so.6
00007fad68596000     332     120       0 r---- libc.so.6
00007fad685e9000      16      16      16 r---- libc.so.6
00007fad685ed000       8       8       8 rw--- libc.so.6
00007fad685ef000      52      20      20 rw---   [ anon ]
00007fad685fd000      24       4       4 rw---   [ anon ]
00007fad68603000       4       4       0 r---- ld-linux-x86-64.so.2
00007fad68604000     148     148       0 r-x-- ld-linux-x86-64.so.2
00007fad68629000      40      36       0 r---- ld-linux-x86-64.so.2
00007fad68633000       8       8       8 r---- ld-linux-x86-64.so.2
00007fad68635000       8       8       8 rw--- ld-linux-x86-64.so.2
00007ffdc2360000     132      16      16 rw---   [ stack ]
00007ffdc2384000      16       0       0 r----   [ anon ]
00007ffdc2388000       8       4       0 r-x--   [ anon ]
---------------- ------- ------- -------
total kB            2828    1612     324

L'allocation sur le mapping de mmap.c se trouve à l'adresse 00007fad683c0000 et elle est de 256 Kbytes

Exercice 2

Soit le programme suivant.

1. Compilez le programme. Avec la commande size, regardez les différents segments du programme. Où se trouve le tableau t ? Augmentez la valeur de N. La taille de l'exécutable a-t-elle changé ? pourquoi ?

Le tableau t se trouve dans le segment .bss et la taille de l'exécutable n'a pas changé car le tableau t n'est pas initialisé.

2. Recommencez avec la version 2. Expliquez.

Le tableau t se trouve dans le segment .data et la taille de l'exécutable a changé car le tableau t est initialisé.

Exercice 3

Soit le programme suivant. Le temps d'éxecution de ce programme est-il différent pour les deux versions ? Pourquoi ?

Le temps d'éxecution de ce programme est différent pour les deux versions car dans la première version, les éléments du tableau sont accédés de manière séquentielle, alors que dans la deuxième version, le cache est rempli car on lit les éléments du tableau par colonne, donc il y a plus de cache miss vu qu'on fait des incréments bien plus grands que dans la première version.

Exercice 4

Le programme sum_array.c fait la somme des éléments d'un tableau en accédant aux éléments séquentiellement (-c croissant, -d décroissant) ou de manière aléatoire (-a). Testez en faisant varier la taille du tableau. Expliquez.

La raison de pourquoi la manière aléatoire est plus lente que la manière croissante ou décroissante (qui sont aussi rapide l'une que l'autre), est que la manière aléatoire fait plus de cache miss que les deux autres, car elle accède aux éléments du tableau de manière aléatoire, donc il y a plus de chance que l'élément ne soit pas dans le cache, alors que dans les deux autres, les éléments sont accédés de manière séquentielle, donc il y a plus de chance que l'élément soit dans le cache. Ce qui force la lecture de la RAM.