Memori Virtual
Selama bertahun-tahun, pelaksanaan berbagai strategi managemen memori yang ada menuntut keseluruhan bagian proses berada di memori sebelum proses dapat mulai dieksekusi. Dengan kata lain, semua bagian proses harus memiliki alokasi sendiri pada memori fisiknya.Pada nyatanya tidak semua bagian dari program tersebut akan diproses, misalnya:
- Terdapat pernyataan-pernyataan atau pilihan yang hanya akan dieksekusi jika kondisi tertentu dipenuhi. Apabila kondisi tersebut tidak dipenuhi, maka pilihan tersebut tak akan pernah dieksekusi/ diproses. Contoh dari pilihan itu adalah: pesan-pesan error yang hanya akan muncul bila terjadi kesalahan dalam eksekusi program.
- Terdapat fungsi-fungsi yang jarang digunakan, bahkan sampai lebih dari 100x pemakaian.
- Terdapat pealokasian memori lebih besar dari yang sebenarnya dibutuhkan. Contoh pada: array, list, dan tabel.
Hal-hal di atas telah menurunkan optimalitasi utilitas dari ruang memori fisik. Pada memori berkapasitas besar, hal ini mungkin tidak menjadi masalah. Akan tetapi, bagaimana jika memori yang disediakan terbatas?
Salah satu cara untuk mengatasinya adalah dengan overlay dan dynamic loading . Namun hal ini menimbulkan masalah baru karena implementasinya yang rumit dan penulisan program yang akan memakan tempat di memori. Tujuan semula untuk menghemat memori bisa jadi malah tidak tercapai apabila program untuk overlay dan dynamic loading . malah lebih besar daripada program yang sebenarnya ingin dieksekusi.
Maka sebagai solusi untuk masalah-masalah ini digunakanlah konsep memori virtual.
Pengertian
Memori virtual merupakan suatu teknik yang memisahkan antara memori logis dan memori fisiknya. Teknik ini mengizinkan program untuk dieksekusi tanpa seluruh bagian program perlu ikut masuk ke dalam memori.Berbeda dengan keterbatasan yang dimiliki oleh memori fisik, memori virtual dapat menampung program dalam skala besar, melebihi daya tampung dari memori utama yang tersedia.
Prinsip dari memori virtual yang patut diingat adalah bahwa: "Kecepatan maksimum eksekusi proses di memori virtual dapat sama, tetapi tidak pernah melampaui kecepatan eksekusi proses yang sama di sistem tanpa menggunakan memori virtual."
Konsep memori virtual pertama kali dikemukakan Fotheringham pada tahun 1961 pada sistem komputer Atlas di Universitas Manchester, Inggris (Hariyanto, Bambang : 2001).
Keuntungan
Sebagaimana dikatakan di atas bahwa hanya sebagian dari program yang diletakkan di memori. Hal ini berakibat pada:- Berkurangnya I/O yang dibutuhkan (lalu lintas I/O menjadi rendah). Misal, untuk program butuh membaca dari disk dan memasukkan dalam memory setiap kali diakses.
- Berkurangnya memori yang dibutuhkan (space menjadi lebih leluasa). Contoh, untuk program 10 MB tidak seluruh bagian dimasukkan dalam memori. Pesan-pesan error hanya dimasukkan jika terjadi error.
- Meningkatnya respon, sebagai konsekuensi dari menurunnya beban I/O dan memori.
- Bertambahnya jumlah user yang dapat dilayani. Ruang memori yang masih tersedia luas memungkinkan komputer untuk menerima lebih banyak permintaan dari user.
