Pertemuan VIII – Manajemen -...

Sistem Operasi Komputer

Universitas Kristen Maranatha -- IT Department 1


Pertemuan VIII – Manajemen

Memori

Pembahasan Manajemen Memori

• Latar belakang dan konsep dasar

• Strategi

• Ruang alamat lojik dan fisik

• Swapping

• Pencatatan pemakaian memori

• Monoprogramming

• Contiguous allocation: partisi statis, partisi dinamis, sistem Buddy

• Non-contiguous allocation: paging, segmentation



Konsep dasar

• Von Neumann system � data dan program harus tersimpan dalam lokasi yang sama (memori), dengan urutan instruction, fetch, execution

• Meningkatkan utilitas CPU

• Data dan instruksi dapat diakses dengan cepat

• Efisiensi pemakaian memori

• Efisiensi transfer data dari/ke memori utama ke/dari CPU

CPUMem.utama

RAM

Mem. Sekunder

DISK

Penggunaan CPU dan memori



Syarat manajemen memori

• Relokasi � translasi memori referensi ke alamat

fisik

• Proteksi � user tidak dapat mengakses bagian

system

• Sharing � sharing area pada memori utama

• Organisasi lojik � SOK dan hardware

berhubungan dengan program user dalam satu

modul

• Organisasi fisik � pengaturan memori utama

dan sekunder pada long-term scheduling

Hirarki manajemen memori

• Register

• Cache

• Memori utama

• Magnetic disk

• Magnetic tape

Semakin ke bawah:

– Biaya per bit semakin rendah

– Kapasitas semakin besar

– Waktu akses semakin besar

– Frekuensi pengaksesan memori oleh prosesor semakin rendah



Konsep binding

• Proses penempatan (perpindahan alamat) suatu

item ke dalam lokasi memori tertentu, dapat

terjadi pada saat:

– Compile time: lokasi memori diketahui sebelumnya,

contoh: pada DOS (*.com)

– Load time: relocatable code

– Execution time: memerlukan dukungan hardware

dalam pemetaan alamat, contoh: base dan limit

register

Pemrosesan bertingkat program user



Ruang alamat lojik dan fisik

• Alamat lojik (logical address) � diturunkan oleh CPU

• Alamat fisik (physical address) � alamat yang berada

dalam memori

• Compile time � alamat lojik dan fisik sama

• Execution time

– Alamat lojik � virtual address

– Kumpulan alamat lojik yang diturunkan dari program � lojik

adress space

– Alamat fisik yang berhubungan dengan alamat lojik �

physical address space

• Run time � pemetaan alamat virtual ke alamat fisik

oleh memory management unit (MMU) dari hardware

Relokasi dinamis ruang alamat

execution time run time



Dynamic Loading

• Hanya bagian program yang penting saja yang

tinggal di memori

• Suatu routine tidak akan dipanggil sampai ia

dibutuhkan

• Tidak perlu campur tangan SOK, tergantung

pada user

• SOK menyediakan library

Dynamic Linking

• Konsep sama dengan dynamic loading,

penekanan pada linking

• Memungkinkan adanya share library antar

program user

• Contoh: *.dll, *.sys, *.drv

• SOK dibutuhkan untuk mengakses memori pada

alamat-alamat yang sama dari beberapa proses



Overlay

• Membagi program yang besar menjadi bagian-bagian yang lebih kecil sehingga dapat dimuat dalam memori utama (jika proses lebih besar dari kapasitas memori)

• Program penggerak berada dalam memori utama

• Bagian pendukung diletakkan dalam memori sekunder

Swapping

• Pengalihan proses dari memori ke tempat penyimpanan

sementara

• Dipanggil lagi ke memori jika diperlukan

• Contoh: multiprogramming dengan algoritma RR

• Tanpa swapping � monoprogramming dan

multiprogramming dengan partisi statis

• Swapping � multiprogramming dengan partisi dinamis

• Ditemukan dalam banyak sistem: Linux, Unix dan

Windows 2000

• Tantangan: transfer time � proporsional dengan jumlah

data yang di-swap



Swapping backing store dalam disk

Pencatatan pemakaian alokasi memori (1)

• Peta bit (Bit map)

– Memori dibagi dalam beberapa alokasi unit

– Tiap unit terdiri dari beberapa word sampai beberapa kByte

– Tiap unit berhubungan dengan 1 bit, 0 jika kosong, 1 jika terisi

– Ukuran unit sangat penting

– 32n bit unit memori memerlukan n bit map

A B C D

1 1 1 1 1 0 0 0

1 1 1 1 1 1 1 1

0 0 1 1 1 1 1 1

1 0 0 0 1 1 1 1

Bit map 1 unit memori dengan 32 bit



Pencatatan pemakaian alokasi memori (2)

