SISTIM OPERASI (Operating System) IKI Memory Management. Memory: Part 2 Ch. 8. Johny Moningka

Transkripsi

1 SISTIM OPERASI (Operating System) IKI Memory: Part 2 Ch 8 Johny Moningka (moningka@csuiacid) Fakultas Ilmu Komputer Universitas Indonesia Semester 2000/2001 Memory Management Latar Belakang Address space: lojik vs fisik Swapping Contiguous Allocation Paging Segmentation Segmentation dengan Paging OS/ JM-2001/v11/2 1

2 Review: load-time binding Link => beri daftar referensi untuk alamat absolut Saat load => dimana proses berada di memori dan ubah alamat tersebut sesuai dengan lokasi static aout 0x3000 jump 0x2000 0x1000 OS aout jump 0x5000 0x6000 0x4000 OS/ JM-2001/v11/3 Excecution:base + limit register Gunakan bantuan h/w: setiap load dan store ke memori relocation: physical addr = virtual addr + base register protection: check that address falls in [base, base+limit) aout jump 0x2000 0x3000 0x1000 OS aout jump 0x2000 0x6000 0x4000 When process runs, base register = 0x3000, limit register = 0x6000 Jump addr = 0x x4000 = 0x5000 OS/ JM-2001/v11/4 2

3 Some terminology Definitions: Alamat program: logical atau virtual addresses (LA) Alamat sesungguhnya: physical addresses (PA) Translation (or relocation) mechanism: MMU CPU logical addrs MMU Physical addrs memory Dynamic relocation: Setiap instruksi mesin (CPU) dalam bentuk: virtual address => diterjemahkan ke physical address MMU (memory management unit) Setiap proses: mempunyai view (akses dan alokasi) memori fisik yang unik, dikenal address spaces OS/ JM-2001/v11/5 Allocation: contiguous Memori utama biasanya terbagi dalam dua bagian: Bagian rutin/dukungan untuk OS (berada terus di memori => resident): biasanya disimpan dalam memori beralamat rendah (low memory) Termasuk alamat (list) untuk interrupt vector Hardware driver atau interface Bagian proses user (contiguous allocation): Alokasikan dengan besaran tetap (setiap proses => max besarnya program) Issue: proteksi untuk setiap area => sederhana Termudah: dilakukan partisi (fixed allocation) => kurang flexible, alokasi tidak optimal OS/ JM-2001/v11/6 3

4 Hardware support Range address? Register Limit Base address? Register relokasi Address lojik CPU < + Addres fisik Memori (Physical) Trap: Addressing error OS/ JM-2001/v11/7 Example: Misal: Register relokasi (base register) = Register limit (limit register) = Address lojik = (dari CPU) Address fisik = (akses ke physical memory) address lojik = address fisik= error OS/ JM-2001/v11/8 4

5 Multiple-Partition Allocation Partisi Fixed-Sized (MFT) Memori dibagi menjadi beberapa blok dengan ukuran tertentu yang seragam Jumlah proses yang bisa running max hanya sejumlah blok yang disediakan(misal IBM OS/360) Partisi Variabel-Size (MVT) Pembagian memori sesuai dengan request dari proses-proses yang ada Lebih rumit karena ukuran alokasi (partisi) memori dapat bervariasi Peranan memori manajemen semakin penting: list dari partisi yang digunakan, free dll OS/ JM-2001/v11/9 Example: multiple allocation OS OS OS OS OS P1 P1 P1 P5 P2 P3 P3 P4 P3 P4 P3 P4 P3 P2 selesai P4 masuk P1 selesai P5 masuk OS/ JM-2001/v11/10 5

6 Fragmentasi (issue) External (masalah variable sized partition): Ruang memori free, namun tidak contiguous Hole-hole ada di antara proses-proses berturutan Tidak dapat digunakan karena proses terlalu besar untuk menggunakannya Internal (masalah fixed size): Sifat program dinamis (alokasi dan dealokasi) Memori yang teralokasi mungkin lebih besar dari memori yang diminta (wasted) OS/ JM-2001/v11/11 Paging Membagi memori fisik ke dalam blok (page, frame) dengan ukuran tertentu (fixed) yang seragam Memudahkan manajemen free memory (hole) yang dapat bervariasi Tidak perlu menggabungkan hole menjadi blok yang besar seperti pada variable partition (compaction) OS lebih sederhana dalam mengontrol (proteksi dan kebijakan) pemakaian memori untuk satu proses Standard ukuran blok memori fisik yang dialokasikan (de-alokasi) untuk setiap proses Ukuranya (tergantung OS): 512 byte s/d 16 KB OS/ JM-2001/v11/12 6

