SISTEM PAGING DAN SEGMENTASI

SISTEM PAGING DAN SEGMENTASI

SISTEM OPERASI

SISTEM PAGING

Adalah sistem manajemen pada sistem operasi dalam mengatur program yang sedang berjalan. Program yang berjalan harus dimuat di memori utama. Kendala yang terjadi apabila suatu program lebih besar dibandingkan dengan memori utama yang tersedia.
Untuk mengatasi hal tersebut Sistem Paging mempunyai 2 solusi, yaitu:

Solusi memori maya, yaitu :

1.        Konsep overlay

Program dipecah menjadi bagian-bagian yang dapat dimuat memori,disebut overlay.

2.        Konsep memori maya

Memory maya adalah kemampuan mengalamati memori melebihi memori utama yang tersedia.konsep memori maya pertama kali dikemukakan Fotheringham pada 1961 untuk sistem komputer atlas di Universitas Manchester,Inggris.

Memori maya dapa dilakukan dengan tiga cara,yaitu:

A.    Paging

B.     Segmentasi

C.     kombinasi paging dan segmentasi.

Deskripsi sistem paging

Beberapa istilah pada sistem paging adalah:

v  Alamat maya

Alamat maya adalah alamat yang dihasilkan dengan perhitungan menggunakan index register,base register,segmen register dan sebagainya.Ruang alamat yanag dibentuk alamat  maya disebut ruang alamat maya,V.Jumlah alamat pada V disimbolkan dengan |V|.

v  Alamat nyata

Alamat nyata adalah alamat yang tersedia dimemori utama fisik.Ruang alamat yang  dibentuk alamat nyata disebut ruang alamat ,R.Jumlah alamat pada R disimbolkan dengan |R|.

v  Page

Page adalah unit terkecil virtual address space.

v  Page frame

Page frame adalah unit terkecil memori fisik.

v  Page fault

Page fault adalah exception untuk permintaan alokasi ‘page’ ke memori.

v  MMU (Memory Management  Unit)

Chip  atau kumpulan chip yang memetakan alamat maya ke alamat fisik

·         Pada komputer tanpa memori maya,alamat langsung diletakkan ke bus dan menyebabkan word memori fisik alamat itu dibaca atau ditulis

·         Pada komputer dengan memori maya,alamat tidak diletakkan ke bus secara langsung,tapi lewat MMU yang kemidian memetakan alamat maya ke alamat memori fisik.

Pemetaan alamat

MMU mempunyai fungsi sebagai berikut:

v  Pemetaan memori maya ke memori fisik

v  Bila alamat memori yang diminta tidak tersedia di memori fisik ,MMU menerbitkan exception page fault yang melewatkan ke sistem operasi  untuk menanganinya.

Skema pemetaan

Pemetaan dapat dirumuskan secara formal sebagai berikut:

 Misalkan

 Ruang alamat maya adalah V={0,1,...,v-1}

Ruang alamat fisik adalah M={0,1,...,m-1}

Umumnya ruang alamat maya lebih besar dibanding alamt fisik (v>m).

MMU melakukan mekanisme translasi alamat mengasosiasikan alamat maya ke alamat fisik.MMU merelasikan fungsi f:      M,yaitu:

F(x)=

Implementasi pemetaan (bagian internal MMU)

Komponen terpenting MMU adalah:

1)      Register alamat maya

2)      Tabel page

3)      Register alamat fisik

Penggantian page

Algoritma penggantian page antara lain:

1)      Algoritma penggantian page acak

Mekanisme algoritma

Setiap terjadi page fault,page yang diganti dipilih secara acak.

Teknik ini sangat buruk,percobaan menunjukkan rate page fault sanggat tinggi.

2)      Algoritma penggantian page optimal

Mekanisme algoritma

Dasat algoritma ini adalah memilih page yang berpeluang dipakai kembali dimasa datang paling kecil.

Algoritma penggantian page optimal penting untuk kajian teoritis ,sebagai pembanding bagi algoritma-algoritma pengganti page yang lain.

