Manajemen Memori

Hola – hola annyeeongg

Welcome back to my blog

Gausah basa-basi ya hehee. Langsung aja kita bahas tentang Manajemen Memori

*yang pasti sih manajemen memori itu beda ya sama manajemen file

Btw tenang. Gaada itungannya kok kali ini. Jadi ndak pusying-pusying ya. 

~Manajemen Memori~

DEFINISI MANAJEMEN MEMORI

Manajemen memori adalah proses pengendalian dan koordinasi memori komputer, menugaskan bagian yang disebut blok ke berbagai program untuk mengoptimalkan kinerja sistem secara keseluruhan. Manajemen memori berada di perangkat keras (hardware), dalam OS (sistem operasi), dan dalam program dan aplikasi.

Pada perangkat keras, manajemen memori melibatkan komponen penyimpanan data, seperti RAM (random access memory) chip, memori cache, dan flash berbasis SSD (solid-state drive). Manajemen memori sistem operasi adalah menangani atau mengelola memori utama dan bergerak bolak-balik antara memori utama dan disk selama eksekusi.

Manajemen memori melacak setiap lokasi memori, terlepas dari dialokasikan untuk beberapa proses. Ia memeriksa berapa banyak memori yang akan dialokasikan untuk proses.

FUNGSI MANAJEMEN MEMORI

1.   Meningkatkan kinerja atau Utilitas CPU

2.   Meningkatkan kecepatan akses CPU terhadap data dan instruksi Data dan instruksi dapat diakses dengan cepat oleh CPU

3.   Meningkatkan efisensi pemakaian memori yang terbatas

4.   Meningkatkan efisiensi transfer atau perpindahan data dari atau ke memori utama dan dari atau ke CPU

5.   Mengelola informasi yang dipakai dan tidak dipakai

6.   Mengalokasikan memori ke proses yang memerlukan

7.   Mendealokasikan memori dari proses telah selesai

8.   Mengelola swapping atau paging antara memori utama dan disk

JENIS-JENIS MEMORI

Beberapa contoh memori kerja untuk memori tetap adalah :

1.   ROM (Read Only Memory), adalah memori yang hanya dapat baca saja

2.   PROM (Programmable ROM), adalah memori yang dapat diprogram tetapi tidak dapat dihapus lagi

3.   EPROM (Electrically PROM), adalah memori yang dapat diisi melalui listrik, dan dapat dihapus

4.   EEPROM (Erasable EPROM), adalah memori yang dapat diisi dan dihapus dengan listrik, maka ciri utamanya adalah isi tetap ada / tidak mudah dihapus meskipun daya listrik computer terputus

5.  Register mikroprosesos. Memori yang memiliki ukurannya paling kecil tapi memiliki waktu akses paling cepat, umumnya hanya 1 siklus CPU saja

Sementara itu contoh memori kerja untuk memori bebas adalah :

1.   RAM (Random Access Memory): memori yang dapat diisi dan dapat dibaca. Ciri utamanya adalah mengenal asas pemuktahiran yaitu dapat diisi dengan informasi terbaru dan isi akan hilang jika catu daya padam

2.   Cache memory. Memori berkapasitas kecil tetapi berkecepatan tinggi, yang dipasang diantara prosesor dan memori utama. Instruksi dan data yang sering diakses oleh prosesor ditempatkan dalam chace sehingga dapat lebih cepat diakses oleh prosesor. Jika data atau instruksi yang diperlukan tidak tersedia dalam chacce, prosesor akan mencari dalam memori utama. Cach memory disusun berdasarkan kedekatannya dengan prosesor (level- 1, level2, level-3, dan seterusnya). Level cache memori tersebut dibedakan berdasarkan kapasitasnya. Memori Dukung / backing store adalah: Floppy, Harddisk, CD, tape magnetik, flash disk dll

VIRTUAL MEMORY

Memori virtual adalah kemampuan mengalamati ruang memori melebihi memori utama yang tersedia. Teknik manajemen memori yang dikembangkan untuk meningkatkan efisiensi sistem multiprogramming. Melalui virtual memory sistem operasi menyimpan bagian-bagian proses yang sedang digunakan di memori utama (RAM) dan sisanya di disk (memory virtual) Kecepatan maksimal eksekusi proses di memori virtual dapat sama tapi tidak pernah melampaui kecepatan eksekusi proses yang sama di system tanpa memori virtual.  Virtual memory dapat diimplementasikan dengan tiga cara, yaitu:

1.   Paging

2.   Segmentasi

3.   Kombinasi paging dan segmentasi

ISTILAH – ISTILAH DALAM MANAJEMEN MEMORI

1.   Memori manajer adalah bagian dari sistem operasi yang mempunyai pengaruh dalam menentukan proses mana yang diletakkan pada antrian dan mengatur hirarki memori. Memory manager digunakan untuk mencegah satu proses dari penulisan dan pembacaan oleh proses lain yang dilokasikan di primary memory, mengatur swapping antara memori utama dan disk ketika memori utama terlalu kecil untuk memegang semua proses.

2.   Swapping merupakan pemindahan proses dari memori utama ke disk dan kembali lagi. 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.

3.   Fragmentasi Eksternal terjadi pada situasi dimana terdapat cukup ruang memori total untuk memenuhi permintaan, tetapi tidak dapat langsung dialokasikan karena tidak berurutan. Fragmentasi eksternal dilakukan pada algoritma alokasi dinamis, terutama strategi first-fit dan best-fit. Fragmentasi Internal terjadi pada situasi dimana memori yang dialokasikan lebih besar dari pada memori yang diminta tetapi untuk satu partisi tertentu hanya berukuran kecil sehingga tidak digunakan.

4.   Paging merupakan kemungkinan solusi untuk permasalahan fragmentasi eksternal dimana ruang alamat logika tidak berurutan; mengijinkan sebuah proses dialokasikan pada memori fisik yang terakhir tersedia. Memori fisik dibagi ke dalam blok-blok ukuran tetap yang disebut frame. paging diimplementasikan dalam suatu tabel page

5.   Multilevel paging digunakan pada sistem yang mempunyai ruang alamat logika yang sangat besar yaitu antara 232 s/d 264. Pada sistem ini, tabel page akan menjadi sangat besar. Misalnya untuk sistem dengan ruang alamat logika 32 bit dan ukuran page 4K byte, maka tabel page berisi 1 juta entry (232 / 212). Solusinya yaitu dengan melakukan partisi tabel ke beberapa beberapa bagian yang lebih kecil

6.   Segmentasi adalah skema manajemen memori yang memungkinkan user untuk melihat memori tersebut. Ruang alamat logika adalah kumpulan segmen. Setiap segmen mempunyai nama dan panjang. Spesifikasi alamat berupa nama segmen dan offset. Segment diberi nomor dan disebut dengan nomor segmen (bukan nama segmen) atau segment number. Segmen dibentuk secara otomatis oleh compiler

MANAJEMEN MEMORI DI WINDOWS

Pada waktu Windows kali pertama diperkenalkan, memory (RAM) sangat mahal dan hampir semua PC di pasaran berjuang untuk berhubungan dengan operating system yang baru tersebut dengan konfigurasi memory yang kemudian digunakan sekarang ini. Meskipun mesin DOS telah menawarkan konsep pengaturan memory (sebagian besar melalui utiliti pihak ketiga), tetapi itu belum cukup sampai Windows menjadi OS pilihan untuk PC user di mana pengaturan memory dilakukan secara serius.

Sekarang memory sudah murah, paling tidak dibandingkan dengan dulu. Hardware PC sekarang bisa mengalamati dan menggunakan sampai 4 GB memory, jadi mengapa manajemen memory masih menjadi bagian penting dari OS? Terlepas dari fakta bahwa Windows berkembang dan bertumbuh—dan dengan begitu menuntut memory lebih—selalu ada alasan mengapa PC yang mengatur memory dengan baik akan berjalan lebih efisien dibanding yang tidak.

Bagian Memory

Memory bisa dibagi ke dalam dua bagian: non-page dan page (juga dikenal dengan page pool). Untuk memahami perbedaannya, kita perlu melihat dulu konsep paging, dengan menjelaskan memori virtual. Karena sedikit PC yang menggunakan RAM fisik sampai 4 GB penuh, Windows mengambil sisanya dan menggunakannya sebagai memory virtual.