7 Page Allocation Alokasi: Terdapat free list yang menyimpan informasi frame di memori fisik yang tidak digunakan Tergantung besarnya proses => memerlukan n pages Alokasi frame diberikan sesuai dengan permintaan (demand, expand) Implikasi: User s (program) view (logical address): memori dialokasikan secara sinambung (contiguous) Fakta (physical address): memori fisik tersebar (noncontiguous) sesuai dengan frame yang dialokasikan OS/ JM-2001/v11/13 Paging Scheme Bagaimana menjembatani antara user s view dan alokasi memori sebenarnya? Penerjemahan (translasi) alamat logical ke alamat fisik => tugas dari OS (user/program transparant ) Perlu dukungan hardware (CPU) => address translation Setiap proses mempunyai informasi pages yang dialokasikan oleh OS Mapping setiap alamat logical ke alamat fisik Issue: mekanisme mudah, cepat dan efisien Page table: berisi base address (alamat fisik) dari frame yang telah dialokasikan ke proses tsb OS/ JM-2001/v11/14 7

8 Page table Setiap OS mempunyai cara menyimpan page table untuks setiap proses Page table bagian dari setiap proses Page table berada di memori, saat proses tersebut dieksekusi Informasi page table disimpan oleh PCB: pointer ke page table dari proses tersebut Setiap kali terjadi context switch => informasi page table untuk proses yang baru harus di restore (misalkan referensi/pointer lokasi page table tsb di memori) OS/ JM-2001/v11/15 Page table (h/w support) Menggunakan fast register Contoh: DEC PDP11 : 16 bit address (logical 2 16 ): 64K, page size 8K (2 13 ) Memerlukan page table dengan: 8 entry (dapat diterapkan pada hardware register, hanya 3 bit) Untuk komputer modern sulit menggunakan fast register Pentium : 32 bit address logical (total: 4 GB), page size (8K), maka mempunyai potensi entry: entry Page table disimpan pada memori (bagian program) dengan menggunakan page table base register Page-table base register (PTBR) : pointer ke page-table di memori Page-table length register (PTLR) : besarnya ukuran page table (karena tidak semua proses memerlukan ukuran page tabel max) OS/ JM-2001/v11/16 8

9 Paging: translation Address logik dari CPU dianggap terdiri atas dua bagian: Page number (p): merupakan indeks dalam tabel yang berisi base address dari tiap page dalam memori fisik Page offset (d): menunjukkan lokasi address memori berdasarkan base address pada page tersebut Page number Page offset p d m - n n OS/ JM-2001/v11/17 Address: hardware support Adress lojik CPU p d f d Adress fisik Index: p f Base address: frame f Memori fisik Page Table OS/ JM-2001/v11/18 9

10 Paging Example logical address allocate dynamically physical address OS/ JM-2001/v11/19 Model Paging 0 1 Page 0 Page 0 Page 1 Page Page 2 Page 1 Page 3 Page table 5 Memori lojik Address (p, d) dipetakan ke table index (p) + d (offset) 6 7 Page 3 Memori fisik OS/ JM-2001/v11/20 10

11 Example: Misalkan LA: 4 bits (max logical addres: 16 lokasi) Page size => 4 bytes (ditentukan oleh designer OS) 2 bits: menunjuk ke alamat dari masing-masing byte dalam setiap page tersebut Page table: tersisa 2 bits Max 4 entry Jadi setiap proses max akan menggunakan 4 pages => mencakup seluruh alamat logical OS/ JM-2001/v11/21 Example: simple (2) a b c d e f g h ij k l m n o p Memori lojik OS/ JM-2001/v11/ Page table i j k l m n o p a b c d e f g h Frame 0 Frame 1 Frame 2 dst Memori fisik 11

