Manajemen Memori

1. Manajemen Memori

2. Pembahasan Background Address Space : Logic & Fisik Swapping Contiguous Allocation Paging Segmentation Segmentation dengan Paging

3. Background Untuk dieksekusi program harus berada/dibawa ke dalam memori dan dieksekusi sebagai proses yang menggunakan ruang untuk data. Input queue – kumpulan proses dalam disk yang menunggu dibawa ke dalam memori untuk dijalankan. Program user harus melalui beberapa tahapan sebelum di-run. Memori adalah ruang yang berukuran terbatas yang memerlukan manajemen dalam utilisasinya Akibat program berukuran besar atau multiprogramming

4. Hirarkhi Storage Trade-off : cost & speed

5. Address Binding Sebelum eksekusi program berada di dalam disk, dan pada saat dieksekusi ia perlu berada pada suatu lokasi dalam memori fisik. Address binding adalah menempatkan address relatif program ke dalam address fisik memori (real memory address). Dapat berlangsung dalam salah satu tahapan : kompilasi, load atau eksekusi

6. Tahapan Running Program Tahapan Kompilasi : source program (source code) dikompilasi menjadi object module (object code). Tahapan link & load : object module di-link dengan object module lain menjadi load module (execution code) kemudian di-load ke memori untuk dieksekusi. Tahapan eksekusi : mungkin juga dilakukan dynamic linking dengan resident library.

7. Multistep Processing User Program

8. Address Binding Saat Kompilasi Jika lokasi dari proses sudah diketahui sebelumnya maka saat kompilasi address-address instruksi dan data ditentukan dengan alamat fisik. Jika terjadi perubahan pada lokasi tersebut maka harus di rekompilasi.

9. Address Binding Saat Load Code hasil kompilasi masih menunjuk address-address secara relatif, saat di-load address-address disubstitusi dengan alamat fisik berdasar relokasi proses yang diterima. Jika terjadi perubahan relokasi maka code di-load ulang.

10. Address Binding Saat Eksekusi Binding bisa dilakukan ulang selama proses Hal ini untuk memungkinkan pemindahan proses dari satu lokasi ke lokasi lain selama run. Perlu adanya dukungan hardware untuk pemetaan address Contoh : base register dan limit register

11. Dynamic Loading Rutin (bagian dari program) tidak akan diload sampai ia dipanggil. Keuntungan : Rutin yang tak berguna tidak akan di-load Utilisasi ruang memori lebih baik; rutin yang tidak digunakan tidak di-load Berguna bila code untuk menghandle kasus-kasus yang jarang berukuran besar Tidak perlu dukungan khusus dari OS Diimplementasikan via rancangan pemrograman

12. Dynamic Linking Linking ditunda sampai saat eksekusi Code menjadi berukuran kecil Program-program user tidak perlu menduplikasi system library System library dipakai bersama Mekanisme menggunakan skema stub Stub : suatu potongan kecil code menggantikan referensi rutin; digunakan menglokasikan library rutin resident memory yang tepat

13. Stub untuk Dynamic Linking Skema referensi dengan “stub” Saat stub dieksekusi ia memeriksa apakah rutin ybs sudah berada dalam memori (diakses oleh proses lain yang run), kalau belum ada maka rutin tersebut di-load. Stub diganti oleh address dari rutin tersebut. Setelah itu program run dengan referensi rutin-rutin secara normal dengan address yang benar.

14. Overlays Jika seluruh code di-load ke dalam memori maka terbatas oleh ukuran memori. Overlay memungkinkan ukuran code lebih besar dari ukuran memori. Yang tetap tinggal dalam memori hanya instruksi dan data yang diperlukan.

15. Implementasi Overlays Diimplementasikan oleh user, tidak perlu dukungan OS Rancangan pemrograman dari struktur overlay adalah kompleks.