3)      Algoritma penggantian page NRU(not recently used)

Mekanisme algoritma

Pada algoritma ini,page diberi dua bit mencatat status page ,bit R dan M,yaitu:

Bit R    :reference (menyatakan page sedang diacu)

              Bit R=1 berarti sedang diacu

              Bit R=0 berarti tidak sedang diacu

Bit M   :modified(menyatakan page telah dimodifikasi)

             Bit M=1 berarti dimodifikasi

             Bit M=0 berarti tidak dimodifikasi

Dengan 2 bit,maka page-page dikeompokan menjadi 4 kelas page,yaitu:

 Kelas 0:tidak sedang diacu,belum dimodifikasi(R=0,M=0)

 Kelas 1:tidak sedang diacu,telah dimodifikasi(R=0,M=1)

 Kelas 2:sedang diacu,belum dimodifikasi(R=1,M=0)

 Kelas 3:sedang diacu,telah dimodifikasi(R=1,M=1)

4)      Algoritma penggantian page FIFO(fist-in,first-out)

Mekanisme algoritma

Algoritma ini memerlukan pengelola senarai page di memori.elemen terdapat senarai adalah page tertua dan ujung belakang adalah page paling mutakhir dtang

·         Bila terjadi page fault,page elemen terdepan(page tertua)diganti dan page baru ditambahkn diujung belakang senarai.

                 Algoritma FIFO murni jarang digunakan ,tetapi dikombinasi(dimodifikasi)

5)      Modifikasi terhadap FIFO

Kelemahan FIFO adalah algoritma dapat memilih memindahkan page yang sering digunakan yang lama berada dimemori.

Variasi dari FIFO antara lain:

·         Algoritma penggantian page kesempatan kedua

Mekanisme algoritma

Ø  Saat terjadi page fault,algoritma memilih page elemen terdepan diganti bila bit bernilai 0

Ø  Bila bit R bernilai 1,maka bit page terdepan senarai direset menjadi 0 dan diletakakan ujung belakang senarai.

·         Algoritma penggantian page clock

Algoritma penggantian page clock merupakan perbaikan algorima pertama.

Mekanisme algoritma:

Ø  Pada algoritma ini ,semua page merupakan senarai melingkar membentuk pola terdapat penunjuk ke page tertua

6)      Algoritma penggantian page LRU(least recently used)

Mekanisme algoritma

Algoritma LRU adalah ketika terjadi page fault maka memindahkan page yang tak digunakan paling lama.

10.3.2 Pemodelan algoritma paging

1.      Anomali pada FIFO

2.      Mesin abstrak eksekusi program

Masalah-masalah utama pada sistem paging

a)    Working set model

b)    Kebijakan penggantian lokal vs global

c)    Frekuensi page fault

d)   Ukuran page

Masalah-masalah implemenatasi sistem paging

a)    Backup instruksi

b)   Buffer I/O

c)    Pemakaian page bersama

d)   Bacing store

e)    Paging daemon

f)    Penangan page fault

SEGMENTASI 

Deskripsi Segmentasi

Segmentasi adalah sebuah bagian dari managemen memori yang mengatur pengalamatan dari memori yang terdiri dari segmen-segmen. logical address space adalah kumpulan dari segmen-segmen yang mana tiap-tiap segmen mempunyai nama dan panjang. alamat tersebut menunjukkan alamat dari segmen tersebut dan offset-nya didalam segmen-segmen tersebut. pengguna kemudian menentukan pengalamatan dari setiap segmen menjadi dua bentuk, nama segmen dan offset dari segmen tersebut (Hal ini berbeda dengan pemberian halaman, dimana pengguna hanya menentukan satu buah alamat, dimana pembagian alamat menjadi dua dilakukan oleh perangkat keras, semua ini tidak dapat dilihat oleh user).

Untuk kemudahan pengimplementasian, segmen-segmen diberi nomor dan direferensikan dengan menggunakan penomoran tersebut, daripada dengan menggunakan nama. maka, logical address space terdiri dari dua tupleyaitu: (nomor-segmen, offset) Pada umumnya, program dari pengguna akan dikompilasi, dan kompilator tersebut akan membuat segmen-segmen tersebut secara otomatis. Jika mengambil contoh kompilator dari Pascal, maka kemungkinan kompilator tersebut akan membuat beberapa segmen yang terpisah untuk

1.      Variabel Global;

Prosedur dari pemanggilan stack, untuk menyimpan parameter dan pengembalian alamat;

2.      Porsi dari kode untuk setiap prosedur atau fungsi; dan

3.      Variabel lokal dari setiap prosedur dan fungsi.

Tiap segmen memori berisi barisan linear alamat 0 sampai maksimum. Panjang tiap segmen dapat berbeda sampai panjang segmen maksimum. Panjang segmen dapat berubah selama eksekusi. Dalam segmentasi memungkinkan pemrogram memandang memori berisi banyak ruang alamat atau segmen.

