Manajemen Memori dalam Sistem Operasi

Jenis Manajemen Memori

Manajemen memori dalam Sistem Operasi dibagi menjadi dua:
1. Manajemen memori statis
Dengan pemartisian statis, jumlah, lokasi dan ukuran proses di memori tidak beragam sepanjang waktu secara tetap.

2. Manajemen memori dinamis
Dengan pemartisian dinamis, jumlah, lokasi dan ukuran proses memori dapat beragam sepanjang waktu secara dinamis.

Manajemen memori berdasarkan alokasi memori
a. Alokasi memori berturutan
Alokasi memori secara berturutan adalah tiap proses menempati satu blok tunggal memori yang berturutan

* Keunggulan :
- Sederhana
- Tak terbentuk lubang lubang memori bersebaran
- Proses dapat dieksekusi lebih cepat

* Kelemahan:
- Dapat memboroskan memori
- Tidak dapat memuatkan proses jika tidak ada satu blok memori yang mencukupi

b. Alokasi memori tak berturutan
Program dibagi menjadi beberapa blok atau segmen. Blok-blok program ditempatkan di memori dalam potongan-potongan tanpa perlu saling berdekatan. Teknik ini biasa digunakan pada sistem memori maya sebagai alokasi page-page dilakukan secara global.


* Keunggulan:
- Sistem dapat memanfaatkan memori utama secara lebih efisien
- System operasi masih mampu memuatkan proses bila jumlah total lubang-lubang memori cukup untuk memuat proses yang akan dieksekusi

* Kelemahan:
- Pengendalian lebih rumit dan sulit
- Kemungkinan terjadi banyak lubang memori yang tak terpakai bersebaran

Manajemen memori berdasarkan keberadaan
a. Manajemen memori dengan swapping
Manajemen memori dengan pemindahan citra proses antara memori utama dengan disk selama eksekusi.

b. Manajemen memori tanpa swapping
Manajemen memori tanpa pemindahan citra proses antara memori utama dengan disk selama eksekusi

Manajemen memori tanpa swapping terdiri dari :
1. Monoprogramming
Monoprogramming sderhana tanpa swapping merupakan manajemen memori sederhana. Sistem komputer hanya mengijinkan satu program pemakai berjalan pada satu waktu. Semua sumber daya sepenuhnya dikuasai proses yang sedang berjalan.

* Ciri-ciri:
- Hanya satu proses pada satu saat
- Hanya satu proses menggunakan semua memori
- Pemakai memuatkan program ke seluruh memori dari disk/tape
- Program mengambil alih kendali seluruh mesin

Karena hanya terdapat satu proses dan menguasai seluruh sistem maka alokasi memori dilakukan secara berturutan.

Embedded system

Teknik monoprogramming masih dipakai untuk sistem kecil yaitu system tempelan (Embedded sitem) yang terdapat pada system lain. Sistem tempelan menggunakan mikroprosessor kecil. Sistem ini biasanya mengendalikn suatu alat sehingga bersifat intelejen (intelejentdevice) dalam menyediakan satu fungsi spesifik.

Proteksi pada monoprogramming sederhana

Pada monoprogramming pemakai memiliki kendali penuh terhadapmemori utama.Memori terbagi menjadi 3 bagian , yaitu :

- Bagian rutin Sistem Operasi
- Bagian program pemakai
- Bagian yang tidak digunakan

2. Multiprogramming dengan pemartisian statis

Alasan penggunaan multiprogramming:
-Mempermudah programmer
-Agar dapat memberikan layanan interaktif ke beberpapa orang secara simultan
- Efisiensi penggunaan sumber daya
- Eksekusi lebih mudah jika proses besar dipecah menjadi beberapa proses kecil
- Dapat mengerjakan sejumlah job secara simultan

Strategi penempatan program ke paritisi:
a. Strategi penempatan pada pemartisian menjadi partisi-partisi berukuran sama.Penempatan proses ke memori dilakukan secara mudah karena dapat dipilih sembarang partisi yang kosong.
b. Strategi penempatan pada pemartisian menjadi partisi-partisi berukuranberbeda.

Relokasi

Adalah 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.

