Nama : Fajar Noverdian

Nim : 10523467

POKOK BAHASAN :

· LATAR BELAKANG

BAB 1 MEMORI

1.1 Pengikatan Alamat

1.2 Dinamic Loading

1.3 Dinamic Linking

1.4 Overlay

BAB 2 RUANG ALAMAT LOGIKA DAN FISIK

BAB 3 SWAPPING

BAB 4 ALOKASI BERURUTAN

4.1 Single Partition Allocation

4.2 Multiple Partition Allocation

4.3 Fragmentasi

BAB 5 PAGING

5.1 Konsep Dasar Paging

5.2 Implementasi Sistem Paging

5.3 Proteksi

5.4 Multilevel Paging

5.5 Shared Page

BAB 6 SEGMENTASI

BAB 7 HIRARKI MEMORI

LATAR BELAKANG

Memori adalah pusat dari operasi pada sistem komputer modern. Memori

adalah array besar dari word atau byte, yang disebut alamat. CPU mengambil instruksi

dari memory berdasarkan nilai dari program counter.

BAB 1 MEMORI

1.1 Pengikatan alamat (Address binding)

Pengikatan alamat adalah cara instruksi dan data (yang berada di disk sebagai

file yang dapat dieksekusi) dipetakan ke alamat memori. Sebagian besar sistem

memperbolehkan sebuah proses user (user process) untuk meletakkan di sembarang

tempat dari memori fisik.

Instruksi pengikatan instruksi dan data ke alamat memori dapat dilakukan pada

saat :

• Compile time : Jika lokasi memori diketahui sejak awal, kode absolut dapat

dibangkitkan, apabila terjadi perubahan alamat awal harus dilakukan kompilasi

ulang. Misalnya : program format .com pada MS-DOS adalah kode absolut yang

diikat pada saat waktu kompilasi

• Load time : Harus membangkitkan kode relokasi jika lokasi memori tidak diketahui

pada saat waktu kompilasi.

• Execution time : Pengikatan ditunda sampai waktu eksekusi jika proses dapat

dipindahkan selama eksekusi dari satu segmen memori ke segmen memori lain.

Memerlukan dukungan perangkat keras untuk memetakan alamat (misalnya register

basis dan limit).

Gambar 1.1 langkah proses program user

1.2 Dinamic Loading

Untuk memperoleh utilitas ruang memori, dapat menggunakan dynamic loading.

Dengan dynamic loading, sebuah rutin tidak disimpan di memori sampai dipanggil.

Semua rutin disimpan pada disk dalam format relocatable load.

Mekanisme dari dynamic loading adalah program utama di-load dahulu dan

dieksekusi.

Keuntungan dari dynamic loading adalah rutin yang tidak digunakan tidak

pernah di-load. Skema ini lebih berguna untuk kode dalam jumlah besar diperlukan

untuk menangani kasus-kasus yang jarang terjadi seperti error routine. Dinamic

loading tidak memerlukan dukungan khusus dari sistem operasi. Sistem operasi hanya

perlu menyediakan beberapa rutin pustaka untuk implementasi dynamic loading.

1.3 Dinamic Linking

Konsep dynamic linking sama dengan dynamic loading. Pada saat loading, linking ditunda sampai waktu eksekusi. Terdapat kode kecil yang disebut stub digunakan untuk meletakkan rutin library di memori dengan tepat.

Dinamic linking biasanya digunakan dengan sistem library, seperti language

subroutine library. Tanpa fasilitas ini, semua program pada sistem perlu mempunyai

copy dari library language di dalam executable image.

1.4 Overlay

biasanya digunakan untuk memungkinkan sebuah proses mempunyai jumlah yang lebih

besar dari memori fisik daripada alokasi memori yang diperuntukkan. Ide dari overlay

adalah menyimpan di memori hanya instruksi dan data yang diperlukan pada satu

waktu. Jika intruksi lain diperlukan, maka instruksi tersebut diletakkan di ruang

memori menggantikan instruksi yang tidak digunakan lagi.

