SISTEM OPERASI Manajemen Memori Disusun Oleh : Zamri : 14111076 FAKULTAS TEKNOLOGI INFORMASI UNIVERSITAS MERCUBUANA YOGYAKARTA 2016
Daftar Isi Manajemen Memori...3 1. Hierarki Organisasi Memori Pada Sistem Komputer...3 2. Pengalamatan Memori... 6 2.1.Pengalamatan secara fisik (Physical / absolute address)... 6 2.2.Pengalamatan Relative... 6 2.3.Pengalamatan Logical... 7 3. Overlay... 8 4. Dynamic Loading... 9 5. Dynamic Linking... 10 6. Memory Virtual... 10 7. Mekanisme Demand Paging... 12 7.1.Langkah-langkah swap-in... 12 7.2.Keuntungan demand paging... 13 7.3.Demand Paging butuh perangkat keras... 13 7.4.Cara-cara untuk mengatasi page fault... 14 Daftar Pustaka... 15 2
MANAJEMEN MEMORI Manajemen memori adalah suatu tindakan untuk mengelola memori komputer. Managemen memori digunakan untuk mencegah suatu proses dari penulisan dan pembacaan oleh proses lain yang dialokasikan di primary memory, mengatur swapping antara memori utama dan disk ketika memori utama terlalu kecil untuk memegang semua proses. Fungsi managemen memori yaitu : Mengelola informasi yang digunakan dan tidak digunakan Mengalokasikan memori ke proses yang memerlukan. Mendealokasikan memori dari proses yang telah selesai. Mengelola swapping atau paging antara memori utama dan disk. 1. Hierarki Organisasi Memori Pada Sistem Komputer Hierarki organisasi memori dalam sistem komputer merupakan sebuah pedoman yang dilakukan oleh para perancang demi menyetarakan kapasitas, waktu akses, dan harga memori untuk tiap bitnya. Hierarki memori disusun berdasarkan : Waktu akses (semakin ke bawah semakin lambat, dan semakin ke atas semakin cepat), Kapasitas (semakin ke bawah semakin besar, dan semakin ke atas semakin kecil), Jarak dengan prosesor (semakin ke bawah semakin jauh, dan semakin ke atas semakin cepat), Harga memori tiap bitnya (semakin ke bawah semakin murah, dan semakin ke atas semakin mahal). 3
Register adalah memori berukuran kecil yang memiliki kecepatan akses yang tinggi. Register ini digunakan untuk menyimpan data dan instruksi yang sedang diproses, sementara itu data lain yang belum diproses akan tersimpan di dalam main memory menunggu untuk diproses. Bagian-bagian register yaitu: o Instruction Register (IR) berfungsi untuk menyimpan instruksi yang diproses, o Program Counter (PC) berfungsi untuk menyimpan alamat lokasi main memory yang berisi instruksi yang sedang diproses, o General Purpose Register (GPR) memiliki berbagai fungsi yang berhubungan dengan data yang sedang diproses misalnya menampung data yang sedang diproses dan menampung hasil proses, o Memory Data Register (MDR) berfungsi untuk menampung data/instruksi yang dikirimkan dari main memory ke CPU atau menampung data yang akan disimpan ke main memory o Memory Address Register (MAR) berfungsi untuk menampung alamat data/instruksi pada main memory yang akan diambil/diletakkan. Cache Memory merupakan memori berkecepatan tinggi yang sifatnya sementara. Cache memory berfungsi sebagai tempat menyimpan data/instruksi sementara yang diperlukan prosesor untuk mempercepat akses data pada komputer karena cache menyimpan 4
data/informasi yang telah diakses oleh suatu buffer sehingga meringankan kinerja komputer. Cara kerja memori cache yaitu, o Jika prosessor membutuhkan data pertama dia akan mencarinya di cache memory, o Jika data ditemukan prosesor akan membacanya dengan delay yang sangat kecil, o Jika data tidak ditemukan maka prosessor akan mencarinya pada RAM yang kecepatannya lebih rendah. Main Memory adalah memori utama di komputer dalam bentuk array yang disusun word/byte, kapasitas susunan bisa sampai 1 juta susunan. Main memory digunakan sebagai media penyimpanan data yang berkaitan dengan CPU atau perangkat I/O. Memori Utama terbagi menjadi 2 jenis yaitu: o Read Only Memory (ROM) adalah memori yang hanya bisa membaca, o Random Acces Memory (RAM) adalah memori tempat penyimpanan data sementara pada saat komputer dijalankan dan diakses secara acak. Semakin besar kapasitas RAM maka semakin cepat pula kinerja suatu komputer. Cache Disk