virtual memory

Memori virtual adalah teknik manajemen memori yang dikembangkan untuk kernel multitugas. Teknik ini divirtualisasikandalam berbagai bentuk arsitektur komputer dari komputer penyimpanan data (seperti memori akses acak dan cakram penyimpanan), yang memungkinkan sebuah program harus dirancang seolah-olah hanya ada satu jenis memori, memori "virtual", yang bertindak secara langsung beralamat memori baca/tulis (RAM).

Sebagian besar sistem operasi modern yang mendukung memori virtual juga menjalankan setiap proses di ruang alamat khususnya sendiri. Setiap program dengan demikian tampaknya memiliki akses tunggal ke memori virtual. Namun, beberapa sistem operasi yang lebih tua (seperti OS/VS1 danOS/VS2 SVS) dan bahkan yang modern yang (seperti IBM i) adalah sistem operasi ruang alamat tunggal yang menjalankan semua proses dalam ruang alamat tunggal yang terdiri dari memori virtual.

Memori virtual membuat pemrograman aplikasi lebih mudah oleh fragmentasi persembunyian dari memori fisik; dengan mendelegasikan ke kernel beban dari mengelola hierarki memori (sehingga menghilangkan keharusan untuk program dalam mengatasi hamparan secara eksplisit); dan, bila setiap proses berjalan dalam ruang alamat khususnya sendiri, dengan menghindarkan kebutuhan untuk merelokasi kode program atau untuk mengakses memori dengan pengalamatan relatif.

Virtualisasi memori adalah generalisasi dari konsep memori virtual.

Memori virtual (dalam bahasa Inggris: virtual memory) adalah sebuah mekanisme yang digunakan oleh aplikasi untuk menggunakan sebagian dari hierarki memori seolah-olah ia menggunakannya sebagai RAM wujud yang terpasang di dalam sebuah sistem. Mekanisme ini beroperasi dengan cara memindahkan beberapa kode yang tidak dibutuhkan ke sebuah berkas di dalam kandar keras (hard drive) yang disebut dengan berkas tukar, berkas halaman atau tukar petak. - Selengkapnya

Jadi, Virtual Memori adalah suatu sistem yang digunakan oleh sistem operasi untuk menggunakan sebagian dari memori sekunder (Harddisk). Seolah-olah sistem tersebut menggunakan memori internal / primary (RAM) fisik yang terpasang pada sebuah sistem komputer. Cara kerja sistem ini beroperasi dengan cara memindahkan beberapa kode yang tidak dibutuhkan ke sebuah berkas pada Hard Drive yang biasa disebut dengan Page File. Proses pemakaian virtual memori pada windows umumnya dapat dilihat di Task Manager.

Beberapa keuntungan penggunaan memori virtual adalah sebagai berikut:

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.

Beberapa sistem operasi memerlukan yang namanya virtual memory. Layaknya Linux yang membutuhkan swap, microsoft windows vista ataupun XP pun membutuhkan yang namanya virtual memory. Pengertian dari Virtual memory itu sendiri yakni memori sementara yang digunakan komputer untuk menjalankan berbagai program aplikasi ataupun menyimpan data yang membutuhkan memory yang lebih besar dari memory yang telah tersedia ( Memory fisik seperti RAM, baca disini untuk lebih lengkap ). Program ataupun data yang tidak muat dimasukan pada memory asli ( RAM ), akan disimpan ke dalam sebuah Pagging File. Pengertian Pagging fileialah data yang hanya disimpan sementara atau bisa disebut swap. Pada sistem operasi linux kita diharuskan untuk membuat dua partisi utama yaitu untuk system dan untuk swap. Virtual Memory ini Berbeda halnya dengan Memory fisik seperti RAM, karena ram merupakan komponen yang termasuk kedalam golongan hardware. Walapun dalam kenyatannya Virtual Memory ini disimpan di harddisk, tetapi kerjannya itu tidak tampak, artinya berjalan secara software namun disimpan dihardware. Data yang disimpan ini tidak dapat bertahan lama, dalam artian hanya saat di gunakan saja. Dan bila komputer dimatikan, data data yang tadinya ada di virtual memory akan hilang. Jadi Fungsi Virtual Memoryialah untuk mengoptimalkan kinerja dari komputer, dengan tambahan memory, maka kemungkinan terjadi crash sangat kecil sekali. Ukuran dari paging file biasanya berbeda - beda, kalau ukuran paging file linuxialah 2 kali lipat dari memory aslinya. Misalkan kita memakai memory berkapasitas 512 MB, maka ukuran paging filenya yaitu 1 GB. Walaupun tidak harus 2 GB, tapi untuk memaksimalkan kinerja maka sebaiknya 2 kali lipatnya. Dan untuk Ukuran Paging file Di windows XP dan Vista Yaitu 1,5 kali dari kapasitas aslinya.

Setiap page diberi label untuk menandai berapa intruksi lagi baru dia gunakan. Page dengan label tertinggi (waktu dari sekarang sampai pemakaian berikutnya paling lama) yang akan dikeluarkan.