Overlay tidak membutuhkan dukungan khusus dari sistem operasi. User dapat

mengimplementasikannya secara lengkap menggunakan struktur file sederhana,

membaca dari file ke memori dan meloncat ke memori dan mengeksekusi instruksi read

yang lebih baru.

Penggunaan overlay terbatas untuk beberapa sistem yang mempunyai jumlah

memori fisik terbatas dan kekurangan dukungan H/W untuk teknik yang lebih lanjut.

BAB 2 RUANG ALAMAT LOGIKA DAN FISIK

Tujuan utama manajemen memori adalah konsep meletakkan ruang alamat logika ke

ruang alamat fisik.

Gambar 2.2: Overlay

Memory Manajement Unit (MMU) adalah perangkat keras yang memetakan

alamat virtual ke alamat fisik. Pada skema MMU, nilai register relokasi ditambahkan ke

setiap alamat yang dibangkitkan oleh proses user pada waktu dikirim ke memori.

Gambar : 2.3 Relokasi dinamis menggunakan register relokasi

merupakan skema yang membutuhkan dukungan perangkat keras.

setiap alamat yang dibangkitkan oleh proses user pada waktu dikirim ke memori.

Program dapat membuat sebuah penunjuk ke lokasi 346, mengirimkan ke memory, memanipulasinya,

membandingkan dengan alamat lain, semua menggunakan alamat 346. Hanya ketika

digunakan sebagai alamat memory akan direlokasi secara relatif ke register basis.

BAB 3 SWAPPING

Proses juga dapat ditukar (swap) sementara keluar memori ke backing store dan kemudian dibawa

kembali ke memori untuk melanjutkan eksekusi.

Backing store berupa disk besar dengan kecepatan tinggi yang cukup untuk

meletakkan copy dari semua memory image untuk semua user, sistem juga harus

menyediakan akses langsung ke memory image tersebut.

Gambar 3.1 Proses swapping

Jika proses mempunyai prioritas lebih tinggi datang dan meminta layanan, memori akan swap out proses dengan prioritas lebih rendah sehingga proses dengan prioritas lebih tinggi dapat di-load dan dieksekusi. Umumnya sebuah proses yang di-swap out akan menukar kembali ke ruang

memori yang sama dengan sebelumnya.

Bila CPU scheduler memutuskan untuk mengeksekusi proses, OS memanggil dispatcher. Dispatcher memeriksa untuk melihat apakah proses selanjutnya pada ready queue ada di memori. Jika tidak dan tidak terdapat cukup memori bebas, maka dispatcher swap out sebuah proses yang ada di memori dan swap in proses tersebut. Kemudian reload register ke keadaan normal. Teknik swapping yang sudah dimodifikasi ditemui pada beberapa system misalnya Linux, UNIX dan Windows.

BAB 4 ALOKASI BERURUTAN

Memori utama biasanya dibagi ke dalam dua partisi yaitu untuk..

• Sistem operasi biasanya diletakkan pada alamat memori rendah dengan vektor

interupsi

• Proses user yang diletakkan pada alamat memori tinggi.

Alokasi proses user pada memori berupa single partition allocation atau

multiple partition allocation.

4.1 Single Partition Allocation

Pada single partition allocation diasumsikan sistem operasi ditempatkan di

memori rendah dan proses user dieksekusi di memori tinggi. Kode dan data sistem

operasi harus diproteksi dari perubahan tak terduga oleh user proses. Proteksi dapat

dilakukan dengan menggunakan register relokasi (relocation register) dan register limit

(limit register).

Gambar 4.1 : Perangkat keras untuk register relokasi dan limit

4.2 Multiple Partition Allocation

Terdapat dua skema yaitu partisi tetap (fixed partition) dimana memori dibagi

dalam sejumlah partisi tetap dan setiap partisi berisi tepat satu proses. Jumlah partisi

terbatas pada tingkat multiprogramming. Digunakan oleh IBM OS/360 yang disebut

Multiprogramming with a Fixed number of Task (MFT). Skema yang kedua adalah

partisi dinamis (variable partition) merupakan MFT yang digeneralisasi yang disebut

Multiprogramming with a Variable number of Tasks (MVT). Skema ini digunakan

terutama pada lingkungan batch.

