Bab 7
Manajemen Memori
POKOK
BAHASAN:
9 Latar
Belakang
9
Ruang Alamat Logika dan Ruang Alamat Fisik
9
Swapping
9
Alokasi berurutan
9
Paging
9 Segmentasi
9 Segmentasi
dengan Paging
TUJUAN
BELAJAR:
Setelah mempelajari materi dalam bab ini, mahasiswa diharapkan mampu: 9 Memahami latar belakang manajemen memori
9 Memahami
maksud ruang alamat logika dan ruang alamat fisik
9 Memahami
teknik swapping pada manajemen memori
9 Memahami
teknik alokasi memori secara berurutan
9 Memahami
teknik alokasi memori tak berurutan yaitu sistem paging dan segmentasi
9 Mengetahui
implementasi manajemen memori
7.1 LATAR BELAKANG
|
Memori adalah pusat dari operasi pada sistem komputer
modern. Memori adalah array besar dari word atau byte, yang disebut alamat.
CPU mengambil instruksi dari memory berdasarkan nilai dari program counter. Instruksi ini menyebabkan penambahan muatan
dari dan ke alamat memori tertentu.
1
Instruksi eksekusi yang umum, contohnya, pertama mengambil
instruksi dari memori. Instruksi
dikodekan dan mungkin mengambil operand
dari memory. Setelah instruksi
dieksekusi pada operand, hasilnya ada
yang dikirim kembali ke memory. Sebagai
catatan, unit memory hanya merupakan deretan alamat memory; tanpa tahu
bagaimana membangkitkan (instruction
counter, indexing, indirection, literal address dan lainnya) atau untuk apa (instruksi atau data). Oleh karena itu, kita dapat mengabaikan
bagaimana alamat memori dibangkitkan oleh program, yang lebih menarik bagaimana
deretan alamat memori dibangkitkan oleh program yang sedang berjalan.
7.1.1 Pengikatan Alamat (Address Binding)
Pengikatan alamat adalah cara instruksi dan data (yang
berada di disk sebagai file yang dapat dieksekusi) dipetakan ke alamat
memori. Sebagian besar sistem
memperbolehkan sebuah proses user (user
process) untuk meletakkan di sembarang tempat dari memori fisik. Sehingga, meskipun alamat dari komputer
dimulai pada 00000, alamat pertama dari proses user tidak perlu harus dimulai
00000. Pada beberapa kasus, program user
akan melalui beberapa langkah sebelum dieksekusi (Gambar 7-1). Alamat pada source program umumnya merupakan
alamat simbolik.
Instruksi pengikatan instruksi dan data ke alamat memori
dapat dilakukan pada saat :
• Compile time : Jika lokasi memori
diketahui sejak awal, kode absolut dapat dibangkitkan, apabila terjadi
perubahan alamat awal harus dilakukan kompilasi ulang. Misalnya : program format .com pada
MS-DOS adalah kode absolut yang diikat
pada saat waktu kompilasi
• Load time : Harus membangkitkan kode
relokasi jika lokasi memori tidak diketahui pada saat waktu kompilasi.
•
Execution
time : Pengikatan ditunda sampai waktu eksekusi jika proses dapat
dipindahkan selama eksekusi dari satu segmen memori ke segmen memori lain.
Memerlukan
dukungan perangkat keras untuk memetakan alamat (misalnya register basis dan
limit).
7.1.2 Dinamic Loading
Untuk memperoleh utilitas ruang memori, dapat menggunakan dynamic loading.
Dengan dynamic loading, sebuah rutin tidak
disimpan di memori sampai
dipanggil.
Semua rutin
disimpan pada disk dalam format relocatable
load.
Mekanisme dari dynamic
loading adalah program utama di-load dahulu dan dieksekusi. Bila suatu routine perlu memanggil routine
lain, routine yang dipanggil lebih dahulu diperiksa apakah rutin yang dipanggil
sudah di-load. Jika tidak, relocatable linking loader dipanggil untuk me-load rutin yg diminta ke memori dan meng-ubah tabel alamat.
Keuntungan dari dynamic
loading adalah rutin yang tidak digunakan tidak pernah di-load.
Skema ini lebih berguna untuk kode dalam jumlah besar diperlukan untuk
menangani kasus-kasus yang jarang terjadi seperti error routine. Dinamic loading tidak memerlukan
dukungan khusus dari sistem operasi.
