Bab 9: Virtual Memory Latar Belakang

1

Bab 9: Virtual Memory

Latar Belakang

Demand Paging

Pembuatan Proses

Page Replacement

Alokasi Frame

Thrashing

Contoh Sistem Operasi

Silberschatz, Galvin and Gagne 200210.1Operating System Concepts

Latar Belakang

Virtual memory – memisahkan memori logika dari memori fisik. Hanya bagian dari program yang berada di memori yang

k di k k iakan dieksekusi.

Ruang alamat logika dapat lebih besar daripada ruang alamat fisik.

Mengijinkan ruang alamat digunakan bersama-sama untuk beberapa proses.

Mengijinkan pembuatan proses yang lebih efisien.

Virtual memory dapat diimplementasikan dengan :


Virtual memory dapat diimplementasikan dengan : Demand paging

Demand segmentation

2

Virtual Memory lebih besari daripada Memori Fisik


Demand Paging

Membawa page ke dalam memori hanya jika diperlukan Memerlukan I/O yang lebih kecil

Memerlukan memori yang lebih kecil

Respon yang lebih cepat

User yang lebih banyak

Page diperlukan referensikan Referensi invalid abort

Tidak dalam memori bawa ke memori


3

Transfer Page dari Memori ke Ruang Disk yang Berurutan


Bit Valid-Invalid

Untuk setiap masukan ke page table entry, akan dihubungkan dengan bit valid–invalid (1 dalam memori, 0 tidak dalam memori)

Inisialisasi bit valid invalid dengan 0 pada semua masukan Inisialisasi bit valid–invalid dengan 0 pada semua masukan.

Contoh snapshop page table

111

10

Frame # valid-invalid bit


Selamat menterjemahkan alamat, jika bit valid-invalid dalam masukan page table adalah 0 page fault.

00

page table

4

Page Table jika beberapa Page tidak berada di Memori Utama


Page Fault

Jika terdapat masukan yang direferensi ke page, referensi pertama akan trap ke OS page fault

OS melihat ke tabel lain untuk menentukan: Referensi Invalid abort.

Sedang tidak berada di memori.

Dapatkan frame kosong.

Swap page ke dalam frame.

Reset tabel, validasi bit = 1.

Restart instruksi: Least Recently Used


Restart instruksi: Least Recently Used Pindah blok

Lokasi auto increment/decrement

5

Langkah-langkah menangani Page Fault


Apa uang terjadi jika tidak terdapat frame bebas?

Page replacement – mencari beberapa page di dalam memori, titapi tidak digunakan, swap keluar algoritma

performansi – menginginkan algoritma yang menghasilkan jumlah page fault minimal

Page yang sama mungkin dibawa ke memori beberapa kali


6

Performansi dari Demand Paging

Rata-rata Page Fault 0 p 1.0 Jika p = 0 tidak ada page faults

Jika p = 1, setiap referensi gagal

Effective Access Time (EAT)

EAT = (1 – p) x akses memori

+ p (waktu page fault

+ [swap page out ]

+ swap page in

+ waktu restart)


+ waktu restart)

Contoh Demand Paging

Waktu akses memori = 1 microsecond

50% dari waktu page harus dilakukan modifikasi sehingga perlu di swap out.

Waktu Swap Page = 10 msec = 10,000 msec

EAT = (1 – p) x 1 + p (15000)

1 + 15000P (in msec)


7

Pembuatan Proses

Virtual memory mempunyai keuntungan laing selama pembuatan proses:

- Copy-on-Write

- Memory-Mapped Files


Copy-on-Write

Copy-on-Write (COW) mengijinkan baik proses parent dan child menginisialisasi page yang sama.

Jik l h t difik i h dJika salah satu proses memodifikasi shared page, page akan di-copy.

COW memungkinkan pembuatan proses yang lebih efisian karena hanya memodifikasi page yang di-copy

Page bebas dialokasikan dari sebuah pool


8

Memory-Mapped Files

Memory-mapped file I/O memungkinkan file I/O diperlakukan sebagai routine memory access dengan memetakan blok disk ke page di memory

Sebuah file diinisialisasi read menggunakan demand paging. File dibaca dari sistem file ke page pada memori fisik sesuai ukuran page. Read/write ke/dari file diperlakukan seperti akses memori

Akses file dengan memperlakukan file I/O sebagai akses memori lebih sederhana daripada sistem call read() write()


Juga memungkinkan beberapa proses untuk memetakan file yang sama pada page di memori yang sama

Memory Mapped Files


9

Page Replacement

Mencegah over-allocation dari memori dengan rutin modifikasi page-fault untuk melakukan page replacement

Menggunakan bit modify (dirty) untuk mengurangi kegagalan transfer page – hanya page yang dimodifikasi yang ditulis di disk

Page replacement membedakan memori logika dan memori fisik – memori virtual besar dapat disediakan pada memori fisik yang kecil


Kebutuhan Page Replacement


10

Dasar-dasar Page Replacement

1. Cari lokasi page pada disk.

2. Cari frame bebas:- jika terdapat frame bebas, gunakan.- jika tidak ada frame bebas, gunakan algoritma

page replacement untuk memilih frame korban.

3. Baca page yang tepat ke frame bebas. Update tabel page.


4. Restart proses.

Page Replacement


11

Algoritma Page Replacement

Mencari rata-rata page-fault terkecil.