Implementasi
Gagasan dari memori virtual adalah ukuran gabungan program, data dan stack melampaui jumlah memori fisik yang tersedia. Sistem operasi menyimpan bagian-bagian proses yang sedang digunakan di memori utama (main memory) dan sisanya ditaruh di disk. Begitu bagian di disk diperlukan, maka bagian di memori yang tidak diperlukan akan disingkirkan (swap-out) dan diganti (swap-in) oleh bagian disk yang diperlukan itu.Memori virtual diimplementasikan dalam sistem multiprogramming. Misalnya: 10 program dengan ukuran 2 Mb dapat berjalan di memori berkapasitas 4 Mb. Tiap program dialokasikan 256 KByte dan bagian-bagian proses di-swap masuk dan keluar memori begitu diperlukan. Dengan demikian, sistem multiprogramming menjadi lebih efisien.
Memori virtual dapat dilakukan melalui dua cara:
- Permintaan pemberian halaman (demand paging).
- Permintaan segmentasi (demand segmentation). Contoh: IBM OS/2. Algoritma dari permintaan segmentasi lebih kompleks, karenanya jarang diimplementasikan.
Apa itu Virtual Memori? Mungkin sebagian dari pengguna Microsoft Windows sudah tidak asing lagi dengan istilah itu. Karena sering sekali windows memberi peringatan kepada user tentang “Memory is low”, ini terjadi karena komputer kekurangan memori untuk menjalankan sebuah program. Hal ini sering terjadi pada saat komputer ingin menjalankan program yang memerlukan sumber memori yang besar seperti Game, mungkin banyak gamer sering sekali terganggu dengan masalah seperti ini.
Sesuai dengan namanya “Virtual Memori” berarti :
- Memori : Ruang penyimpanan
- Virtual : Tiruan / tidak nyata.
Jadi Virtual Memori adalah sebuah sistem yang digunakan oleh sistem operasi untuk menggunakan sebagian dari Memori Sekunder yaitu Harddisk seolah-olah ia menggunakannya sebagai memori internal/utama (RAM) fisik yang terpasang di dalam sebuah sistem komputer. Sistem ini beroperasi dengan cara memindahkan beberapa kode yang tidak dibutuhkan ke sebuah berkas di dalam hard drive yang disebut dengan page file. Proses pemakaian Virtual memori di windows umumnya dapat dilihat di Task manager, seperti gambar di bawah ini.
Dalam sistem operasi berbasis Windows NT, terdapat sebuah komponen yang mengatur memori virtual yaitu Virtual Memory Manager (VMM) yang memiliki fungsi untuk dapat memetakan alamat-alamat virtual yang dimiliki oleh sebuah proses yang berjalan ke dalam page memori fisik di dalam komputer. Dengan cara ini maka setiap proses dapat memperoleh memori virtual yang cukup agar dapat berjalan dan tidak mengganggu memori yang sedang digunakan oleh proses lainnya. VMM menangani paging antara RAM dan page file agar setiap aplikasi 32-bit dapat mengakses memori hingga 4 Gigabyte, meskipun Windows hanya membatasinya pada kisaran 2 Gigabyte.
Jadi, untuk komputer yang mempunyai memori / RAM kecil ada baiknya memperbesar virtual memori agar tetap dapat menjalankan aplikasi yang membutuhkan memori yang besar terutama untuk game.
Berikut adalah langkah-langkah untuk memperbesar virtual memori di Windows XP (Experience) :
- click tombil start.
- Pilih / masuk ke control panel.
- Click pilihan System.
- Maka muncul window “System properties”. Dan pilih tab Advanced
- click tombol Setting pada frame Performance.
- Maka muncul window “Performance Option”. Dan pilih tab Advanced
- kemudian click tombol Change pada frame Virtual Memory.
- Maka akan muncul gambar dibawah ini.
9. Ubahlah nilai yang saya lingkari menjadi lebih besar dari nilai default/ nilai standar, minimal sesuai dengan nilai yang ada di gambar ini. Yaitu berkisar antara 1024 – 2048 Megabyte.
