MANAJEMEN MEMORY

Memori utama harus diatur sebaik mungkin agar :

Ø meningkatkan utilitas CPU yang sebesar-besarnya

Ø data dan instruksi dapat diakses dengan cepat oleh CPU

Ø memori utama memiliki kapasitas yang sangat terbatas, sehingga pemakaiannya harus seefisien mungkin

Ø transfer data dari/ke memori utama ke/dari CPU dapat efisien.

Manajemen memori berkaitan dengan memori utama sebagai sumber daya yang harus dialokasikan dan dipakai bersama diantara sejumlah proses yang aktif. Manajemen memori juga berkaitan dengan usaha agar pemrogram atau pemroses tidak dibatasi oleh kapasitas memori fisik yang terdapat pada sistem komputer.

Fungsi manajemen memori :

• mengelola informasi memori yang terpakai dan yang tidak terpakai

• mengalokasikan memori ke proses yang memerlukan

• mendealokasikan memori dari proses telah selesai

• mengelola swapping antara memori utama dan disk

SWAPPING

Suatu proses dapat dialihkan sementara dari memori ke suatu tempat penyimpanan dan dipanggil kembali ke memori jika akan melanjutkan eksekusi. Proses ini disebut swapping. Manajemen memori berdasarkan keberadaan swapping :

Manajemen tanpa swapping
Manajemen dengan swapping

1. Manajemen memori tanpa swapping

Manajemen Memori tanpa swapping adalah manajemen memori tanpa pemindahan proses antara memori utama dan disk selama eksekusi

Terdiri dari :

- Monoprogramming

- Multiprogramming dengan pemartisian statis


Monoprogramming

Merupakan manajemen memori paling sederhana. Sstem komputer hanya mengijinkan 1 program/pemakai berjalan pada 1 waktu. Semua sumber daya sepenuhnya dikuasai proses yang\ sedang berjalan.

Ciri-ciri manajemen memori monoprogramming :
hanya 1 proses pada 1 saat
hanya 1 proses menggunakan semua memori
pemakai memuatkan program ke seluruh memori dari disk / tape
program mengambil kendali seluruh mesin

Karena hanya terdapat 1 proses dan menguasai seluruh sistem maka alokasi memori dilakukan secara berurutan.
 

Multiprogramming dengan pemartisian statis

Multiprogramming adalah banyak proses pada memori utama pada saat bersamaan.

Alasan menggunakan multiprogramming :
mempermudah pemrogram karena pemrogram dapat memecah program menjadi 2 proses/lebih
agar dapat memberi layanan interaktif ke beberapa orang secara simultan
efisiensi penggunaan sumber daya
eksekusi lebih murah jika proses besar dipecah menjadi beberapa proses kecil
dapat mengerjakan sejumlah job secara simultan


Partisi Statis

Partisi statis merupakan memori dibagi menjadi sejumlah partisi tetap. Pada partisi tersebut proses-proses ditempatkan.

Berdasarkan ukurannya, dibagi 2 :
Pemartisian dengan partisi berukuran sama

Ukuran semua partisi memori adalah sama. Beberapa proses yang ukurannya kurang/sama dengan ukuran partisi dimasukkan ke sembarang partisi yang tersedia.


Kelemahan :
Bila program berukuran lebih besar dibanding partisi yang tersedia, maka tidak dapat dimuatkan dan dijalankan. Pemrogram harus mempersiapkan overlay. Overlay adalah program dipecah menjadi bagian-bagian yang dapat dimuat ke memori. Sehingga hanya bagian program yang benar-benar dieksekusi yang dimasukkan ke memori utama dan saling bergantian. Untuk overlay diperlukan sistem operasi yang mendukung swapping.
Bila program lebih kecil daripada ukuran partisi yang tersedia, maka akan ada ruang yang tak dipakai, yang disebut fragmentasi internal 􀃆 pemborosan memori. Kelemahan ini dapat dikurangi dengan membuat partisi tetap dengan ukuran yang berbeda. 