Sistem operasi hanya perlu menyediakan beberapa rutin pustaka untuk
implementasi dynamic loading.
7.1.3 Dinamic Linking
Sebagian besar sistem operasi hanya men-support static linking,
dimana sistem library language
diperlakukan seperti obyek modul yang lain dan dikombinasikan dengan loader ke dalam binary program image. Konsep
dynamic linking sama dengan dynamic loading. Pada saat loading, linking ditunda sampai
waktu eksekusi. Terdapat kode kecil yang
disebut stub digunakan untuk
meletakkan rutin library di memori dengan tepat. Stub
diisi dengan alamat rutin dan mengeksekusi rutin. Sistem operasi perlu memeriksa apakah rutin
berada di alamat memori.
Dinamic linking biasanya
digunakan dengan sistem library,
seperti language subroutine library. Tanpa fasilitas ini, semua program pada
sistem perlu mempunyai copy dari library language di dalam executable image. Kebutuhan ini menghabiskan baik ruang disk
maupun memori utama.
7.1.4 Overlay
Sebuah proses dapat lebih besar daripada jumlah memori yang
dialokasikan untuk proses, teknik overlay
biasanya digunakan untuk kasus ini.
Teknik Overlay biasanya
digunakan untuk memungkinkan sebuah proses mempunyai jumlah yang lebih besar
dari memori fisik daripada alokasi memori yang diperuntukkan. Ide dari
overlay adalah menyimpan di memori hanya instruksi dan data yang diperlukan
pada satu waktu. Jika intruksi lain
diperlukan, maka instruksi tersebut diletakkan di ruang memori menggantikan
instruksi yang tidak digunakan lagi.
Sebagai contoh misalnya terdapat
two-pass assembler. Selama pass 1, dibangun
table symbol, dan selama pass 2 dibangkitkan kode bahasa mesin. Kita dapat membagi assembler ke dalam kode
pass 1, kode pass 2, tabel symbol dan rutin umum yang digunakan baik pada pass
1 maupun pass 2. Diasumsikan ukuran
komponen sebagai berikut :
Pass 1
|
70K
|
||
Pass 2
|
80K
|
||
Tabel symbol
|
20K
|
||
Rutin umum
|
30K
|
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 terdiri dari tabel symbol, rutin umum
dan pass 2 (membutuhkan 130K).
Ditambahkan 10K untuk driver overlay
dan dimulai dari overlay A.
7.2 RUANG ALAMAT LOGIKA DAN RUANG ALAMAT FISIK
|
Alamat yang
dibangkitkan oleh CPU disebut alamat logika (logical address) dimana alamat terlihat sebagai uni memory yang
disebut alamat fisik (physical address).
Tujuan utama manajemen memori adalah
konsep meletakkan ruang alamat logika ke ruang alamat fisik.
Hasil skema waktu kompilasi dan waktu pengikatan alamat pada
alamat logika dan alamat memori adalah sama.
Tetapi hasil skema waktu pengikatan alamat waktu eksekusi berbeda. dalam hal ini, alamat logika disebut dengan
alamat maya (virtual address). Himpunan dari semua alamat logika yang
dibangkitkan oleh program disebut dengan ruang alamat logika (logical address space); himpunan dari
semua alamat fisik yang berhubungan dengan alamat logika disebut dengan ruang
alamat fisik (physical address space).
Memory Manajement Unit
(MMU) adalah perangkat keras yang memetakan alamat virtual ke alamat
fisik. Pada skema MMU, nilai register
relokasi ditambahkan ke setiap alamat yang dibangkitkan oleh proses user pada
waktu dikirim ke memori.
Gambar 7-3 merupakan skema yang
membutuhkan dukungan perangkat keras.
Register basis disebut register relokasi. Nilai dari register relokasi ditambahkan ke
setiap alamat yang dibangkitkan oleh proses user pada waktu dikirim ke
memori. sebagai contoh, apabila basis
14000, maka user mencoba menempatkan ke alamat lokasi 0 dan secara dinamis
direlokasi ke lokasi 14000. Pengaksesan
ke lokasi logika 346, maka akan dipetakan ke lokasi 14346. Sistem operasi MS-DOS yang masih keluarga
intel 80X86 menggunakan empat register relokasi ketika proses loading dan running.
