Virtual Memori

Konsep manajemen memori:

• Mengelola beberapa proses yang berjalan di memori secara multiprogramming
• Proses berada di memori fisik sebelum dieksekusi
• Overlaying mengharuskan pengguna untuk menguraikan struktur program ke dalam algoritma dan menentukan modul overlaynya

Isi program:

• Algoritma utama yang secara aktif memproses data
• Penanganan kondisi error yang sangat langka
• Struktur data dynamic allocated yang digunakan secara efisien
• Struktur data fixed allocated yang biasanya hanya digunakan sebagian
• Beberapa modul yang jarang digunakan

Keuntungan jika tidak semua bagian ada di memori (hanya bagian yang paling aktif):

• Program tidak dibatasi oleh jumlah memori fisik; Programnya bisa sangat lengkap
• Program pengecekan kesalahan (error handling) jarang digunakan.
• Array, daftar, atau tabel yang dialokasikan melebihi kapasitas yang digunakan.
• Program yang dijalankan saat ini.
• Beberapa program dapat berjalan secara bersamaan di memori; Penggunaan CPU meningkat
• Lebih sedikit I/O untuk memuat/menukar; program pengguna lebih cepat

Konsep virtual memory:

• Melihat memori sebagai “cache” dan disk sebagai “memori”.
• Implementasi dengan demand paging: Bagian dari program di memori adalah page yang memenuhi permintaan
• Dapat dilaksanakan melalui:

1. Demand paging
2. Demand segmentation (page segmentasi)

Demand paging

• Hal yang sama berlaku untuk teknik paging dengan swapping
• Prosesnya berada di secondary storage (biasanya disk), yang dibagi menjadi beberapa page
• Untuk menjalankan, page proses yang diperlukan harus ada di memori
• Jika tidak ada, page tersebut di swap in (pada kasus ini swapper lebih tepat disebut pager, swap-in/out menjadi page-in/out)

Dukungan hardware

• Tabel Halaman: Tabel berisi bit yang valid/tidak valid dan bit proteksi khusus
• Secondary storage: Penyimpanan yang menyimpan semua halaman (biasanya disk)
• Dikenal sebagai swap device, dan bagian dari disk yang dipakai untuk swapping disebut swap space

Dukungan software

• Gangguan arsitektur: Kemampuan untuk memulai kembali instruksi setelah kesalahan page terjadi
• Kesalahan page dapat terjadi pada:

1. Memory (data) reference
2. Instruction fetch

Page Replacement Policy

• Performance (page fault ratio) tergantung pada page replace policy untuk menjaga page fault rate (PFR) serendah mungkin.
• Dengan demikian, pilihan policy untuk page replacement sangat penting untuk kinerja sistem secara keseluruhan.

Swap space

• Aspek penting dari demand paging adalah mengelola penggunaan swap (ruang yang digunakan untuk swap).
• Bagian dari disk digunakan sebagai swap space (selain dari sistem file) untuk menyimpan “virtual memory”.

Over-Allocating Memory

• Meningkatkan degree of multiprogramming mengarah ke situasi Over Allocating Memory
• Saat terjadi page fault dan hendak page in ternyata tidak tersedia frame kosong
• Solusi OS: Matikan Proses Pengguna? Tidak
• Paging harus transparan bagi pengguna.

Solusi

• Thrashing: swap out proses (penurunan degree of multiprogramming)
• Page replacement: Temukan dan bebaskan frame yang tidak digunakan
• Tulis konten sebelumnya ke swap space
• Mengubah page table saat page tidak ada dalam memori

Page Fault Service

• Temukan lokasi page di disk
• Temukan free-frame, jika ada, gunakan frame ini untuk page yang dimaksud, dan jika tidak tersedia:

1. Mencari frame untuk ditukar
2. Page-out frame ke swap space dan edit tabel page dan frame
3. Page-in page yang diminta ke dalam frame kosong baru dan edit table page dan frame
4. Mulai ulang user proses

Dirty bit (Modify-bit)

• Jika tidak ada frame kosong yang ditemukan, maka dilakukan dua kali page transfer (in & out)
• Untuk mengurangi overhead operasi ini, dirty bid digunakan pada setiap page atau frame untuk menunjukkan apakah page pada disk perlu diperbarui (telah terjadi perubahan).
• Modify bit diatur ketika word/byte ditulis ke page dan page telah dimodifikasi.
• Saat memilih page yang akan diganti, modify bit yang dibaca terlebih dahulu.
• Jika bit ini disetel, halaman telah dimodifikasi sejak dibaca dari disk dan page akan segera ditulis ke disk.
• Jika bit ini tidak di-set, page belum dimodifikasi sejak dibaca dari memori, jika copy disk page belum di overwrite, tidak perlu write page memory pada disk karena sudah ada.

Frame Allocation – Page Replacement

• Dua masalah:

1. Frame allocation algorithm: Menentukan jumlah frame yang dialokasikan untuk setiap proses
2. Page-replacement algorithm: Menentukan frame mana yang dipilih untuk page-out

• Memilih algoritma yang tepat sangat penting karena pemrosesan pada disk I/O intensif (mempengaruhi effective acces time).

Page Replacement

• Ada banyak skema atau algoritma
• Kriteria untuk memilih algoritme yang sesuai: Meminimalkan page fault rate
• Evaluasi dengan String: String aktivitas memory reference
• String referensi memori disebut reference string
• Dikumpulkan secara empiris dari petunjuk-petunjuk yang terjadi pada program yang sedang berjalan
• Secara hipotesis dihasilkan secara acak (random number generator)
• Hitung jumlah kesalahan page fault dalam string
• Mencegah alokasi memori yang berlebihan dengan memodifikasi page-fault service routine untuk memasukkan page replacement
• Gunakan modify (dirty) bit untuk mengurangi overhead page transfer – hanya page yang dimodifikasi yang ditulis ke disk
• Penggantian halaman menyelesaikan pemisahan antara logical memory dan physical memory – virtual memory yang besar dapat disediakan pada physical memory yang lebih kecil

Page Fault vs Jumlah Frame

• Meningkatnya jumlah frame karena penambahan physical memory space dapat mengurangi PFR
• Tanpa penambahan ini, ukuran frame atau page berkurang, yang pada akhirnya meningkatkan page fault