�ݺ�ߣ

Memory Management
Latar Belakang
Swapping
Contiguous Allocation
Paging
Segmentation
Segmentation dengan Paging

2

Latar Belakang
• Untuk dieksekusi program harus berada dalam

memori

• Eksekusi: proses
• Alokasi resources memori: ruang (tempat storage) untuk

menyimpan data, instruksi, stack dll.

• Problem: Memori secara fisik (besarnya storage)

sangat terbatas ukurannya,

• Manajemen storage: alokasi dan dealokasi untuk proses-

proses

• Utilisasi: optimal dan efisien
3

alamat Binding
Sebalum eksekusi program berada di dalam disk, dan

saat dieksekusi ia perlu berada pada suatu lokasi
dalam memori fisik

alamat binding adalah menempatkan alamat relatif

ke dalam adress fisik memori yang dapat berlangsung
dalam di salah satu tahapan: kompilasi, load, atau
eksekusi

4

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 dieskekusi
Tahapan eksekusi: mungkin juga dilakukan dynamic
linking dengan resident library

5

Alamat Binding: Saat Kompilasi
• Jika lokasi dari proses sudah diketahui sebelumnya

maka saat kompilasi alamat-alamat instruksi dan data
ditentukan dengan alamat fisik

• jika terjadi perubahan pada lokasi tersebut maka

harus direkompilasi

6

Alamat Binding: Saat Load
• Code hasil kompilasi masih menunjuk alamat-alamat

secara relatif, saat di-load alamat-alamat disubstitusi
dengan alamat fisik berdasar relokasi proses yang
diterima

• Jika terjadi perubahan relokasi maka code di-load

ulang

7

Alamat 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

adress

 contoh: base register dan limit register

8

Ruang Alamat Logik vs. Fisik


Konsep ruang alamat logik terhadap ruang alamat
fisik adalah hal pokok dalam manajemen memori
alamat logik: alamat yang di-generate oleh CPU
(disebut juga virtual alamat)
 Berdasarkan eksekusi program
 Note: Besarnya alamat program dapat lebih besar dari

kapasitas memori fisik.

alamat fisik: alamat yang dikenal oleh unit memory
 alamat sebenarnya yang digunakan untuk mengakses

memori.

Perlu ada penerjemahan (translasi) dari alamat logik

ke alamat fisik.

10

Memory-Management Unit
(MMU)
Perangkat Hardware yang memetakan alamat logik

(virtual) ke alamat fisik.

Dalam skema MMU
 Menyediakan perangkat register yang dapat di set oleh setiap

CPU: setiap proses mempunyai data set register tsb
(disimpan di PCB).
 Base register dan limit register.
 Harga dalam register base/relokasi ditambahkan ke setiap
address proses user pada saat run di memori
 Program user hanya berurusan dengan addressaddress logik
saja

11

Dynamic Loading dipanggil (execute).
Rutin tidak akan di load jika tidak
Pro’s: utilisasi memory-space, rutin yang tidak dieksekusi tidak

akan dipanggil (program behaviour: 70-80% dari code).
 Handling execption, error, atau pilihan yang jarang
digunakan.
Tidak perlu dukungan khusus dari OS:
 Overlay: memori terbatas dan program lebih besar dari
memori.
 Disusun berdasarkan hirarkis dalam bentuk tree: root –
branch dan leaves (misalkan root harus ada di memory,
sedangkan yang lain dapat di load bergantian).
 Tidak dilakukan otomatis tapi harus dirancang oleh
programmer (user).

13

Dynamic Linking eksekusi
Linking ditunda sampai saat
 code menjadi berukuran kecil.

Program-program user tidak perlu menduplikasi

system library

 system library dipakai bersama
 Mengurangi pemakaian space: satu rutin library di memory

digunakan secara bersama oleh sekumpulan proses.
 Contoh: DLL (dynamic linking library) Win32

Mekanisme menggunakan skema Stub
 stub: suatu potongan kecil code menggantikan referensi

rutin (dan cara meload rutin tsb)

14

Overlay
Overlay membagi program yang besar menjadi

bagian-bagian yang lebih kecil dan daat dimuat dalam
memori utama.

Dibutuhkan ketika proses yang ada lebih besar

dibandingkan memori yang tersedia

Diimplementasikan oleh user, tidak ada dukungan

khusus dari sistem operasi, disain program pada
struktrur overlay cukup kompleks.

15

Swapping
 Suatu proses dapat di-swap secara temporary keluar dari memori dan

dimasukkan ke backing store, dan dapat dimasukkan kembali ke
dalam memori pada eksekusi selanjutnya.

 Backing store –disk cepat yang cukup besar untuk mengakomodasi

copy semua memori image pada semua user; menyediakan akses
langsung ke memori image.

 Roll out, roll in – varian swapping yang digunakan dalam penjadualan

prioritas; proses dengan prioritas rendah di-swap out, sehingga proses
dengan prioritas tinggi dapat di-load dan dieksekusi.

