Analisis Macam Macam Algoritma Page

Analisis Macam-Macam Algoritma Page ACAK ,OPTIMAL ,FIFO ,Modifikasi

FIFO ,LRU dll.

Algoritma Penggantian Page Acak

Mekanisme algoritma

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

Teknik ini tidak memakai informasi apapun dalam menentukan page yang diganti. Semua page di memori utama mempunyai bobot sama untuk dipilih. Teknik ini dapat memilih sembarang page, termasuk page yang sedang diacu (page yang seharusnya tidak diganti, pilihan terburuk).

Teknik ini sangat buruk, percobaan menunjukkan algoritma acak menimbulkan rate terjadinya page fault yang sangat tinggi.

Algoritma FIFO (First In First Out)

Algoritma ini adalah algoritma yang paling sederhana. Prinsip dari algoritma ini adalah seperti prinsip antrian (antrian tak berprioritas), halaman yang masuk lebih dulu maka akan keluar lebih dulu juga. Algoritma ini menggunakan struktur data stack. Apabila tidak ada frame kosong saat terjadi page fault, maka korban yang dipilih adalah frame yang berada di stack paling bawah, yaitu halaman yang berada paling lama berada di memori. Dengan hanya informasi mengenai lama berada di memori, maka algoritma ini dapat memindahkan page yang sering digunakan. Boleh jadi page itu berada terus di memori karena selalu digunakan. Page itu karena mengikuti pola antrian berdasar lamanya berada di memori menjadi elemen terdepan, diganti, dan segera harus masuk kembali ke memori sehingga terjadi page fault kembali.

Pada awalnya, algoritma ini dianggap cukup mengatasi masalah tentang pergantian halaman, sampai pada tahun 70-an, Belady menemukan keanehan pada algoritma ini yang dikenal kemudian dengan anomali Belady. Anomali Belady adalah keadaan di mana page fault rate meningkat seiring dengan pertambahan jumlah frame , seperti yang bisa dilihat pada contoh di bawah ini.

Ketika jumlah frame ditambah dari 3 frame menjadi 4 frame, jumlah page fault yang terjadi malah bertambah (dari 14 page fault menjadi 15 page fault ). Hal ini biasanya terjadi pada kasus yang menginginkan halaman yang baru saja di-swap-out sebelumnya. Oleh karena itu, dicarilah algoritma lain yang mampu lebih baik dalam penanganan pergantian halaman seperti algoritma optimal.

Algoritma FIFO murni jarang digunakan, tetapi dikombinasikan (modifikasi).

Kelemahan FIFO yang jelas adalah algoritma dapat memilih memindahkan page yang sering digunakan yang lama berada di memori. Kemungkinan ini dapat dihindari dengan hanya

memindahkan page tidak diacu Page ditambah bit R mencatat apakah page diacu atau tidak. Bit R bernilai 1 bila diacu dan bernilai 0 bila tidak diacu.

Variasi dari FIFO antara lain:

 Algoritma penggantian page kesempatan kedua (second chance page replacement algorithm)

 Algoritma penggantian clock page (clock page replacement algorithm)

Algoritma Penggantian Page Kesempatan Kedua

Mekanisme algoritma

 Saat terjadi page fault, algoritma memilih page elemen terdepan diganti bila bit R bernilai 0.

 Bila bit R bernilai 1, maka bit page terdepan senarai direset menjadi 0 dan diletakkan ke ujung belakang senarai. Mekanisme ini kembali diterapkan ke elemen berikutnya.

Algoritma penggantian page kesempatan kedua merupakan algoritma yang memadai tapi tidak efisien karena memindahkan page-page di senarainya. Algoritma penggantian clock page merupakan perbaikan algoritma pertama.

Mekanisme algoritma

 Pada algoritma ini, semua page merupakan senarai melingkar membentuk pola jam. Terdapat penunjuk (pointer) ke page tertua.