Lubang (hole) adalah blok yang tersedia di memori yang mempunyai ukuran berbeda.

Menggunakan MVT, terdapat beberapa lubang dengan ukuran berbeda. Bila

proses datang dan memerlukan memori, dicari dari lubang yang cukup untuk proses.

Dynamic storage-allocation dapat dilibatkan untuk memenuhi permintaan ukuran n dari

lubang yang bebas. Strategi yang digunakan meliputi :

• First-fit : alokasi lubang pertama yang cukup untuk proses.

• Best-fit : alokasi lubang terkecil yang cukup untuk proses. Strategi ini

memerlukan pencarian keseluruhan lubang, kecuali bila ukuran sudah terurut.

• Worst-fit : alokasi lubang terbesar yang cukup untuk proses. Strategi ini

memerlukan pencarian keseluruhan lubang, kecuali disimpan berdasarkan urutan

ukuran.

4.3 Fragmentasi

Fragmentasi Eksternal terjadi pada situasi dimana terdapat cukup ruang memori

total untuk memenuhi permintaan, tetapi tidak dapat langsung dialokasikan karena tidak

berurutan.

Fragmentasi Internal terjadi pada situasi dimana memori yang dialokasikan

lebih besar dari pada memori yang diminta tetapi untuk satu partisi tertentu hanya

berukuran kecil sehingga tidak digunakan. Pada multiple partition, fragmentasi internal

mungkin terjadi pada situasi berikut. Misalnya terdapat lubang 18464 byte, dan proses

meminta 18462 byte seperti pada Gambar 7-9. Alokasi dilakukan sesuai permintaan

maka sisa lubang 2 byte.

Solusi untuk masalah fragmentasi eksternal adalah dengan teknik pemadatan

(compaction) yaitu memadatkan sejumlah lubang kosong menjadi satu lubang besar

sehingga dapat digunakan untuk proses.

BAB 5 PAGING

Konsep Dasar Paging

Paging merupakan kemungkinan solusi untuk permasalahan fragmentasi

eksternal dimana ruang alamat logika tidak berurutan; mengijinkan sebuah proses

dialokasikan pada memori fisik yang terakhir tersedia. Memori fisik dibagi ke dalam

blok-blok ukuran tetap yang disebut frame. Memori logika juga dibagi ke dalam blokblok

dg ukuran yang sama yang disebut page.

Setiap alamat dibangkitkan oleh CPU dengan membagi ke dalam 2 bagian

yaitu :

• Page number (p) digunakan sebagai indeks ke dalam table page (page table).

Page table berisi alamat basis dari setiap page pada memori fisik.

• Page offset (d) mengkombinasikan alamat basis dengan page offset untuk

mendefinisikan alamat memori fisik yang dikirim ke unit memori.

Gambar 5.1 Arsitektur sistem paging

Pada skema paging, tidak terjadi fragmentasi eksternal, karena “sembarang”

frame dapat dialokasikan ke proses yang memerlukannya. Tetapi beberapa fragmentasi

internal masih mungkin terjadi. Hal ini dikarenakan frame dialokasikan sebagai unit

dan jika kebutuhan memori dari proses tidak menemukan page, maka frame terakhir

mungkin tidak dialokasikan penuh.

Alokasi page pada frame bebas dapat dilihat pada Gambar 5.2

Gambar 5.2 : Alokasi frame: (a) Sebelum alokasi (b) Setelah alokasi

user memandang memori sebagai bagian terpisah dari memorifisik aktual. Program user memandang memori sebagai satu ruang berurutan yang hanya berisi program user tersebut.

Implementasi Sistem Paging

Pointer ke tabel page disimpan dengan nilai register lainnya dari PCB.

Pada dasarnya terdapat 3 metode yang berbeda untuk implementasi tabel page :

1. Tabel page diimplementasikan sebagai kumpulan dari “dedicated” register.

2. Tabel page disimpan pada main memori dan menggunakan page table base registe”

(PTBR) untuk menunjuk ke tabel page yang disimpan di main memori.