sebenarnya merupakan memori yang digunakan dalam main memory untuk membantu kerja magnetic disk. Magnetic Disk adalah piringan bundar yang terbuat dari bahan tertentu dengan permukaan yang dilapisi bahan magnetic. Mekanisme baca / tulis yang digunakan disebut head yaitu kumparan pengkonduksi (conducting coil) selama operasi pembacaan dan penulisan. Head bersifat stationer sedangkan piringan bergerak-gerak di bawahnya biasanya yang menggantung di atas permukaan dan tertahan pada sebuah bantalan udara. Magnetic Tape adalah model utama dari secondary memory yang juga dipakai untuk alat I/O dimana informasi dimasukkan ke dalam CPU dari tape dan informasi diambil dari CPU lalu disimpan ke tape lainnya. 5
Optic Disk merupakan sebuah tempat penyimpanan data elektronik yang bisa diubah, ditulis, dan bisa dibaca. Cara kerjanya yaitu dengan menggunakan prinsip sinar laser yang disuntikan ke dalam bidang disk yang mampu menyimpan data. 2. Pengalamatan Memori Merupakan penempatan alamat pada ruang memory pada suatu sistem komputer. Tugas untuk mereferensi kode instruksi atau data di memori utama secara tepat merupakan tanggung jawab dari compiler. Compiler berfungsi mengubah source code yang ditulis programmer menjadi file yang berisi kode instruksi program yang dapat dijalankan prosessor. Dalam menentukan alamat instruksi atau data, compiler mengacu pada metode pengalamatan memori yang dipakai sistem komputer. Secara garis besar metode pengalamatan memori dapat dibedakan atas : 2.1. Pengalamatan secara fisik (Physical / absolute address) Pada pengalamatan memori secara fisik, alamat yang ditulis pada kode instruksi program hasil kompilasi merupakan alamat fisik memory utama yang sesungguhnya. Konsekuensinya adalah pada saat penyalinan image proses ke memori utama, maka kode instruksi dan data program harus disalin pada posisi yang sesuai dengan referensi tersebut. Pada saat eksekusi, prosesor akan memproses alamat pada kode instruksi program secara langsung tanpa melakukan translasi alamat memori. 2.2. Pengalamatan Relative Pengalamatan relative terutama digunakan pada sistem yang menggunakan alokasi memori berurut, dimana keseluruhan image proses harus terletak di satu area memori yang utuh. Alamat pada kode instruksi program merupakan alamat relative (offset) terhadap posisi awal program. Pada saat image proses dari program tersebut disalin atau dialokasikan ke memori utama, alamat awal memorinya dicatat ke suatu register alokasi. Pada saat eksekusi, pengaksesan alamat akan ditranslasi dengan menjumlahkan alamat referensi pada instruksi dengan isi registrasi alokasi untuk mendapatkan alamat fisik memori yang akan benar-benar diakses. Umumnya 6
proses translasi ini dilakukan menggunakan perangkat keras khusus yang disebut dengan MMU(Memory Management Unit). 2.3. Pengalamatan Logical Pada pengalamatan secara logika, alamat yang ada pada kode program merupakan suatu alamat logika yang masih perlu diterjemahkan atau ditranslasikan ke alamat fisik memori utama pada saat eksekusi. Umumnya, translasi alamat untuk pengalamatannya secara logika terjadi pada saat eksekusi. Kelebihan pengalamatan ini adalah relokasi program dapat dilakukan secara fleksibel, bahkan ruang atau kapasitas alamat logika program dapat lebih besar dari kapasitas fisik memori utama. Misalnya program dapat menggunakan ruang alamat logika sebesar 2Giga, sedangkan emori utama fisik di mana program tersebut dijalankan hanya memiliki kapasitas 256 Mega 7
