Alokasi Memori

2.4. Partisi Memori

Memori harus di diatur agar penempatan proses-proses tersebut dapat tersusun dengan baik. Hal tersebut berkaitan dengan banyaknya jumlah proses yang berada di memori pada suatu saat/waktu. Cara yang paling mudah adalah dengan membagi memori ke dalam beberapa partisi dengan ukuran yang tetap. Cara ini memungkinkan pembagian yang tidak sama rata. Tiap partisi dapat terdiri dari hanya satu buah proses. Sehingga derajat multiprogramming-nya dibatasi oleh jumlah partisi tersebut.

Gambar 2.3 mengilustrasikan multiprogramming dengan partisi memori yang tetap.

Partisi Memori

Gambar 2.3. Proses Partisi Memori Tetap

Ketika sebuah proses datang, ia akan diletakkan ke dalam input queue (antrian proses pada disk yang menunggu dibawa ke memori untuk dieksekusi) sesuai dengan ukuran terkecil partisi yang mampu menampungnya. Kerugian dari mengurutkan proses ke dalam antrian yang berbeda berdasarkan ukurannya muncul ketika partisi yang besar akan menjadi kosong karena tidak ada proses dengan ukuran sesuai yang diletakkan di partisi tersebut. Namun di lain sisi, antrian untuk partisi dengan ukuran kecil sangat padat karena banyaknya proses dengan ukuran yang sesuai. Cara alternatif yang dapat dilakukan adalah dengan membuat sebuah antrian tunggal seperti terlihat pada gambar diatas. Ketika sebuah partisi bebas, proses dengan ukuran sesuai partisi tersebut yang terletak di depan antrian dapat dimasukkan lalu dieksekusi. Namun metode ini memiliki kelemahan, yaitu bagaimana jika proses yang memasuki partisi yang cukup besar ternyata ukurannya jauh lebih kecil dari partisi itu sendiri? Masalah ini dapat diatasi dengan mencari proses terbesar ke dalam seluruh antrian yang dapat ditampung oleh sebuah partisi pada saat itu. Namun algoritma ini mendiskriminasikan proses yang kecil karena proses yang diambil adalah proses terbesar yang dapat dimuat ke dalam partisi yang sedang bebas saat itu.

Dalam partisi tetap ini, sistem operasi menggunakan sebuah tabel untuk mengindikasikan bagian memori mana yang kosong dan mana yang terisi. Pada awalnya semua partisi kosong dan dianggap sebagai sebuah blok besar yang tersedia (hole). Ketika sebuah proses datang dan membutuhkan memori, ia akan dicarikan lubang yang cukup besar yang mampu menampungnya. Setelah menemukannya, memori yang dialokasikan untuknya hanyalah sebesar memori yang dibutuhkannya sehingga menyisakan tempat untuk memenuhi kebutuhan proses lain. Sistem operasi mencatat kebutuhan memori masing-masing proses yang berada dalam antrian serta jumlah memori yang masih tersedia untuk menentukan proses mana yang harus dimasukkan. Sistem akan memiliki sebuah daftar yang berisi ukuran blok yang masih tersedia serta antrian masukan proses. Sistem operasi dapat mengurutkan antrian input tersebut berdasarkan algoritma penjadwalan. Memori dialokasikan pada proses yang ukurannya sesuai hingga akhirnya kebutuhan memori untuk proses berikutnya tidak dapat dipenuhi karena tidak ada lagi blok yang cukup untuknya. Sistem operasi akan menunggu hingga blok yang cukup besar untuk menampung proses tersebut tersedia atau sistem operasi dapat juga melewati proses tersebut dan mencari jikalau ada proses dengan kebutuhan memori yang dapat ditampung oleh blok memori yang tersedia. Pada kenyatannya, partisi tetap kurang mengoptimalkan memori sebagai sumber daya yang penting karena seringkali terjadi, partisi yang cukup besar dialokasikan untuk proses dengan ukuran yang lebih kecil sehingga sisa dari partisi tersebut tidak digunakan.

