BAB III : Struktur Sistem Operasi
Sistem operasi modern adalah suatu sistem yang besar dan kompleks. Dan tentu saja proses mendesain sistem operasi bukanlah pekerjaan mudah. Karena itu, didalam desain sistem operasi digunakan suatu struktur agar sistem tersebut bisa dipelajari dengan mudah, digunakan, dan dikembangkan lebih lanjut.
Banyak sistem yang dimulai dengan sistem yang lebih kecil, sederhana, dan terbatas. Contoh sistem seperti ini adalah MS-DOS, yang disusun untuk mendukung fungsi yang banyak pada ruang yang sedikit karena keterbatasan perangkat keras untuk menjalankannya.
KOMPONEN SISTEM OPERASI
Sistem operasi terdiri dari beberapa komponen, antara lain :
a. Manajemen proses.
b. Manajemen memori utama.
c. Manajemen file.
d. Manajemen sistem I/O
e. Manajemen penyimpanan sekunder.
f. System jaringan.
g. System proteksi.
h. System command interpreter.
1. Manajemen Proses
Proses adalah program yang sedang dieksekusi. Sebuah proses memerlukan sumber daya (resource) tertentu seperti waktu CPU, memori, file dan perangkat I/O untuk menyelesaikan tugasnya. Untuk mengatur proses yang ada, sistem operasi bertanggung jawab pada aktrifitas-aktifitas yang berhubungan denagn manajemen proses berikut :
• Pembuatan dan penghapusan proses pengguna dan sistem proses.
• Menunda atau melanjutkan proses.
• Menyediakan mekanisme untuk proses sinkronisasi.
• Menyediakan mekanisme untuk proses komunikasi.
• Menyediakan mekanisme untuk penanganan deadlock.
2. Manajemen Memori Utama
Memori utama atau biasanya disebut dengan memori adalah sebuah array besar berukuran word atau byte, dimana setiap array tersebut mempunyai alamat tertentu. Memori adalah penyimpan yang dapat mengakses data dengan cepat yang digunakan oleh CPU dan perangkat I/O. Memori adalah perangkat penyimpan volatile. Isi memori akan hilang apabila terjadi kegagalan system. Untuk mengatur memori, sistem operasi bertanggung jawab pada aktifitas-aktifitas manajemen memori sebagai berikut :
a. Menjaga dan memelihara bagian-bagian memori yang sedang digunakan dan dari yang menggunakan.
b. Memutuskan proses-proses mana saja yang harus dipanggil ke memori jika tersedia ruang di memori.
c. Mengalokasikan dan men-dealokasikan ruang memori jika diperlukan.
3. Manajemen File
File adalah kumpulan informasi yang saling berhubungan yang sudah didefinisikan oleh pembuatnya (user). Biasanya, file berupa program (baik dalam bentu source maupun object) dan data. File dapat mempunyai struktur yang bersifat hirarkis (direktori, volume dll). Untuk mengatur file, sistem operasi bertanggung jawab pada aktifitas-aktifitas yang berhubungan dengan manajemen file sebagai berikut:
a. Pembuatan dan penghapusan file.
b. Pembuatan dan penghapusan direktori.
c. Mendukung untuk manipulasi file dan direktori.
d. Pemetaan file ke memori sekunder.
e. Backup file ke media penyimpanan yang stabil (nonvolatile).
4. Manajemen Sistem I/O
Sering disebut "device manager". Menyediakan "device driver" yang umum sehingga operasi I/O dapat seragam (membuka, membaca, menulis, menutup). Contoh: pengguna menggunakan operasi yang sama untuk membaca file pada hard-disk, CD-ROM dan floppy disk.
Sistem operasi bertanggung-jawab pada aktifitas-aktifitas sistem I/O sebagai berikut:
• Buffer : menampung sementara data dari/ke perangkat I/O.
• Spooling : melakukan penjadwalan pemakaian I/O sistem supaya lebih efisien (antrian dsb.).
• Menyediakan "driver" untuk dapat melakukan operasi "rinci" untuk perangkat keras I/O tertentu.
5. Manajemen Penyimpanan Sekunder
Data yang disimpan dalam main-memory bersifat sementara dan jumlahnya sangat kecil dan bersifat volatile. Beberapa sistem
komputer modern menggunakan disk untuk media penyimpan on-lin, baik program maupun data. Oleh karena itu, untuk meyimpan keseluruhan data dan program komputer dibutuhkan secondary-storage yang bersifat permanen dan mampu menampung banyak data. Contoh dari secondary-storage adalah harddisk, disket, dll.