3. Overlay Overlay adalah suatu teknik pemrograman yang berfungsi membagi program yang besar menjadi bagian yang kecil sehingga dapat dimuat secara parsial ke dalam suatu page memori yang berukuran lebih kecil. Teknik overlay ini digunakan terutama pada sistem informasi dengan manajemen memori partisi statis. Dengan menggunakan teknik overlay maka hanya sebagian kode intruksi program saja yang akan disalinkan ke partisi tersebut dan jika bagian lain dari program dibutuhkan maka akan dilakukan replacement pada area overlay program tersebut. Sehingga dengan menggunakan teknik overlay ini program yang berukuran besar tetap bisa dijalankan pada OS (Operating System), atau Sistem Operasi dengan model manajemen memori partisi statis. Penggunaan overlay terbatas untuk beberapa sistem yang mempunyai jumlah memori fisik terbatas dan kekurangan dukungan H/W untuk teknik yang lebih lanjut. Misalnya: Apabila semua diletakkan di memori memerlukan 200K. Jika hanya tersedia tempat 150K, proses tidak dapat dijalankan. Pass 1 dan pass 2 tidak perlu berada di memori pada waktu yang sama. Dengan menggunakan overlay, rutin dibagi dalam 2 overlay. Overlay A adalah tabel symbol, rutin umum dan pass1 (membutuhkan total 120K) dan overlay B 8
terdiri dari tabel symbol, rutin umum dan pass 2 (membutuhkan 130K). Ditambahkan 10K untuk driver overlay dan dimulai dari overlay A. Setelah selesai dijalankan overlay B dengan mengganti tempat dari overlay A. 4. Dynamic Loading Dynamic loading merupakan suatu routine tidak diload sampai dipanggil. Semua routine disimpan pada disk sebagai format relocatable load. Mekanisme dasar : Program utama diload dahulu dan dieksekusi Bila suatu routine perlu memanggil routine yang lain, routine yang dipanggil lebih dahulu diperiksa apakah routine yang dipanggil sudah diload. Jika tidak, relocatable linking loader dipanggil untuk meload routine yang diminta ke memori dan mengupdate tabel alamat dari program yang mencerminkan perubahan ini. Keuntungan dari dynamic loading adalah : Rutin yang tidak digunakan tidak pernah di-load Cocok untuk kode dalam jumlah besar Digunakan untuk menangani kasus-kasus yang jarang terjadi seperti error routine Tidak memerlukan dukungan khusus dari sistem operasi. Sistem operasi hanya perlu menyediakan beberapa rutin pustaka untuk implementasi dynamic loading. 9
5. Dynamic Linking Konsep dynamic linking sama dengan dynamic loading. Karena Pada saat loading, linking ditunda hingga waktu eksekusi. Program-program user tidak perlu menduplikasi system library karena : System library dipakai bersama Mengurangi pemakaian space Satu rutin library di memori digunakan secara bersama oleh sekumpulan proses Contoh : DLL Win32 Mekanisme menggunakan stub (potongan kecil yang mengindikasikan bagaimana meload library jika routine tidak tersedia saat itu) : Saat stub dieksekusi, ia akan memeriksa apakah rutin ybs sudah berada di dalam memori(diakses oleh proses lain yang run), kalau belum ada maka rutin tersebut diload Stub menempatkan dirinya pada alamat rutin dan mengeksekusi rutin tersebut Dynamic Linking membutuhkan beberapa dukungan dari OS, misal : Bila proses-proses di memori utama saling diproteksi, maka SO melakukan pengecekan apakah rutin yang diminta berada diluar alamat. Beberapa proses diijinkan untuk mengakses memori pada alamat yang sama. File dynamic linking berekstensi : o.dll o.sys o.drv 6. Memory Virtual Memori virtual adalah sebuah mekanisme yang digunakan oleh aplikasi untuk menggunakan sebagian dari memori sekunder seolah-olah ia menggunakannya sebagai RAM fisik yang terinstal di dalam sebuah sistem. Mekanisme ini beroperasi dengan cara memindahkan beberapa kode yang tidak dibutuhkan ke sebuah berkas di dalam hard drive yang disebut dengan : 10
Swap file, Page file atau Swap partition Setiap program yang dijalankan harus berada di memori. Memori merupakan suatu tempat penyimpanan utama (primary storage) yang bersifat sementara (volatile). Ukuran memori yang terbatas dapat menimbulkan masalah bagaimana menempatkan program yang berukuran yang lebih besar dari ukuran memori fisik (memori utama) dan masalah penerapan multiprogramming yang membutuhkan tempat yang lebih besar di memori. Memori virtual memisahkan antara memori logis dan memori fisiknya. Memori logis merupakan kumpulan keseluruhan halaman dari suatu program. Tanpa memori virtual, memori logis akan langsung dibawa ke memori fisik (memori utama). Di sinilah memori virtual melakukan pemisahan dengan menaruh memori logis ke secondary storage (disk sekunder) dan hanya membawa halaman yang diperlukan ke memori utama (memori fisik). Teknik ini menempatkan keseluruhan program di disk sekunder dan membawa halaman-halaman yang diperlukan ke memori fisik sehingga memori utama hanya akan menyimpan sebagian alamat proses yang sering digunakan dan sebagian lainnya akan disimpan dalam disk sekunder dan dapat diambil sesuai dengan kebutuhan. Jadi jika proses yang sedang berjalan membutuhkan instruksi atau data yang terdapat pada suatu halaman tertentu maka halaman tersebut akan dicari di memori utama. Jika halaman yang diinginkan tidak ada maka akan dicari ke disk sekunder. 11