Secara singkat, memory virtual adalah bagian ruang harddisk yang Windows simpan dan perlakukan seolah-olah itu adalah memory fisik (sampai batas 4 GB). Memory fisik dan virtual bisa diperlakukan sama seperti semua program yang berjalan pada PC, karena memory manajer dalam kernel Windows menangani semua permintaan akses.

Pada waktu Windows atau program membuat permintaan untuk mendapatkan memory lebih, memory manajer pertama melihat apakah masih ada memory fisik yang tersedia. Jika ada, ia mengabulkan permintaan tersebut dan memberi alamat kepada program yang menunjukkan page memory fisik. Kesulitan muncul jika tidak ada RAM fisik yang cukup. Ketika ini terjadi, memory manajer memeriksa memory fisik untuk mencari item yang dimuat ke dalam RAM, tetapi tidak digunakan selama beberapa waktu dan tidak kritis bagi operasional sistem.

Jika ditemukan, ia menyimpan isi dari page memory tersebut ke harddisk. Ini disebut swapping out, yang mana dari situlah awalnya istilah swapfile berasal. Dengan dipindahkannya bagian yang tidak terpakai ke harddisk, Windows bisa membebaskan memory fisik yang mereka gunakan dan memberikannya kepada proses atau program baru. Ketika item yang di-swap diperlukan lagi, mereka bisa dimuat ulang ke dalam memory fisik. Tentu, bisa saja ada yang lainnya yang akan di-swap ke harddisk untuk membantu pemuatan ulang item asli.

Semua yang di-swap disimpan dalam page pool. Tentu saja, ada beberapa bagian dari OS yang harus selalu tetap pada memory fisik: sebagai contoh, Anda tidak bisa menyimpan inti manajemen memory ke harddisk

Secara umum, item pada area non-page ditaruh ke situ oleh Windows sendiri, walaupun ada beberapa pengecualian. Beberapa utiliti pada tingkat sistem—seperti Norton AntiVirus—menganggap sangat penting bagi mereka untuk memasukkan modul mereka sendiri ke area non-page. Itu masuk akal, karena virus tidak bisa mengeluarkan mesin scanning virus ke swapfile untuk mendapatkan akses bebas ke sistem.

Pada Windows XP, swapfile dikenal dengan pagefile atau paging file, tetapi melakukan pekerjaan yang sama. Secara default, paging file disimpan dalam direktori root dari drive yang digunakan untuk boot. Ketika paging file diakses, tidak sulit untuk melihat bahwa meletakkannya pada partisi harddisk fisik yang sama dengan program, data dan Windows itu sendiri bisa menyebabkan banyak kelambatan.

Mengoptimalkan Swapfile

Jika Anda mempunyai satu harddisk fisik dan hanya satu partisi yang tersedia, jelas Anda tidak akan mempunyai pilihan. Jika satu harddisk fisik dibagi ke dalam dua atau lebih partisi, memindahkan paging file juga bukan ide yang bagus. Dengan harddisk modern yang berputar pada kecepatan tinggi, bagian paling lambat dari akses harddisk adalah pencarian file pada waktu head secara fisik pindah ke sektor harddisk yang berisi data yang diperlukan. Memindahkan paging file ke partisi kedua kadang-kadang bisa membuat akses menjadi lambat, karena head berpindah-pindahantara partisi primer dan sekunder untuk memuat dan menyimpan data.

Cara paling efisien untuk mengoptimalkan penggunaan memory virtual adalah dengan menaruh paging file pada harddisk fisik terpisah. Karena mempunyai head sendiri, pencarian yang dilakukan bebas dari akses drive yang lain. Idealnya, paging file harus menjadi yang pertama yang mengambil ruang pada harddisk kedua, dan tidak sulit untuk melakukan itu. Jika Anda mulai dengan partisi baru, pindahkan lokasi paging file (lihat boks “Memindahkan Paging File”). Jika harddisk kedua sudah berisi data, Anda perlu mengosongkannya sebelum memindahkan paging file, baru kemudian mengembalikan data. Dalam banyak kasus, memberi tempat baru kepada paging file pada harddisk fisik kedua dapat memberikan peningkatan kinerja yang nyata.