1. Algoritma Penggantian Page NRU (Not-Recently Used)     Setiap page diberi status bit R (referenced) dan M (modified). Bit bernilai 0 jika page belum direferensi/dimodifikasi, dan 1 jika sebaliknya. Dari nilai desimalnya didapat 4 kelas Intinya algoritma ini mudah dipahami dan dikembangkan karena sangat efisien walaupun tak banyak langkah dalam pemilihan page dan kelemahannya juga tidak optimal tapi dalam kondisi normal yang memadai.
2.  Algoritma Penggantian Page FIFO (First In First Out)    Inti dari algoritma ini adalah simple / paling sederhana karena prinsipnya sama seperti prinsip antrian tak berprioritas. Page yang masuk terlebih dahulu maka yaitu yang akan keluar duluan juga. Untuk algoritma ini menggunakan structure data stack. Jadi kerjanya yaitu dimana kalau tidak ada frame yang kosong saat terjadi page fault maka korban yang dipilih adalah frame dengan stack paling bawah seperti hal nya halaman yang sudah lama tersimpan didalam memory maka dari itu algoritma ini juga bisa memindahkan page yang sering digunakan.       Utamanya algoritma ini di anggap cukup mengatasi pergantian page sampai pada tahun 70-an, pada saat itu juga Belady menemukan keganjalan pada algoritma ini dan dikenal dengan anomali Belady. Anomali Belady itu sendiri ialah keadaan dimana page fault rate meningkat seiring dengan pertambahannya jumlah frame.
3.  Algoritma Penggantian Page Modifikasi FIFO    Algoritma FIFO murni jarang digunakan, tetapi dikombinasikan (modifikasi). Kelemahan FIFO yang jelas adalah algoritma dapat memilih memindahkan page yang sering digunakan yang lama berada di memori. Kemungkinan ini dapat dihindari dengan hanya memindahkan page tidak diacu Page ditambah bit R mencatat apakah page diacu atau tidak. Bit R bernilai 1 bila diacu dan bernilai 0 bila tidak diacu. Variasi dari FIFO antara lain:     - Algoritma penggantian page kesempatan kedua (second chance page replacement algorithm)     -Algoritma penggantian clock page (clock page replacement algorithm) Algoritma yang pertama adalah algoritma second chance. Algoritma second chance berdasarkan pada algoritma FIFO yang disempurnakan. Algoritma ini menggunakan tambahan berupa reference bit yang nilainya 0 atau 1. Jika dalam FIFO menggunakan stack , maka second chance menggunakan circular queue . Halaman yang baru di-load atau baru digunakan akan diberikan nilai 1 pada reference bit-nya. Halaman yang reference bit-nya bernilai 1 tidak akan langsung diganti walaupun dia berada di antrian paling bawah (berbeda dengan FIFO). Urutan langkah kerja algoritma second chance adalah sebagai berikut:   - Apabila terjadi page fault dan tidak ada frame yang kosong, maka akan dilakukan razia (pencarian korban) halaman yang reference bit-nya bernilai 0 dimulai dari bawah antrian (seperti FIFO).   - Setiap halaman yang tidak di- swap (karena reference bit-nya bernilai 1), setiap dilewati saat razia reference bit-nya akan diset menjadi 0.
4. Algoritma Penggantian Page LRU (Least Recently Used)      Dikarenakan algoritma optimal sangat sulit dalam pengimplementasiannya, maka dibuatlah algoritma lain yang performance-nya mendekati algoritma optimal dengan sedikit cost yang lebih besar. ama seperti algoritma optimal, algoritma LRU tidak mengalami anomali Belady. Algoritma ini memakai linked list untuk mendata halaman mana yang paling lama tidak terpakai. Linked list inilah yang membuat cost membesar, karena harus meng-update linked list tiap saat ada halaman yang di akses

         www.skyconnectiva.com

   www.binus.ac.id

Pertemuan 15 - 20

Pertemuan 15 - 16

A.      PENGERTIAN MANAJEMEN FILE

File System atau "Manajemen File" adalah metode dan struktur data yang digunakan sistem operasi untuk mengatur dan mengorganisasi file pada disk atau partisi. File sistem (Manajemen File) juga dapat diartikan sebagai partisi atau disk yang digunakan untuk menyimpan file-file dalam cara tertentu. Cara memberi suatu file sistem ke dalam disk atau partisi dengan cara melakukan format.

File mempunyai sifat sebagai berikut :
1. Persistence : Informasi dapat bertahan meski proses yang membangkit-kannya berakhir atau catu daya dihilangkan. Dengan properti ini maka file dapat digunakan untuk hasil-hasil yang diperoleh dari suatu proses dapat digunakan di masa datang.
2. Size : File umumnya berukuran besar. Memungkinkan menyimpan infor¬masi yang sangat disimpan
3. Sharability : File dapat digunakan banyak proses mengakses informasi secara kongkruen. 

B.     SASARAN MANAJEMEN FILE
Pengelolaan file adalah kumpulan perangkat lunak sistem yang menyedia¬kan layanan berhubungan dengan penggunaan file ke pemakai dan / atau aplikasi. Biasanya cara pemakai atau aplikasi mengakses file adalah lewat sistem. Pemakai atau pemrogram tidak perlu mengembangkan perangkat lunak khusus untuk mengakses data di tiap aplikasi. Sistem pun menyediakan pengendalian terhadap aset penting ini. Sasaran sistem file adalah sebagai berikut :
1. Memenuhi kebutuhan manajemen data bagi pemakai
2. Menjamin data pada file adalah valid.
3. Optimasi kinerja
4. Menyediakan dukungan masukan/keluaran beragam tipe perangkat penyimpanan.
5. Meminimalkan atau mengeliminasi potensi kehilangan atau perusahaan data.
6. Menyediakan sekumpulan rutin interface masukan/keluaran.
7. Menyediakan dukungan masukan/keluaran banyak pemakai di sistem multiuser.

