Dokumen tersebut membahas tentang memori virtual dan teknik demand paging. Secara ringkas, dokumen menjelaskan bahwa (1) memori virtual memungkinkan alamat logis program lebih besar dari alokasi memori fisik, (2) demand paging hanya memindahkan halaman ke memori ketika diperlukan, dan (3) penggantian halaman diperlukan ketika tidak ada frame kosong untuk menangani page fault.
2. 2
Virtual Memory
Latar Belakang
Demand Paging
Pembuatan Proses
Page Replacement
Alokasi Frame
Thrashing
Contoh Sistem Operasi
3. 3
Latar Belakang
Manajemen memori:
Alokasi space memori fisik kepada program yang
diekesekusi (proses).
Pendekatan: Alokasi space sesuai dengan kebutuhan
logical address => seluruh program berada di memori
fisik.
Kapasitas memori harus sangat besar untuk mendukung
multiprogramming.
Bagaimana jika kapasitas memori terbatas?
Pendekatan: Teknik Overlay (programming) dapat
memanfaatkan kapasitas kecil untuk program yang besar.
Batasan (tidak transparant, cara khusus): program sangat
spesifik untuk OS tertentu.
4. 4
Latar Belakang (cont.)
Q: Apakah sesungguhnya diperlukan seluruh
program harus berada di memori?
Mayoritas kode program untuk menangani exception,
kasus khusus dll. (sering tidak dieksekusi).
Deklarasi data (array, etc) lebih besar dari yang digunakan
oleh program.
IDEA:
Sebagian saja program (kode yang sedang dieksekusi)
berada di memori, tidak harus serentak semua program
berada di memori.
Jika kode program diperlukan maka OS akan mengatur
dan mengambil page yang berisi program tersebut dari
secondary storage ke main memory.
5. 5
Latar Belakang (cont.)
Pros (jika OS yang melakukan overlay)
Programmer dapat membuat program sesuai dengan
kemampuan logical address (virtual address) tanpa harus
menyusun modul mana yang harus ada di memori.
Fungsi OS sebagai extended machine: memberikan ilusi
seolah-olah memori sangat besar, memudahkan penulisan
program dan eksekusi program.
Proses dapat dieksekusi tanpa memerlukan memori fisik
yang besar => banyak proses.
Fungsi OS sebagai resource manager: menggunakan
utilitas memori yang terbatas untuk dapat menjalankan
banyak proses.
6. 6
Latar Belakang (cont.)
Konsep Virtual Memory:
Pemisahan antara user logical memory (virtual) dengan
physical memory.
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.
Virtual memory dapat diimplementasikan melalui :
Demand paging
Demand segmentation
8. 8
Demand Paging
Umumnya basis VM => paging.
Demand (sesuai dengan kebutuhan):
Ambil/bawa page ke memory hanya jika diperlukan.
Umumnya program memerlukan page sedikit (one by one).
Less I/O & less memory (more users).
Transfer cepat (faster response).
Kapan page dibutuhkan?
Saat ekesekusi proses dan terjadi referensi logical address ke
page tersebut.
invalid reference abort
not-in-memory bring to memory
Page table menyimpan daftar page frame yang telah
dialokasikan untuk proses tersebut.
10. 10
Valid-Invalid Bit
Setiap entry pada page
table terdapat bit: Valid dan
Invalid mengenai
keberadaan page di memori
fisik (1 in-memory, 0
not-in-memory)
Saat awal: page belum
berada di memori maka bit
adalah 0 (not in memory).
Jika terjadi referensi dan
page frame yang akan
diakses bit Valid-Invalid 0
=> page fault.
11. 11
Page Table Ketika beberapa Page Tidak
Berada di Main Memory
12. 12
Page Fault (OS tasks)
Saat pertama kali referensi ke
page, trap ke OS => page
fault.
OS melakukan evaluasi,
apakah alamat logical tersebut
legal? OK, tapi belum berada
di memori.
1. Get empty frame (frame free list).
2. Swap page into frame.
3. Reset tables, validation bit = 1.
4. Restart instruction: yang terakhir
eksekusi belum selesai, mis.
block move
14. 14
Tidak ada Frame yang bebas ?
Jika terdapat banyak proses, maka memori akan
penuh (tidak ada page frame yang free).
Page replacement (penggantian)
Mencari kandidat page untuk diganti di memori dan
kemungkinan tidak digunakan (allocate but not in used).
Swap page tersebut dengan page yang baru.
Algoritma: efisien dan mencapai min. jumlah page faults
(karena kemungkinan page yang diganti harus di swap in
lagi).
Page yang sama akan masuk ke memori pada waktu
mendatang.
15. 15
Memory-Mapped File
Memory-mapped file I/O membolehkan file I/O diperlakukan sebagai
rutin akses memori yang dipetakan sebagai blok disk ke dalam
page memori
Suatu file diinisialisasikan menggunakan demand pagin. Suatu
bagian page file dibaca dari file sistem ke page fisik. Subsequent
membaca/menulis ke/dari file yang diperlakukan dalam urutan
memori akses.
Secara sederhana file akses memperlakukan file I/O melalui memori
melalui read() write() system calls.
Beberapa proses juga dapat dipetakan pada fiel yang sama pada
memori yang di-share.