Pemartisian dengan partisi berukuran berbeda : ukuran semua partisi memori berbeda

o Untuk mengatasi kelemahan dari Pengalokasian berurut dengan partisi statis dengan ukuran sama, yaitu proses ukuran kecil diletakkan ke partisi yang kecil dan sebaliknya.

o Ada 2 jenis strategi:

§ Satu antrian untuk setiap partisi

§ Satu antrian untuk seluruh partisi

2. Manajemen memori dengan swapping

Merupakan manajemen memori dengan pemindahan proses antara memori utama dan disk selama eksekusi. Diterapkan pada multiprogramming dengan pemartisian dinamis. Partisi dinamis partisi statis menyebabkan memori terlalu banyak diboroskan dengan proses-proses yang lebih kecil dibanding partisi yang ditempatinya. Dengan partisi dinamis maka jumlah, lokasi, dan ukuran proses di memori dapat beragam sepanjang waktu secara dinamis. proses yang akan masuk ke memori segera dibuatkan partisi untuknya sesuai kebutuhannya. Teknik ini meningkatkan utilitas memori.

Masalah lain pada partisi dinamis adalah proses dapat tumbuh berkembang. Solusinya adalah bila proses bersebelahan dengan lubang memori tak dipakai, proses tumbuh memakai lubang itu. Masalah menjadi lebih parah bila proses bersebelahan dengan proses-proses lain. Alternatif penyelesaian :

• bila masih terdapat lubang besar yang dapat memuat proses, maka proses dipindah ke lubang memori yang dapat memuat

• 1 proses atau lebih diswap ke disk agar memberi lubang cukup besar untuk proses yang berkembang

• jika proses tidak dapat tumbuh di memori dan daerah swap di disk telah penuh,proses harus menunggu/disingkirkan.



PENCATATAN PEMAKAIAN MEMORI

Memori yang tersedia harus dikelola dengan pencatatan pemakaian memori yaitu :

1. Pencatatan memakai peta bit

Memori dibagi menjadi unit-unit alokasi, berkorespondensi dengan tiap unit alokasi, yaitu 1 bit pada bit map.

• nilai 0 pada peta bit berarti unit itu masih bebas

• nilai 1 berarti unit sudah digunakan

Masalah pada peta bit adalah penetapan mengenai ukuran unit alokasi memori, yaitu :

• unit lokasi memori berukuran kecil berarti membesarkan ukuran peta bit

• unit alokasi memori n berukuran besar berarti peta bit kecil tapi memori banyak disiapkan pada unit terakhir jika ukuran proses bukan kelipatan unit alokasi



Keunggulan : dealokasi dapat dilakukan dengan mudah, hanya tinggal mengeset bit yang berkorespondensi dengan unit yang telah tidak digunakan dengan 0.

Kelemahan :

• dilakukan penghitungan blok lubang memori saat unit memori bebas

• memerlukan ukuran bit map besar untuk memori yang besar.


2. Pencatatan memakai senarai berkait

Sistem operasi mengelola senarai berkait (linked list) untuk segmen-segmen memori yang telah dialokasikan dan bebas. Segmen memori menyatakan memori untuk proses atau memori yang bebas (lubang). Senarai segmen diurutkan sesuai alamat blok. Memori yang digunakan pada metode ini lebh kecil dibandingkan dengan peta bit.

Keunggulan :

• tidak harus dilakukan perhitungan blok lubang memori karena sudah tercatat di node

• memori yang diperlukan relatif lebih kecil

Kelemahan :

Dealokasi sulit dilakukan karena terjadi berbagai operasi penggabungan node di senarai



STRATEGI ALOKASI MEMORI

Alokasi harus mencari sekumpulan blok memori yang ukurannya mencukupi untuk memuat proses,dimana lubang kosong yang sama atau lebih besar dibanding ukuran memori yang diperlukanoleh proses. Macam strategi :

First-fit Algorithm

Pencarian dimulai dari awal dan akan berhenti jika ditemukan lokasi pertama yang cukup besar untuk menempatkan proses tersebut.

Contoh :

terdapat partisi kosong pada memori dengan urutan dan ukuran : 4 Kb, 3 Kb, 2 Kb, 6 Kb

bila datang data yang berukuran 3 Kb maka akan menempati partisi ukuran 4 Kb.

Next-fit Algorithm

Sama dengan first-fit hanya saja pencarian tidak dimulai dari awal, tapi dari lokasi terakhir kali menemukan segmen yang cocok dan akan berhenti jika ditemukan lokasi pertama yang cukup besar untuk menempatkan proses tersebut.