C.     FUNGSI MANAJEMEN FILE
Beberapa fungsi yang diharapkan dari pengelolaan file adalah :
1. Penciptaan, modifikasi, dan penghapusan file
2. Mekanisme pemakaian file secara bersama
3. Kemampuan backup dan recovery untuk mencegah kehilangan karena kecelakaan atau      dari upaya penghancuran informasi.
4. Pemakai dapat mengacu file dengan nama simbolik (Symbolic name) bukan menggunakanpenamaan yang mengacu perangkat fisik.
5. Pada lingkungan sensitif dikehendaki informasi tersimpan aman dan rahasia.
6. Sistem file harus menyediakan interface user-friendly.

D.    ARSITEKTUR PENGELOLAAN FILE
Pengelolaan file, biasanya terdiri dari :
1. Sistem Akses : Berkaitan dengan bagaimana cara data yang disimpan pada file diakses.
2. Manajemen file : Berkaitan dengan penyediaan mekanisme operasi pada file seperti :--------Penyimpanan
-Pengacuan
-Pemakaian bersama
-Pengamanan
3. Manajemen Ruang Penyimpan: Berkaitan dengan alokasi ruang untuk file di perangkat penyimpan.
4. Mekanisme Integritas File : Berkaitan dengan jaminan informasi pada file tak terkorupsi.

Sistem File
Sistem File di Sistem Operasi
- Sistem file dasar
- Abstraksi File dan Direktori
- Operasi-operasi terhadap file dan Direktori
- Sistem Akses

Konsep terpenting dari pengelolaan file di sistem operasi adalah :
• File Abstraksi penyimpanan dan pengambilan informasi di disk. Abstraksi ini membuat pemakai tidak dibebani rincian cara dan letak penyimpanan informasi, serta mekanisme kerja perangkat penyimpan data.
• Direktori

Berisi informasi mengenai file. Kebanyakan informasi berkaitan dengan penyimpan. Direktori adalah file, dimiliki sistem operasi dan dapat diakses dengan rutin di sistem operasi.Pemakai memanipulasi data merujuk sebagai file atau direktori. Pemakai tidak dibebani dengan masalah penyimpanan, manipulasi perangkat dan sebagainya.

File, Terhadap beragam pandangan mengenai file, yaitu :
a. Pemakai :Terhadap file pemakai berkepentingan memahami berikut :
- Penamaan untuk file
- Tipe file
- Atribut file
- Perintah-perintah untuk manipulasi file.
b. Pemrograman : Selain perlu memahami sebagai pemakai, pemrograman perlu memahami:
- Operasi-operasi terhadap file
- Perancang,Implementasi pengelolaan file
c. Penamaan File :
Pemakai mengacu file dengan nama simbolik. Tiap file disistem harus mempunyai nama unik agar tidak ambigu. Penamaan file dengan nama direktori tempat file memberi nama unik. Tidak diperbolehkan nama file yang sama di satu direktori.
Penamaan file berbeda sesuai sistem. Terdapat dua pendekatan yaitu :
- Sistem yang case – sensitive
- Sistem case – intensive
Saat ini, penamaan cenderung dapat menggunakan nama file panjang karena deskripsi. 

Tipe File :
Terdapat tiga tipe di sistem operasi, yaitu :
1. File Reguler, File berisi informasi, terdiri dari file ASCII dan biner.
File ASCII berisi baris teks. File biner adalah file yang bukan file ASCII. Untuk file biner eksekusi (exe) mempunyai struktur internal yang hanya diketahui sistem operasi. Untuk file biner hasil program aplikasi, struktur internalnya hanya diketahui program aplikasi yangmenggunakan file tersebut.
2. File Direktori
File direktori merupakan file yang dimiliki sistem untuk mengelola struktur sistem file. File direktori merupakan file berisi informasi-informasi mengenai file-file yang termasuk dalam direktori itu.
3. File Spesial
File spesial merupakan nama logik perangkat masukan/keluaran. Perangkat masukan/keluaran dapat dipandang sebagai file. Pemakai dihindarkan dari kerumitan operasi perangkat masukan/keluaran.
File spesial terbagi dua yaitu :
a. File spesial karakter
File spesial karakter berhubungan dengan perangkat masukan/keluaran aliran karakter file ini memodelkan perangkat masukan/keluaran seperti:
•Terminal
•Printer
•Port jaringan
•Modem
•dan alat –alat yang bukan penyimpan sekunder
b. File spesial blok
File spesial blok berhubungan dengan perangkat masukan/keluaran sebagai kumpulan blok-blok data (berorientasi blok)

E.  ATRIBUT FILE
Informasi tambahan mengenai file untuk memperjelas dan membatasi operasi-operasi yang dapat diterapkan. Atribut dipergunakan untuk pengelolaan file.