17. 17
Page Replacement
Mencegah alokasi yang berlebihan dari memori
dengan memodifikasi layanan rutin page-fault
melalui page
Menggunakan modify bit untuk mengurangi
overhead transfer page hanya modifikasi page
yang ditulis di disk.
Page replacement melengkapi pemisahan antara
memori logik dan memori fisik virtual memori yang
besar dapat memenuhi kebutuhan memori fisik yang
kecil.
19. 19
Basic Page Replacement
1. Tentukan lokasi yang diminta page pada disk.
2. Tentuka frame bebas :
Jika tersedia frame bebas, maka dapat digunakan
Jika tidak tersedia frame bebas, gunakan algoritma penggantian
untuk memilih kandidat frame.
1. Baca page yang dituju ke dalam frame bebas (yang
baru). Update page dan frame table.
2. Restart process.
23. 23
FIFO
FIFO
Mengganti page yang terlama berada di memori.
Data struktur FIFO queue yang menyimpan
kedatangan pages di memori.
Masalah: menambah page frame = page fault
tidak berkurang.
24. 24
Algoritma FIFO
Reference string: 1, 2, 3, 4, 1, 2, 5, 1, 2, 3, 4, 5
3 frames (3 page yang dapat berada di memori pada suatu
waktu per proses)
4 frames
27. 27
Optimal (Prediction)
OPT (optimal)
Mengganti page yang tidak digunakan dalam
waktu dekat (paling lama tidak diakses).
Menggunakan priority lists page mana yang tidak
akan diakses (in the near future).
Sulit diterapkan (prediksi): terbaik dan
benchmark untuk algoritma yang lain.
28. 28
Algoritma Optimal
Algoritma Optimal
Mengganti page yang tidak digunakan untuk periode waktu
yang lama.
Contoh 4 frame
1, 2, 3, 4, 1, 2, 5, 1, 2, 3, 4, 5
30. 30
Least Recently Used
LRU (least recently used)
Mengganti page yang paling lama tidak
digunakan/diakses.
Asumsi page yang diakses sekarang =
kemungkinan besar akan diakses lagi (predict?).
Masalah: mendeteksi (memelihara) LRU semua
page = bantuan hardware yang cukup rumit.
33. 33
Algoritma Aproksimasi LRU
Reference bit
Setiap page berasosiasi dengan satu bit, inisialisasinya = 0
Ketika page dengan reference bit di set 1
Ganti satu dengan 0 (jika ada satu)
Second chance
Membutuhkan reference bit.
Jika page diganti (pada urutan clock) dengan reference bit
= 1, maka
set reference bit 0.
Tinggalkan page di memori (berikan kesempatan kedua).
Ganti next page (dalam urutan clock) , subjek disamakan
aturannya.
35. 35
Alokasi Frame
Setiap proses membutuhkan minimum sejumlah
pages.
Contoh : IBM 370 6 page untuk menangani
instruksi SS MOVE :
instruksi 6 bytes, membutuhkan 2 pages.
2 pages untuk menangani from.
2 untuk menangani to.
Dua skema besar alokasi :
fixed allocation
priority allocation
36. 36
Fixed Allocation
Equal allocation contoh jika 100 frame
dan 5 proses, masing-masing 20 page.
Proportional allocation mengalokasikan
sesuai ukuran yang cocok dari proses
37. 37
Priority Allocation
Menggunakan skema alokasi yang
proporsional dengan mengedepankan
menggunakan prioritas dibandingkan ukuran.
Jika proses Pi di-generate sebagai page
fault,
Pilih satu replacement frame
Pilih replacement frame dari proses dengan
prioritas terendah.
38. 38
Alokasi Global vs. Local
Global replacement mengijinkan suatu
proses untuk menyeleksi suatu frame yang
akan fireplace dari sejumlah frame.
Local replacement proses hanya diijinkan
menyeleksi frame-frame yang dialokasikan
untuknya.
39. 39
Thrashing
Jika suatu proses tidak mempunyai page yang
cukup, tingkat page fault menjadi tinggi If a process
does not have enough pages, the page-fault rate is
very high. Hal tersebut dapat dilihat dari :
Sistem operasi meningkatkan multiprogramming.
Utilisasi CPU meningkat sejalan dengan bertambahnya
multiprogramming
Proses lain ditambahkan ke dalam sistem.
Thrashing 尊 suatu proses yang sibuk melakukan
swap page in dan out.
40. 40
Thrashing
Mengapa paging dapat bekerja ?
Model Lokalitas
Proses pemindahan dari satu lokasi ke lokasi lain.
Terjadi overlap lokalitas.
Mengapa thrashing terjadi ?
S ukuran lokalitas total ukuran memory
42. 42
Working-Set Model
D 尊 jendela working-set 尊 fixed number pada page references
Contoh : 10,000 instruksi
WSSi (working set pada proses Pi) =
jumlah page reference pada saat akhir D (beragam waktu)
jika D terlalu kecil akan mencakup seluruh lokalitas
jika D terlalu besar akan mencakup sebagian lokalitas.
jika D = 促 akan mencakup seluruh program
D = S WSSi 尊 total permintaan frames
if D m Thrashing
Kebijakan, jika D m, maka menahan satu proses .