BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Virtual memory adalah bagian yang terkait erat dengan unit-unit operasional dan interkoneksi antar komponen penyusunsistem sistem komputer dalam merealisasikan aspek arsitekturalnya.Komputer sendiri adalah sebuah mesin elektronik yang secara cepat menerima informasi masukan digital dan mengolah informasitersebut menurut seperangkat instruksi yang tersimpan dalam komputer dan menghasilkan keluaran informasi yang dihasilkan setelah diolah.
Terdapat hal-hal yang akan di ketahui pada Virtual memory diantaranya : Penegrtian virtual memory, Page Replacement , Algoritma page replacement, Algoritma fifo, Algoritma optimal, Algoritma least recently use(LRU), Alokasi frame, Alokasi global, Alokasi lokal, Trashing. Virtual memory sangat penting dalam sistem operasi, dimana berfungsi sebagai penghubung antara memory utama dengan penyimpanan piringan atau harddisk .
1.2. Rumusan Masalah
a. Apa yang dimaksud dengan virtual memory pada sistem komputer?
b. Apa fungsi dari virtual memory pada sistem komputer?
c. Apa saja hal yang terkait dalam virtual memori pada sistem komputer?
1.3. Tujuan
a. Mengetahui apa yang dimaksud dengan virtual memory pada sistem komputer
b. Mengetahui apa saja fungsi dari virtual memory pada sebuah sistem komputer
c. Mengetahui hal-hal yang dibahas dan terkait dalam virtual memory pada sistem komputer
BAB II
PEMBAHASAN
2.1. Pengertian Virtual Memory
Virtual Memori adalah sebuah sistem yang digunakan oleh sistem operasi untuk menggunakan sebagian dari Memori Sekunder yaitu Harddisk seolah-olah ia menggunakannya sebagai memori internal/utama (RAM) fisik yang terpasang di dalam sebuah sistem komputer. Sistem ini beroperasi dengan cara memindahkan beberapa kode yang tidak dibutuhkan ke sebuah berkas di dalam hard drive yang disebut dengan page file.
Memori virtual adalah teknik yang memisahkan memori logika user dari memori fisik. Menyediakan memori virtual yang sangat besar diperuntukkan untuk programmer bila tersedia memori fisik yang lebih kecil. Programmer tidak perlu khawatir jumlah memori fisik yang tersedia, sehingga dapat berkonsentrasi pada permasalahan pemrograman.
Teknik ini menyembunyikan aspek-aspek fisik memori dari pengguna dengan menjadikan memori sebagai lokasi alamat virtual berupa byte yang tidak terbatas dan menaruh beberapa bagian dari memori virtual yang berada di memori logis. Konsep memori virtual dikemukakan pertama kali oleh John Fotheringham pada tahun 1961 dengan menggunakan dynamic storage allocation pada sistem komputer atlas di Universitas Manchester. Sedangkan istilah memori virtual dipopulerkan oleh Peter J. Denning yang mengambil istilah 'virtual' dari dunia optik.
Memori virtual melakukan pemisahan dengan menaruh memori logis ke disk sekunder dan hanya membawa halaman yang diperlukan ke memori utama. Teknik ini menjadikan seolah-olah ukuran memori fisik yang dimiliki lebih besar dari yang sebenarnya dengan menempatkan keseluruhan program di disk sekunder dan membawa halaman halaman yang diperlukan ke memori fisik. Jadi jika proses yang sedang berjalan membutuhkan instruksi atau data yang terdapat pada suatu halaman tertentu maka halaman tersebut akan dicari di memori utama. Jika halaman yang diinginkan tidak ada maka akan dicari di disk. Ide ini seperti menjadikan memori sebagai cache untuk disk.
Beberapa keuntungan penggunaan memori virtual adalah sebagai berikut:
1. 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.
2. 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.
3. Meningkatnya respon, karena menurunnya beban I/O dan memori.
4. Bertambahnya jumlah pengguna yang dapat dilayani. Ruang memori yang masih tersedia luas memungkinkan komputer untuk menerima lebih banyak permintaan dari pengguna.