MANAJEMEN MEMORI DI LINUX

Manajemen Memori Fisik

Bagian ini menjelaskan bagaimana linux menangani memori dalam sistem. Memori manajemen merupakan salah satu bagian terpenting dalam sistem operasi. Karena adanya keterbatasan memori, diperlukan suatu strategi dalam menangani masalah ini. Jalan keluarnya adalah dengan menggunakan memori virtual. Dengan memori virtual, memori tampak lebih besar daripada ukuran yang sebenarnya.

Dengan memori virtual kita dapat:

1. Ruang alamat yang besar

Sistem operasi membuat memori terlihat lebih besar daripada ukuran memori sebenarnya. Memori virtual bisa beberapa kali lebih besar daripada memori fisiknya.

2. Pembagian memori fisik yang dil

Manajemen memori membuat pembagian yang adil dalam pengalokasian memori antara proses-proses.

3. Perlindungan

Memori manajemen menjamin setiap proses dalam sistem terlindung dari proses-proses lainnya. Dengan demikian, program yang crash tidak akan mempengaruhi proses lain dalam sistem tersebut.

4. Penggunaan memori virtual bersama

Memori virtual mengijinkan dua buah proses berbagi memori diantara keduanya, contohnya dalam shared library. Kode library dapat berada di satu tempat, dan tidak dikopi pada dua program yang berbeda.

Memori fisik dan memori virtual dibagi menjadi bagian-bagian yang disebut page. Page ini memiliki ukuran yang sama besar. Tiap page ini punya nomor yang unik, yaitu Page Frame Number (PFN). Untuk setiap instruksi dalam program, CPU melakukan mapping dari alamat virtual ke memori fisik yang sebenarnya.

Penerjemahan alamat di antara virtual dan memori fisik dilakukan oleh CPU menggunakan tabel page untuk proses x dan proses y. Ini menunjukkan virtial PFN 0 dari proses x dimap ke memori fisik PFN 1. Setiap anggota tabel page mengandung informasi berikut ini:

1. Virtual PFN

2. PFN fisik

3. informasi akses page dari page tersebut

Untuk menerjemahkan alamat virtual ke alamat fisik, pertama-tama CPU harus menangani alamat virtual PFN dan offsetnya di virtual page. CPU mencari tabel page proses dan mancari anggota yang sesuai degan virtual PFN. Ini memberikan PFN fisik yang dicari. CPU kemudian mengambil PFN fisik dan mengalikannya dengan besar page untuk mendapat alamat basis page tersebut di dalam memori fisik. Terakhir, CPU menambahkan offset ke instruksi atau data yang dibutuhkan. Dengan cara ini, memori virtual dapat dimap ke page fisik dengan urutan yang teracak.

Demand Paging

Cara untuk menghemat memori fisik adalah dengan hanya meload page virtual yang sedang digunakan oleh program yang sedang dieksekusi. Tehnik dimana hanya meload page virtual ke memori hanya ketika program dijalankan disebut demand paging.

Ketika proses mencoba mengakses alamat virtual yang tidak ada di dalam memori, CPU tidak dapat menemukan anggota tabel page. Contohnya, dalam gambar, tidak ada anggota tabel page untuk proses x untuk virtual PFN 2 dan jika proses x ingin membaca alamat dari virtual PFN 2, CPU tidak dapat menterjemahkan alamat ke alamat fisik. Saat ini CPU bergantung pada sistem operasi untuk menangani masalah ini. CPU menginformasikan kepada sistem operasi bahwa page fault telah terjadi, dan sistem operasi membuat proses menunggu selama sistem operasi menagani masalah ini.

CPU harus membawa page yang benar ke memori dari image di disk. Akses disk membutuhkan waktu yang sangat lama dan proses harus menunggu sampai page selesai diambil. Jika ada proses lain yang dapat dijalankan, maka sistem operai akan memilihnya untuk kemudian dijalankan. page yang diambil kemudian dituliskan di dalam page fisik yang masih kosong dan anggota dari virtual PFN ditambahkan dalam tabel page proses. Proses kemudian dimulai lagi pada tempat dimana page fault terjadi. Saat ini terjadi pengaksesan memori virtual, CPU membuat penerjemahan dan kemudian proses dijalankan kembali.