Penggunakan memori untuk mengimplementasikan tabel page akan memungkinkan

tabel page sangat besar (sekitar 1 juta entry).

3. Menggunakan perangkat keras cache yang khusus, kecil dan cepat yang disebut

associative register atau translation look-aside buffers (TLBs). Merupakan solusi

standar untuk permasalahan penggunaan memori untuk implementasi tabel page.

Sekumpulan associative register berupa memori kecepatan tinggi. Setiap register

terdiri dari 2 bagian yaitu key dan value.

Mekanisme penggunaan associative register (Gambar 7-15) adalah sebagai

berikut :

• Associative register berisi hanya beberapa entry tabel page (sampai dengan ukuran

maksimum).

• Jika memori logika dibangkitkan oleh CPU, nomor page berupa sekumpulan

associative register yang berisi nomor page dan nomor frame yang

berkorespondensi.

• Jika nomor page ditemukan pada associative register, nomor frame segera tersedia

dan digunakan untuk mengakses memori.

• Sebaliknya, jika nomor page tidak ditemukan pada associative register, acuan

memori ke tabel page harus dibuat.

• Jika nomor frame tersedia, maka dapat menggunakannya untuk mengakses ke

memori yang tepat.

• Kemudian ditambahkan nomor page dan nomor frame ke associative register

sehingga akan mudah ditemukan pada acuan berikutnya.

• Setiap kali tabel page baru dipilih, TLB harus dihapus untuk menjamin eksekusi

proses berikutnya tidak menggunakan informasi translasi yang salah.

Gambar 5.3 :Perangkat keras paging dengan TLB

Biasanya bit proteksi disimpan pada tabel page. Satu bit mendifinisikan satu page untuk “read and write” atau “read-only”. Level proteksi yang lebih baik dapat dicapai dengan menambah jumlah bit yang digunakan.

Gambar 5.4 :Valid invalid bit pada tabel page

Pada tabel page diberi tambahan “valid-invalid” bit seperti pada Gambar 7-16.

Nilai “valid” mengindikasikan bahwa page berada pada ruang alamat logika yang

berarti merupakan page yang legal (valid). Nilai “invalid” mengindikasikan bahwa

page tidak berada pada ruang alamat logika atau page yang illegal (invalid). Sistem

operasi mengeset bit ini untuk setiap page untuk mengijinkan atau tidak mengakses

page.

Multilevel Paging

Model multilevel paging digunakan pada sistem yang mempunyai ruang alamat

logika yang sangat besar yaitu antara 232 s/d 264. Pada sistem ini, tabel page akan

menjadi sangat besar.

Untuk sistem dengan ruang alamat logika 32 bit dapat dipecahkan menggunakan

skema two level paging. Pada skema ini alamat logika dibagi menjadi 20 bit untuk

nomor page dan 12 bit untuk page offset.

Tetapi jika menggunakan cache dengan hit ratio 98%, effective access time menjadi 0.98 X 120 + 0.02 X 420.

Gambar 5.5 :Skematabel page pada two level paging

Gambar 5.6:Skematranslasi alamat pada two level paging

5.5 Shared Page

Kode dan data pribadi (private) untuk setiap proses diletakkan terpisah dari

kode dan data pribadi proses lain. Page untuk kode dan data pribadi dapat diletakkan di

sembarang tempat pada ruang alamat logika.

Gambar 5.7 Shared page

BAB 6 SEGMENTASI
Segmentasi adalah skema manajemen memori yang memungkinkan user untuk melihat memori tersebut. Ruang alamat logika adalah kumpulan segmen. Setiap segmen mempunyai nama dan panjang. Spesifikasi alamat berupa nama segmen dan offset. Segment diberi nomor dan disebut dengan nomor segmen (bukan nama segmen) atau segment number. Segmen dibentuk secara otomatis oleh compiler.