User program tidak pernah melihat alamat fisik secara
real. Program dapat membuat sebuah
penunjuk ke lokasi 346, mengirimkan ke memory, memanipulasinya, membandingkan
dengan alamat lain, semua menggunakan alamat 346. Hanya ketika digunakan sebagai alamat memory
akan direlokasi secara relatif ke register basis.
7.3 SWAPPING
|
Sebuah
proses harus berada di memori untuk dieksekusi.
Proses juga dapat ditukar (swap)
sementara keluar memori ke backing store
dan kemudian dibawa kembali ke memori untuk melanjutkan eksekusi.
Backing store berupa
disk besar dengan kecepatan tinggi yang cukup untuk meletakkan copy dari semua memory image untuk semua user, sistem
juga harus menyediakan akses langsung ke memory
image tersebut. Contohnya, sebuah
lingkungan multiprogramming dengan
penjadwalan CPU menggunakan algoritma round-robin. Pada saat waktu kuantum berakhir, manajer
memori akan memulai untuk menukar proses yang baru selesai keluar dan menukar proses
lain ke dalam memori yang dibebaskan (Gambar 7-4). Pada waktu berjalan, penjadwal CPU (CPU scheduler) akan mengalokasikan
sejumlah waktu untuk proses yang lain di memori. Ketika masing-masing proses menyelesaikan
waktu kuantum-nya, akan ditukar dengan proses yang lain.
Umumnya sebuah proses
yang di-swap out akan menukar kembali ke ruang memori yang
sama dengan sebelumnya. Jika proses
pengikatan dilakukan pada saat load-time,
maka proses tidak dapat dipindah ke lokasi yang berbeda. Tetapi, jika pengikatan pada saat execution-time , maka kemungkinan proses
ditukar ke ruang memori yang berbeda, karena alamat fisik dihitung selama waktu
eksekusi.
Bila CPU scheduler memutuskan untuk mengeksekusi proses, OS
memanggil dispatcher. Dispatcher
memeriksa untuk melihat apakah proses selanjutnya pada ready queue ada di memori.
Jika tidak dan tidak terdapat cukup memori bebas, maka dispatcher swap out sebuah proses yang ada di
memori dan swap in proses
tersebut.
Kemudian reload register ke keadaan normal.
Teknik swapping yang sudah dimodifikasi ditemui pada
beberapa sistem misalnya Linux, UNIX dan Windows.
7.4 ALOKASI BERURUTAN
|
Memori
utama biasanya dibagi ke dalam dua partisi yaitu untuk
• Sistem
operasi biasanya diletakkan pada alamat memori rendah dengan vektor interupsi
• Proses
user yang diletakkan pada alamat memori tinggi.
Alokasi proses user pada memori berupa single partition allocation atau multiple partition allocation.
7.4.1 Single Partition Allocation
Pada single partition
allocation diasumsikan sistem operasi ditempatkan di memori rendah dan
proses user dieksekusi di memori tinggi.
Kode dan data sistem operasi harus diproteksi dari perubahan tak terduga
oleh user proses. Proteksi dapat
dilakukan dengan menggunakan register relokasi (relocation register) dan register limit (limit register). Register
relokasi berisi nilai dari alamat fisik terkecil sedangkan register limit
berisi jangkauan alamat logika dan alamat logika harus lebih kecil dari
register limit. MMU memetakan alamat logika
secara dinamis dengan menambah nilai pada register relokasi. Gambar 7-5 adalah perangkat keras yang
terdiri dari register relokasi dan register limit.
7.4.2 Multiple Partition Allocation
Pada multiple
partition allocation, mengijinkan memori user dialokasikan untuk proses
yang berbeda yang berada di antrian input (input
queue) yang menunggu dibawa ke memori.
Terdapat dua skema yaitu partisi tetap (fixed partition)
dimana memori dibagi dalam sejumlah partisi tetap dan setiap partisi berisi
tepat satu proses. Jumlah partisi terbatas pada tingkat
multiprogramming. Digunakan oleh IBM
OS/360 yang disebut Multiprogramming with a Fixed number of Task (MFT). Skema yang kedua adalah partisi dinamis (variable
partition) merupakan MFT yang digeneralisasi yang disebut Multiprogramming with a Variable number of
Tasks (MVT). Skema ini digunakan
terutama pada lingkungan batch.
Pada MVT,
sistem operasi menyimpan tabel yang berisi bagian memori yang tersedia dan yang
digunakan. Mula-mula, semua memori
tersedia untuk proses user sebagai satu blok besar (large hole). Lubang (hole) adalah blok yang tersedia di
memori yang mempunyai ukuran berbeda.