 Bagian terbesar dari swap time adalah transfer time, total transfer

time secara proporsional dihitung dari jumlah memori yang di swap.

 Modifikasi swapping dapat ditemukan pada sistem UNIX, Linux dan

Windows.

17

Contiguous Allocation

Memori utama biasanya terbagi dalam dua bagian:
 Resident operating system, biasanya tersimpan di alamat

memori rendah termasuk interrupt vector .
 User proces menggunakan memori beralamat tinggi/besar.

Single-partition allocation
 Relokasi register digunakan untuk memproteksi masing-

masing user proses dan perubahan kode sistem operasi dan
data.
 Relokasi register terdiri dari alamat fisik bernilai rendah;
limit register terdiri dari rentang/range alamat logik, setiap
alamat logik harus lebih kecil dari limit register.
19

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.

21

Contoh: Multiple Allocation

22

Masalah pada Dynamic Storage-Allocation
Bagaimana agar proses berukuran n dapat menempati
hole yang bebas
First-fit: Mengalokasikan proses pada hole pertama yang
ditemui yang besarnya mencukupi
Best-fit: Mengalokasikan proses pada hole dengan besar
paling cocok (fragmentasinya kecil).
Worst-fit: Mengalokasikan proses pada hole dengan
fragmentasi terbesar.
First-fit dan best-fit lebih baik dibandingkan worst-fit dalam
hal kecepatan dan pemanfaatan storage.

23

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).

24

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.
25

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.

26

Skema Paging antara “user’s view” dan
Bagaimana menjembatani
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.

27

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).

28

Page table (h/w support)
 Menggunakan “fast register”
 Contoh: DEC PDP11 : 16 bit address (logical 216 ): 64K, page size 8K
(213 ).
 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: 524.288 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.)

29

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.

30

Contoh :
Misalkan LA: 4 bits (max. logical addres: 16 lokasi)
Page size => 4 bytes (ditentukan oleh designerOS).


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.


34

Contoh (3) :
Logical address: 11 10 (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;
=> 8 + 2 = 10 (berisi “o”).

36

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.

37

Before allocation

After allocation
38

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




Page table entry dapat dikurangi dengan memperbesar ukuran pages




Apakah keuntungan ukuran pages kecil?

Apakah keuntungan ukuran pages besar?

Umumnya page disesuaikan dengan kapasitas memori (tipikal) pada sistim
(range: 2 – 8 Kbytes)

39

Implementasi Page Table
Page table disimpan di main memory.
Page-table base register (PTBR) menunjuk ke page table.
Page-table length register (PRLR) mengindikasikan ukuran page

table.
Pada skema ini, setiap akses data/instruksi membutuhkan dua
memori akses. Satu untuk page table dan satu untuk
data/instruksi.
Masalah yang ada pada dua akses memori dapat diselesaikan
dengan menggunakan cache memori berkecepatan tinggi yang
disebut associative memory or translation look-aside buffers
(TLBs)

40

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

42

Proteksi Memory

Proteksi memori diimplementasikan dengan asosiasi

proteksi bit pada setiap frame

Valid-invalid bit ditambahkan/dimasukkan pada page

table :

Bit akan diset valid jika page yang bersangkutan ada pada

area ruang alamat logika
Bit akan diset “invalid” jika page yang bersangkutan
berada di luar area ruang alamat logika.

45

Inverted Page Table
Satu masukan untuk setiap real page dari memori
Masukan dari alamat virtual disimpan pada lokasi

real memori, dengan informasi proses pada page
Penurunan memori dibutuhkan untuk menyimpan
setiap page table, tetapi setiap kenaikan waktu
dibutuhkan untuk mencari tabel saat pager refference
dilakukan

47

Shared Pages
Shared code
 Satu copy kode read-only (reentrant) dibagi diantara proses

(contoh text editor, compiler, window system).
 Shared code harus dimunculkan pada lokasi yang sama pada
alamat logik semua proses.

Private code dan data
 Setiap proses menyimpan sebagian copy kode dan data.
 Page untuk kode private dan data dapat ditampilkan dimana

saja pada ruang alamat logik.

49

Segmentasi
Skema pengaturan memori yang mendukung user

untuk melihat memori tersebut..
Sebuah program merupakan kumpulan dari segment.
Sebuah segement berisi unit logik seperti: main program,
procedure,
function,
method,
object,
local variables, global variables,
common block,
stack,
symbol table, arrays
51

1
4

1
2

3
4

2
3

user space

physical memory space
53

Arsitektur Segmentasi
Alamat logik terdiri dari dua 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.

54

Arsitektur Segmentasi (Cont.)
Relokasi.

 Dynamic
 Melalui segment table

Sharing.
 Shared segments
 Nomor segment yang sama

Alokasi.
 first fit/best fit
 external fragmentation
55

Segmentasi 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.
59

�ݺ�ߣ

Operating System--Memory

Recommended

More Related Content

What's hot (20)

Similar to Operating System--Memory (20)

Recently uploaded (20)

Operating System--Memory