16. Contoh Overlay Misalnya pada Two-pass Assembler Pass-1 70K, Pass-2 80K, Symbol Table 20K, Common Routine 30K, Total 200K Jika memori hanya 150K, semua tidak dapat diload karena memori kurang Pass-1 dan pass-2 di overlay

17. Overlay dari 2-pass Assembler

18. Address Space : Logic vs Fisik Konsep ruang address logic terhadap ruang address fisik merupakan pokok dalam manajemen memori. Address logic : address yang di-generate oleh CPU (disebut juga virtual address) Address fisik : address yang dikenal oleh unit memori

19. Address Binding dari Address Logic vs Fisik Pada address-binding compile-time dan load-time antara kedua peng-address-an tidak ada perbedaan. Pada address-binding execution-time kedua peng-address-an berbeda

20. Memory Management Unit (MMU) Perangkat keras yang memetakan address logic ke address fisik Dalam skema MMU Nilai dalam register base/relokasi ditambahkan ke setiap address proses user pada saat run di memori Program user hanya berurusan dengan address logic-nya saja; tidak melihat address fisik secara real

21. Contoh Kerja MMU (1)

22. Contoh Kerja MMU (2)

23. Swapping Proses dapat di swap secara temporer dari memori (swap-out) ke dalam backing store, dan dikembalikan (swap-in) ke dalam memori untuk melanjutkan eksekusi. Backing store (biasanya disk) Cukup besar untuk menyimpan semua image memori user Dapat direct access ke dalam image-image tersebut

24. Skema Swapping

25. Address Binding pada Swapping Address binding saat eksekusi lebih fleksible sementara saat kompilasi/saat loading memerlukan swap-in ke lokasi yang sama Bagian utama dari waktu swap adalah waktu untuk transfer Waktu transfer total secara langsung proporsional pada jumlah memori yang diswap

26. Varian-varian Swapping “Roll out, roll in” merupakan varian swapping untuk algoritma priority scheduling Proses prioritas rendah di-swap out agar proses prioritas tinggi dapat diload & dieksekusi lebih dulu Versi-versi modifikasi dari swap diimplementasikan di banyak sistem Misalnya UNIX dan Windows

27. Quantum Waktu vs Swapping Quantum waktu untuk proses harus cukup besar relatif terhadap waktu untuk swap Khususnya untuk scheduler seperti Round Robin User process : 100 kb, HD transfer rate = 1000 kb/sec, maka transfer time = 100 kb / 1000 kb/sec = 0.1 sec = 100 msec Swap in & out = 2 * 100 = 200 msec Overhead latency = 2 * 8 = 16 msec Total swap time = 200 + 16 = 216 msec => Maka time quantum sebaiknya lebih besar daripada 216 msec.

28. Kendala Swapping Kalau suatu proses akan di-swap, sebaiknya proses dalam keadaan idle Misalnya proses yang sedang wait untuk I/O ke buffer memori secara asynchronous. Dapat dicegah dengan menggunakan I/O buffer P1 I/O ke buffer memori Swap P2 Hasil I/O ditransfer ke memori yang sekarang digunakan ole P2

29. Pencatatan Pemakaian Memori (1) Pencatatan memori bertujuan agar dapat diketahui lokasi-lokasi mana saja di memori utama yang masih kosong dan sudah terisi Ada dua cara pencatatan memori Manajemen memori dengan Bit Map (Pemetaan Bit) Manajemen memori dengan Link List

30. Pencatatan Pemakaian Memori (2) (a) : alokasi memori (b) : pencatatan memori dengan peta bit (c) : pencatatan memori dengan link list

31. Manajemen Memori dengan Link List Four neighbor combinations for the terminating process X

32. Manajemen Memori Pada Monoprogramming Three simple ways of organizing memory - an operating system with one user process

33. Multiprogramming Dengan Fixed Partitions Fixed memory partitions separate input queues for each partition single input queue

34. Contiguous Allocation Memori utama biasanya terbagi dalam dua partisi : Untuk OS yang residen : biasanya disimpan dalam memori ber-address rendah (low memory) dengan vektor-vektor interrupt Interrupt address sebagai interrupt ID Untuk proses-proses user : biasanya disimpan dalam high memory