Operasi pada file
Create : Menciptakan berkas
Delete : Menghapus berkas
Open : Membuka berkas untuk menyimpan proses selanjutnya
Close : Menutup berkas utuk menyimpan semua informasi ke berkas dan mendealokasikan sumber daya yang digunakan
Read : Membaca data pada berkas
Write : Memodifikasi data pada berkas, yaitu pada posisi yang ditunjuk
Append : Menambah data pada berkas, merupakan operasi write yang
lebih spesifik, yaitu di akhir berkas
Seek : Mencari lokasi tertentu, hanya berlaku untuk berkas akses lacak
Get attributes : Membaca atribut-atribut berkas
Set attributes : Menuliskan (memodifikasi) atribut-atribut berkas
Rename : Mengganti nama berkas

 Direktori
Direktori berisi informasi mengenai file. Direktori sendiri adalah file, dimiliki oleh sistem operasi dapat diakses dengan rutin sistem operasi. Meski beberapa informasi direktori tersedia bagi pemakai atau aplikasi, informasi itu umumnya disediakan secara tidak langsung. Pemakai tidak dapat mengakses direktori secara langsung meski dalam mode read-only.

 Shared File
Shared file adalah file yang tidak hanya diacu oleh satu direktori (pemakai), tapi juga oleh direktori-direktori (pemakai) lain. Sistem file tidak lagi berupa pohon melainkan directed acyclic graph (DAG).

Masalah-masalah yang terdapat pada shared file adalah sebagai berikut :
- Metode implementasi shared file
- Metode pemberian hak akses pada shared file
- Metode pengendalian atau penanganan terhadap pengaksesan yang secara simultan dilakukan pemakai-pemakai yang mengacu file. Persoalan pengaksesan simultan ini menyangkut integritas atau kogerensi data.

 Sistem Akses File
Sistem akses merupakan pilihan, yaitu :
- Dapat menjadi bagian dari sistem operasi atau
- Sistem operasi sama sekali tidak mempunyai komponen sistem akses.

Cara akses perangkat penyimpanan :
Perangkap penyimpanan berdasar disiplin pengaksesan dibagi dua, yaitu:
1. Perangkat akses sekuen (sequential access devices) merupakan akses yang paling sederhana dan paling umum digunakan. Informasi di dalam berkas diproses secara berurutan. Sebagai contoh, editor dan kompilator biasanya mengakses berkas dengan cara ini. Proses harus membaca semua byte atau rekord file secara berturutan mulai dari awal, tidak dapat meloncati dan membaca di luar uraian.
2. Perangkat akses acak (random access devices) merupakan akses berkas yang dibuat dari rekaman-rekaman logical yang panjangnya sudah ditentukan, yang mengijinkan program untuk membaca dan menulis rekaman secara tepat tanpa urutan tertentu.

F.     ORGANISASI FILE
Elemen pokok perancangan sistem akses adalah cara rekord-rekord diorganisasikan atau distrukturkan. Beberapa kriteria umum untuk pemilihan organisasi file adalah :
1. Redundansi yang kecil
2. Pengaksesan yang cepat
3. Kemudahan dalam memperbaharui
4. Pemeliharaan yang sederhana
5. Kehandalan yang tinggi

Terdapat enam organisasi dasar, kebanyakan organisasi file sistem nyata termasuk salah satu atau kombinasi kategori-kategori ini. Enam organisasi atau pengaksesan dasar adalah sebagai berikut :
1. File pile (pile)
2. File sekuen (sequential file)
3. File sekuen berindeks (indexed-sequential file)
4. File berindeks majemuk (multiple-indexed file)
5. File ber-hash (hashed or direct file)
6. File cincin (multi ring file).

Terdapat beberapa metode alokasi antara lain alokasi berurutan (contiguous allocation), alokasi berhubungan (linked allocation) dan alokasi berindeks (indexed allocation).

• Alokasi Berurutan (Contiguous Allocation)
 Pada alokasi berurutan, setiap file menempati sekumpulan blok yang berurutan pada disk. Model ini sangat sederhana karena hanya membutuhkan lokasi awal (block #) dan panjang (jumlah blok). Akses pada blok disk dilakukan secara random dan memakan banyak ruang (permasalahan dynamic storage-allocation). File yang disimpan secara berurutan tidak dapat berkembang. Beberapa sistem file yang baru (misalnya Veritas File System) meng-gunakan skema alokasi berurutan yang dimodifikasi. File sistem Extent-based mengalokasikan blok pada disk secara berkembang (extent). Extent adalah blok berurutan pada disk. Extent dialokasikan untuk alokasi file. Sebuah file terdiri dari satu atau lebih extent.

• Alokasi Berhubungan (Linked Allocation)
Pada alokasi berhubungan, setiap file adalah sebuah linked list dari blok-blok terpisah pada disk. Alokasi berhubungan mempunyai bentuk yang sederhana, hanya memer-lukan alamat awal. Sistem manajemen ruang bebas pada alokasi berhubungan tidak memakan banyak ruang. Model ini tidak menggunakan random access. Blok yang diakses adalah blok ke-Q pada rantai link dari blok pada file. Perpindahan ke blok = R + 1.

• Alokasi Berindeks (Indexed Allocation)
Pada alokasi berindeks, terdapat satu blok yang berisi pointer ke blok-blok file. Alokasi berindeks berupa bentuk logika.
Pada alokasi berindeks, memerlukan tabel indeks yang membawa pointer ke blok-blok file yang lain. Akses dilakukan secara random. Merupakan akses dinamis tanpa fragmentasi eksternal, tetapi mempunyai blok indeks yang berlebih. Pemetaan dari logika ke fisik dalam file ukuran maksimum 256K word dan ukuran blok 512 word hanya memerlukan 1 blok untuk tabel indeks. Apabila pemetaan dari logika ke fisik dalam sebuah file dari ukuran tak hingga (ukuran blok adalah 512 word) maka digunakan skema menghubungkan blok link dari tabel indeks (ukuran tak terbatas). Untuk ukuran file maksimum 5123 digunakan skema two-level Pada skema two-level indeks terdapat tabel indeks luar dan dalam. Indeks dipetakan ke tabel indeks luar kemudian dipetakan ke tabel indeks dalam setelah itu mengakses blok file yang dimaksud.