Bila proses datang dan memerlukan memori, dicari lubang (hole) yang cukup untuk proses tersebut
seperti Gambar 7-6. Bila ditemukan memory manager mengalokasikan sejumlah
memori yang dibutuhkan dan menyimpan sisanya untuk permintaan berikutnya. Sistem operasi menyimpan informasi tentang
partisi yang dialokasikan dan partisi yang bebas (hole).
 |
Gambar 7-6 : Hole untuk proses user
Sebagai ilustrasi, perhatikan contoh berikut pada Gambar
7-7. Diasumsikan tersedia memori 2560K
dan untuk OS 400K. Sisa 2160K digunakan
untuk user proses. Diasumsikan terdapat
5 job (P1 s/d P5) terdapat pada input queue. Diasumsikan penjadwalan FCFS digunakan untuk
meletakkan job ke memori. Penjadwalan
CPU secara round-robin (quantum time = 1) untuk penjadwalan job
yang sudah terdapat di memori.
0
400K
2560K
|
||||||||
Gambar 7-7 : Contoh proses yang akan dilakukan alokasi
memori
Hasil alokasi
berurutan pada lubang yang cukup untuk proses dapat dilihat pada Gambar 7-8.
0
0 00 0
400K
400K 400K
1000K
1000K 1000K
 
  P2
AlokasiterminateP1
Alokasi P5
terminate P4
1700K
2000K 2000K 2000K 2000K
2000K
2300K 2300K 2300K 2300K 2300K
2560K
 2560K  2560K 2560K 2560K |
Gambar 7-8 : Alokasi memori pada contoh Gambar 7-7
Menggunakan MVT, terdapat beberapa lubang dengan ukuran
berbeda. Bila proses datang dan memerlukan memori, dicari dari lubang
yang cukup untuk proses. Dynamic storage-allocation dapat
dilibatkan untuk memenuhi permintaan ukuran n
dari lubang yang bebas. Strategi yang
digunakan meliputi :
• First-fit : alokasi lubang pertama yang
cukup untuk proses.
•
Best-fit
: alokasi lubang terkecil yang cukup untuk proses. Strategi ini memerlukan pencarian keseluruhan
lubang, kecuali bila ukuran sudah terurut.
•
Worst-fit
: alokasi lubang terbesar yang cukup untuk proses. Strategi ini memerlukan pencarian keseluruhan
lubang, kecuali disimpan berdasarkan urutan ukuran.
Diantara algoritma diatas, first-fit dan best-fit lebih
baik dibanidngkan worst-fit dalam hal
menurunkan waktu dan utilitas penyimpan. Tetapi first-fit dan best-fit lebih
baik dalam hal utilitas penyimpanan tetapi first-fit
lebih cepat.
7.4.3 Fragmentasi
Fragmentasi Eksternal terjadi
pada situasi dimana terdapat cukup ruang memori total untuk memenuhi
permintaan, tetapi tidak dapat langsung dialokasikan karena tidak
berurutan. Fragmentasi eksternal
dilakukan pada algoritma alokasi dinamis, terutama strategi first-fit dan
best-fit.
Fragmentasi Internal terjadi
pada situasi dimana memori yang dialokasikan lebih besar dari pada memori yang
diminta tetapi untuk satu partisi tertentu hanya berukuran kecil sehingga tidak
digunakan. Pada multiple partition, fragmentasi internal mungkin terjadi pada
situasi berikut. Misalnya terdapat
lubang 18464 byte, dan proses meminta 18462 byte seperti pada Gambar 7-9. Pendekatannya
adalah dengan mengalokasikan lubang yang sangat kecil sebagai bagian dari
permintaan yang besar.
P99
 membutuhkan18464
byte
18462 byte
|
Gambar 7-9 : Fragmentasi internal
Solusi untuk masalah fragmentasi eksternal adalah dengan teknik
pemadatan (compaction) yaitu
memadatkan sejumlah lubang kosong menjadi satu lubang besar sehingga dapat
digunakan untuk proses.
Pemadatan hanya dilakukan pada
relokasi dinamis dan dikerjakan pada waktu eksekusi. Karena relokasi membutuhkan pemindahan
program dan data dan kemudian mengubah register basis (atau relokasi) yang
mencerminkan alamat basis baru. Terdapat
beberapa cara pemadatan seperti pada Gambar 7-10.