Pemisahan antara user logical memory (virtual) dengan physical memory atau melihat memori sebagai cache dan disk sebagai memori. Logical address space (program) dapat lebih besar dari alokasi memori fisik yang diberikan. Hanya sebagian kecil dari program yang harus berada di memori untuk eksekusi. Terdapat mekanisme untuk melakukan alokasi dan dealokasi page (swapped out dan in) sesuai dengan kebutuhan (referensi program). Terdapat bagian dari disk menyimpan sisa page (program) yang sedang dijalankan di memori. Dapat diimplementasikan melalui : 1. Demand Paging yaitu dengan menerapkan konsep pemberian halaman pada proses 2. Demand segmentation, lebih kompleks diterapkan ukuran segmen yang bervariasi. 7. Mekanisme Demand Paging Sistem Demand Paging sama halnya dengan sistem paging dengan swapping. Prosesproses tersebut disimpan ke memori sekunder, jika proses akan dieksekusi maka dipindah ke memori. Sebuah page tidak pernah ditukar ke memori kecuali page diperlukan. Jumlah frame di memori utama tergantung tingkat multiprogramming. Semakin tinggi tingkat multiprogramming, semakin sedikit jatah frame untuk tiap proses. Menggunakan bit valid/invalid di page table. Misal: bit 1 berada di memori utama, bit 0 berada di swap space. Jika berstatus invalid, maka trap page fault akan dibangkitakan agar ditangani lebih lanjut oleh rutin SO yaitu: page fault handler. Rutin page fault handler akan menangani operasi swap-in terhadap page yang diperlukan. 7.1. Langkah-langkah swap-in : Mencari frame memori utama yang kosong. Jika tidak ada dipilih salah satu page dalam frame (victim page) untuk di swap-out. Swap-in Memperbarui rekaman di page table 12
Mengubah validation=1 Restart. 7.2. Keuntungan demand paging : Sedikit I/O yang dibutuhkan Sedikit memori yang dibutuhkan Respon yang lebih cepat Dapat melayani banyak user 7.3. Demand Paging butuh perangkat keras : Page table valid-invalid bit Valid ( 1 ) -> pages berada di memori Invalid ( 0 ) -> pages berada di disk Memori sekunder, untuk menyimpan proses yang belum ada di memori Jika suatu proses menginginkan page, namun page tersebut belum ada pada memori utama, maka akan terjadi page fault. 13
7.4. Cara-cara untuk mengatasi page fault: Mengecek tabel internal (biasanya tersimpan dalam PCB) untuk menentukan bit referensi valid atau invalid Jika referensi invalid, maka proses dihentikan,jika valid tapi proses belum dikenali maka page tersebut akan dikenali kemudian cari frame kosong Dilakukan penjadwalan operasi disk untuk membaca pageyang diinginkan ke lokasi frame yang baru Jika pembacaan disk sudah selesai, maka internal table diperbaiki (ubah validation bit menjadi 1 yang berarti page telah ada di memori) Ulangi instruksinya dari awal 14
Daftar Pustaka http://tkj.arka.web.id/2014/10/pengertian-manajemen-memori.html http://deviachrista.blogspot.co.id/2013/06/pengertian-manajemen-memory-memory.html http://flowerseventeen.blogspot.co.id/2016/04/hirarki-dan-karakteristik-memori.html http://informatikateknologi.blogspot.co.id/2015/06/sistem-hirarki-pada-komputer.html http://shony0058.blogspot.co.id/2009/10/pengalamatan-memory.html http://suligiani.blogspot.co.id/2009/07/pengalamatan-logical-relative-dan.html http://www.elektroindonesia.com/elektro/li0602.html http://sudarmonovirgo.blogspot.co.id/2012/08/sistem-operasi.html http://defibungsyu.blogspot.co.id/2013/02/pengertian-virtual-memory.html http://opensource.telkomspeedy.com/repo/abba/v06/kuliah/sistemoperasi/2003/49/produk/siste moperasi/c56.html 15