Spesifikasi alamat pada memori bersegmen ada dua dimensi. Alamat terdiri dari 2 bagian :

1.        Nomor segmen

2.        Alamat pada segmen itu (offset)

Segmen dapat berisi :

·           Prosedur

·           Array

·           Stack

·           Atau kumpulan variable skalar

Teknik segmentasi mempunyai keunggulan dibanding ruang alamat tak bersegmen, yaitu :

1.        Menyederhanakan penanganan struktur data yang berkembang

2.        Kompilasi ulang independen tanpa mentautkan kembali (Relink) seluruh program

3.        Memudahkan pemkaian memori bersama diantara proses-proses

4.        Memudahkan untuk proteksi

Berikut skema sistem kombinasi paging dan segementasi :

Contoh sistem dengan memori maya :

1.             Memori maya dengan segmentasi murni

Perangkat memberikan pengauan memori suatu segmen tertentu. Pilihan segmen dapat dibuat dengan sembarang kombinasi berikut :

·                     Intruksi

·                     Target dari suatu alamat(program atau data)

·                     Status saat itu (proses, sistem, atau interupsi )

Keunggulan :

Segmen-segmen berkorespondensi dengan unit-unit program, sehingga segmen-segmen ideal untuk proteksi dan pemakaian bersama. Biasanya program hanya menggunakan beberapa segmen sehingga hanya ruang kecil yang diperlukan. Informasi deskriptor dapat disimpan di register di MMU.

Kelemahan:

Segmen-segmen berukuran bervariasi menyebabkan fragmentasi eksternal dan sulit menyeleseikan pertumbuhan dinamis. Segmen-segmen tidak memetakan blok-blok disk untuk memori maya secara alami.

Contoh sistem : Intel 80386

2.             One level paging

Nomor page maya digunakan sebagai indeks ke table pagr (pagr table) yang biasanya berlokasi dimemori utama. Isian table page berisi nomor page fisik dan bit-bit proteksi. Offset pada page fisik sama dengan offset pada page maya. Dalam beberapa kasus, register panjang (length)digunakan untuk menetapkan akhir table page untuk menghindari ruang yang disiakan untuk isian-isian tak berguna.

Keunggulan

Semua bentuk paging mengeliminasi fragmentasi eksternal dan menyederhanakan alokasi dan pertumbuhan dinamis.

Kelemahan

Sejumlah besar ruang memori utama yang dicadangkan untuk table page sehingga menyediakan ruang alamat mya besar dengan page-page berukuran tertentu.

Contoh sistem : Dec PDP-11, DEC VAX, Data general eclipse, Motorola MC68030

3.             Two level paging

Keunggulan

Mekanisme ini mengkombinasikan keunggulan segmentasi dan paging. Pemakaian bersama dapat dilakukan di level segmen, mereduksi kebutuhan isian – isian table page yang redundan. Table-table page tidak perlu berada dimemori utama dan tidak perlu kontigu dimemori utama. Hal ini memungkinkan alokasi dan pertumbuhan table page yang sederhana dan memungkinkan menggunkan ruang alamat maya relatif besar.

Kelemahan

Ruang alamat maya sangat besar (misalnya 4 gygabyte) memerlukan jumlah ruang besar table segmen yang harus disimpan di memori utama danharus kontigu. Contoh Sistem : DEC VAX, IBM S/370

4.             Three-Level Paging

Translasi nomor page maya ke nomor page fisik memerlukan tiga tahap. Tiap field indeks ditambahkan alamat dasar table yang berkorespondensi untuk menemukan isian table berikutnya. Kemudian isian table menyediakan bit-bit proteksi dan alamat dasar table berikutnya.

Keunggulan

Mekanisme table page banyak tingkat untuk inplementasi memori maya dengan ruang alamat sangat besar. Table page banyak tingkat memerlukan table-table page besar. Implementasi ruang memori maya sangat besar dengan table tidak terlalu banyak.