0
0 0 0
300K
500K 600K
1000K
1200K
1500K
1900K
2100K
2100K 2100K 2100K
Alokasi asal Dipindah
600K Dipindah 400K Dipindah 200K
|
Gambar 7-10 : Pemadatan
7.5 PAGING
|
7.5.1 Konsep Dasar Paging
Paging merupakan kemungkinan solusi untuk permasalahan fragmentasi
eksternal dimana ruang alamat logika tidak berurutan; mengijinkan sebuah proses
dialokasikan pada memori fisik yang terakhir tersedia. Memori fisik dibagi ke dalam blok-blok ukuran
tetap yang disebut frame. Memori logika juga dibagi ke dalam blokblok
dg ukuran yang sama yang disebut page. Semua daftar frame yang bebas disimpan.
Untuk menjalankan program dengan ukuran n page, perlu menemukan n
frame bebas dan meletakkan program pada frame
tersebut. Tabel page (page table)
digunakan untuk menterjemahkan alamat logika ke alamat fisik.
Setiap alamat dibangkitkan oleh
CPU dengan membagi ke dalam 2 bagian
yaitu :
•
Page
number (p) digunakan sebagai
indeks ke dalam table page (page table).
Page table berisi alamat basis dari
setiap page pada memori fisik.
•
Page
offset (d) mengkombinasikan
alamat basis dengan page offset untuk
mendefinisikan alamat memori fisik yang dikirim ke unit memori.
Arsitektur dari
sistem paging dapat dilihat pada Gambar 7-11.
Model paging
dapat dilihat pada Gambar 7-12.
Ukuran page (juga frame)
didefinisikan oleh perangkat keras.
Ukuran page merupakan bilangan 2 pangkat k, mulai 512 (29) s/d 8192 (213) tergantung
arsitektur computer. Bila ukuran ruang
alamat logika 2m dan
ukuran satu page adalah 2n address
unit (byte/word) maka (m-n) bit orde tinggi dari alamat logika
menunjukkan nomor page (page
number) dan n bit orde
rendah menunjukkan page offset.
Proses pemetaan dari alamat logika ke alamat fisik yang
menggunakan ukuran page 4 byte dan memori fisik 32 byte (8 page) dapat dilihat
pada Gambar 7-13. Sebagai contoh alamat
logika 2 berada pada page 0 akan
dipetakan ke frame 5, sehingga alamat
fisiknya adalah (5 X 4) + 2 = 22. Alamat
logika 4 berada pada page 1 akan
dipetakan ke frame 6, sehingga alamat
fisiknya adalah (6 X 4) + 0 = 24. Alamat
logika 9 berada pada page 3 akan
dipetakan ke frame 1, sehingga alamat
fisiknya adalah (1 X 4) + 1 = 5. Alamat logika 15 berada pada page 4 akan dipetakan ke frame 2, sehingga alamat fisiknya adalah
(2 X 4) + 3 = 11.
Bila suatu proses datang untuk dieksekusi, maka ukurannya
diekspresikan dengan page. Setiap page
membutuhkan satu frame. Bila proses membutuhkan n page, maka proses
tersebut juga membutuhkan n frame.
Jika tersedia n frame, maka
memori dialokasikan untuk proses tersebut.
Alokasi page pada frame bebas dapat dilihat pada Gambar
7-14.
Pada paging, user
memandang memori sebagai bagian terpisah dari memori fisik aktual. Program user memandang memori sebagai satu
ruang berurutan yang hanya berisi program user tersebut. Faktanya, program user terpecah pada memori
fisik, yang juga terdapat program lain.
Karena sistem operasi mengatur memori fisik, perlu diwaspadai lokasi
detail dari memori fisik, yaitu frame mana
yang dialokasikan, frame mana yang
tersedia, berapa jumlah frame dan
lain-lain.
7.5.2 Implementasi Sistem Paging
Setiap sistem operasi mempunyai metode sendiri untuk
menyimpan tabel page. Beberapa sistem operasi mengalokasikan sebuah
tabel page untuk setiap proses. Pointer ke tabel page disimpan dengan nilai register lainnya dari PCB.
Pada
dasarnya terdapat 3 metode yang berbeda untuk implementasi tabel page :
1.
Tabel page
diimplementasikan sebagai kumpulan dari “dedicated”
register.