Pada alokasi penyimpanan dinamis, kumpulan lubang-lubang (ruang memori kosong) dalam berbagai ukuran tersebar di seluruh memori sepanjang waktu. Apabila ada proses yang datang, sistem operasi

Fragmentasi

akan mencari lubang yang cukup besar untuk menampung memori tersebut. Apabila lubang yang tersedia terlalu besar, maka ia akan dipecah menjadi 2. Satu bagian digunakan untuk menampung proses tersebut sedangkan bagian lain akan digunakan untuk bersiap-siap menampung proses lain. Setelah proses tersebut selesai menggunakan alokasi memorinya, ia akan melepaskan ruang memori tersebut dan mengembalikannya sebagai lubang-lubang kembali. Apabila ada 2 lubang yang berdekatan, keduanya akan bergabung untuk membentuk lubang yang lebih besar. Pada saat itu, sistem harus memeriksa apakah ada proses dalam antrian yang dapat dimasukkan ke dalam ruang memori yang baru terbentuk tersebut. Isu utama dari alokasi penyimpanan dinamis adalah bagaimana memenuhi permintaan proses berukuran n dengan kumpulan lubang-lubang yang tersedia. Ada beberapa solusi untuk masalah ini:

1. First Fit. Memory manager akan mencari sepanjang daftar yang berisi besarnya ukuran memori yang dibutuhkan oleh proses dalam antrian beserta ukuran memori yang tersedia pada saat itu. Setelah menemukan lubang yang cukup besar (ruang memori dengan ukuran lebih besar dari ukuran yang dibutuhkan oleh proses bersangkutan), lubang itu lalu dipecah menjadi 2 bagian. Satu bagian untuk proses tersebut dan bagian lain digunakan untuk memori yang tak terpakai, kecuali tentu saja jika memang ukuran ruang memori tersebut sama besar dengan yang dibutuhkan oleh proses. First fit ini merupakan algoritma yang bekerja dengan cepat karena proses pencariannya dilakukan sesedikit mungkin

2. Next Fit. Algoritma ini hampir sama persis dengan first fit, kecuali next fit meneruskan proses pencarian terhadap lubang yang cukup besar untuk sebuah proses mulai dari lubang sebelumnya yang telah sesuai dengan proses sebelumnya. Pendek kata, algoritma ini tidak memulai pencarian dari awal. Gambar di bawah ini mengilustrasikan sebuah contoh yang membedakan antara first fit dan next fit. Jika blok berukuran 2 dibutuhkan maka first fit akan memilih lubang pada alamat 5, namun next fit akan memilih lubang pada 18.

Gambar 2.4. Bagian Memori dengan 5 Proses dan 3 Lubang

3. Best Fit. Best fit mencari dari keseluruhan daftar (kecuali jika daftar tersebut telah terurut berdasarkan ukuran), dan memilih lubang terkecil yang cukup untuk menampung proses yang bersangkutan. Daripada harus memecah sebuah lubang besar, yang mungkin saja dapat lebih bermanfaat nantinya, best fit mencari lubang dengan ukuran yang hampir sama dengan yang dibutuhkan oleh proses. Strategi ini menghasilkan sisa lubang terkecil. Kekurangan best fit jika dibandingkan dengan first fit adalah lebih lambat karena harus mencari ke seluruh tabel tiap kali dipanggil. Berdasarkan gambar diatas jika blok berukuran 2 dibutuhkan maka berdasarkan best fit akan memilih lubang pada alamat 18 yaitu lubang terkecil yang cukup menampung permintaan proses tersebut.

4. Worst Fit. Worst fit akan mencari lubang terbesar. Sebagaimana best fit kita harus mencari dari keseluruhan daftar kecuali jika daftar tersebut telah terurut berdasarkan ukuran. Strategi ini menghasilkan sisa lubang terbesar. Berdasarkan gambar diatas jika blok berukuran 2 dibutuhkan maka berdasarkan worst fit akan memilih lubang pada alamat 28 yaitu lubang terbesar yang cukup menampung permintaan proses tersebut.

2.5. Fragmentasi

Berbagi Memori

Fragmentasi merupakan fenomena munculnya lubang-lubang (ruang memori kosong) yang tidak cukup besar untuk menampung permintaan alokasi memori dari proses. Fragmentasi terdiri dari dua jenis:

1. Fragmentasi Eksternal. Dalam kasus first fit dan juga best fit sebagaimana yang telah dijelaskan di atas, pada saat proses dimasukkan atau dipindahkan dari memori, ruang memori yang tidak terpakai akan dipecah menjadi bagian yang kecil (sisa dari alokasi sebuah proses pada sebuah ruang memori). Eksternal fragmentasi terjadi apabila jumlah keseluruhan memori bebas yang tersedia cukup untuk menampung permintaan ruang memori dari sebuah proses, namun dari ruang memori kosong tersebut terpisah-pisah sehingga proses tidak dapat menggunakannya. Hal ini sering terjadi pada alokasi penyimpanan yang dinamis. Sebagai contoh kita lihat contoh berikut ini: Sebuah proses meminta ruang memori sebesar 9 KB namun memori telah dipartisi menjadi blok-blok dengan ukuran masing-masing 4 KB. Maka proses tersebut akan mendapatkan bagiannya berupa 2 buah blok dengan kapasitas masing-masing 4 KB dan kapasitas tambahan sebesar 1 KB dari sebuah blok lain. Oleh karena masing-masing blok memiliki ukuran 4 KB dan ada sebuah blok yang hanya digunakan sebesar 1 KB maka blok ini masih akan memiliki sisa kapasitas sebesar

