MANAJEMEN MEMORI

Bagian operating sistem yang mengatur memori disebut dengan memory manager. Pemakaian memori (manajemen memori dan organisasi) perlu dilakukan karena hal tersebut sangat mempengaruhi kinerja komputer, sehingga memiliki fungsi dan tugas penting dan kompleks yaitu berkaitan dengan :

1. Memori utama sebagai sumber daya yang harus dialokasikasikan dan dipakai bersama di antara sejumlah proses yang aktif, sehingga dapat memanfaatkan pemroses dan fasilitas masukan/keluaran secara efisien, sehingga memori dapat menampung sebanyak mungkin proses.
   
2. Upaya agar pemogram atau proses tidak dibatasi kapasitas memori fisik di sistem komputer.
   

Manajemen memori

Sistem manajemen memori dapat dibagi kedalam dua kelas, yaitu : pemindahan proses (back and forth) diantara memori utama dengan disk selama eksekusi (swapping and paging) dan tidak ada pemindahan proses. Mempunyai beberapa fungsi, antara lain :

1. Mengelola informasi memori yang dipakai dan tidak dipakai.
   
2. Mengalokasikan memori ke proses yang memerlukan.
   
3. Mendealokasikan memori dari proses yang telah selesai.
   
4. Mengelola swapping antara memori utama dan disk.
   

Manajenen memori pada sistem multiprogramming

Untuk sistem komputer yang berukuran besar (bukan small computers), membutuhkan pengaturan memori, karena dalam multiprogramming akan melibatkan banyak pemakai secara simultan sehingga di memori akan terdapat lebih dari satu proses bersamaan. Oleh karena itu dibutuhkan sistem operasi yang mampu mendukung dua kebutuhan tersebut, meskipun hal tersebut saling bertentangan, yaitu :

1. Pemisahan ruang-ruang alamat.
   
2. Pemakaian bersama memori.
   

Manajer memori harus memaksakan isolasi ruang-ruang alamat tiap proses agar mencegah proses aktif atau proses yang ingin berlaku jahat mengakses dan merusak ruang alamat proses lain. Manajer memori di lingkungan multiprogramming sekalipun melakukan dua hal, yaitu :

1. Proteksi memori dengan isolasi ruang-ruang alamat secara disjoint.
   
2. Pemakaian bersama memori.
   

Memungkinkan proses-proses bekerja sama mengakses daerah memori bersama. Ketika konsep multiprogramming digunakan, pemakaian CPU dapat ditingkatkan. Sebuah model untuk mengamati pemakaian CPU secara probabilistic :

CPU utilization = 1 - p n

Dengan :

• N menunjukkan banyaknya proses pada suatu saat, sehingga kemungkinan bahwa semua n proses akan menunggu menggunakan I/O (masalah CPU menganggur) adalah sebesar p n. Fungsi dari n disebut sebagai degree of multiprogramming.
  
• P menunjukkan besarnya waktu yang digunakan sebuah proses
  

Klasifikasi manajemen memori.

Klasifikasi manajemen memori diberikan Deitel (DEI-90).

Nyata     Nyata     Nyata

+-------+-----------------------------------------------------------+

| (1) | Sistem multiprogramming | Sistem multiprogramming |

|Sistem | dengan memori nyata | dengan memori nyata |

|khusus | | |

|untuk | | |

|pemakai| | |

|tunggal| | |

+-------+------------------+----------+--------+--------+-----------+

| | (4) | (5) | (6) | (7) |

    | Multiprogramming |Multipro- | Sistem | Sistem | Kombinasi |

|dengan pemartisian|gramming |    paging |segmenta| paging dan|

| tetap     |dg pemarti| murni |si murni| segmentasi|

| |sian dina-| | | |

| |mis | | | |

+----------+-------+----------+--------+--------+-----------+

| (2) | (3) |

| Ditempat-| Dapat |

| kan abso-|direlo-|

| lut |kasi |

+------------------+

Gambar 1 : Klasfikasi manajemen memori



Teknik-teknik manajemen memori (1), (2), (3), (4) merupakan pengelolaan untuk dengan kapasitas memori sebatas memori fisik yang tersedia. Teknik-teknik ini tidak dapat digunakan untuk memuat program-program lebih besar dibanding kapasitas fisik memori yang tersedia. Teknik-teknik manajemen memori (5), (6), (7) dapat digunakan untuk mengakali kapasitas memori yang terbatas sehingga dapat dijalankan program yang lebih besar dibanding kapasitas memori fisik yang tersedia.



