Materi tentang Manajemen Memori pada Sistem Operasi

Memori adalah pusat dari operasi pada sistem komputer modern. Memori adalah array besar dari word atau byte yang biasa disebut alamat. CPU mengambil instruksi dari memory berdasarkan nilai dari program counter. Instruksi ini menyebabkan penambahan muatan dari dan ke alamat memori tertentu. Instruksi eksekusi yang umum, contohnya, pertama mengambil instruksi dari memori. Instruksi dikodekan dan mungkin mengambil operand dari memory.

Setelah instruksi dieksekusi pada operand, hasilnya ada yang dikirim kembali ke memory. Sebagai catatan, unit memory hanya merupakan deretan alamat memory; tanpa tahu bagaimana membangkitkan (instruction counter, indexing, indirection, literal address dan lainnya) atau untuk apa (instruksi atau data).

Oleh karena itu, kita dapat mengabaikan bagaimana alamat memori dibangkitkan oleh program, yang lebih menarik bagaimana deretan alamat memori dibangkitkan oleh program yang sedang berjalan.

Memori adalah pusat kegiatan pada sebuah komputer, karena setiap proses yang akan dijalankan harus melalui memori manager lebih dahulu. Sedangkan manajemen adalah cara pengaturan agar sesuatu dapat bekerja secara maksimal dan efisien. Sehingga dapat didefinisikan bahwa Manajemen Memori adalah cara / pengaturan memori agar kegiatan pada sebuah komputer dapat bekerja secara maksimal dan efisien. Memori harus diatur sebaik mungkin agar :

Fungsi manajemen memori adalah :

Manajemen Memori dibedakan menjadi 2 (berdasarkan keberadaan swapping) yaitu manajemen memori dengan swapping dan manajemen memori tanpa swapping. Manajemen Memori Tanpa Swapping adalah manajemen memori tanpa pemindahan proses antara memori utama dan disk selama eksekusi. Sedangkan Manajemen Memori Dengan Swapping adalah manajemen memori dengan pemindahan proses antara memori utama dan disk selama Eksekusi.

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. Sehingga, meskipun alamat dari komputer dimulai pada 00000, alamat pertama dari proses user tidak perlu harus dimulai 00000.

Pada beberapa kasus, program user akan melalui beberapa langkah sebelum dieksekusi Alamat pada source program umumnya merupakan alamat simbolik. Sebuah compiler biasanya melakukan pengikatan alamat simbolik (symbolic address) ke alamat relokasi dipindah (relocatable address).

Instruksi pengikatan instruksi dan data ke alamat memori dapat dilakukan pada saat :

Alamat yang dibangkitkan oleh CPU disebut alamat logika (logical address) dimana alamat terlihat sebagai unit memory yang disebut alamat fisik (physical address). Tujuan utama manajemen memori adalah konsep meletakkan ruang alamat logika ke ruang alamat fisik.

Hasil skema waktu kompilasi dan waktu pengikatan alamat pada alamat logika dan alamat memori adalah sama. Tetapi hasil skema waktu pengikatan alamat waktu eksekusi berbeda. dalam hal ini, alamat logika disebut dengan alamat maya (virtual address).

Himpunan dari semua alamat logika yang dibangkitkan oleh program disebut dengan ruang alamat logika (logical address space); himpunan dari semua alamat fisik yang berhubungan dengan alamat logika disebut dengan ruang alamat fisik (physical address space).

Memory Management 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.

Sebuah proses harus berada di memori untuk dieksekusi. 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.

Contohnya, sebuah lingkungan multiprogramming dengan penjadwalan CPU menggunakan

algoritma round-robin. Pada saat waktu kuantum berakhir, manajer memori akan memulai untuk menukar proses yang baru selesai keluar dan menukar proses lain ke dalam memori yang dibebaskan.

Pada waktu berjalan, penjadwal CPU (CPU scheduler) akan mengalokasikan sejumlah waktu untuk proses yang lain di memori. Ketika masing-masing proses menyelesaikan waktu kuantum-nya, akan ditukar dengan proses yang lain.

Kebijakan penukaran juga dapat digunakan pada algoritma penjadwalan berbasis prioritas. 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. Jika proses pengikatan dilakukan pada saat load-time, maka proses tidak dapat dipindah ke lokasi yang berbeda.

Tetapi, jika pengikatan pada saat execution-time, maka kemungkinan proses ditukar ke ruang memori yang berbeda, karena alamat fisik dihitung selama waktu eksekusi. 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 sistem misalnya Linux, UNIX dan Windows.

Memori utama biasanya dibagi ke dalam dua partisi yaitu untuk :

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.

Pada MVT, sistem operasi menyimpan tabel yang berisi bagian memori yang tersedia dan yang digunakan. Mula-mula, semua memori tersedia untuk proses user sebagai satu blok besar (large hole). Lubang (hole) adalah blok yang tersedia di memori yang mempunyai ukuran berbeda. Bila proses datang dan memerlukan memori, dicari lubang (hole) yang cukup untuk proses tersebut.

Bila ditemukan memory manager mengalokasikan sejumlah memori yang dibutuhkan dan menyimpan sisanya untuk permintaan berikutnya. Sistem operasi menyimpan informasi tentang partisi yang dialokasikan dan partisi yang bebas (hole).

Setiap alamat dibangkitkan oleh CPU dengan membagi ke dalam 2 bagian yaitu :

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