• Linked list– Setiap node terdiri atas informasi Process (P) atau Hole (H), lokasi awal

dan panjang lokasi

– Penggunaan memori lebih kecil

– Tidak perlu perhitungan blok lubang memori

– Dealokasi sulit dilaksanakan (karena terjadi penggabungan atau pemekaran beberapa node)

P 0 5

P 18 7

H 16 2H 5 3 P 8 8

H 25 3 P 28 4

Pengalokasian Memori

• Monoprogramming

• Multiprogramming

– Berurutan (Contiguous Allocation)

• Partisi Statis

• Partisi Dinamis

• Sistem Buddy

– Tidak Berurutan (Non Contiguous Allocation)

• Paging

• Segmentasi



Monoprogramming

• Pengalokasian memori ke suatu proses relatif sederhana, hanya satu proses menggunakan memori pada setiap saat

• Penggunaan ROM dan RAM, untuk program user dan sistem operasi

User program

di RAM

Sistem operasi

di RAM

Sistem operasi

di ROM

User program

di RAM

User program

di RAM

Sistem operasi

di RAM

Device driver

di ROM

Hardware support relokasi dan limit register

• Jika SOK diletakkan pada lokasi memori rendah, perlu adanya

proteksi terhadap memori

• Menggunakan base dan limit register secara dinamis (nilai alamat

berubah-ubah)

• Operasi transient � penghilangan fasilitas layanan SOK sementara

dari memori, lokasi digunakan untuk proses lain dari user



Pengalokasian Berurutan (Contiguous Allocation)

• Multiprogramming system

– Residen alokasi untuk SOK (di alamat rendah/atas

atau alamat tinggi/bawah)

– User program

• Strategi:

– Partisi statis

– Partisi dinamis

– Sistem Buddy

Sistem operasi

User program

0

512

Multiprogramming Partisi Statis

• Membagi memori dalam beberapa partisi dengan ukuran tetap

• Beberapa proses dalam waktu bersamaan menggunakan memori � memori dibagi dalam partisi dengan ukuran tertentu

• Tiap partisi digunakan oleh satu proses

• Jika telah selesai dapat digunakan oleh proses lain

• Contoh SOK: IBM OS2/360, dengan memori management Multiprogramming with a Fixed Number of Tasks (MFT)



Partisi Statis Ukuran Sama• Proses-proses yang hendak masuk memori diletakkan pada

sembarang partisi kosong

• Ukuran request lebih besar dari partisi � tidak dialokasikan, perlu dibuat overlay

• Dapat timbul sisa-sisa yang memboroskan (internal fragmentation), jika alokasi proses-proses kurang dari kapasitas partisi

SOK

Partisi 1

Partisi 2

Partisi 3

Partisi 4

256 Kbyte

256 Kbyte

256 Kbyte

256 Kbyte

Partisi Statis Ukuran Tidak Sama (1)

• Tiap partisi memiliki ukuran yang tidak sama

• Banyak antrian (satu antrian untuk tiap partisi)

– Proses ditempatkan pada partisi dengan ukuran terkecil yang

dapat memuatnya

– Ada partisi tertentu yang panjang antriannya

– Ada partisi yang kosong

– Meminimumkan pemborosan memori

• Satu antrian untuk seluruh partisi

– Proses yang memiliki ukuran kecil ditempatkan pada partisi

dengan ukuran besar (internal fragmentasi)

– Fleksibel implementasi

– Operasi minimum (hanya satu antrian)



Partisi Statis Ukuran Tidak Sama (2)

SOK

Partisi 1

Partisi 2

Partisi 3

Partisi 4

Partisi 5

SOK

Partisi 1

Partisi 2

Partisi 3

Partisi 4

Partisi 5

P5 P2

P3 P1

P4P6

P1P2P3

P4

P5

P6

Multiprogramming Partisi Dinamis (1)

• Partisi baru akan dibuat setelah suatu proses masuk ke memori

• Problem:

– Muncul lubang-lubang kecil antara 2 proses yang ditempatkan

– Menyulitkan dalam alokasi dan dealokasi

– External fragmentation � ada beberapa lubang dengan kapasitas total yang cukup besar untuk suatu proses, namun lubang-lubang tidak saling berdekatan

– Diperlukan compaction, penempatan ulang proses yang ada dalam memori dan diatur sedemikian rupa sehingga posisi lubang berdekatan

– Compaction dapat dilakukan jika relokasi bersifat dinamis dan dilakukan pada saat compile time

– Adanya segmen data yang berkembang sebagai akibat heap atau stack yang memanggil prosedur atau variabel lokal



Multiprogramming Partisi Dinamis (2)

Job Queue

Proses Memory Request Waktu (ms)