Manajemen memori berdasarkan keberadaan swapping

Manajemen memori berdasarkan keberadaan swapping terbagi menjadi dua, yaitu :

1. Manajemen tanpa swapping : Manajemen memori tanpa pemindahan citra proses antara memori utama dan disk selama ekseskusi.
   
2. Manajemen dengan swapping : Manajemen memori dengan pemindahan citra proses antara memori utama dan disk selama ekseskusi.
   

Manajemen memori berdasar alokasi memori

Manajemen memori berdasar alokasi memori terbagi dua, yaitu :

1. Alokasi memori berurutan (kontigu) : Adalah tiap-tiap proses menempati satu blok tunggal lokasi memori yang berturutan.
   Keunggulan :
   
   
   1. Sederhana.
      
   2. Tidak akan terbentuk lubang-lubang memori bersebaran.
      
   3. Karena berurutan, proses dapat dieksekusi dengan cepat.
      
   Kelemahan :
   
   
   1. Dapat memboroskan memori.
      
   2. Tidak dapat memuatkan proses bila tidak ada satu blok memori yang mencukupi.
      
       
2. Alokasi memori tak berurutan (non-kontinyu).Program dibagi menjadi beberapa blok atau segmen. Blok-blok program ditempatkan di memori dalam potongan-potongan tanpa perlu saling berdekatan. Teknik biasa digunakan pada sistem memori maya sebagai alokasi page-page dilakukan secara global.
   Keuntungan :
   
   
   1. Sistem dapat memanfaatkan memori utama secara lebih efisien.
      
   2. Sistem operasi masih mampu memuatkan proses bila jumlah total lubang-lubang memori cukup untuk memuat proses yang akan dieksekusi.
      
   Kelemahan :
   
   
   1. Memerlukan pengendalian yang lebih rumit dan sulit.
      
   2. Memori dapat menjadi banyak lubang tersebar (memori tak terpakai bersebaran).
      

Hirarki memori

Pemakaian memori dua tingkat, menggunakan cache memory yang dapat meningkatkan kinerja dan utilisasi memori secara dinamik. Chace memory merupakan penyimpan berkecepatan tinggi lebih cepat dibanding memori utama. Chace memory lebih mahal dibanding memori utama, sehingga kapasitas cache relatif kecil.



MANAJEMEN MEMORI PEMARTISIAN STATIS

Manajemen memori tanpa swapping

Manajemen memori tanpa swapping terdiri dari :

• Monoprogramming.

Monoprogramming sederhana tanpa swapping merupakan manajemen memori paling sederhana, sistem komputer hanya mengijinkan satu program/pemakai berjalan pada satu waktu. Semua sumber daya sepenuhnya dkuasi proses yang sedang berjalan. Manajemen memori monoprogramming sederhana mempunyai ciri-ciri berikut :

1. Hanya terdapat satu proses pada satu saat, sehingga proses baru akan menimpa proses lama yang sudah selesai eksekusi.
   
2. Hanya satu proses mengunakan semua memori.
   
3. Pemakai memusatkan program keseluruh memori dari disk atau tape.
   
4. Program mengambil kendali seluruh mesin.
   

Karena hanya terdapat satu proses dan menguasai seluruh sistem, maka eksekusi memori dilakukan secara berurutan. Teknik ini digunakan sampai sekitar 1960, ditinggalkan bahkan untuk komputer pribadi karena tiap proses harus berisi device driver perangkat I/O yang digunakan.



+----------------------+ +----------------------+ +----------------------+

:Sistem operasi di RAM : :Sistem operasi di ROM : :Sistem operasi di RAM :

+----------------------+ +----------------------+ +----------------------+

:Program pemakai di RAM: :Program pemakai di RAM: :Program pemakai di RAM:

+----------------------+ +----------------------+ +----------------------+

: Memori tak dipakai : : Memori tak dipakai : : Device driver di ROM :

+----------------------+ +----------------------+ +----------------------+

(a) (b) (c)

Gambar : Tiga cara organisasi memori untuk satu proses tunggal

Gambar diatas menunjukkan tiga organisasi memori menjalankan satu proses tunggal :

1. menunjukkan seluruh kebutuhan (sistem operasi, device driver dan proses driver dapat ditempatkan di sistem operasi atau di setiap proses pemakai, bergantung perancang sistem operasi).
   
2. menunjukkan sistem operasi ditempatkan di ROM, sedang program pemakai di RAM.
   
3. menunjukkan device driver di ROM. Device driver di ROM biasa disebut ROM-BIOS (Read Only Memory - Basic Input Output Systems).
   