10. Click tombol Set dan OK.
11. Jika Windows anda memerlukan restart maka click tombil ok untuk me-restart komputer anda.
Sebenarnya konsep virtual memory ini juga berlaku untuk Sistem operasi lainnya seperti pada sistem operasi Linux, pada sistem operasi linux konsep virtual memory ini lebih dikenal dengan Swap memory yang telah dipartisi sebelumnya. Ini berlaku untuk semua distro linux seperti: redhat (fedora core), ubuntu/debian, mandriva/mandrake , suse dan lainnya. Tetapi dalam sistem operasi linux biasanya virtual memory telah di tetapkan sebelum proses instalasi-nya yaitu dalam bentuk partisi harddisk untuk swap memory.
Proses pemakaian virtual memori pada windows umumnya dapat dilihat di Task Manager.
- Berkurangnya proses I/O yang dibutuhkan (lalu lintas I/O menjadi rendah). Misalnya untuk program butuh membaca dari disk dan memasukkan dalam memory setiap kali diakses.
- Ruang menjadi lebih leluasa karena berkurangnya memori fisik yang digunakan. Contoh, untuk program 10 MB tidak seluruh bagian dimasukkan dalam memori fisik. Pesan-pesan error hanya dimasukkan jika terjadi error.
- Meningkatnya respon, karena menurunnya beban I/O dan memori.
- Bertambahnya jumlah pengguna yang dapat dilayani. Ruang memori yang masih tersedia luas memungkinkan komputer untuk menerima lebih banyak permintaan dari pengguna.
- Konsep dasar memori virtual
yaitu instruksi yang akan dieksekusi harus berada di memori fisik. Pada beberapa
kasus, keseluruhan program tidak diperlukan. Misalnya :
- Program mempunyai kode untuk menangani kondisi error yang tidak biasa. Karena error-error ini jarang terjadi, kode ini hampir tidak pernah dieksekusi.
- Array, list dan tabel dialokasikan lebih dari kapasitas memori yang diperlukan
- Pilihan dan gambaran program jarang digunakan
Pada kasus dimana keseluruhan program dibutuhkan, mungkin tidak semua diperlukan pada saat yang sama. Kemampuan mengeksekusi program hanya pada beberapa bagian dari memori mempunyai beberapa keuntungan yaitu :
- Program tidak terbatas jumlah memori fisik yang tersedia sehingga user dapat menulis program untuk ruang alamat virtual yang sangat besar yang berarti menyederhanakan programming task.
- Karena setiap program user dapat menggunakan memori fisik yang lebih kecil, pada waktu yang sama dapat menjalankan lebih banyak program.
- I/O yang lebih sedikit diperlukan untuk load atau swap program user ke memori, sehingga setiap program user dapat berjalan lebih cepat.
memori logika user dari memori fisik. Menyediakan memori virtual yang sangat besar diperuntukkan untuk programmer bila tersedia memori fisik yang lebih kecil. Programmer tidak perlu
khawatir jumlah memori fisik yang tersedia, sehingga dapat berkonsentrasi pada
permasalahan pemrograman. Gambaran memori virtual dapat dilihat pada Gambar
- Demand paging adalah sistem paging dengan swapping seperti pada ilustrasi gambar dibawah.
I/O lebih rendah, kebutuhan memori lebih rendah, responlebih cepat dan lebih banyak user yang menggunakan.
dipindah (swap) ke memori. Menggunakan lazy swapper untuk melakukan swapping
bila page tersebut akan digunakan yang berarti sebuah page tidak pernah ditukar ke
memori kecuali page diperlukan. Jika page diperlukan, dilakukan acuan ke page
tersebut, tetapi jika acuan invalid maka dilakukan penghentian.