35. Memory Partition 0 OS Proses User 512 K

36. Single-Partition Allocation Skema register realokasi (base register) : digunakan untuk proteksi proses-proses user terhadap yang lainnya, dan dari pengubahan code dan data OS Relokasi register berisi nilai dari address fisik terkecil Register limit berisi range dari address logic Setiap address logic harus < register limit

37. Contoh : Misal : Register relokasi (base register) = 100040 register limit (limit register) = 74600 Address logic = 10200 address fisik = 110240 Address logic = 81000 address fisik = error

38. Support Perangkat Keras untuk Relokasi dan Limit Register

39. Penggunaan Base and Limit Register

40. Multiple-Partition Allocation (1) Partisi Fixed-Sized (MFT = Multiprogramming with a Fixed number of Task) Memori dibagi menjadi beberapa blok dengan ukuran tertentu yang seragam Jumlah user process yang bisa running max hanya sejumlah blok yang disediakan (misal IBM OS/360) Partisi Variable-Sized (MVT = Multiprogramming with a Variable number of Task) Pembagian memori sesuai dengan request dari proses-proses yang ada

41. Multiple-Partition Allocation (2) Dalam skema Partisi Variable-Sized dapat terbentuk sejumlah Hole Hole : blok dari memori yang available yang dapat tersebar di berbagai tempat di memori Saat suatu proses datang maka dialokasikan suatu hole yang berukuran sesuai dengan yang diperlukan proses dan datanya

42. Contoh Dalam Suatu Schedule Ukuran memori 2560K, dan OS menempati sebanyak 400K (untuk user = 2160K) Dalam queue : P1 berukuran 600K P2 berukuran 1000K P3 berukuran 300K P4 berukuran 700K P5 berukuran 500K

43. Contoh Alokasi Memori OS OS OS OS OS Free P5 P1 P1 P1 Free Free P4 P4 P4 P2 Free Free Free P3 P3 P3 P3 P3 Free Free Free Free Free P1 selesai P5 masuk P2 selesai P4 masuk

44. Peranan OS Dalam Partisi Memelihara informasi mengenai Partisi yang teralokasi Partisi yang bebas (hole)

45. Masalah Dynamic Storage-Allocation Untuk memenuhi permintaan berukuran n dari suatu list hole-hole bebas First-fit : hole pertama yang memenuhi Best-fit : hole terkecil yang memenuhi Worst-fit : hole terbesar yang memenuhi • Best-fit & Worst-fit perlu melakukan searching ke seluruh list (atau jika list terurut sampai ketemu) • First-fit & Best-fit lebih baik dari Worst-fit baik dalam kecepatan maupun utilisasi storage

46. Fragmentasi Eksternal Ruang memori keseluruhan yang ada untuk memenuhi permintaan, namun tidak contiguous Hole-hole ada diantara proses-proses berurutan

47. Fragmentasi Internal Memori yang teralokasi mungkin sedikit lebih besar dari memori yang diminta dengan perbedaan Untuk meminimisasi hole-hole yang tersebar Overhead untuk menyimpan informasi hole lebih besar daripada hole itu sendiri

48. Compaction Untuk mananggulangi fragmentasi eksternal digunakan metode compaction (pemadatan). Menempatkan ulang proses-proses yang ada pada memori yang bebas, dan diatur sedemikian sehingga posisi hole dapat berdekatan Compaction hanya dimungkinkan jika relokasi dilakukan secara dynamic, dan dilakukan saat eksekusi (execution time)

49. Paging (1) Address space logic dari proses bisa noncontiguous Membagi memori fisik ke dalam frame-frame (blok-blok berukuran tertentu) Ukurannya bilangan pangkat dari 2, antara 512 byte dan 8192 byte – tergantung arsitektur hardware CPU Membagi memori logic ke dalam page-page (blok-blok berukuran sama dengan frame)

50. Paging (2) Memelihara setiap frame bebas (free frame) Untuk menjalankan proses berukuran n page, diperlukan n frame bebas untuk ditempati proses lalu menjalankannya Men-setup page table untuk translasi antara alamat logic ke alamat fisik Fragmentasi internal pada page terakhir