a. Konsep Dasar Segmentasi
Konsep segmentasi adalah user atau programmer tidak memikirkan sejumlah rutin program yang dipetakan ke main memori sebagai array linier dalam byte tetapi memori dilihat sebagai kumpulan segmen dengan ukuran berbeda-beda, tidak perlu berurutan diantara segment tersebut. Sebuah program adalah kumpulan segmen. Suatu segmen adalah unit logika seperti program utama, prosedur, fungsi, metode, obyek, variabel lokal, variabel global, blok umum, stack, tabel simbol, array dan lain-lain

b. Arsitektur Segmentasi
Alamat logika terdiri dari dua bagian yaitu nomor segmen (s) dan offset (d) yang dituliskan dengan .
Pemetaan alamat logika ke alamat fisik menggunakan tabel segmen (segment table), terdiri dari :
o Segmen basis (base) berisi alamat fisik awal
o Segmen limit merupakan panjang segmen Seperti tabel page, tabel segmen dapat berupa register atau memori berkecepatan tinggi.
o Segment-table base register (STBR) digunakan untuk menyimpan alamat yang menunjuk ke segment table.
o Segment-table length register (STLR) digunakan untuk menyimpan nilai jumlah segmen yang digunakan program.
o Untuk alamat logika (s, d), pertama diperiksa apakah segment number s legal (s < STLR), kemudian tambahkan segment number ke STBR, alamat hasil (STBR + s) ke memori dari segment table.

c. Proteksi dan Sharing
Proteksi bit dapat diletakkan pada tabel segmen. Segmen instruksi dapat diproteksi sebagai segmen read-only atau execute only, segmen data dapat diproteksi sebagai segmen read-write. Pemetaan pada perangkat keras memory akan memeriksa bit proteksi untuk mencegah akses yang illegal.

HIRARKI MEMORY

MEMORY SEKUNDER

MEMORY UTAMA

CHACE MEMRY

Gambar 1. Hirarky Memory

JENIS-JENIS PENGELOLAAN MEMORY

Pengelolaan memory untuk monoprogramming
Pengelolaan memory untuk multiprogramming

1). Sistem partisi statis

2). Sistem partisi dinamis

3). Sistem memory maya

Penjelasan masing sistem pengelolaan memory

A. Pengolalaan Memory untuk Monoprogramming

Bila program komputer yang dijalankan hanya satu jenis selama proses berlangsung maka dikatakan mode kerja komputer itu adalah monoprogramming. Selama komputer itu bekerja maka memory RAM seluruhnya di kuasai oleh program tersebut. Jadi RAM tidak dapat di masuki oleh program lain. Mode serupa ini di temui pada komputer berbasis DOS.

Untuk lebih jelasnya bagaimamana cara mengelola memory untuk monoprogramming , perhatikan gambar dibawah . Penempatan program di memory di atur sedemikain rupa sehingga :

1. BIOS selalu di ROM (BIOS)

2. Sistem Operasi di RAM bawah (alamat rendah)

3. Program Aplikasi di RAM tengah (alamat sesudah OS terakhir)

4. Data Sementara di RAM atas (alamat sesudah Aplikasi terakhi).

ROM BIOS

Gambar 2. Susunan Program di Dalam memory

Kita lihat ketika komputer mula-mula dinyalakan maka proses yang dibaca pertama kali adalah apa yang tertulis di dalam ROM. Setelah semua perintah di adalam ROM BIOS selesai dibaca maka komputer meminta kita memasukkan DOS ke dalam RAM-nya.Ketika DOS dibaca maka diletakkan sebagian dari program DOS yang terpenting saja ke dalam RAM, seperti : COMMAND.COM dan INTERNAL COMMAND. Sedangkan program DOS yang lain masih tetap di dalam disk dan apabila kita perlukan dapat di eksekusi. Hal itu berguna untuk mrnjaga agar RAM tidak penuh oleh Sistem Operasi saja.

Bila sistem operasi telah selasai dimuat maka tampillah prompt di layar monitor, dan itu adalah tanda bahwa komputer siap menerima program aplikasi. Letakkan disk yang berisi program aplikasi pada diskdrive yang aktif lalu eksekusi , sehingga program itu termuat seluruhnya ke RAM. Dengan demikian program aplikasi siap digunakan menurut semestinya.