Untuk membedakan antara page pada memori dengan page pada disk digunakan
valid-invalid bit. Tabel page
untuk page yang berada di memori diset "valid',
sedangkan tabel page untuk page yang tidak sedang di memori (ada pada disk) diset "invalid" seperti Gambar
menyebabkan trap ke sistem operasi. Karena status (register, kode kondisi, counter
instruksi) dari proses ter-interrupt disimpan bila terjadi page fault, proses dapat dimulai lagi pada tempat dan status yang sama, kecuali page yang cocok sedang di memori dan sedang diakses. Prosedur untuk menangani page fault seperti Gambar sebagai berikut :
- Sistem operasi melihat tabel untuk menentukan jika acuan invalid maka proses dihentikan dan page sedang tidak berada di memori.
- Jika acuan invalid dilakukan trap ke sistem operasi.
- Sistem mencari frame kosong
- Sistem melakukan proses swapping ke frame bebas.
- Tabel page di-reset, bit valid-invalid diset 1 atau valid
- instruksi di-restart.
frame bebas makadilakukan page replacement
yaitu
mencari beberapapage di memori yang tidak digunakan kemudian dilakukan swap out
ke backing store. Terdapat beberapa algoritma page replacement dimana performansi
algoritma diharapkan menghasilkan jumlah page faultminimum. Beberapa page
kemungkinan dibawa ke memori beberapa kali.
Perangkat keras yang dibutuhkan untukmendukung demand paging
sama
dengan perangkat keras untuk sistem paging denganswapping yaitu
- Tabel page : tabel mempunyai kemampuan untuk memberi entry bit valid-invalid atau nilai khusus untuk bit proteksi
- Memori sekunder : digunakan untuk membawa page yang tidak di memori dan biasanya adalah disk kecepatan tinggi yang disebut swap device.
- Unjuk Kerja DEMAND PAGING
Demand paging memberikan efek yang signifikan dalam kinerja sistem
computer. Diasumsikan ma adalah access time ke memori dan Padalah probabilitas terjadi page fault (0 ≤ p ≤ 1), maka effective access time didefinisikan sebagai :
EAT = (1-p) x ma + p x page_fault-time
- Trap ke sistem operasi.
- Menyimpan register dan status proses.
- Menentukan interrupt adalah page fault
- Memeriksa page acuan legal atau tidak dan menentukan lokasi page pada disk.
- Membaca dari disk ke frame bebas :
- Menunggu di antrian untuk perangkat sampai permintaan membaca dilayani.
- Menunggu perangkat mencari dan / atau waktu latency.
- Memulai transfer dari page ke frame bebas.
- Sementara menunggu, alokasikan CPU untuk user lain.
- Interrupt dari disk (melengkapi I/O).
- Menyimpan register dan status process user lain.
- Menentukan interrupt dari disk.
- Memperbaiki tabel page dan tabel lain untuk menunjukkan pageyang dimaksud sudah di memori.
- Menunggu CPU dialokasikan untuk proses ini kembali.
- Menyimpan kembali register, status proses dan tabel page baru, kemudian melanjutkan kembali instruksi yang di-interupsi.
Untuk Menghitung Effective Access Time
dari sistem demand paging perhatikan contoh berikut. Diasumsikan memory access 100 ns. Rata-rata waktu latency untuk hard disk adalah 8 ms, waktu pencarian 15 ms dan rata-rata transfer sebesar 1 ms. Total waktu paging ≈ 25 ms.
EAT = (1-p) x ma + p x page_fault-time
Effective access time = (1-p) x (100) + p x (25 ms)
= (1-p) x 100 + p x 25000000
= 100 + 24999900 x p
kurang dari 10% maka
110 > 100 + 25000000 x p
10 > 250000000 x p
p < 0.0000004
proses secara drastis.
- PAGE REPLACEMENT
bebas tetapi tidak tersedia frame bebas. Sistem harus menemukan satu frame yang
sedang tidak digunakan dan membebaskannya. Untuk membebaskanframe dengan cara
menulis isinya untuk ruang swap dan mengubah tabel page (dan tabel lain) yang
menunjukkan page tidak lagi di memori. Kebutuhan akan page replacement dapat
dilihat pada Gambar
Langkah-langkah untukpage fault yang memerlukan page replacement seperti
Gambar 8-6 adalah sebagai berikut :
1. Carilah lokasi pageyang diharapkan pada disk.
2. Carilah framekosong dg cara :
• Bila ada frame kosong, gunakan.