Contoh :

terdapat partisi pada memori dengan urutan dan ukuran : 4 Kb, 3 Kb, 2 Kb, 6 Kb bila datang data yang berukuran 3 Kb dan pencarian partisi dimulai dari urutan ketiga karena sebelumnya posisi terakhir pencarian di partisi kedua, maka data tersebut akan menempati partisi ukuran 6 Kb.

Best-fit Algorithm

Pencarian dimulai dari awal dan akan berhenti jika ditemukan lokasi terkecil pertama yang cukup untuk menempatkan proses tersebut.

Contoh :

terdapat partisi kosong pada memori dengan urutan dan ukuran : 4 Kb, 3 Kb, 2 Kb, 6 Kb

bila datang data yang berukuran 3 Kb maka akan menempati partisi ukuran 3 Kb.

Worst-fit Algorithm

Pencarian dimulai dari awal dan akan berhenti jika ditemukan lokasi yang paling besar yang cukup untuk menempatkan proses tersebut.

Contoh :

terdapat partisi kosong pada memori dengan urutan dan ukuran : 4 Kb, 3 Kb, 2 Kb, 6 Kb bila datang data yang berukuran 3 Kb maka akan menempati partisi ukuran 6 Kb.

Quick-fit Algorithm

Cara ini hanya cocok untuk pencatatan dengan linked list. Algoritma ini dirancang dengan membuat list lubang. Lubang-lubang memori dimuat di list sesuai dengan ukuran terdekatnya. sebagai contoh algoritma mengelola list lubang : 8 Kb, 12 Kb, 20 Kb, 40 Kb, 60 Kb, dst, maka jika ada lubang memori sebesar 42 Kb akan ditempatkan di list 40.

Pengertian Memori Maya

Didalam menejemen memori dengan system partisi statis dan system dinamis sudah dapat menyelesaikan masalah menejemen memori didalam banyak hal, tetapi masih memiliki kekurangan atau keterbatasan di dalam pengakses. Dimana keterbatasan akses hanya sebatas addres memori yang ada secara fisik ( memori nyata ).

Misalnya memori 64 MB maka addres maksimum yang dapat diakses hanya sebesar 64 MB saja. Pada hal banyak program yang akan diakses yang melebihi 64 MB. Untuk mengatasi hal tersebut agar kemampuan akses lebih besar lagi maka dibentuklah memori maya ( yang pertama sekali di kemukakan oleh Fotheringham pada tahun 1961 untuk system komputer Atlas di Universitas Manchester, Inggris).

Dengan memori maya program yang besar tadi akan dapat diterapkan pada memori kecil saja, misalnya program 500 MB dapat ditempatkan secara maya di memori 64 MB.

Untuk mengimplementasikan memori maya tersebut dapat dilakukan dengan tiga cara :

1. Sistem Paging

2. Sistem Segmentasi

3. Sistem kombinasi Paging dan Segmentasi

Memori system Paging

Untuk menginplementasikan addres maya yang besar ke dalam memori yang kecil diperlukan index register, base register, segment register dan MMU ( Memory Menegement Unit ).MMU mempunyai fungsi untuk memetakan memori maya ke memori fisik. Apabila alamat memori yang dipetakan tidak tersedia di memori fisik, MMU menertibkan exception page fault yang melewatkan ke system operasi untuk menengani.




Gambar memperlihatkan Implementasi pemetaan memori system paging.

Apabila exception page fault meminta alokasi memori akan ditangani oleh system operasi yaitu memilih partisi yang telah selesai diakses dan kemungkinan proses ini akan digunakan lagi, dalam waktu yang lama lagi. Jika sudah dipilih maka program akan dikosongkan dari memori dan selanjutnya program yang alamatnya yang diminta akan dimasukkan ke memori.

Proses Pemetaan Pada MMU

Dibawah ini adalah suatu proses pemetaaan memori yang terjadi pada MMU. Alamat maya terdiri dari bagian nomor page dan offset. Alamat ini dicarikan didalam tabel page, bila ketemu maka MMU mengeluarkan page frame ( register alamat fisik ).Register alamat fisik terdiri darei nomor page dan offset, dimana nomor page frame lebih sedikit dari nomor page.