Ketika terjadi page fault, page yang ditunjuk diperiksa.

 Jika bit R bernilai 0, maka page diganti. Page baru ditempatkan di tempat page diganti, dan penunjuk dimajukan satu posisi ke page berikutnya.

 Jika bit R bernilai 1, maka bit R direset menjadi 0, dan penunjuk dimajukan satu posisi. Seterusnya sampai menemui page dengan bit R bernilai 0.

Kedua algoritma adalah sama, hanya berbeda dalam implementasi, yaitu:

 Algoritma penggantian page kesempatan kedua menggunakan senarai lurus tidak sirkular.

 Algoritma penggantian clock page menggunakan senarai sirkular.

Algoritma Optimal

Algoritma ini adalah algoritma yang paling optimal sesuai namanya. Prinsip dari algoritma ini adalah mengganti halaman yang tidak akan terpakai lagi dalam waktu lama, sehingga efisiensi pergantian halaman meningkat (page fault yang terjadi berkurang) dan terbebas dari anomali Belady. Strategi ini akan menghasilkan jumlah page-fault paling sedikit. Algoritma ini memiliki page fault rate paling rendah di antara semua algoritma di semua kasus. Akan tetapi, optimal belum berarti sempurna karena algoritma ini ternyata sangat sulit untuk diterapkan. Sistem tidak dapat mengetahui halaman-halaman mana saja yang akan digunakan berikutnya. Pendekatan ini dapat dilakukan dengan simulasi. Tapi simulasi hanya spesifik untuk suatu program. Bila yang terbaik tak dimungkinkan, maka yang perlu dilakukan adalah berusaha mendekatinya. Algoritma penggantian page diusahakan kinerjanya mendekati optimal. Tiap algoritma penggantian page mengumpulkan dan memakai informasi untuk menentukan page yang diganti sehingga

Gambar 9.18. Algoritma Optimal

Algoritma LRU (Least Recently Used)

Dikarenakan algoritma optimal sangat sulit dalam pengimplementasiannya, maka dibuatlah algoritma lain yang performance-nya mendekati algoritma optimal dengan sedikit cost yang lebih besar. Algoritma ini mengganti halaman yang paling lama tidak dibutuhkan. Asumsinya, halaman yang sudah lama tidak digunakan sudah tidak dibutuhkan lagi dan kemungkinan besar, halaman yang baru di-load akan digunakan kembali.

Sama seperti algoritma optimal, algoritma LRU tidak mengalami anomali Belady. Algoritma ini memakai linked list untuk mendata halaman mana yang paling lama tidak terpakai. Linked list inilah yang membuat cost membesar, karena harus meng-update linked list tiap saat ada halaman yang di akses. Halaman yang berada di linked list paling depan adalah halaman yang baru saja digunakan. Semakin lama tidak dipakai, halaman akan berada semakin belakang dan di posisi terakhir adalah halaman yang paling lama tidak digunakan dan siap untuk di-swap.

Implementasi LRU

Ada beberapa cara untuk mengimplementasikan algoritma LRU. Tetapi, yang cukup terkenal ada 2, yaitu counter dan stack.

Contoh algoritma di atas menggunakan stack.

Counter . Cara ini dilakukan dengan menggunakan counter atau logical clock. Setiap halaman memiliki nilai yang pada awalnya diinisialisasi dengan 0. Ketika mengakses ke suatu halaman baru, nilai pada clock di halaman tersebut akan bertambah 1. Semakin sering halaman itu diakses, semakin besar pula nilai counter-nya dan sebaliknya. Untuk melakukan hal itu

adalah memerlukan dukungan tambahan counter pada hardware.