• Bila tidak ada, gunakan algoritma page replacement untuk menyeleksiframe
yang akan menjadi korban.
• Simpan page korban ke disk, ubah tabel page.
3. Baca page yang diinginkan ke frame kosong yang baru, ubah tabelpage.
4. Mulai kembali proses user.
- ALGORITMA PAGE REPLACEMENT
mempunyai skema yang unik. Algoritma page replacement secara umum diinginkan
yang mempunyai rata-rata page fault terendah. Algoritma dievaluasi dengan
menjalankannya pada string tertentu dari memory reference dan menghitung jumlah
page fault. String yang mengacu ke memori disebut reference string(string acuan).
String acuan dibangkitkan secara random atau dengan menelusuri sistem dan menyimpan alamat dari memori acuan.
- Algoritma FIFO
diasosiasikan dengan sebuah page bila page tersebut dibawa ke memori. Bila ada suatu
page yang akan ditempatkan, maka posisi page yang paling lama yang akan digantikan.
Algoritma ini tidak perlu menyimpan waktu pada saat sebuah pagedibawa ke memori.
Ilustrasi algoritma FIFO dapat dilihat pada Gambar
Meskipun algoritma FIFO mudah dipahami dan diimplementasikan, performansi
tidak selalu bagus karena algoritma FIFO menyebabkan Belady's anomaly. Belady's
anomaly mematahkan fakta bahwa untuk beberapa algoritma page replacement, bila
rata-rata page fault meningkat, akan meningkatkan jumlah alokasiframe. Sebagai
contoh, jika menggunakan string acuan :
1, 2, 3, 4, 1, 2, 5, 1, 2, 5, 1, 2, 3, 4, 5
- Algoritma Optimal
Algoritma ini mempunyai rata-rata page fault terendah. Algoritma optimal akan
mengganti page yang tidak akan digunakan untuk periode waktu terlama. Algoritma
ini menjamin rata-rata page fault terendah untuk jumlah frame tetap tetapi sulit
implementasinya. Ilustrasi dari algoritma optimal dapat dilihat pada Gambar
- Algoritma Least Recently Use (LRU)
Prinsip dari algoritma LRU adalah mengganti page yang sudah tidak digunakan untuk
periode waktu terlama. Untuk mengimplementasikan algoritma LRU, digunakan dua model yaitu :
• Counter : setiap entry tabel pagee diasosiasikan dengan sebuah "time-of-use" dan
sebuah clock logika atau counter ditambahkan ke CPU. Clock ini dinaikkan untuk
setiap acuan ke memori. Jika sebuah acuan ke page dibuat, isi clock register dicopy
ke time-of-use pada tabel page untuk page tersebut.
• Stack : stack dari nomor page diatur. Jika sebuah page digunakan acuan, maka
page dihapus dari stack dan meletakkan pada top of stack. Dengan cara ini, stack
selalu digunakan page dan bagian bawah untuk page LRU. Implementasi stack
untuk algoritma LRU diilustrasikan pada Gambar
- ALOKASI FRAME
yang tetap diantara beberapa proses. Meskipun terdapat beberapa variasi pengalokasian frame bebas ke beberapa proses, tetapi strategi dasar jelas yaitu : proses user dialokasikan untuk sembarang framebebas. Jumlah minimum frame per proses ditentukan oleh arsitektur dimana jumlah maksimum tergantung jumlah memori fisik yang tersedia. Jumlah minimim frame ditentukan oleh arsitektur instruction-set. Bila terjadi page fault sebelum eksekusi instruksi selesai, instruksi harus di-restart. Sehingga tersedia frame yang cukup untuk membawa semuapage yang berbeda dimana sembarang instruksi dapat mengacu. Misalnya mikrokomputer menggunakan memori 128K yang dikomposisikan dengan page ukuran 1K, maka terbentuk 128 frame. Jika sistem operasi menggunakan 35K, maka 93 frame sisa digunakan program user. Bila suatu program menyebabkan page fault sebanyak 93 kali, maka menempati 93 frame bebas tersebut. Jika terjadi page fault ke 94, dari 93 frame yang terisi harus dipilih salah satu untuk diganti yang baru. Bila program selesai, 93 frame tersebut dibebaskan kembali.