P1 600 K 10

P2 1000 K 5

P3 300 K 20

P4 700 K 8

P5 500 K 15

SOK SOK SOK SOK SOK0

400

P1

P2

P3

1000

2000

2300

2560

0

400

P1

P3

1000

2000

2300

2560

P2 selesai

400

P1

P4

P3

1000

2000

2300

2560

1700

Alokasi P4

400

P4

P3

1000

2000

2300

2560

1700

P1 selesai400

P4

P3

1000

2000

2300

2560

1700

Alokasi P5 P5900

Compaction

SOK SOK SOK SOK

P1

P2

400 K

P3

300 K

P4

200 K

0

300

500

600

1000

1200

1500

1900

2100

P1

P2

P3

P4

900 K

P1

P2

P4

P3

900 K

P1

P2

900 K

P4

P3

Pindah P3 dan P4 (600K) Pindah P4 (400K) Pindah P3 (200K)



Strategi compaction

• First fit � pencarian dari awal, berhenti jika ditemukan lokasi pertama yang cukup besar

• Next fit � sama dengan first fit, namun pencarian tidak dimulai dari awal, tapi dari lokasi terakhir menemukan segmen yang cocok

• Best fit � pencarian dari awal, dan akan berhenti jika ditemukan lokasi terkecil pertama yang cukup

• Worst fit � pencarian dari awal, dan akan berhenti jika ditemukan lokasi yang terbesar yang cukup

• Quick fit � cocok untuk pencatatan dengan linked list. Algoritma dirancang dengan membuat list lubang. Lubang memori dimuat di list sesuai dengan ukuran terdekatnya.

Contoh: list lubang 8, 12, 20, 40 dan 60 Kb. Jika ada lubang memori sebesar 42 Kb, akan ditempatkan di list 40

Sistem Buddy

• Pengelolaan memori dengan memanfaatkan kelebihan bilangan binair (2k; k = 0,1,2,… )

• Dealokasi proses dapat berlangsung cepat

• Terjadi internal fragmentation

0 1 M512256128

A

A

A

B

B

B

B D

D

C

C

C

C

C

Semula

Alokasi proses A (90 Kb)

Alokasi proses B (50 Kb)

Alokasi proses C (72 Kb)

Alokasi proses D (35 Kb)

Dealokasi proses A

Dealokasi proses B

Dealokasi proses D

Dealokasi proses C



Non Contiguous Allocation � Paging

• Memori logika dibagi dalam blok-blok (page)

• Memori fisik dibagi dalam blok-blok dengan ukuran tertentu (frame)

• Setiap alamat yang diberikan CPU

– Nomor page (p)

– Nomor offset (d)

• p digunakan sebagai indeks dari page table yang berisi base address untuk tiap page pada memori fisik

• Base address dikombinasikan dengan offset untuk mendapatkan alamat fisik memori

• Ukuran frame dan page (ukuran keduanya sama !!), ditentukan oleh hardware, bervariasi antara 29 sampai 213 tergantung arsitektur komputer

Skema Paging

p d

Nomor page Nomor offset

m-n n

2m = ukuran alamat lojik

2n = ukuran satu page

m dan n dalam satuan

word atau byte



Contoh paging (1)

Contoh paging (2)

• Ukuran page = 4 byte

• Ukuran memori fisik =

32 byte (8 frame)

• Alamat lojik 0 ada di

page 0, offset 0

• Pada page table terlihat

page 0, dipetakan ke

frame 5, dengan alamat

fisik ((5 * 4) + 0 = 20)

• Alamat lojik 3 (page 0,

offset 3), dipetakan ke

alamat fisik ((5 * 4) + 3)

= 23



Frame bebas

• Jika proses datang

untuk eksekusi,

maka ukurannya

diekspresikan

dengan page

• Setiap page butuh

satu frame

Sebelum alokasi Setelah alokasi

Implementasi Page Table (1) -- PTBR

• Page table disimpan dalam memori

• Page table base register (PTBR):

– Instruksi untuk load atau modifikasi dilakukan secara privileged

– Contoh pada DEC-PDP 11 mini computer

– Entry page table harus dibatasi relatif kecil (misalnya 256 entry)

• Butuh 2 kali akses ke memori:

– 1 untuk entry page table

– 1 untuk byte

– Akses diperlambat sebagai fungsi 2k



Implementasi Page Table (2) -- TLB

• Transaction Look-Aside Buffer (TLB) atau associative memory, sebagai perbaikan dari perlambatan akses ke memori pada PTBR

• Kumpulan dari register pada cache atau memori berkecepatan tinggi

Translasi alamat (A´, A´´)

