VIRTUAL MEMORY

1. LATAR BELAKANG

Sebagian besar algoritma manajemen memori memerlukan satu kebutuhan dasar yaitu instruksi yang akan dieksekusi harus berada di memori fisik. Pada beberapa kasus, keseluruhan program tidak diperlukan. Misalnya :

• Program mempunyai kode untuk menangani kondisi error yang tidak biasa. Karena error-error ini jarang terjadi, kode ini hampir tidak pernah dieksekusi.
• Array, list dan tabel dialokasikan lebih dari kapasitas memori yang diperlukan.
• Pilihan dan gambaran program jarang digunakan.

Pada kasus dimana keseluruhan program dibutuhkan, mungkin tidak semua diperlukan pada saat yang sama. Kemampuan mengeksekusi program hanya pada beberapa bagian dari memori mempunyai beberapa keuntungan yaitu :

• Program tidak terbatas jumlah memori fisik yang tersedia sehingga user dapat menulis program untuk ruang alamat virtual yang sangat besar yang berarti menyederhanakan programming task.
• Karena setiap program user dapat menggunakan memori fisik yang lebih kecil, pada waktu yang sama dapat menjalankan lebih banyak program.
• I/O yang lebih sedikit diperlukan untuk load atau swap program user ke memori, sehingga setiap program user dapat berjalan lebih cepat.

Memory 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. Gambaran memori virtual dapat dilihat pada Gambar 1.

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. DEMAND PAGING

Demand paging adalah sistem paging dengan swapping seperti pada Gambar 2. 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” seperti Gambar 3.

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 4 sebagai berikut :

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

• Tabel page : tabel mempunyai kemampuan untuk memberi entry bit valid-invalid atau nilai khusus untuk bit proteksi.
• Memori sekunder : digunakan untuk membawa page yang tidak di memori dan biasanya adalah disk kecepatan tinggi yang disebut swap device.