Pertemuan 17 - 18

Pengertian Management Input Output

Dalam sistem komputer manajemen i/o sangat diperlukan karena i/o adalah sarana user untuk bisa berkomunikasi dengan komputer. Contoh perangkat i/o seperti keyboard, mice, audio controllers, video controllers, disk drives, networking ports, dll. Manajemen i/o pun diperlukan agar user dapat langsung menggunakan perangkat i/o tanpa harus menginialisasi terlebih dahulu. Oleh karena itu, dalam setiap system operasi selalu terdapat i/o manager.

Beberapa fungsi  management input /output :

1.      Mengirim perintah ke perangkat input / output agar menyediakan layanan.

2.      Menangani interupsi perangkat input / output

3.      Menangani kesalahan perangkat input /output.

4.      Menyediakan interface ke pemakai.

Teknik Management Input Output

 I/O Terprogram

Pada I/O terprogram, data saling dipertukarkan antara CPU dan modul I/O. CPU mengeksekusi program yang memberikan operasi I/O kepada CPU secara langsung, seperti pemindahan data, pengiriman perintah baca maupun tulis, dan monitoring perangkat.

Kelemahan teknik ini adalah CPU akan menunggu sampai operasi I/O selesai dilakukan modul I/O sehingga akan membuang waktu, apalagi CPU lebih cepat proses operasinya. Dalam teknik ini, modul I/O tidak dapat melakukan interupsi kepada CPU terhadap proses – proses yang diinteruksikan padanya. Seluruh proses merupakan tanggung jawab CPU sampai operasi lengkap dilaksanakan

 I/O Interrupt

           Teknik interrupt – driven I/O memungkinkan proses tidak membuang – buang waktu. Prosesnya adalah CPU mengeluarkan perintah I/O pada modul I/O, bersamaan perintah I/O dijalankan modul I/O maka CPU akan melakukan eksekusi perintah – perintah lainnya. Apabila modul I/O telah selesai menjalankan instruksi yang diberikan padanya akan melakukan interupsi pada CPU bahwa tugasnya telah selesai.

           Dalam teknik ini kendali perintah masih menjadi tanggung jawab CPU, baik pengambilan perintah dari memori maupun pelaksanaan isi perintah tersebut. Terdapat selangkah kemajuan dari teknik sebelumnya, yaitu CPU melakukan multitasking beberapa perintah sekaligus sehingga tidak ada waktu tunggu bagi CPU. Teknik interrupt – driven I/O memungkinkan proses tidak membuang buang waktu. Prosesnya adalah CPU mengeluarkan perintah I/O pada modul I/O, bersamaan perintah I/O dijalankan modul I/O maka CPU akan melakukan eksekusi perintah – perintah lainnya. Apabila modul I/O telah selesai menjalankan instruksi yang diberikan padanya akan melakukan interupsi pada CPU bahwa tugasnya telah selesai.

Dalam teknik ini kendali perintah masih menjadi tanggung jawab CPU, baik pengambilan perintah dari memori maupun pelaksanaan isi perintah tersebut. Terdapat selangkah kemajuan dari teknik sebelumnya, yaitu CPU melakukan multitasking beberapa perintah sekaligus sehingga tidak ada waktu tunggu bagi CPU

Direct Memory Access (DMA)

           Teknik yang dijelaskan sebelumnya yaitu I/O terprogram dan Interrupt-Driven I/O memiliki kelemahan, yaitu proses yang terjadi pada modul I/O masih melibatkan CPU secara langsung. Hal ini berimplikasi pada :

            • Kelajuan transfer I/O yang tergantung pada kecepatan operasi CPU.

            • Kerja CPU terganggu karena adanya interupsi secara langsung.

            Bertolak dari kelemahan di atas, apalagi untuk menangani transfer data bervolume besar       dikembangkan teknik yang lebih baik, dikenal dengan Direct Memory Access (DMA). 

Prinsip kerja DMA adalah CPU akan mendelegasikan kerja I/O kepada DMA, CPU hanya akan terlibat pada awal proses untuk memberikan instruksi lengkap pada DMA dan akhir proses saja. Dengan demikian CPU dapat menjalankan proses lainnya tanpa banyak terganggu dengan interupsi.

Komponen Management Input Output

a.       Buffer : menampung sementara data dari/ke perangkat I/O.

b.      Spooling : melakukan penjadwalan pemakaian I/O sistem supaya lebih efisien (antrian dsb.).

c.       Menyediakan "driver" untuk dapat melakukan operasi "rinci" untuk perangkat keras I/O tertentu.
Manajemen perangkat masukan/keluaran merupakan aspek perancangan sistem
operasi terluas dan kompleks karena sangat beragamnya perangkat dan
aplikasinya.