Register berupa rangkaian logika berkecepatan sangat tinggi
untuk efisiensi translasi alamat paging.
Contoh : DEC PDP-11. Alamat
terdiri dari 16 bit dan ukuran page 8K.
Sehingga tabel page berisi 8
entri yang disimpan pada register.
Penggunaan register memenuhi jika tabel page kecil (tidak lebih dari 256 entry).
2.
Tabel page
disimpan pada main memori dan menggunakan page
table base registe”
(PTBR) untuk
menunjuk ke tabel page yang disimpan
di main memori. Penggunakan memori untuk
mengimplementasikan tabel page akan
memungkinkan tabel page sangat besar
(sekitar 1 juta entry). Perubahan tabel page hanya mengubah PTBR dan menurunkan
waktu context-switch. Akan tetapi penggunaan metode ini
memperlambat akses memori dengan faktor 2.
Hal ini dikarenakan untuk mengakses memori perlu dua langkah : pertama
untuk lokasi tabel page dan kedua
untuk lokasi alamat fisik yang diperlukan.
3. Menggunakan
perangkat keras cache yang khusus,
kecil dan cepat yang disebut associative
register atau translation look-aside
buffers (TLBs). Merupakan solusi
standar untuk permasalahan penggunaan memori untuk implementasi tabel page.
Sekumpulan associative register
berupa memori kecepatan tinggi. Setiap
register terdiri dari 2 bagian yaitu key dan
value. Jika associative
register memberikan item, akan dibandingkan dengan semua key secara
simultan. Jika item ditemukan nilai yang
berhubungan diberikan. Model ini
menawarkan pencarian cepat tetapi perangkat keras masih mahal. Jumlah entry pada TLB bervariasi antara 8 s/d
2048.
Mekanisme penggunaan associative
register (Gambar 7-15) adalah
sebagai berikut :
• Associative register berisi hanya
beberapa entry tabel page (sampai
dengan ukuran maksimum).
• Jika
memori logika dibangkitkan oleh CPU, nomor page
berupa sekumpulan associative
register yang berisi nomor page dan
nomor frame yang berkorespondensi.
• Jika
nomor page ditemukan pada associative register, nomor frame segera tersedia dan digunakan
untuk mengakses memori.
•
Sebaliknya, jika nomor page tidak ditemukan pada associative
register, acuan memori ke tabel page
harus dibuat.
• Jika
nomor frame tersedia, maka dapat
menggunakannya untuk mengakses ke memori yang tepat.
• Kemudian
ditambahkan nomor page dan nomor frame ke associative register sehingga akan mudah ditemukan pada acuan
berikutnya.
• Setiap
kali tabel page baru dipilih, TLB
harus dihapus untuk menjamin eksekusi proses berikutnya tidak menggunakan
informasi translasi yang salah.
Persentasi
waktu sebuah page number ditemukan
pada associative register disebut hit ratio. Hit ratio 80% berarti penemuan page number yang tepat pada associative register adalah 80% dari
waktu. Misalnya, untuk mencari entry di associative register memerlukan waktu 20
ns dan untuk mengakses memori memerlukan waktu 100 ns sehingga untuk memetakan
ke memori memerlukan waktu 120 ns. Maka effective
access time (EAT) menjadi
0.8
X 120 + 0.2 X 220 = 140 ns
Artinya terjadi
40% penurunan kecepatan waktu akses memori.
Hit ratio berhubungan dengan jumlah associative register.
Apabila jumlah associative
register antara 16 s/d 512, maka hit
ratio yang dapat dicapai antara 80% sampai 98%.
Prosessor Motorola 68030 yang digunakan pada sistem Apple Mac mempunyai
TLB 22 entry. CPU Intel 80486 mempunyai
32 register dan hit ratio 98%.
7.5.3 Proteksi
Pada model page,
proteksi memori menggunakan bit proteksi
yang diasosiasikan untuk setiap
frame. Biasanya bit proteksi
disimpan pada tabel page. Satu bit mendifinisikan satu page untuk “read and write” atau “read-only”. Setiap acuan ke memori melalui tabel page untuk menemukan nomor frame
yang benar. Level proteksi
yang lebih baik dapat dicapai dengan menambah jumlah bit yang digunakan.