– Jika A’ pada register asosiatif A’’ , ambil #Frame

– Jika tidak, ambil #Frame dari page table di memori

#Page #Frame

Implementasi Page Table (3) -- TLB



Proteksi memori

• Dengan cara menambahkan satu bit proteksi

pada tiap frame: Read/Write atau Read Only

• Pada page table diberi tambahan valid/invalid bit

• Valid � page ada pada kawasan ruang alamat

lojik

• Invalid � page tidak ada

Valid/Invalid Page Table



Struktur Page Table – Multilevel

• Membagi ruang alamat lojik ke dalam beberapa page tables

• Misal:– Komputer 32 bit

– Ukuran page 4 Kbyte

– Alamat lojik dibagi menjadi suatu nomor page 20 bit, dan page offset 12 bit

– Nomor page dibagi lagi menjadi 10 bit nomor page dan 10 bit page offset

page number page offset

pi p2 d

10 10 12

pi indeks ke page table yang lebih luar, dan p2 adalah yang ditunjuk

dari page table yang lebih luar tersebut

Page table 2 level



Struktur Page Table – Hashed Page Table

Struktur Page Table – Inverted Page Table



Sharing Kode (Multiuser Environment)

Non Contiguous Allocation � Segmentasi

• User view � memori utama sebagai kumpulan segmen

dengan ukuran berbeda dari suatu program

• Segmen adalah unit lojik seperti:

– main program,

– procedure,

– function,

– method,

– object,

– local variables, global variables,

– common block,

– stack,

– symbol table, arrays



Alamat Ruang lojik

Cara pandang user

1

4

2

3

user space physical memory space

1

3

2

4

Pada saat user program di-

compile, terbentuk segmen-

segmen yang merefleksikan

input program.

Contoh pada Pascal:

(1) Varibel global

(2) Procedure call stack yang

menyimpan parameter dan

alamat kembali

(3) Porsi kode untuk tiap

prosedur dan fungsi

(4) Variabel lokal untuk prosedur

dan fungsi

Tiap segmen dituliskan sebagai identitas dan offset:

<segment-number, offset>



Pemetaan segmen

• Pemetaan ke alamat

fisik dilakukan

dengan menggunakan

tabel segmen

• Tiap entry berisi base

dan limit

Contoh segmentasi



Segmentasi – proteksi dan sharing

• Kumpulan proteksi terhadap segmen

– Memberi array untuk tiap-tiap segmen

– Pengaturan memori hardware secara otomatis

– Array yang ditunjuk legal atau tidak (tidak melebihi

limit register)

• Sharing kode atau data

– Dua proses yang berbeda akan menempati lokasi

yang sama pada lokasi fisik

Segmentasi – Sharing dan proteksi



Latihan Soal (1)

1. Sebutkan hal-hal yang perlu dipertimbangkan

dalam melakukan manajemen memori!

2. Berikan alasan mengapa suatu SOK tidak

menggunakan metode pemetaan bit dalam

melakukan pencatatan alokasi memori!

3. Berikan alasan mengapa suatu SOK

menggunakan sistem paging dalam melakukan

manajemen memori!

4. Apakah tugas utama dari MMU (Memory

Management Unit)?

Latihan Soal (2)

5. Suatu sistem komputer memiliki memori utama dengan kapasitas sebesar 16

Mbyte. Diketahui ukuran page sebesar 64 byte.

1. Berapa jumlah frame yang tersedia ?

2. Jika suatu Program ABC berukuran 914 byte, berapa page yang dibutuhkan ?

3. Apabila diketahui page table sebagai berikut:

dengan asumsi bahwa program memerlukan page secara berurutan dari 0

sampai n, dimanakah letak alamat fisik dari alamat logika: 10, 101 dan 350?

Nomor page Nomor frame

0 8

1 2

2 10

3 22

4 12

5 1

… …



KUIS Paging and Segmentation (1)

1. Paging:

Diketahui suatu ruang alamat lojik sebesar 8 pages dengan masing-

masing memuat 1024 bytes. Alamat lojik ini dipetakan pada alamat

fisik dengan ruang alamat fisik sebesar 32 frame.

a. Berapa bit dibutuhkan untuk menuliskan alamat lojik ?

b. Berapa bit dibutuhkan untuk menuliskan alamat fisik ?

c. Berapakah alamat fisik untuk alamat-alamat lojik berikut ini: 2110

dan 44.

Diketahui page table sbb:

d. Berapakah total ruang alamat fisik yang tersedia ?

Nomor page Nomor frame

0 8

1 2

2 18

… …

KUIS Paging and Segmentation (2)

2. Segmentation:

Physical address =Base address + Logical Address

Diketahui segment table sbb

Segment Base Length

0 219 600

1 2300 14

2 90 100

3 1327 580

4 1952 96

Apakah alamat fisik dari alamat lojik berikut ini: 0(430), 1(10),

2(500), 3(400), 4(112)

segment offset

Pertemuan VIII – Manajemen -...

Documents

Transcript of Pertemuan VIII – Manajemen -...