Pertemuan 19 - 20

A. Manajemen Memori

Konsep Dasar Memori

Memori adalah pusat dari operasi pada sistem komputer modern, berfungsi sebagai tempat penyimpanan informasi yang harus diatur dan dijaga sebaik-baiknya. Memori adalah array besar dari word atau byte, yang disebut alamat. CPU mengambil instruksi dari memory berdasarkan nilai dari program counter.

Sedangkan manajemen memori adalah suatu kegiatan untuk mengelola memori komputer. Proses ini menyediakan cara mengalokasikan memori untuk proses atas permintaan mereka, membebaskan untuk digunakan kembali ketika tidak lagi diperlukan serta menjaga alokasi ruang memori bagi proses. Pengelolaan memori utama sangat penting untuk sistem komputer, penting untuk memproses dan fasilitas masukan/keluaran secara efisien, sehingga memori dapat menampung sebanyak mungkin proses dan sebagai upaya agar pemogram atau proses tidak dibatasi kapasitas memori fisik di sistem komputer (Eko, 2009).

Memory manager merupakan salah satu bagian sistem operasi yang mempengaruhi dalam menentukan proses mana yang diletakkan pada antrian.

Jenis Memori

a)      Memori Kerja

b)      ROM/PROM/EPROM/EEPROM

c)      RAM

d)     Cache memory

e)      Memori Dukung

f)       Floppy, harddisk, CD, dll.

Alamat Memori

a)      Alamat memori mutlak (alamat fisik)

b)      Alamat memori relatif (alamat logika)

c)      Hubungan antara alamat multak dan alamat relatif

d)     Jenis memori dan alamat memori

Isi Memori

a)      Sistem bahasa penataolahan

b)      Sistem Utilitas

c)      Inti Sistem Operasi

d)     Sistem Operasi

e)      Pengendali alat (device drivers)

f)       File pemakai

Fungsi Manajemen Memori

a)      Mengelola informasi yang dipakai dan tidak dipakai.

b)      Mengalokasikan memori ke proses yang memerlukan.

c)      Mendealokasikan memori dari proses telah selesai.

d)     Mengelola swapping atau paging antara memori utama dan disk.

Sistem operasi memberikan tanggapan terhadap manajemen memori utama untuk aktivitas-aktivitas sebagai berikut:

a)      Menjaga dan memelihara bagian-bagian memori yang sedang digunakan dan dari yang menggunakan.

b)      Memutuskan proses-proses mana saja yang harus dipanggil kememori jika masih ada ruang di memori.

c)      Mengalokasikan dan mendelokasikan ruang memori jika diperlukan

Jenis-Jenis Manajemen Memory

Manajemen 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.

Penempatan program di memory  diatur sedemikain rupa sehingga (Eko, 2009) :

a)      BIOS selalu di ROM (BIOS)

b)      Sistem Operasi  di RAM bawah (alamat rendah)

c)      Program Aplikasi di RAM tengah (alamat sesudah OS terakhir)

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

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.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.

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.

Manajemen Memory  Untuk 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 (Ama, 2003) :

a)      Pemisahan ruang-ruang alamat.

b)      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 :

a)      Proteksi memori dengan isolasi ruang-ruang alamat secara dis-joint.

b)      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 :

a)      N menunjukkan banyaknya proses pada suatu saat, sehingga kemungkinan bahwa semua n proses akan menunggu menggunakan I/O (masalah CPU menganggur) adalah sebesar pn. Fungsi dari n disebut sebagai degree of multiprogramming.

b)      P menunjukkan  besarnya waktu yang digunakan sebuah proses

B. Strategi Manajemen Memori

Strategi yang dikenal untuk mengatasi hal tersebut adalah memori maya. Memori maya menyebabkan sistem seolah-olah memiliki banyak memori dibandingkan dengan keadaan memori fisik yang sebenarnya. Memori maya tidak saja memberikan peningkatan komputasi, akan tetapi memori maya juga memiliki bberapa keuntungan seperti :

Large Address Space

Membuat sistem operasi seakan-akan memiliki jumlah memori melebihi kapasitas memori fisik yang ada. Dalam hal ini memori maya memiliki ukuran yang lebih besar daripada ukuran memori fisik.

Proteksi.

Setiap proses di dalam sistem memiliki virtual address space. Virtual address space tiap proses berbeda dengan proses yang lainnya lagi, sehingga apapun yang terjadi pada sebuah proses tidak akan berpengaruh secara langsung pada proses lainnya

Memory Mapping

Memory mapping digunakan untuk melakukan pemetaan image dan file-file data ke dalam alamat proses. Pada pemetaan memori, isi dari file akan di link secara langsung ke dalam virtual address space dari proses.

Fair Physical Memory Allocation

Digunakan oleh Manajemen Memori untuk membagi penggunaan memori fisik secara “adil” ke setiap proses yang berjalan pada sistem.

Shared Virtual Memory.

Meskipun tiap proses menggunakan address space yang berbeda dari memori maya, ada kalanya sebuah proses dihadapkan untuk saling berbagi penggunaan memori.

C. Ruang Alamat Logika dan Fisik

Alamat Logika adalah alamat yg dibentuk di CPU, disebut juga alamat virtual. Alamat fisik adalah alamat yang terlihat oleh memori. Untuk mengubah dari alamat logika ke alamat fisik diperlukan suatu perangkat keras yang bernama MMU (Memory Management Unit). Pengubahan dari alamat logika ke alamat fisik adalah pusat dari manajemen memori. Alamat yang dibangkitkan oleh CPU disebut alamat logika (logical address) dimana alamat terlihat sebagai uni memory yang disebut alamat fisik (physical address). Tujuan utama manajemen memori adalah konsep meletakkan ruang alamat logika ke ruang alamat fisik (Ama, 2003).