Ketika kita bekerja dengan program aplikasi tasdi maka kita akan menghasilkan data. Data itu akan di simpan sementara di RAM yang masih tersisa. Data yang disimpan di RAM bersifat voletile, artinya data hanya bisa bertahan selama catudaya komputer masih ON. Untuk berjaga-jaga biasakan menyimpan data ke disk dalam jangka waktu yang tidak terlalu lama, misalnya setiap 5 menit sekali. Selain menjaga data agar tidak amblas menyimpan ke disk bertujuan juga untuk mengosongkan RAM agar tidak cepat penuh.

Didalam sistem juga dapat kita lihat bahwa sistem operasi terletak berdekatan dengan program lain di RAM sehingga kemungkinan sistem operasi ter ganggu atau terubah oleh proses yang sedang berjalan sangat besar .Hal itu tidak boleh terjadi.Untuk mencegah terganggu sitem operasi tersebut maka alamat tertinggi dari sistem operasi dletakkan pada register batas dalam CPU. Jika ada proses yang mengacu ke alamat itu atau yang lebih rendah dari itu maka proses di hentikan dan program akan menampilkan pesan kesalahan.

B. Manajemen Memory Untuk Multiprogramming

1). Manajemen Memory Partisi Statis

Untuk melakukan tugas multiprogramming pada sistem komputer maka setiap program yang sedang dijalankan harus di muat ke dalam memory, tetapi antara program yang satu satu dengan yag lain tidak boleh saling mempengaruhi. Untuk menjaga setiap program yang sedang berjalan tidak saling mempengaruhi maka masing-masing program akan di tempatkan pada partisi yang berbeda di dalam memory. Ada berbagai cara mempartisi memory tetapi yang paling mudah dan efisien adalah membuat partisi berbeda mulai dari ukuran kecil sampai ukuran besar. Program yang akan di jalankan akan di tempatkan pada partisi paling kecil yang dapat menampungnya. Contoh partisi statis memory digamabar sebagai berikut :

100 Kb

50Kb

75 Kb

100 Kb

200 Kb

150 Kb

Program masuk

Gambar 3. Proses Antrian pada partisi Statis

Program yang akan dijalankan dimasukkan ke memory dengan cara antrian sehingga menempati satu partisi yang mungkin belum cocok. Karena program kecil dapat saja menempati partisi besar sehingga banyak memory yang tidak terpakai di dalam partisinya. Atau program besar tidak dapat di muat karena partisi yang tersisa terlalu kecil untuknya. Untuk mengatasi hal itu maka program kecil yang yangb telah menempati partisi besar akan di swap ke partisi yang lebih kecil, sehingga partisi yang besar itu dapat di pakai untuk program yang lebih besar.

Walaupun sudah diusahakan penempatan program pada partisi yang paling efisien masih saja terdapat bolong-bolong memory yang tidak termamfaatkan, yang disebut dengan fragmentasi. Bila ada bolong memory di dalam partisi yang tidak habis terpakai oleh program pada partsisi itu maka dikatakan fragmentasi internal . Tetapi bila bolong memory itu berupa satu partisi yang karena ukurannya lebih kecil dari program yang kan menempatinya, sehingga partisi itu tidak bisa di muati program maka disebut Fragmentasi Eksternal. Untuk mencegah terjadinya fragmentasi eksternal maka dapat dilakukan dengan swap

2. Manejemen memory Partisi Dinamis

Untuk mengurangi fragmentasi dalam memory maka dilakukan partisi dinamis, dimana setiap program yang akan dimasukkan ke mamory akan dibuatkan partisi yang sesuai dengannya. Begitu juga apabila ada program yang tidak berguna akan diluarkan dari memory dn memory yang ditinggal akan digabungkan dengan memory kosong lainnya. Begitu seterusya sehingga tidak ada bagian memory yang kosong yang tidak dapat digunakan. Proses penggabungan memory yang tidak terpakai karena programnya sudah selesai bekerja, sehingga mendapatkan memory bebas lebih besar dinamakan pemadatan memory (memory compaction).