Apabila alamat tersebut tidak ada pada tabel page maka MMU mengeluarkan page fault.

Sistem Segmentasi

Pengertian Segmentasi

Secara sederhana segmentasi bisa diartikan sebagai suatu ruang alamat atau segment yang berada di memori. Segment-segment itu dalam keadaan independent. Setiap segment berisi alamat 0 sampai maksimum secara linier. Panjang setiap segment berbeda-beda sampai panjang maksimun, perobahan panjang segment terjadi selama proses eksekusi.



Sistem Segmentasi

Sistem dengan memori maya dengan segmentasi murni adalah alamat maya adalah offset di segment, setiap proses mempunyai tabel segment dan pada saat proses running alamat awal maya tabel dimuatkan ke register dasar. Nomor segment digunakan mencari deskriptor segment di tabel segment yang menyediakan alamat fisik awal dari segment, panjang dan bit-bit proteksinya. Alamat fisik dihitung dengan menambahkan alamat dasar segment ke alamat maya.

Keunggulan sistem ini dimana segment-segment tersebut saling berhubungan dengan unit-unit program, sehingga segment – segment indeal untuk proteksi dan pemakaian bersama.

Kelemahan sistem ini adalah dimana segment – segment berukuran bervariasi menyebabkan fragmentasi eksternal dan sulit menyelesaikan pertumbuhan dinamis. Segment-segment tidak memetakan blok-blok disk untuk memori maya secara alami.



v Teknik Kombinasi Paging Dan Segmentasi

Teknik kombinasi pacing dan segmentasi adalah ruang alamat pemakai dibagi menjadi sejumlah segment sesuai dengan kehendak pemrogram. Segment tersebut dibagi menjadi sejumlah page berukuran tetap dan berukuran sama dengan page frame memori utama. Jika segment kurang dari ukuran page, maka segnent hanya memerlukan satu page.

Dari segi pandangan pemrogram, alamat maya masih berisi nomor segment dan offset di segment itu. Dari segi pandangan sistem, offset segment dipandang sebagai nomor page dan offset page untuk page di segment yang dispesifiksikan. Penggabungan dengan proses adalah tabel segment dan sejumlah tabel page, merupakan satu tabel persegment proses.

Saat proses running, register menyimpan alamat awal tabel segment untuk proses, pemroses menggunakan bagian nomor segment untuk mengindeks tabel segment proses guna menemukan tabel page untuk segment. Bagian angka page alamat maya digunakan untuk indeks tabel page dan mencari nomor page korespondensi. Angka tersebut kemudian dikombinasikan dengan bagian offset alamat maya untuk menghasilkan alamat nyata yang diinginkan.



Sistem Buddy

Sistem buddy adalah algoritma pengelolaan memori yang memanfaatkan kelebihan penggunaan bilangan biner dalam pegalamatan memori. Karakteristik bilangan biner digunakan untuk mempercepat penggabungan lubang-lubang berdekatan ketika proses terakhir atau dikeluarkan.Manajer memori mengelola senarai blok-blok bebas berukuran 1, 2, 4, 8, 16 byte dan seterusnya sampai kapasita memori. Pada komputer dengan 1 Mbyte memori maka dapat terdapat 21 senarai yaitu dari 1 byte sampai 1 Mbyte.

Keunggulan :

· Sistem buddy mempunyai keunggulan dibanding algoritma-algoritma yang mengurutkan blok-blok berdasarkan ukuran. Ketika blok berukuran 2k dibebaskan, maka manajer memori hanya mencari pada senarai lubang 2k untuk memeriksa apakah dapat dilakukan penggabungan. Pada algoritma-algoritma lain yang memungkinkan blok-blok memori dipecah dalam sembarang ukuran, seluruh senarai harus dicari.

· Dealokasi pada sistem buddy dapat dilakukan dengan cepat.

Kelemahan :

· Utilisasi memori pada sistem buddy sangat tidak efisien.Masalah ini muncul dari dari kenyataan bahwa semua permintaan dibulatkan ke 2k terdekat yang dapat memuat. Proses berukuran 35 kb harus dialokasikandi 64 kb, terdapat 29 kb yang disiakan. Overhead ini disebut fragmentasi internal karena memori yang disiakan adalah internal terhadap segmen-segmenyang dialokasikan.