Embedded system

Teknik monoprogamming masih dipakai untuk sistem kecil yaitu sistem tempelan (embedded system) yang menempel atau terdapat disistem lain. Sistem-sistem tempelan menggunakan mikroprosesor kecil, seperti Intel 8051, dan sebagainya. Sistem ini biasanya untuk mengendalikan satu alat sehingga menjadi bersifat intelejen (intelegent devices) dalam menyediakan satu fungsi spesifik. Karena hanya satu fungsi spesifik, dapat diprogram di mikroprosesor dengan memori kecil (1-64 Kb).

Proteksi pada monoprogramming sederhana. Pada monoprogramming, pemakai mempunyai kendali penuh terhadap seluruh memori utama. Memori terbagi menjadi tiga bagian, yaitu :

1. Bagian yang berisi rutin-rutin sistem operasi.
   
2. Bagian yang berisi program pemakai.
   
3. Bagian yang tidak digunakan.
   

Masalah proteksi di monoprogramming adalah cara memproteksi rutin sistem operasi dari penghancuran program pemakai. Program pemakai dapat tersesat sehingga memanipulasi atau menempati ruang memori rutin sistem operasi. Aktivitas program pemakai ini dapat merusak sistem operasi. Sistem operasi harus diproteksi dari modifikasi program pemakai. Proteksi ini diimplementasikan menggunakan satu registe batas (boundary register) dipemroses.Setiap kali program pemakai mengacu alamat memori dibandingkan register batas untuk memastikan proses pemakai tidak merusak sistem operasi, yaitu tidak melewati nilai register batas. Register batas berisi alamat memori tertinggi yang dipakai sistem operasi. Jika program pemakai mencoba memasuki sistem operasi, instruksi diintersepsi dan job diakhiri dan diberi pesan kesalahan. Untuk memperoleh layanan sistem operasi, program pemakai harus menggunakan instruksi spesifik meminta layanan sistem operasi. Integritas sistem operasi terjaga dan program pemakai tidak merusak bagian sistem operasi.

• Multiprogramming dengan pemartisian statis.

Terdapat beberapa alasan kenapa multiprogramming digunakan, yaitu :

1. Mempermudah pemogram. Pemogram dapat memecah program menjadi dua proses atau lebih.
   
2. Agar dapat memberi layanan interaktif ke beberapa orang secara simultan. Untuk itu diperlukan kemampuan mempunyai lebih dari satu proses dimemori agar memperoleh kinerja yang baik.
   
3. Efisiensi penggunaan sumber daya. Bila pada multiprogramming maka proses tersebut diblocked (hanya DMA yang bekerja) dan proses lain mendapat jatah waktu pemroses, maka DMA dapat meningkatkan efisiensi sistem.
   
4. Eksekusi lebih murah jika proses besar dipecah menjadi beberapa proses kecil.
   
5. Dapat mengerjakan sejumlah job secara simultan.
   

Multiprogramming dapat dilakukan dengan pemartisian statis, yaitu memori dibagi menjadi beberapa sejumlah partisi tetap. Pada partisi-partisi tersebut proses-proses ditempatkan. Pemartisian statis berdasarkan ukuran partisi-partisinya terbagi dua, yaitu :

1. Pemartisian menjadi partisi-partisi berukuran sama, yaitu ukuran semua partisi memori adalah sama. Beberapa proses yang ukurannya kurang atau sama dengan ukuran partisi dimasukkan ke sembarang partisi yang tersedia.
   

Kelemahan :

• Bila program berukuran lebih besar dibanding partisi yang tersedia, maka tidak dapat dimuatkan, tidak dapat dijalankan. Pemogram harus mempersiapkan overlay sehingga hanya bagian program yang benar-benar dieksekusi yang dimasukkan ke memori utama dan saling bergantian.
  
• Untuk overlay diperlukan sistem operasi yang mendukung swapping.
  
• Untuk program yang sangat kecil dibanding ukuran partisi yang ditetapkan, maka banyak ruang yang tak dipakai yang diboroskan, disebut fragmentasi internal.
  
• Kelemahan ini dapat dikurangi dengan partisi-partisi tetap berukuran berbeda.Pemartisian menjadi partisi-partisi berukuran berbeda, yaitu ukuran semua partisi memori adalah berbeda.

Strategi penempatan program ke paritisi

1. Strategi penempatan pada pemartisian menjadi partisi-partisi berukuran sama. Penempatan proses ke memori dilakukan secara mudah karena dapat dipilih sembarang partisi yang kosong.
   
2. Strategi penempatan pada pemartisian menjadi partisi-partisi berukuran berbeda.
   

Terdapat dua strategi penempatan program ke partisi, yaitu :

1. Satu antrian untuk tiap partisi (banyak antrian untuk seluruh partisi). Proses ditempatkan ke partisi paling kecil yang dapat memuatnya. Keuntungan : teknik ini adalah meminimalkan pemborosan memori. Kelemahan : dapat terjadi antrian panjang disuatu partisi sementara antrian partisi-partisi lain kosong.
   