Evaluasi algoritma dengan menjalankan pada sekumpulan string memori referensi dan menghitung jumlah page fault pada string

String acuan dibangkitkan secara random atau dengan menelusuri sistem dan menyimpan alamat dari memory Contoh : jika ditelusuri proses tertentu, disimpan alamat berikut :

0100, 0432, 0101, 0612,0102, 0103, 0104,

0101, 0611, 0102, 0103,0104, 0101, 0610,

0102, 0103, 0104, 0101,0609, 0102, 0105

dimana 100 byte per page direduksi ke string referensi :1 4 1 6 1 6 1 6 1 6 1


1, 4, 1, 6, 1, 6, 1, 6, 1, 6, 1

Pada contoh berikut, string referensi sbb

1, 2, 3, 4, 1, 2, 5, 1, 2, 3, 4, 5.

Graf Page Fault VS Jumlah Frame


12

Algoritma First-In-First-Out (FIFO)

String Referensi: 1, 2, 3, 4, 1, 2, 5, 1, 2, 3, 4, 5

3 frame (3 page dapat di memori pada satu waktu per proses)

11 4 5

4 frame

1

2

3

1

2

3

4

1

2

5

3

4

9 page faults

1

2

1

2

5

1

4

5 10 page faults


FIFO Replacement – Belady’s Anomaly Lebih banyak frames page fault lebih kecil

33 2

p g

44 3

Page Replacement FIFO


13

Ilustrasi Belady’s Anamoly pada FIFO


Algoritma Optimal

Mengganti page yang tidak akan digunakan untuk periode waktu yang terlama.

Contoh 4 frame

1, 2, 3, 4, 1, 2, 5, 1, 2, 3, 4, 5

1

2

3

4

6 page faults

4


Bagaimana cara mengetahuinya?

Digunakan untuk mengukur bagaimana performansi dari algoritma.

4 5

14

Page Replacement Optimal


Algoritma Least Recently Used (LRU) Mengganti page yang sudah tidak digunakan untuk

periode waktu yang terlama.

String Referensi: 1, 2, 3, 4, 1, 2, 5, 1, 2, 3, 4, 5

1 5

Implementasi Counter Setiap masukan page mempunyai counter; setiap waktu

2

3 4

4 3

5


page direferensi melalui masukan, copy clock ke dalam counter.

Jika sebuah page perlu diubah, cari counter untuk menentukan mana yang diubah.

15

Page Replacement LRU


Algoritma LRU (Lanj.)

Implementasi Stack – menyimpan stack yang berisi nomor page dalam bentuk double link: Page yang direferensi:

Pindahkan ke atas

Membutuhkan 6 pointer yang diubah

Tidak ada pencarian replacement


16

Penggunaan Stack untuk menyimpan Page Referensi yang Sering digunakan


Allokasi Frame

Setiap proses membutuhkan jumlah page minimum.

Contoh: IBM 370 – 6 page untuk menangani instruksi SS MOVE: Instruksi 6 byte, bisa ditambah 2 page.

2 page untuk menangani from.

2 page untuk menangani to.

Dua skema utama alokasi Alokasi fix

Alokasi prioritas


17

Alokasi Fix

Alokasi sama (equal) – contoh, jika 100 frame dan 5 proses, masing-masing mendapat 20 page.

Alokasi proporsional – Alokasi berdasarkan ukuran proses.

mS

spa

m

sS

ps

iii

i

ii

untuk alokasi

framejumlah total

prosesukuran

10

64m


5964137127

56413710

127

10

2

1

2

a

a

s

si

Alokasi Prioritas

Menggunakan skema alokasi proposional menggunakan prioritas, bukan ukuran.

Jika proses Pi membangkitkan page fault, Memilih untuk replacement satu dari framenya.

Memilih untuk reprecement sebuah frame dari sebuah proses dengan nomor prioritas terendah.


18

Alokasi Global vs. Lokal

Replacement Global – proses memilih sebuah replacement frame dari sekumpulan semua frame; satu proses dapat mengambil sebuah frame dari yang lain.

Replacement Local – setiap proses dari hanya dari kumpulan alokasi frame nya sendiri.


Thrashing

Jika sebuah proses tidak “cukup” page, rata-rata page-fault sangat tinggi. Hal ini menyebabkan: Utilitas CPU yang rendah.

Sistem opreasi perlu meningkatkan tingkat multiprogramming.

Proses lain ditambahkan ke sistem.

Thrashing sebuah proses yang sibuk melakukan swapping page ke dalam dan keluar.


19

Thrashing

Mengapa paging bekerja?M d l l k li


Model lokalitas Proses migrasi dari satu lokasi ke lokasi lain.

Lokasi kemungkinan overlap.

Mengapa terjadi thrashing? ukuran lokasi > total ukuran memori

Contoh Sistem Operasi

Windows NT

Solaris 2


20

Windows NT

Menggunakan demand paging dengan clustering. Clustering membawa page fault.

Proses diset working set minimum dan working set maximummaximum.

Working set minimum adalah jumlah minimum page pada proses yang dijamin mendapat lokasi memori

Sebuah proses mungkin digunakan untuk beberapa page dapat ditambahkan ke working set maximum.

Jika jumlah memori bebas dalam sistem memenuhi threshold, automatic working set trimming digunakan untuk menyimpan jumlah memori bebas.


Working set trimming menghapus page dari proses yang mempunyai page melebihi working set minimum.

Solaris 2

Menyimpan daftar page bebas untuk menentukan proses yang fault.

Lotsfree – parameter threshold untuk memulai paging.p p g g

Paging dibentuk dengan proses pageout.

Pageout mencari page menggunakan algoritma modified clock.

Scanrate adalah rata-rata page mana yang dicari. Jangkauan dari slowscan ke fastscan.


Pageout dipanggil lebih sering tergantung jumlah ketersediaan memori bebas.

21

Solar Page Scanner


Bab 9: Virtual Memory Latar Belakang

Documents

Transcript of Bab 9: Virtual Memory Latar Belakang