Stack. Cara ini dilakukan dengan menggunakan stack yang menandakan halaman-halaman yang berada di memori. Setiap kali suatu halaman diakses, akan diletakkan di bagian paling atas stack. Apabila ada halaman yang perlu diganti, maka halaman yang berada di bagian paling bawah stack akan diganti sehingga setiap kali halaman baru diakses tidak perlu mencari kembali halaman yang akan diganti. Dibandingkan pengimplementasian dengan counter, cost untuk mengimplementasikan algoritma LRU dengan menggunakan stack akan lebih mahal karena seluruh isi stack harus di-update setiap kali mengakses halaman, sedangkan dengan counter, yang dirubah hanya counter halaman yang sedang diakses, tidak perlu mengubah counter dari semua halaman yang ada.

Gambar 9.20. Algoritma LRU dengan Stack

Algoritma Penggantian Page NRU (Not-Recenly Used)

Mekanisme algoritmanya

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

Dengan 2 bit, maka page-page dikelompokkan 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)

Memilih mengganti page kelas bernomor terendah (bila terdapat page-page di kelas itu) secara acak.

Bila kelas tersebut kosong maka dipilih page di kelas lebih tinggi, dan seterusnya.

Algoritma ini mengasumsikan kelas-kelas bernomor lebih rendah akan baru akan digunakan kembali dalam waktu relatif lama.

Algoritma ini mudah dipahami dan diimplementasikan. Implementasi algoritma ini sangat efisien karena tak banyak langkah dalam pemilihan page. Algoritma ini memang tidak optimal, tapi dalam kondisi-kondisi normal telah memadai.

Algoritma Lainnya

Sebenarnya masih banyak algoritma ganti halaman yang lain selain 3 algoritma utama yang telah dibahas sebelumnya (utama bukan berarti paling sering dipakai). Berikut ini adalah 2 contoh algoritma lain yang juga cukup popular dan mudah diimplementasikan.

Algoritma yang pertama adalah algoritma second chance. Algoritma second chance berdasarkan pada algoritma FIFO yang disempurnakan. Algoritma ini menggunakan tambahan berupa reference bit yang nilainya 0 atau 1. Jika dalam FIFO menggunakan stack , maka second chance menggunakan circular queue . Halaman yang baru di-load atau baru digunakan akan diberikan nilai 1 pada reference bit-nya. Halaman yang reference bit-nya bernilai 1 tidak akan langsung diganti walaupun dia berada di antrian paling bawah (berbeda dengan FIFO).

Urutan langkah kerja algoritma second chance adalah sebagai berikut:

 Apabila terjadi page fault dan tidak ada frame yang kosong, maka akan dilakukan razia (pencarian korban) halaman yang reference bit-nya bernilai 0 dimulai dari bawah antrian (seperti FIFO).

 Setiap halaman yang tidak di- swap (karena reference bit-nya bernilai 1), setiap dilewati saat razia reference bit-nya akan diset menjadi 0.

 Apabila ditemukan halaman yang reference bit-nya bernilai 0, maka halaman itu yang di-swap.

 Apabila sampai di ujung antrian tidak ditemukan halaman yang reference bit-nya bernilai 0, maka razia dilakukan lagi dari awal.

Gambar 9.21. Algoritma Second Chance

Gambar 9.22. Algoritma FIFO

Algoritma kedua adalah algoritma random. Algoritma random adalah algoritma yang cukup sederhana juga selain algoritma FIFO. Dalam algoritma ini, halaman yang dipilih menjadi korban dipilih secara acak.

Gambar 9.23. Algoritma Random

Rangkuman

Page fault terjadi apabila terdapat halaman yang ingin diakses tetapi halaman tersebut tidak terdapat di dalam memori utama.

Jika terjadi page fault dan tidak ada frame yang kosong, maka dipilih frame tumbal yang akan di-swap.

Pemilihan halaman dilakukan dengan algoritma ganti halaman. Algoritma dipilih yang paling rendah page fault rate-nya dan tidak sulit untuk diimplementasikan.

Contoh algoritma ganti halaman:

 Algoritma FIFO

 Algoritma Optimal

 Algoritma LRU

 Algoritma Second Chance