Pada tabel page
diberi tambahan “valid-invalid” bit
seperti pada Gambar 7-16. Nilai “valid” mengindikasikan bahwa page berada pada ruang alamat logika
yang berarti merupakan page yang legal (valid). Nilai “invalid” mengindikasikan bahwa page tidak berada pada ruang alamat
logika atau page yang illegal (invalid). Sistem operasi
mengeset bit ini untuk setiap page untuk
mengijinkan atau tidak mengakses page.
7.5.4 Multilevel Paging
Model multilevel
paging digunakan pada sistem yang mempunyai ruang alamat logika yang sangat
besar yaitu antara 232 s/d 264. Pada sistem ini, tabel page akan menjadi sangat besar.
Misalnya untuk sistem dengan ruang alamat logika 32 bit dan ukuran page
4K byte, maka tabel page berisi 1
juta entry (232 / 212).
Solusinya yaitu dengan melakukan partisi tabel ke beberapa beberapa
bagian yang lebih kecil.
Untuk sistem dengan ruang alamat logika 32 bit dapat
dipecahkan menggunakan skema two level
paging. Pada skema ini alamat logika
dibagi menjadi 20 bit untuk nomor page dan
12 bit untuk page offset. Karena
tabel page juga merupakan page maka
nomor page lebih jauh akan dipecah
menjadi 10 bit untuk nomor page dan
10 bit untuk page offset. Maka alamat logika adalah sebagai berikut :
page
number page offset
10 10
12
Dimana pi adalah indeks ke table page luar dan p2
adalah displacement dalam page pada table page
luar. Skema tabel page pada two level paging dapat
dilihat pada Gambar 717. Sedangkan
arsitektur translasi alamat pada two
level paging untuk mesin 32 bit dapat dilihat pada Gambar 7-18.
7.5.5 Shared Page
Pada skema paging,
dimungkinkan untuk sharing kode umum seperti pada Gambar 7-19. Bentuk ini penting terutama pada lingkungan time sharing. Satu copy
kode read-only dibagi ke beberapa proses (misalnya editor teks, compiler
dan sistem window). Kode yang dibagi
harus berada pada lokasi ruang alamat logika yang sama untuk semua proses.
Kode dan data pribadi (private)
untuk setiap proses diletakkan terpisah dari kode dan data pribadi proses
lain. Page untuk kode dan data pribadi dapat diletakkan di sembarang
tempat pada ruang alamat logika.
7.6 SEGMENTASI
|
Kerugian
utama dari paging adalah terdapat perbedaan antara pandangan user mengenai
memori dan memori fisik aktual.
7.6.1. Konsep Dasar Segmentasi
Konsep segmentasi adalah user atau programmer tidak
memikirkan sejumlah rutin program yang dipetakan ke main memori sebagai array
linier dalam byte tetapi memori dilihat sebagai kumpulan segmen dengan ukuran
berbeda-beda, tidak perlu berurutan diantara segment tersebut.
Segmentasi adalah skema manajemen memori yang memungkinkan
user untuk melihat memori tersebut.
Ruang alamat logika adalah kumpulan segmen. Setiap segmen mempunyai nama dan panjang. Spesifikasi alamat berupa nama segmen dan
offset. Segment diberi nomor dan disebut
dengan nomor segmen (bukan nama segmen) atau segment number. Segmen
dibentuk secara otomatis oleh compiler.
Sebuah program adalah kumpulan segmen. Suatu segmen adalah unit logika seperti
program utama, prosedur, fungsi, metode, obyek, variabel lokal, variabel
global, blok umum, stack, tabel simbol, array dan lain-lain. Pandangan user terhadap sistem segmentasi
dapat dilihat pada Gambar 7-20
7.6.2. Arsitektur Segmentasi
Alamat logika terdiri dari dua bagian yaitu nomor segmen (s) dan offset (d) yang
dituliskan dengan
<nomor
segmen, offset>
Pemetaan alamat logika ke alamat fisik menggunakan tabel
segmen (segment
table), terdiri dari
• Segmen
basis (base) berisi alamat fisik awal
• Segmen
limit merupakan panjang segmen
Seperti tabel page, tabel segmen dapat berupa register
atau memori berkecepatan tinggi. Pada
program yang berisi sejumlah segmen yang besar, maka harus menyimpan tabel page di memori.
• Segment-table base register (STBR)
digunakan untuk menyimpan alamat yang menunjuk ke segment table.