Demand paging terjadi saat sistem sedang sibuk atau saat image pertama kali diload ke memori. Mekanisme ini berarti sebuah proses dapat mengeksekusi image dimana hanya sebagian dari image tersebut terdapat dalam memori fisik.

Swaping

Jika memori fisik tiba-tiba habis dan proses ingin memindahkan sebuah page ke memori, sistem operasi harus memutuskan apa yang harus dilakukan. Sistem operasi harus adil dalam mambagi page fisik dalam sistem diantara proses yang ada, bisa juga sistem operasi menghapus satu atau lebih page dari memori untuk membuat ruang untuk page baru yang dibawa ke memori. Cara page virtual dipilih dari memori fisik berpengaruh pada efisiensi sistem.

Linux menggunakan tehnik page aging agar adil dalam memilih page yang akan dihapus dari sistem. Ini berarti setiap page memiliki usia sesuai dengan berapa sering page itu diakses. Semakin sering sebuah page diakses, semakin muda page tersebut. Page yang tua adalah kandidat untuk diswap.

Pengaksesan memori virtual bersama

Memori virtual mempermudah proses untuk berbagi memori saat semua akses ke memori menggunakan tabel page. Proses yang akan berbagi memori virtual yang sama, page fisik yang sama direference oleh banyak proses. Tabel page untuk setiap proses mengandung anggota page table yang mempunyai PFN fisik yang sama.

Efisiensi

Desainer dari CPU dan sistem operasi berusaha meningkatkan kinerja dari sistem. Disamping membuat prosesor, memori semakin cepat, jalan terbaik adalah manggunakan cache. Berikut ini adalah beberapa cache dalam manajemen memori di linux:

1. Page Cache

Digunakan untuk meningkatkan akses ke image dan data dalam disk. Saat dibaca dari disk, page dicache di page cache. Jika page ini tidak dibutuhkan lagi pada suatu saat, tetapi dibutuhkan lagi pada saat yang lain, page ini dapat segera diambil dari page cache.

2. Buffer Cache

Page mungkin mengandung buffer data yang sedang digunakan oleh kernel, device driver dan lain-lain. Buffer cache tampak seperti daftar buffer. Contohnya, device driver membutuhkan buffer 256 bytes, adalah lebih cepat untuk mengambil buffer dari buffer cache daripada mengalokasikan page fisik lalu kemudian memecahnya menjadi 256 bytes buffer-buffer.

3. Swap Cache

Hanya page yang telah ditulis ditempatkan dalam swap file. Selama page ini tidak mengalami perubahan setelah ditulis ke dalam swap file, maka saat berikutnya page di swap out tidak perlu menuliskan kembali jika page telah ada di swap file. Di sistem yang sering mengalami swap, ini dapat menghemat akses disk yang tidak perlu.

Salah satu implementasi yang umum dari hardware cache adalah di CPU, cache dari anggota tabel page. Dalam hal ini, CPU tidak secara langsung membaca tabel page, tetap mencache terjemahan page yang dibutuhkan.

Load dan Eksekusi Program

1. Penempatan program dalam memori

Linux membuat tabel-tabel fungsi untuk loading program, memberikan kesempatan kepada setiap fungsi untuk meload file yang diberikan saat sistem call exec dijalankan. Pertama-tama file binari dari page ditempatkan pada memori virtual. Hanya pada saat program mencoba mengakses page yang telah diberikan terjadi page fault, maka page akan diload ke memori fisik.

2. Linking statis dan linking dinamis

a. Linking statis:

librari-librari yang digunakan oleh program ditaruh secara langsung dalam file binari yang dapat dieksekusi. Kerugian dari linking statis adalah setiap program harus mengandung kopi library sistem yang umum.

b. Linking dinamis:

hanya sekali meload librari sistem menuju memori. Linking dinamis lebih efisien dalam hal memori fisik dan ruang disk.