Gagasan utama dari memori virtual adalah ukuran gabungan program, data dan stack melampaui jumlah memori fisik yang tersedia. Sistem operasi menyimpan bagian-bagian proses yang sedang digunakan di memori fisik (memori utama) dan sisanya diletakkan di disk. Begitu bagian yang berada di disk diperlukan, maka bagian di memori yang tidak diperlukan akan dikeluarkan dari memori fisik (swap-out) dan diganti (swap-in) oleh bagian disk yang diperlukan itu. Memori virtual diimplementasikan dalam sistem multiprogramming. Misalnya: 10 program dengan ukuran 2 Mb dapat berjalan di memori berkapasitas 4 Mb. Tiap program dialokasikan 256 Kbyte dan bagian-bagian proses swap in) masuk ke dalam memori fisik begitu diperlukan dan akan keluar (swap out) jika sedang tidak diperlukan. Dengan demikian, sistem multiprogramming menjadi lebih efisien. Prinsip dari memori virtual yang perlu diingat adalah bahwa "Kecepatan maksimum eksekusi proses di memori virtual dapat sama, tetapi tidak pernah melampaui kecepatan eksekusi proses yang sama di sistem yang tidak menggunakan memori virtual".
Memori virtual biasanya diimplementasikan menggunakan demand paging atau demand segmentation juga digunakan. Tetapi algoritma segment-replacement lebih kompleks daripada algoritma page-replacement karena segmen mempunyai ukuran yang bervariasi.
2.2. Demand Paging
Demand paging adalah sistem paging dengan swapping. Page diletakkan di memori hanya jika diperlukan. Hal ini menyebabkan kebutuhan I/O lebih rendah, kebutuhan memori lebih rendah, respon lebih cepat dan lebih banyak user yang menggunakan.
Proses disimpan di memori sekunder (disk). Jika proses akan dieksekusi, maka dipindah (swap) ke memori. Menggunakan lazy swapper untuk melakukan swapping bila page tersebut akan digunakan yang berarti sebuah page tidak pernah ditukar ke memori kecuali page diperlukan. Jika page diperlukan, dilakukan acuan ke page tersebut, tetapi jika acuan invalid maka dilakukan penghentian. Page yang sedang tidak berada di memori tersebut akan dibawa ke memori dari backing store.
Untuk membedakan antara page pada memori dengan page pada disk digunakan valid-invalid bit. Tabel page untuk page yang berada di memori diset “valid’, sedangkan tabel page untuk page yang tidak sedang di memori (ada pada disk) diset “invalid”.
Akses ke page yang diset “invalid” menyebabkan page fault, yang menyebabkan trap ke sistem operasi. Karena status (register, kode kondisi, counter instruksi) dari proses ter-interrupt disimpan bila terjadi page fault, proses dapat dimulai lagi pada tempat dan status yang sama, kecuali page yang cocok sedang di memori dan sedang diakses. Prosedur untuk menangani page fault seperti Gambar 8-4 sebagaiberikut :
1. Sistem operasi melihat tabel untuk menentukan jika acuan invalid maka proses dihentikan dan page sedang tidak berada di memori.
2. Jika acuan invalid dilakukan trap ke sistem operasi.
3. Sistem mencari frame kosong.
4. Sistem melakukan proses swapping ke frame bebas.
5. Tabel page di-reset, bit valid-invalid diset 1 atau valid
6. instruksi di-restart.
Apabila tidak ditemukan frame bebas maka dilakukan page replacement yaitu mencari beberapa page di memori yang tidak digunakan kemudian dilakukan swap out ke backing store. Terdapat beberapa algoritma page replacement dimana performansi algoritma diharapkan menghasilkan jumlah page fault minimum. Beberapa page kemungkinan dibawa ke memori beberapa kali.
Perangkat keras yang dibutuhkan untuk mendukung demand paging sama dengan perangkat keras untuk sistem paging dengan swapping yaitu :
1) Tabel page : tabel mempunyai kemampuan untuk memberi entry bit valid-invalid
atau nilai khusus untuk bit proteksi
2) Memori sekunder : digunakan untuk membawa page yang tidak di memori danbiasanya adalah disk kecepatan tinggi yang disebut swap device.
2.3. Page Replacement
Page replacement diperlukan pada situasi dimana proses dieksekusi perlu frame bebas tetapi tidak tersedia frame bebas. Sistem harus menemukan satu frame yang sedang tidak digunakan dan membebaskannya. Untuk membebaskan frame dengan cara menulis isinya untuk ruang swap dan mengubah tabel page (dan tabel lain) yang menunjukkan page tidak lagi di memori.
Langkah-langkah untuk page fault yang memerlukan page replacement seperti Gambar 8-6 adalah sebagai berikut :
1. Carilah lokasi page yang diharapkan pada disk.
2. Carilah frame kosong dg cara :
a) Bila ada frame kosong, gunakan.
b) Bila tidak ada, gunakan algoritma page replacement untuk menyeleksi frameyang akan menjadi korban.
c) Simpan page korban ke disk, ubah tabel page.