Proteksi pada Multiprogramming

Masalah proteksi pada banyak partisi dengan banyak proses di satu system secara bersamaan dikhawatirkan proses menggunakan atau modifikas idaerah yang dikuasai proses lain.Pada komputer IBM 360 membagi memori menjadi blok-blok,tiap blok ditambah 4 bit kode proteksi. Proses juga mempunyai PSW (programstatus Word) yang antar lain berisi status proteksi. Status proteksi berisi 4bit yang merupakan kunci dalam pengasesan memori.Proses hanya diijinkan mengakses blok blok memori yang berkode proteksi sama dengan kode proteksi yang dimiliki PSW proses.Solusi lain adalah dengan base register dan limit register. Base register diisi alamat awal partisi dan limit register diisi panjang partisi. Setiap alamat yang dihasilkan secara otomatis ditambah dengan nilai base register.Instruksi yang mengacu pada alamat yang melebihi limit register akan menimbulkan trap yang memberi tahu system operasi bahwa telah terjadi pelanggaran akses memori.

Fragmentasi pada pemartisian statis

Fragmentasi internal, yaitu proses tidak mengisi penuh partisi yangtelah ditetapkan untuk proses
Fragmentasi eksternal, partisi dapat tidak digunakan karena ukuranpartisi lebih kecil dibandingkan ukuran proses yang menunggu diantrian, sehingga tidak digunakan.

Manajemen memori pada multi programming

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, proseproses 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 :

a. Pemartisian secara dinamis.
b. Strategi pencatatan pemakaian memori.
c. Algoritma penempatan proses ke memori.
d. 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 :
a. Dapat terjadi lubang-lubang kecil memori di antara partisi-partisi yang dipakai.
b. Merumitkan alokasi dan dealokasi memori.

Pencatatan pemakaian memori

Memori yang tersedia harus dikelola, dilakukan dengan pencatatan pemakaian memori. Terdapat dua cara utama pencatatan pemakaian memori, yaitu :

1. Pencatatan memakai peta bit.

Memori dibagi menjadi unit-unit alokasi,berkorespondensi dengan tiap unit alokasi adalah satu bit pada bit map.
* Nilai 0 pada peta bit berarti unit itu masih bebas.
* Nilai 1 berarti unit digunakan.

Masalah pada peta bit adalah penetapan mengenai ukuran unit alokasi memori, yaitu :
* Unit lokasi memori berukuran kecil berarti membesarkan ukuran peta bit.
* Unit alokasi memori n berukuran besar berarti peta bit kecil tapi memori banyak disiakan pada unit terakhir jika ukuran proses bukan kelipatan unitalokasi.

Keunggulan :
* Dealokasi dapat dilakukan secara mudah, hanya tinggal menset bit yang berkorespondensi dengan unit yang telah tidak digunakan dengan 0.

Kelemahan :
* Harus dilakukan penghitungan blok lubang memori saat unit memori bebas.
* Memerlukan ukutan bit map besar untuk memori yang besar.

2. Pencatatan memakai senarai berkait.

Sistem operasi mengelola senarai berkait (linked list) untuk segmen-segmen memori yang telah dialokasikan dan bebas. Segmen memori menyatakan memori untuk proses atau memori yang bebas (lubang). Senarai segmen diurutkan sesuai alamat blok.

Keunggulan :
* Tidak harus dilakukan perhitungan blok lubang memori karena sudah tercatat di node.
* Memori yang diperlukan relatif lebih kecil.

Kelemahan :
* Dealokasi sulit dilakukan karena terjadi berbagai operasi penggabungan node-nude di senarai.

Penggunaan memori

- Pencocokan ukuran informasi ke penggalan memori kerja di sebut sebagai fit
- Bagian dari memori kerja yang tidak terpakai dan letaknya tersebar di banyak wilayah memori kerja disebut sebagai fragmen.
- Peristiwa terjadinya fragmen disebut fragmentasi.

Pencocokan (fit) dan fragmentasi

Beberapa jenis strategi pencocokan antara lain :

1. Cocok pertama / First fit algorithm
Pencocokan terjadi menurut antrian informasi, informasi yang terdepan dicocokkan terlebih dahulu dan menurut urutan penggalan, penggalan yang terdepan dicocokkan terlebih dahulu. Contoh : Antrian informasi setiap ukuran.