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 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.

Register basis disebut register relokasi.  Nilai dari register relokasi ditambahkan ke setiap alamat yang dibangkitkan oleh proses user pada waktu dikirim ke memori, sebagai contoh, apabila basis 14000, maka user mencoba menempatkan ke alamat lokasi 0 dan secara dinamis direlokasi ke lokasi 14000.  Pengaksesan ke lokasi logika 346, maka akan dipetakan ke lokasi 14346. Sistem operasi MS-DOS yang masih keluarga intel 80X86 menggunakan empat register relokasi ketika proses loading dan running.

User program tidak pernah melihat alamat fisik secara real.  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.

D. Swapping

Sebuah proses, sebagaimana telah diterangkan di atas, harus berada di memori sebelum dieksekusi. Proses swapping menukarkan sebuah proses keluar dari memori untuk sementara waktu ke sebuah penyimpanan sementara dengan sebuah proses lain yang sedang membutuhkan sejumlah alokasi memori untuk dieksekusi. Tempat penyimpanan sementara ini biasanya berupa sebuah fast disk dengan kapasitas yang dapat menampung semua salinan dari semua gambaran memori serta menyediakan akses langsung ke gambaran tersebut. Jika eksekusi proses yang dikeluarkan tadi akan dilanjutkan beberapa saat kemudian, maka ia akan dibawa kembali ke memori dari tempat penyimpanan sementara tadi. Bagaimana sistem mengetahui proses mana saja yang akan dieksekusi? Hal ini dapat dilakukan dengan ready queue. Ready queue berisikan semua proses yang terletak baik di penyimpanan sementara maupun memori yang siap untuk dieksekusi. Ketika penjadwal CPU akan mengeksekusi sebuah proses, ia lalu memeriksa apakah proses bersangkutan sudah ada di memori ataukah masih berada dalam penyimpanan sementara. Jika proses tersebut belum berada di memori maka proses swapping akan dilakukan seperti yang telah dijelaskan di atas.

Sebuah contoh untuk menggambarkan teknik swapping ini adalah sebagai berikut: Algoritma Round-Robin yang digunakan pada multiprogramming environment menggunakan waktu kuantum (satuan waktu CPU) dalam pengeksekusian proses-prosesnya. Ketika waktu kuantum berakhir, memory manager akan mengeluarkan (swap out) proses yang telah selesai menjalani waktu kuantumnya pada suatu saat serta memasukkan (swap in) proses lain ke dalam memori yang telah bebas tersebut. Pada saat yang bersamaan penjadwal CPU akan mengalokasikan waktu untuk proses lain dalam memori. Hal yang menjadi perhatian adalah, waktu kuantum harus cukup lama sehingga waktu penggunaan CPU dapat lebih optimal jika dibandingkan dengan proses penukaran yang terjadi antara memori dan disk.

Teknik swapping roll out, roll in menggunakan algoritma berbasis prioritas dimana ketika proses dengan prioritas lebih tinggi tiba maka memory manager akan mengeluarkan proses dengan prioritas yang lebih rendah serta me-load proses dengan prioritas yang lebih tinggi tersebut. Saat proses dengan prioritas yang lebih tinggi telah selesai dieksekusi maka proses yang memiliki prioritas lebih rendah dapat dimasukkan kembali ke dalam memori dan kembali dieksekusi.

Sebagian besar waktu swapping adalah waktu transfer. Sebagai contoh kita lihat ilustrasi berikut ini: sebuah proses pengguna memiliki ukuran 5 MB, sedangkan tempat penyimpanan sementara yang berupa harddisk memiliki kecepatan transfer data sebesar 20 MB per detiknya. Maka waktu yang dibutuhkan untuk mentransfer proses sebesar 5 MB tersebut dari atau ke dalam memori adalah sebesar 5000 KB / 20000 KBps = 250 ms.

Perhitungan di atas belum termasuk waktu latensi, sehingga jika kita asumsikan waktu latensi sebesar 2 ms maka waktu swap adalah sebesar 252 ms. Oleh karena terdapat dua kejadian dimana satu adalah proses pengeluaran sebuah proses dan satu lagi adalah proses pemasukan proses ke dalam memori, maka total waktu swap menjadi 252 + 252 = 504 ms.

Agar teknik swapping dapat lebih efisien, sebaiknya proses-proses yang di- swap hanyalah proses-proses yang benar-benar dibutuhkan sehingga dapat mengurangi waktu swap. Oleh karena itulah, sistem harus selalu mengetahui perubahan apapun yang terjadi pada pemenuhan kebutuhan terhadap memori. Disinilah sebuah proses memerlukan fungsi system call, yaitu untuk memberitahukan sistem operasi kapan ia meminta memori dan kapan membebaskan ruang memori tersebut.

Jika kita hendak melakukan swap, ada beberapa hal yang harus diperhatikan. Kita harus menghindari menukar proses dengan M/K yang ditunda (asumsinya operasi M/K tersebut juga sedang mengantri di antrian karena peralatan M/Knya sedang sibuk). Contohnya seperti ini, jika proses P1dikeluarkan dari memori dan kita hendak memasukkan proses P2, maka operasi M/K yang juga berada di antrian akan mengambil jatah ruang memori yang dibebaskan P1 tersebut. Masalah ini dapat diatasi jika kita tidak melakukan swap dengan operasi M/K yang ditunda. Selain itu, pengeksekusian operasi M/K hendaknya dilakukan pada buffer sistem operasi.