3 KB. Sisa tersebut dapat digunakan untuk menampung proses lain yang membutuhkannya atau jika ia terletak berurutan dengan sebuah blok kosong lain maka ia dapat digabungkan membentuk blok bebas yang lebih besar. Analisis statistik terhadap first fit menyatakan bahwa walaupun dengan optimisasi, sejumlah N blok yang dialokasikan maka setengahnya akan terbuang atau tidak berguna karena fragmentasi yang menyebabkan lebih dari setengah memori tidak dapat digunakan. Peristiwa ini disebut dengan 50-percent rule (aturan 50 persen). Masalah fragmentasi eksternal ini dapat diatasi dengan melakukan penghalaman, segmentasi (2 hal ini akan dijelaskan secara detail pada bab lain) serta compaction (pemadatan). Tujuan dari pemadatan adalah untuk mengatur ruang memori yang kosong agar terletak di posisi yang berurutan sehingga dapat membentuk sebuah ruang memori kosong yang besar. Ruang kosong itu pada akhirnya diharapkan dapat menampung proses lain yang membutuhkan alokasi memori.

2. Fragmentasi Internal. Fragmentasi internal terjadi ketika kapasitas memori yang diberikan ke sebuah proses melebihi besarnya permintaan yang diajukan oleh proses. Selisih antara besarnya memori yang dialokasikan dengan besarnya permintaan proses disebut fragmentasi internal (memori yang ada di dalam sebuah partisi namun tidak digunakan). Hal ini sering terjadi pada partisi tetap karena besar lubang yang disediakan akan selalu tetap, berbeda halnya dengan sistem partisi dinamis yang memungkinkan suatu proses untuk diberikan alokasi memori sebesar yang ia butuhkan. Contoh solusi atas kasus diatas dengan fragmentasi internal adalah proses tersebut akan dialokasikan 3 buah blok yang masing-masing berukuran 4 KB sehingga ia akan mendapatkan jatah sebesar 12 KB, sisa 3 KB yang ada akan tetap menjadi miliknya walaupun ia tidak menggunakannya.

2.6. Berbagi Memori

Berbagi halaman atau berbagi memori merupakan salah satu teknik yang dapat digunakan untuk menghemat pengalokasian memori. Keuntungan yang dapat diperoleh dari teknik berbagi halaman ini adalah suatu kode dapat digunakan secara bersama-sama. Hal ini sangatlah penting dalam kondisi berbagi waktu (time-sharing environment). Bayangkan jika sebuah sistem harus menangani 40 pengguna. Masing-masing dari pengguna tersebut menggunakan sebuah text editor. Jika text editor tersebut terdiri dari 150 KB kode dan 50 KB data maka ruang memori yang dibutuhkan adalah 8000 KB. Jika text editor tersebut adalah kode reentrant (programming routine yang dapat digunakan oleh banyak program secara simultan) maka ia dapat digunakan secara bersama-sama oleh beberapa program (dapat dibagi). Ilustrasi berbagi halaman ini dapat dilihat pada gambar berikut ini:

Rangkuman

Gambar 2.5. Contoh Berbagi Halaman

Kode reentrant dapat dieksekusi oleh 2 atau lebih proses dalam waktu yang bersamaan. Tiap-tiap proses tersebut memiliki salinan dari register dan tempat penyimpanan data untuk memperoleh data proses yang akan dieksekusi. Oleh karena itu 2 proses berbeda akan memiliki data yang berbeda pula.

Dalam berbagi halaman, hanya satu salinan dari editor yang akan disimpan dalam memori. Tiap halaman tabel pengguna akan memetakan editornya masing-masing ke alamat fisik yang sama namun halaman data mereka akan dipetakan ke alamat fisik yang berbeda-beda. Sehingga untuk kasus 40 pengguna diatas, kita hanya butuh satu buah salinan dari editor (150 KB) serta 40 salinan masing- masing sebesar 50 KB. Maka jumlah ruang memori yang dibutuhkan adalah 2.150 KB yang jauh lebih sedikit dibandingkan dengan 8.000 KB jika tidak menggunakan teknik berbagi memori.