2. Cocok pertama berdaur / Cyclical first fit
Pencocokan tidak harus dimulai dari urutan penggalan memori pertama.Contoh : informasi 2K telah menempati penggalan 4 K, pencocokan cocok pertama berdaur bagi informasi 1K tidak lagi mencoba penggalan 4K tetapi 3K dan karena penggalan memori ini dapat menampung informasi tersebut, maka pada cocok pertama berdaur informasi 1K menempati memori 3K.

3. Cocok terbaik / best fit
Mencari penggalan memori yang dapat menampung informasi yang paling pas / tidak ada memori di penggalan yang tersisa / sisanya yang paling kecil.Contohnya informasi pertama 2K mencari penggalan informasi yang terpas yaitu pada penggalan memori 2K juga / tidak ada sisa.

4. Cocok terburuk / worst fit
Kebalikan dari cocok terbaik yaitu akan menempati penggalan yang ukurannya terbesar sehingga banyak ruang memori pada penggalan itu yang tidak terpakai.Contohnya informasi 2K akan menempati penggalan berukuran 6K sisa yang tidak terpakai = 4K.

Fragmentasi

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

a. Fragmentasi internal.
Proses tidak mengisi penuh partisi yang telah ditetapkan untuk proses.

b. 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.

Sistem Buddy

Sistem buddy adalah algoritma pengelolaan memori yang memanfaatkan kelebihan penggunaan bilangan biner dalam pegalamatan memori. Karakteristik bilangan biner digunakan untuk mempercepat penggabungan lubang-lubang berdekatan ketika proses terakhir atau dikeluarkan.Manajer memori mengelola senarai blok-blok bebas berukuran 1, 2, 4, 8, 16 byte dan seterusnya sampai kapasita memori. Pada komputer dengan 1 Mbyte memori maka dapat terdapat 21 senarai yaitu dari 1 byte sampai 1 Mbyte.

Keunggulan :
· Sistem buddy mempunyai keunggulan dibanding algoritma-algoritma yang mengurutkan blok-blok berdasarkan ukuran. Ketika blok berukuran 2k dibebaskan, maka manajer memori hanya mencari pada senarai lubang 2k untuk memeriksa apakah dapat dilakukan penggabungan. Pada algoritma-algoritma lain yang memungkinkan blok-blok memori dipecah dalam sembarang ukuran, seluruh senarai harus dicari.
· Dealokasi pada sistem buddy dapat dilakukan dengan cepat.

Kelemahan :
· Utilisasi memori pada sistem buddy sangat tidak efisien.Masalah ini muncul dari dari kenyataan bahwa semua permintaan dibulatkan ke 2k terdekat yang dapat memuat. Proses berukuran 35 kb harus dialokasikandi 64 kb, terdapat 29 kb yang disiakan. Overhead ini disebut fragmentasi internal karena memori yang disiakan adalah internal terhadap segmen-segmenyang dialokasikan.

Alokasi ruang swap pada disk

Strategi dan algoritma yang dibahas adalah untuk mencatat memori utama. Ketika proses akan dimasukkan ke memori utama (swap-in), sistem dapat menemukan ruang untuk proses-proses itu.

Terdapat dua strategi utama penempatan proses yang dikeluarkan dari memori utama (swap-out) ke disk, yaitu :

· Ruang disk tempat swap dialokasikan begitu diperlukan.
Ketika proses harus dikeluarkan dari memori utama, ruang disk segera dialokasikan sesuai ukuran proses. Untuk itu diperlukan algoritma untuk mengelola ruang disk seperti untuk mengelola memori utama. Ketika proses dimasukkan kembali ke memori utama segera ruang disk untuk swap didealokasikan.

· Ruang disk tempat swap dialokasikan lebih dulu.
Saat proses diciptakan, ruang swap pada disk dialokasikan. Ketika proses harus dikeluarkan dari memori utama, proses selalu ditempatkan ke ruang yang telah dialokasikan, bukan ke tempat-tempat berbeda setiap kali terjadi swap-out. Ketika proses berakhir, ruang swap pada disk didealokasikan.