12 Example: simple (3) Logical address: (program view: 14 desimal => o ) Page translation (physical memory allocation): Bagian: p (index page) => base address dari frame Binary 11 => 3 (index = 3 dari page table) => berisi base address untuk frame 2 di memori Bagian offset: d (displacement) Binary 10 => 2 Alamat fisik: base address frame 2 : 2 * 4 => 8; => = 10 (berisi o ) OS/ JM-2001/v11/23 Frame table OS harus mempunyai informasi frame dari memori fisik: Berapa banyak frame yang bebas? Mana saja frame yang bebas (identifikasi) => frame table (list) Informasi hubungan antara satu frame dengan page mana dari proses yang aktif List ini akan terus di-update, misalkan jika proses terminate maka semua frame yang dialokasikan akan di kembalikan ke free list OS/ JM-2001/v11/24 12

13 Page size Fragmentasi internal pada page terakhir Tidak ada fragmentasi eksternal Fragmentasi internal bisa terjadi Worst-case: Untuk proses yang memerlukan n page + 1 byte bila ukuran page = 4096 byte maka akan terbuang 4095 byte / process Besarnya ukuran pages Independent dari program/proses (system wide) Intuitif: small pages preferable Apakah keuntungan ukuran pages kecil? Page table entry dapat dikurangi dengan memperbesar ukuan pages Apakah keuntungan ukuran pages besar? Umumnya page disesuaikan dengan kapasitas memori (tipikal) pada sistim (range: 2 8 Kbytes) OS/ JM-2001/v11/25 Multilevel Paging Address logical besar => page table menjadi besar Misalkan: LA => 32 bits, dan ukuran page frame: 12 bits, maka page table: 20 bits (2^20 => 1 MB) Page table dapat dipisah dalam bentuk pages juga, sehingga tidak semua page table harus berada di memori Address lojik terdiri atas: section number s, page number p, offset d s indeks ke dalam outer page table dan p displacement dalam page table Section numberpage number Page offset OS/ JM-2001/v11/26 s p d 13

14 Two level page table Outer-page table Page table Page 0 Page 1 Page 100 Page 500 Page 708 Page 900 Page 929 Memori fisik OS/ JM-2001/v11/27 Translation: multilevel pages of page table OS/ JM-2001/v11/28 14

15 Segmentation Bagaimana supaya programmer dapat mengontrol/view memori? (pemetaan program) A program is a collection of segments A segment is a logical unit such as: main program, procedure, function, local variables, global variables, common block, stack, Idea: proses dapat dibagi penyimpanan ke memori sesuai dengan programmer view => proteksi, sharing, OS/ JM-2001/v11/29 Logical View of Segmentation Note: besarnya segment bervariasi text/instruction 3 4 data 2 shared 2 3 user space physical memory space OS/ JM-2001/v11/30 15

16 Segment Table Big-idea: setiap proses dapat mempunyai lebih dari satu base dan limit register => Masing-masing menunjuk ke memori dari segment yang diberikan Disimpan pada segment table (kumpulan segment dari sebuah proses) Dimana segment table berada? Di memori (sama seperti page table) Segment-table base register (STBR): pointer ke lokasi segment table di memori Segment-table length register (STLR): besarnya jumlah segment yang digunakan oleh program Keduanya bagian dari PCB OS/ JM-2001/v11/31 Segmentation Architecture Logical address consists of a two tuple: <segment-number, offset>, Harus diset oleh programmer atau compiler untuk menyatakan berapa besar segment tersebut Implikasi: segment bervariasi besarnya (bandingkan dengan page table: fixed dan single/flat address space => hardware yang menentukan berapa size) Segment table mapping dari LA ke PA base table berisi lokasi awal dari physical address dimana segment berada di memori limit table berisi panjang (besar) dari segmen tersebut OS/ JM-2001/v11/32 16

17 Segmentation with Paging Intel 386 Logical address (32 bits) dibagi atas 2: Selector: Segment: S (13 bits), Descriptor Table (1 bit: Local or Global); Protection ( 2 bits) Offset: 16 bits Melalui Descriptor table Selector menentukan entry pada table, melihat protection, dan menguji limit (tabel berisi informasi limit) Menghasilkan linear address: Base address segment + offset Logical Linear address: paging (besar page: 4 K), 2 level (10 bits untuk direktori dan 10 bits untuk page number), offset: 12 bits OS/ JM-2001/v11/33 Intel address translation OS/ JM-2001/v11/34 17