3. Baca page yang diinginkan ke frame kosong yang baru, ubah tabel page.
4. Mulai kembali proses user.
2.4. Algoritma Page Replacement
Terdapat beberapa algoritma page replacement, setiap sistem operasi mempunyai skema yang unik. Algoritma page replacement secara umum diinginkan yang mempunyai rata-rata page fault terendah. Algoritma dievaluasi dengan menjalankannya pada string tertentu dari memory reference dan menghitung jumlah page fault. String yang mengacu ke memori disebut reference string (string acuan).String acuan dibangkitkan secara random atau dengan menelusuri sistem danmenyimpan alamat dari memori acuan. Misalnya jika ditelusuri proses tertentu, disimpan alamat berikut :
0100, 0432, 0101, 0612, 0102, 0103, 0104,
0101, 0611, 0102, 0103, 0104, 0101, 0610,
0102, 0103, 0104, 0101, 0609, 0102, 0105
dimana 100 byte per page direduksi ke string acuan :
1, 4, 1, 6, 1, 6, 1, 6, 1, 6, 1
Untuk menentukan jumlah page fault untuk string acuan dan algoritma pagereplacement tertentu, harus diketahui jumlah page frame tersedia juga harus diketahui. Semakin tinggi jumlah frame lebih tinggi, semakin rendah jumlah page fault.
Terdapat beberapa algoritma page replacement antara lain algoritma first in first our (FIFO), optimal dan least recently use (LRU). Pada sub bab berikut akan diilustrasikan algoritma page replacement tersebut dengan menggunakan string acuan
7, 0, 1, 2, 0, 3, 0, 4, 2, 3, 0, 3, 2, 1, 2, 0, 1, 7, 0, 1
2.4.1. Algoritma FIFO
Algoritma FIFO merupakan algoritma paling sederhana. Algoritma FIFO diasosiasikan dengan sebuah page bila page tersebut dibawa ke memori. Bila ada suatu page yang akan ditempatkan, maka posisi page yang paling lama yang akan digantikan. Algoritma ini tidak perlu menyimpan waktu pada saat sebuah page dibawa ke memori.
Meskipun algoritma FIFO mudah dipahami dan diimplementasikan, performansitidak selalu bagus karena algoritma FIFO menyebabkan Belady’s anomaly. Belady’s anomaly mematahkan fakta bahwa untuk beberapa algoritma page replacement, bila rata-rata page fault meningkat, akan meningkatkan jumlah alokasi frame. Sebagai contoh, jika menggunakan string acuan :
1, 2, 3, 4, 1, 2, 5, 1, 2, 5, 1, 2, 3, 4, 5
dengan algoritma FIFO terjadi Belady’s anomaly.
2.4.2. Algoritma Optimal
Algoritma optimal merupakan hasil penemuan dari Belady’s anomaly. Algoritma ini mempunyai rata-rata page fault terendah. Algoritma optimal akan mengganti page yang tidak akan digunakan untuk periode waktu terlama. Algoritma ini menjamin rata-rata page fault terendah untuk jumlah frame tetap tetapi sulit implementasinya.
2.4.3. Algoritma Least Recently Use (LRU)
Algoritma LRU merupakan perpaduan dari algoritma FIFO dan optimal. Prinsip dari algoritma LRU adalah mengganti page yang sudah tidak digunakan untuk periode waktu terlama.
Untuk mengimplementasikan algoritma LRU, digunakan dua model yaitu :
1. Counter : setiap entry tabel pagee diasosiasikan dengan sebuah “time-of-use” dan sebuah clock logika atau counter ditambahkan ke CPU. Clock ini dinaikkan untuk setiap acuan ke memori. Jika sebuah acuan ke page dibuat, isi clock register dicopy ke time-of-use pada tabel page untuk page tersebut.
2. Stack : stack dari nomor page diatur. Jika sebuah page digunakan acuan, maka page dihapus dari stack dan meletakkan pada top of stack. Dengan cara ini, stack selalu digunakan page dan bagian bawah untuk page LRU. Implementasi stack untuk algoritma LRU.