2. Satu antrian untuk seluruh partisi. Proses-proses diantrikan di satu antrian tunggal untuk semua partisi. Proses segera ditempatkan di partisi bebas paling kecil yang dapat memuat. Keunggulan : lebih fleksibel serta implementasi dan operasi lebih minimal karena hanya mengelola satu antrian. Kelemahan : proses dapat ditempatkan di partisi yang banyak diboroskan, yaitu proses kecil ditempatkan di partisi sangat besar. Kelemahan ini dapat diatasi dengan prosedur pemindahan. Pemindahan dilakukan bila proses besar akan masuk memori tetapi hanya tersedia partisi kecil sementara proses kecil menempati partisi besar. Proses kecil di swap ke partisi kecil yang sedang bebas kemudian proses besar di antrian menempati partisi besar yang ditinggal proses kecil.
   

Pemartisian memori menjadi partisi-partisi secara statis mempunyai dua masalah, yaitu :

1. Relokasi : masalah penempatan proses sesuai alamat fisik sehubungan alamat partisi memori dimana proses ditempatkan. Proses dapat ditempatkan pada partisi-partisi berbeda menurut keadaan sistem saat itu. Pengalamatan fisik secara absolut untuk proses tidak dapat dilakukan.
   
2. Proteksi : masalah proteksi pada banyak partisi dengan banyak proses di satu sistem secara bersamaan dikhawatirkan proses menggunakan atau memodifikasi daerah yang dikuasai proses lain (yang bukan haknya). Bila kejadian ini terjadi, maka proses lain dapat terganggu dan hasil yang diperolehnya dapat menjadi kacau.
   

Fragmentasi pada pemartisian statis.

Fragmentasi yaitu penyiaan/pemborosan memori akan terjadi pada setiap organisasi penyimpanan. Fragmentasi pada pemartisian tetap terjadi adalah :

1. Fragmentasi internal. Proses tidak mengisi penuh partisi yang telah ditetapkan untuk proses.
   
2. Fragmentasi ekstenal. Partisi dapat tidak digunakan karena ukuran partisi lebih kecil dibanding ukuran proses yang menunggu di antrian, sehingga tidak digunakan.
   

Untuk sistem-sistem tanpa swapping (pemindahan lokasi proses), maka fragmentasi-fragmentasi tidak dapat dikurangi. Pada sistem-sistem dengan swapping, sistem lebih intelijen karena dapat melakukan beberapa altenatif mengatasi fragmentasi eksternal.



MANAJEMEN MEMORI PEMARTISIAN DINAMIS

Multiprogramming dengan swapping.

Pada sistem batch, organisasi memori dengan pemartisian tetap telah efektif. Selama jumlah proses yang terseduan dapat membuat pemroses sibuk, tak ada alasaan menggunakanan teknik lebih rumit. Pada sistem timesharing, situasinya berbeda, umumnya terdapat lebih banyak proses dibanding memori yang tersedia untuk memuat seluruh proses. Dengan demikian perlu menyimpan proses-proses yang tidak termuat ke disk. Untuk menjalankan proses-proses yang akan dieksekusi, proses-proses itu harus telah masuk memori utama. Pemindahan proses dari memori utama ke disk dan sebaliknya di sebut swapping. Dengan swapping, multiprogramming pada sistem time sharing dapt ditingkatkan kinerjanya yaitu dengan memindah proses-proses blocked ke disk dan hanya memasukkkan proses-proses ready ke memori utama. Beragam masalah harus diatasi multiprogramming dengan swapping, antara lain :

1. Pemartisian secara dinamis.
   
2. Strategi pencatatan pemakaian memori.
   
3. Algoritma penempatan proses ke memori.
   
4. Strategi penempatan ruang swap pada disk.
   

Multiprogramming dengan pemartisian dinamis

Pemartisian statis tidak menarik karena terlalu banyak diboroskan proses-proses yang lebih kecil dibanding partisi yang ditempatinya. Dengan pemartisian dinamis maka jumlah, lokasi dan ukuran proses di memori dapat beragam sepanjang waktu secara dinamis. Proses yang akan masuk ke memori segera dibuatkan paritisi untuknya sesuai kebutuhannya. Teknik ini meningkatkan utilitasi memori.

Kelemahan pemartisian dinamis adalah :

1. Dapat terjadi lubang-lubang kecil memori di antara partisi-partisi yang dipakai.
   
2. Merumitkan alokasi dan dealokasi memori.