Tiap sistem operasi memiliki versi masing-masing pada teknik swapping yang digunakannya. Sebagai contoh pada UNIX, swapping pada dasarnya tidak diaktifkan, namun akan dimulai jika banyak proses yang membutuhkan alokasi memori yang banyak. Swapping akan dinonaktifkan kembali jika jumlah proses yang dimasukkan berkurang. Pada sistem operasi Microsoft Windows 3.1, jika sebuah proses baru dimasukkan dan ternyata tidak ada cukup ruang di memori untuk menampungnya, proses yang lebih dulu ada di memori akan dipindahkan ke disk. Sistem operasi ini pada dasarnya tidak menerapkan teknik swapping secara penuh, hal ini disebabkan pengguna lebih berperan dalam menentukan proses mana yang akan ditukar daripada penjadwal CPU. Dengan ketentuan seperti ini proses-proses yang telah dikeluarkan tidak akan kembali lagi ke memori hingga pengguna memilih proses tersebut untuk dijalankan.

Manajemen Memori Berdasarkan Keberadaan Swapping Atau Paging

a)      Manajemen tanpa swapping atau paging

b)      Manajemen dengan swapping atau paging

Memori Tanpa Swapping Or Paging

Merupakan manajemen memori tanpa pemindahan citra proses antara memori utama dan disk selama eksekusi. Manajemen ini terdiri dari :

Monoprogramming

Ciri-ciri :

a)      Hanya satu proses pada satu saat

b)      Hanya satu proses menggunakan semua memori

c)      Pemakai memuatkan program ke seluruh memori dari disk atau tape

d)     Program mengambil kendali seluruh mesin

Multiprogramming Dengan Pemartisian Statis 

a)      Pemartisian menjadi partisi-partisi berukuran sama, yaitu ukuran semua partisi memori adalah sama

b)      Pemartisian menjadi partisi-partisi berukuran berbeda, yaitu ukuran semua partisi memori adalah berbeda.

Strategi Penempatan Program Ke Partisi

Satu Antrian Tunggal Untuk Semua Partisi  Keuntungan :  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.

Tetap dengan Satu Antrian Satu Antrian Untuk Tiap Partisi (banyak antrian Untuk Seluruh Partisi). Keuntungan : Meminimalkan pemborosan memori. Kelemahan :  Dapat terjadi antrian panjang di suatu partisi sementara antrian partisi – partisi lain kosong

Multiprogramming Dengan Swapping

Merupakan manajemen memori dengan pemindahan citra proses antara memori utama dan disk selama eksekusi, atau dengan kata lain merupakan manajemen pemindahan proses dari memori utama ke disk dan kembali lagi (swapping). Manajemen ini terdiri dari :

Multiprogramming Dengan Pemartisisan Dinamis

Jumlah, lokasi dan ukuran proses di memori dapat beragam sepanjang waktu secara dinamis. Kelemahan: a) Dapat terjadi lubang-lubang kecil memori di antara partisi-partisi yang dipakai; b) Merumitkan alokasi dan dealokasi memori.

Solusi:

Lubang-lubang kecil di antara blok-blok memori yang digunakan dapat diatasi dengan pemadatan memori yaitu menggabungkan semua lubang kecil menjadi satu lubang besar dengan memindahkan semua proses agar saling berdekatan.

Strategi Alokasi Memori

a)      First fit algorithm : memory  manager men-scan list untuk  menemukan hole yg cukup untuk menampung proses yg baru. Proses akan menempati hole pertama yg ditemuinya yg cukup untuk dirinya.

b)      Next fit algorithm : sama dengan first fit, tetapi pencarian  hole dimulai dari hole ditemuinya dari scan sebelumnya.

c)      Best fit algorithm : dicari hole yang akan menghasilkan sisa paling sedikit setelah dimasuki proses.

d)     Worst fit algorithm : kebalikan dari best fit.

e)      Quick fit algorithm : mengelompokkan hole-hole dan membuat listnya sendiri. Misalnya, ada list untuk hole 4K, satu list untuk 8K, dst.

f)       Sistem Buddy : Memori di susun dalm senari blok-blok bebas berukuran 1,2,4,8,16 byte dst, sampai kapasitas memori.

Dari berbagai cara alokasi tsb. Di atas, sebuah hole yg ditempati proses akan terbagi menjadi bagian yang dipakai proses dan memori yang tidak terpakai (fragmen). Timbulnya memori yang tidak terpakai disebut fragmentasi. Ada dua macam fragmen :

a)      Internal : sisa hole yang tidak terpakai setelah terisi proses.

b)      Eksternal : hole yang secara utuh terlalu kecil untuk dipakai oleh proses manapun.

Alokasi Ruang Swap pada Disk (Penempatan proses pada disk setelah di-swap-out dari memori)

a)      Ruang disk tempat swap dialokasikan begitu diperlukan

b)      Ruang disk tempat swap dialokasikan lebih dahulu.

Algoritma untuk pengaturan ruang swap pada disk sama dengan  untuk memori utama. Perbedaannya adalah ruang pada disk harus dialokasikan sebagai kelipatan bilangan bulat dari disk block.