Kelemahan

Alokasi dan pertumbuhan dinamis table segmen menjadi sulit.

Contoh sistem : SUN SPARC, menggunakan table page tiga tingkat.

5.             Four – Level Paging

Translasi nomor page maya ke nomor page fisik memerlukan empat tahap. Tiap field indeks ditambahkan alamat dasar table yang berkorespondensi untuk menemukan isian table berikutnya. Kemudian isian table menyediakan bit-bit proteksi dan alamat dasar table berikutnya.

Keunggulan

Mekanisme ini berguna untuk program yang menggunakan ruang alamat memori yang sangat besar. Program-program LISP besar yang secara kontinyu mengalokasikan dan melepaskan daerah memori adalah tipe aplikasi yang cocok dengan mekanisme ini. Kelemahan

Kondisi terburuk yang memungkin adalah kondisi untuk translasi memerlukan sebanyak empat pengacuan memori, masing-masing menghasilkan page fault. Karena kebanyakan page hanya memiliki beberapa isian, table-table akan mempunyai fragmentasi internal sangat besar.

Contoh sistem : Motorola MC68030

Studi kasus tentang fasilitas memori di intel x86

Fasilitas manajemen memori di intel x486

Pemrosesan i486 membantu sistem operasi mengelola memori. Saat bebrpa program berjalan pada waktu yang sama, pemrosesan membri ruang alamat independen untuk masing-masing program. Dukungan manajemen memori intel x486 sangat fleksble mencakup lima ragam teknik memori.

Manajemen memori di i486 terdiri dari :

·                Segmentasi

Memberikan masing-masing program suatu ruang alamat terproteksi

·                Paging

Mendukung lingkungan dimana ruang alamat besar disimulasikan menggunakan sejumlah RAM dan penyimpanan sekunder.

Studi kasus tentang manajemen memori di MS-DOS dan Linux

MS DOS

Ruang alamat proses terbagi menjadi emapt segmen dengan ukuran dan properti kerumitan ini disebabkan arsitektur mesin intel 8086/88. Intel 8086/88 mempunyai emapt segmen memori yaitu :

·                CS(Code segment) untuk mencatat kode program

·                DS(Data Segment) untuk mencatat data

·                SS(Stack Segment) untuk mencatat stack

·                ES(Extra Segment) untuk tambahan

PERBEDAAN SEGMENTASI DAN SISTEM PAGING

Ada beberapa perbedaan antara Segmentasi dan Paging diantaranya adalah:

1.      Segmentasi melibatkan programer (programer perlu tahu teknik yang digunakan), sedangkan dengan paging, programer tidak perlu tahu teknik yang digunakan.

2.      Pada segmentasi kompilasi dilakukan secara terpisah sedangkan pada paging, kompilasinya tidak terpisah.

3.      Pada segmentasi proteksinya terpisah sedangkan pada paging proteksinya tidak terpisah.

4.      Pada segmentasi ada shared code sedangkan pada paging tidak ada shared code.

5.      Pada segmentasi terdapat banyak ruang alamat linier sedangkan pada paging hanya terdapat satu ruang alamat linier.

6.      Pada segmentasi prosedur dan data dapat dibedakan dan diproteksi terpisah sedangkan pada paging prosedur dan data tidak dapat dibedakan dan diproteksi terpisah.

7.      Pada segmentasi pengubahan ukuran tabel dapat dilakukan dengan mudah sedangkan pada Paging pengubahan ukuran tabel tidak dapat dilakukan dengan mudah.

8.      Segmentasi digunakan untuk mengizinkan program dan data dapat dipecahkan jadi ruang alamat mandiri dan juga untuk mendukung sharing dan proteksi sedangkan paging digunakan untuk mendapatkan ruang alamat linier yang besar tanpa perlu membeli memori fisik lebih.

Sumber :

·         Bambang Harianto,"sistem Operasi"

·         http://www.globalkomputer.com/Bahasan/Sistem-Operasi/Topik/Sistem-Paging.html   (4 Juli 2013)

·         ikc.dinus.ac.id/umum/ibam/ibam-os-html/x3571.html‎ (27 Juni 2013)