Terdapat 2 bentuk Algoritma Pengalokasi yaitu equal allocation
dan proportional allocation. Pada equal allocation, jika terdapatm frame dan n proses, maka setiap
proses dialokasikan sejumlah frame yang sama (m/n frame). Padaproportional allocation setiap proses dialokasikan secara proporsional berdasarkan ukurannya. Jika ukuran virtual memori untuk proses piadalah si dan total jumlah frame yang tersedia m.
Selain itu terdapat algoritma alokasi berprioritas yang menggunakan skema
proporsional dengan lebih melihat prioritas proses dari pada ukuran proses. Jika proses Pi membangkitkan page fault, dipilih satu dariframe-frame dari proses yang
mempunyai nomor prioritas terendah.
Global replacement
mengijinkan suatu proses untuk menyeleksi suatu frame yang akandipindah dari sejumlah frame, meskipun frame tersebut sedang dialokasikan
ke proses yang lain. Pada Local Replacement, jumlah frame yang dialokasikan untuk
proses tidak berubah. Setiap proses dapat memilih dari frame-frameyang dialokasikan
untuknya.
mengijinkan suatu proses untuk menyeleksi suatu frame yang akandipindah dari sejumlah frame, meskipun frame tersebut sedang dialokasikan
ke proses yang lain. Pada Local Replacement, jumlah frame yang dialokasikan untuk
proses tidak berubah. Setiap proses dapat memilih dari frame-frameyang dialokasikan
untuknya.
Permasalahan pada global replacement adalah proses tidak dapat mengontrol
rata-rata page fault. Sejumlah page pada memori untuk sebuah proses tidak hanya
tergantung pada perilaku paging untuk proses tersebut, tetapi juga perilaku paging untuk
proses yang lain. Bagaimanapun, karena algoritma global replacement menghasilkan through put yang lebih besar, metode ini sering digunakan.
rata-rata page fault. Sejumlah page pada memori untuk sebuah proses tidak hanya
tergantung pada perilaku paging untuk proses tersebut, tetapi juga perilaku paging untuk
proses yang lain. Bagaimanapun, karena algoritma global replacement menghasilkan through put yang lebih besar, metode ini sering digunakan.
- Thrashing
Misalnya sembarang proses tidak mempunyai frame yang cukup. Meskipun secara teknis dapat mengurangi jumlah frame yang dialokasikan sampai minimum, terdapat sejumlah page yang sedang aktif digunakan. Jika suatu proses tidak memiliki jumlah frame yang cukup, maka sering terjadi page fault. Sehingga harus mengganti beberapa page. Tetapi karena semua page sedang digunakan, harus mengganti page yang tidak digunakan lagi. Konsekuensinya, sering terjadi page fault lagi dan lagi. Proses berlanjut page fault, menggantipage untuk page fault dan seterusnya. Kegiatan aktifitas paging yang tinggi disebut thrashing. Sebuah proses mengalamithrashing jika menghabiskan lebih banyak waktu untuk paging daripada eksekusi. Efek thrashing dapat dibatasi dengan menggunakan algoritma local (priority) replacement. Grafik terjadinya proses thrashing pada sistem multiprogramming dapat dilihat pada Gambar
0 komentar:
Posting Komentar