Program-program lain yang dapat dilakukan pembagian memori contohnya kompilator, window systems , run-time libraries, sistem basis data dan lain-lain.

2.7. Rangkuman

Memori merupakan salah satu sumber daya yang penting dalam pengeksekusian sebuah proses. Agar suatu proses dapat dieksekusi, ia harus terletak di dalam memori sebelum CPU mengambil instruksi- instruksi pada alamat yang ditunjuk oleh program counter.

Swapping menukarkan sebuah proses keluar dari memori untuk sementara waktu ke sebuah penyimpanan sementara (biasanya berupa sebuah fast disk dengan kapasitas yang dapat menampung semua salinan dari semua gambaran memori serta menyediakan akses langsung ke gambaran tersebut) dengan sebuah proses lain yang sedang membutuhkan sejumlah alokasi memori untuk dieksekusi. 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 memasukkan proses dengan prioritas yang lebih tinggi tersebut.

Pemetaan memori memetakan alamat logis yang dihasilkan CPU ke alamat fisik yang nantinya akan dibawa ke memori pada saat akan dieksekusi.Pada pemetaan memori ini terdapat limit register yang

Rangkuman

terdiri dari rentang nilai alamat logis (range of logical address). Dengan adanya limit register dan register relokasi, tiap alamat logis haruslah lebih kecil dari limit register. Proses pemetaan dilakukan oleh MMU (Memory Management Unit) dengan menjumlahkan nilai register relokasi ke alamat logis

Partisi memori ada dua jenis yaitu statis (tetap) dan dinamis (berubah-ubah). Pada partisi dinamis ada beberapa teknik untuk memenuhi permintaan berukuran n dengan lubang-lubang yang tersedia yaitu first fit (menemukan lubang pertama yang cukup besar), next fit (sama seperti first fit namun pencarian tidak dari awal), best fit (lubang terkecil yang cukup), dan worst fit (lubang terbesar yang ada dalam daftar).

Fragmentasi merupakan peristiwa munculnya lubang-lubang kecil yang tidak cukup menampung permintaan proses. Terdiri dari dua jenis, yaitu eksternal (biasanya pada partisi dinamis dengan total kapasitas lubang-lubang cukup menampung sebuah proses namun letaknya terpisah-pisah, solusinya dengan penghalaman, segmentasi dan pemadatan) serta internal (biasanya pada partisi tetap dengan adanya kapasitas sisa sebuah lubang yang tidak dapat digunakan karena menjadi milik proses yang dialokasikan lubang tersebut).

Berbagi halaman memungkinkan beberapa proses untuk mengakses kode yang sama namun dengan data yang berbeda-beda. Hal ini jelas akan mengurangi jumlah ruang memori yang dibutuhkan untuk memenuhi permintaan beberapa proses tersebut.

Rujukan

[Silberschatz2005] Avi Silberschatz, Peter Galvin, dan Grag Gagne. 2005. Operating Systems Concepts. Seventh Edition. John Wiley & Sons.

[Tanenbaum1997] Andrew S Tanenbaum dan Albert S Woodhull. 1997. Operating Systems Design and Implementation . Second Edition. Prentice-Hall.

[WEBAmirSch2000] Yair Amir dan Theo Schlossnagle. 2000. Operating Systems 00.418: Memory Management http://www.cs.jhu.edu/ ~yairamir/ cs418/ os5/ . Diakses 29 Mei 2006.

[WEBFunkhouser2002] Thomas Funkhouser. 2002. Computer Science 217 Introduction to Programming Systems: Memory Paging http://www.cs.princeton.edu/ courses/ archive / spring02/ cs217/ lectures/ paging.pdf . Diakses 28 Juni 2006.

[WEBGottlieb2000] Allan Gottlieb. 2000. Operating Systems: Page tables http://allan.ultra.nyu.edu/ ~gottlieb/ courses/ 1999-00-spring/ os/ lecture-11.html . Diakses 28 Juni 2006.

[WEBSolomon2004] Marvin Solomon. 2004. CS 537 Introduction to Operating Systems: Lecture Notes Part 7 http://www.cs.wisc.edu/ ~solomon/ cs537/ paging.html . Diakses 28 Juni 2006.

[WEBPCMag] The Computer Language Company. 2007. PCMag http://www.pcmag.com/ encyclopedia_term/ 0,2542,t=reentrant+code&i=50332,00.asp . Diakses 29 Maret 2007.