• Segment-table length register (STLR)
digunakan untuk menyimpan nilai jumlah segmen yang digunakan program.
• Untuk
alamat logika (s, d), pertama
diperiksa apakah segment number s
legal (s < STLR), kemudian
tambahkan segment number ke STBR,
alamat hasil (STBR + s) ke memori
dari segment table.
Perangkat keras yang digunakan
pada sistem segmentasi dapat dilihat pada Gambar 7-21.
Pemetaan dari alamat logika ke alamat fisik membutuhkan 2
acuan memori untuk setiap alamat logika.
Hal ini akan menurunkan kecepatan sistem dengan faktor 2. Solusi standard yang digunakan adalah dengan cache (atau associative register) untuk menyimpan entri tabel segmen yang
sering digunakan. Pemetaan alamat logika
ke alamat fisik dengan menggunakan tabel segmen dapat dilihat pada Gambar
7-22. Misalnya alamat logika dengan
nomor segment 0 offset 88 akan dipetakan ke alamat fisik 1400 + 88 = 1488
karena offset < limit (88 < 1000).
7.6.3. Proteksi dan Sharing
Proteksi bit dapat diletakkan pada tabel segmen. Segmen instruksi dapat diproteksi sebagai
segmen read-only atau execute only, segmen data dapat
diproteksi sebagai segmen read-write. Pemetaan pada perangkat keras memory akan
memeriksa bit proteksi untuk mencegah akses
yang illegal.
Dengan segmentasi, juga dimungkinkan membagi kode atau data
dengan proses lain. Segmen digunakan
bersama-sama bila entry pada tabel segmen dari dua proses berbeda menunjuk ke
lokasi fisik yang sama seperti ditunjukkan Gambar 7-23.
7.7 SEGMENTASI DENGAN PAGING
|
Pada skema ini, skema paging dan segmentasi
dikombinasikan. Kombinasi diilustrasikan
menggunakan 2 arsitektur berbeda : MULTICS dan Intel 386 (OS/2).
7.7.1 MULTICS
Pada sistem MULTICS, alamat logika dibentuk dari nomor
segmen 18 bit dan offset 16 bit. Dengan ukuran segmen 64K word, setiap segmen
terdiri dari 36 bit, ratarata ukuran segmen dapat lebih besar dan fragmentasi
eksternal menjadi permasalahan karena membutuhkan banyak ruang memori. Tetapi jika fragmentasi eksternal tidak
menjadi permasalahan, waktu pencarian untuk mengalokasikan segmen dapat
membutuhkan waktu yang lama.
Nomor segmen (18
bit) dibagi ke dalam 8 bit nomor page dan 10 bit page
offset, sehinga tabel page terdiri
dari 28 entry sehingga alamat logika pada MULTICS adalah sebagai berikut :
s1
|
s2
|
d1
|
d2
|
8 10
6 10
Dimana s1 adalah indeks ke tabel page dari tabel segmen dan s2
adalah displacement dalam page dari tabel segmen. d1 adalah displacement
ke tabel page dari segmen yang tepat
dan d2 adalah displacement ke alamat yang diakses.
7.7.2 Intel 30386
IBM OS/2 versi 32 bit adalah
sistem operasi yang menggunakan arsitektur 30386 (dan 30486). Intel 30386 menggunakan segmentasi dengan
paging untuk manajemen memori. Maksimum
jumlah segment per proses adalah 16K.
Setiap segmen maksimal berukuran 4 gigabytes. Ukuran page adalah 4K byte.
Ruang
alamat logika dari suatu proses dibagi ke dalam 2 partisi :
• Partisi
1 terdiri dari 8K segmen yang pribadi (private)
untuk proses tersebut.
• Partisi
2 terdiri dari 8K segmen yang digunakan bersama untuk semua proses
Informasi mengenai partisi pertama disimpan dalam local descriptor table (LDT) sedangkan informasi mengenai partisi kedua disimpan dalam global descriptor table (GDT). Setiap entry pada tabel LDT dan GDT terdiri dari 8 byte, dengan informasi detail tentang segmen tertentu termasuk lokasi basis dan panjang segmen.
Alamat logika adalah pasangan (selector, offset), dimana selector sebanyak 16 bit.
s
|
g
|
p
|
13 1
2
Link :
http://arna.lecturer.pens.ac.id/Diktat_SO/7.Manajemen%20Memory.pdf
0 Response to "Manajemen Memori"
Post a Comment