2.5. Alokasi Frame
Alokasi frame berhubungan dengan mekanisme alokasi sejumlah memori bebas yang tetap diantara beberapa proses. Meskipun terdapat beberapa variasi pengalokasian frame bebas ke beberapa proses, tetapi strategi dasar jelas yaitu : proses user dialokasikan untuk sembarang frame bebas. Jumlah minimum frame per proses ditentukan oleh arsitektur dimana jumlah maksimum tergantung jumlah memori fisik yang tersedia. Jumlah minimim frameditentukan oleh arsitektur instruction-set. Bila terjadi page fault sebelum eksekusi instruksi selesai, instruksi harus di-restart. Sehingga tersedia frame yang cukup untukmembawa semua page yang berbeda dimana sembarang instruksi dapat mengacu. Misalnya mikrokomputer menggunakan memori 128K yang dikomposisikan dengan page ukuran 1K, maka terbentuk 128 frame. Jika sistem operasi menggunakan 35K, maka 93 frame sisa digunakan program user. Bila suatu program menyebabkan page fault sebanyak 93 kali, maka menempati 93 frame bebas tersebut. Jika terjadi page faultke 94, dari 93 frame yang terisi harus dipilih salah satu untuk diganti yang baru. Bila program selesai, 93 frame tersebut dibebaskan kembali.
Terdapat 2 bentuk algoritma alokasi yaitu equal allocation dan proportional allocation. Pada equal allocation, jika terdapat m frame dan n proses, maka setiap proses dialokasikan sejumlah frame yang sama (m/n frame). Pada proportionalallocation setiap proses dialokasikan secara proporsional berdasarkan ukurannya. Jika ukuran virtual memori untuk proses pi adalah si dan total jumlah frame yang tersedia m,maka frame ke ai dapat dialokasikan ke proses pi sama dengan :
Dimana S = Σsi. Contohnya :
Selain itu terdapat algoritma alokasi berprioritas yang menggunakan skema proporsional dengan lebih melihat prioritas proses daripada ukuran proses. Jika proses Pi membangkitkan page fault, dipilih satu dari frame-frame dari proses yang mempunyai nomor prioritas terendah.
2.6. Alokasi Global dan Alokasi Lokal
Page replacement adalah faktor terpenting lain yang harus dipertimbangkan dalam alokasi frame. Pada multiple process yang berkompentisi mendapatkan frame, algoritma page replacement dikelompokkan dalam 2 kategori yaitu global replacement dan local replacement.
Global replacement mengijinkan suatu proses untuk menyeleksi suatu frameyang akan dipindah dari sejumlah frame, meskipun frame tersebut sedang dialokasikan ke proses yang lain. Pada local replacement, jumlah frame yang dialokasikan untuk proses tidak berubah. Setiap proses dapat memilih dari frame-frame yang dialokasikan untuknya.
Permasalahan pada global replacement adalah proses tidak dapat mengontrolrata-rata page fault. Sejumlah page pada memori untuk sebuah proses tidak hanya tergantung pada perilaku paging untuk proses tersebut, tetapi juga perilaku paging untuk proses yang lain. Bagaimanapun, karena algoritma global replacement menghasilkan throughput yang lebih besar, metode ini sering digunakan.
2.7. Thrashing
Misalnya sembarang proses tidak mempunyai frame yang cukup. Meskipun secara teknis dapat mengurangi jumlah frame yang dialokasikan sampai minimum, terdapat sejumlah page yang sedang aktif digunakan. Jika suatu proses tidak memiliki jumlah frame yang cukup, maka sering terjadi page fault. Sehingga harus mengganti beberapa page. Tetapi karena semua page sedang digunakan, harus mengganti page yang tidak digunakan lagi kemudian. Konsekuensinya, sering terjadi page fault lagi dan lagi. Proses berlanjut page fault, mengganti page untuk page fault dan seterusnya.
Kegiatan aktifitas paging yang tinggi disebut thrashing. Sebuah proses mengalami thrashing jika menghabiskan lebih banyak waktu untuk paging daripada eksekusi. Efek thrashing dapat dibatasi dengan menggunakan algoritma local (priority) replacement. Grafik terjadinya proses thrashing pada sistem multiprogramming.
BAB III
PENUTUP
Kesimpulan
Konsep memori virtual dikemukakan pertama kali oleh John Fotheringham pada tahun 1961 dengan menggunakan dynamic storage allocation pada sistem komputer atlas di Universitas Manchester.
Memori virtual adalah teknik yang memisahkan memori logika user dari memori fisik. Menyediakan memori virtual yang sangat besar diperuntukkan untuk programmer bila tersedia memori fisik yang lebih kecil. Programmer tidak perlu khawatir jumlah memori fisik yang tersedia, sehingga dapat berkonsentrasi pada permasalahan pemrograman.
DAFTAR PUSTAKA
Modul Virtual Memory