Sistem operasi bertanggung jawab atas aktivitas-aktivitas yang berkaitan dengan disk-management seperti:
a. Free-space management.
b. Alokasi penyimpanan
c. Penjadwalan disk
6. Sistem Jaringan
Biasa juga disebut Sistem Terdistribusi. Sistem ini merupakan kumpulan prosessor yang tidak menggunakan memori atau clock bersama-sama. Setiap prosessor mempunyai local memori sendiri. Prosessor-prosessor pada sistem dihubungkan melalui jaringan komunikasi. Komunikasi dilakukan dengan menggunakan protocol. Sistem terdistribusi menyediakan akses pengguna ke bermacam resource sistem .Dengan mengakses sumber daya yang dapat digunakan bersama-sama tersebut akan memberikan keuntungan dalam :
• Meningkatkan kecepatan komputasi (Computation speed-up).
• Meningkatkan ketersediaan data (Increased data availability).
• Meningkatkan kehandalan sistem (Enhanced reliability).
7. Sistem Proteksi
Proteksi mengacu pada mekanisme untuk mengontrol akses yang dilakukan oleh program, prosesor, atau pengguna ke sistem sumber daya. Mekanisme sistem proteksi yang harus disediakan sistem meliputi :
• Membedakan antara penggunaan yang sah dan yang tidak sah.
• Menentukan kontrol yang terganggu.
• Menetapkan cara pelaksanaan proteksi.
8. System command interpreter
Beberapa perintah yang dimasukkan ke sistem operasi menggunakan pernyataan kontrol yang digunakan untuk
• Manajemen dan pembuatan proses
• Penangananan I/O
• Manajemen penyimpan sekunder
• Manajemen memori utama
• Akses sistem file
• Proteksi
• Jaringan Program yang membaca dan menterjemakan pernyataan kontrol disebut dengan command-line intepreter atau shell pada UNIX. Fungsinya adalah untuk mengambil dan mengeksekusi pernyataan perintah berikutnya. Command-Interpreter System sangat bervariasi dari satu sistem operasi ke sistem operasi yang lain dan disesuaikan dengan tujuan dan teknologi I/O devices yang ada. Contohnya : CLI, Windows, Pen-based (touch) dll.
LAYANAN SISTEM OPERASI
Sistem operasi menyediakan layanan untuk programmer sehingga dapat melakukan pemrograman dengan mudah.
a. Eksekusi program adalah kemampuan sistem untuk "load" program ke memori dan menjalankan program. Sistem harus dapat memanggil program ke memori dan menjalankannya. Program tersebut harus dapat mengakhiri eksekusinya dalam bentuk normal atau abnormal (indikasi error).
b. Operasi-operasi I/O. Pada saat running program kemungkinan dibutuhkan I/O, mungkin berupa file atau peralatan I/O.
Pengguna tidak dapat secara langsung mengakses sumber daya perangkat keras, sistem operasi harus menyediakan mekanisme untuk melakukan operasi I/O atas nama pengguna . Ini dilakukan agar efisien dan aman.
c. Manipulasi sistem file. Merupakan kemampuan program untuk operasi pada file (membaca, menulis, membuat, and menghapus file).
d. Komunikasi. Merupakan pertukaran data/informasi antar dua atau lebih proses yang berada pada satu komputer (atau lebih). Penukaran informasi dapat dilakukan oleh beberapa proses dalam satu komputer atau dalam komputer yang berbeda melalui sistem jaringan. Komunikasi dilakukan dengan cara berbagi memori (shared memory) atau dengan cara pengiriman pesan (message passing).
e. Mendeteksi kesalahan / DeteksiError. Sistem harus menjamin kebenaran dalam komputasi dengan melakukan pendeteksian error pada CPU dan memori, perangkat I/O atau pada user program.
Beberapa fungsi tambahan yang ada tidak digunakan untuk membantu user, tetapi lebih digunakan untuk menjamin operasi sistem yang efisien, yaitu :
• Resoursce allocator adalah mengalokasikan sumberdaya ke beberapa pengguna atau job yang jalan pada saat yang bersamaan.
• Proteksi menjamin akses ke sistem sumber daya dikendalikan (pengguna dikontrol aksesnya ke sistem).
• Accounting adalah merekam kegiatan pengguna, jatah pemakaian sumber daya (keadilan atau kebijaksanaan).
SISTEM CALL
System call menyediakan interface antara program (program pengguna yang berjalan) dan bagian OS. System call menjadi jembatan antara proses dan sistem operasi. System call ditulis dalam bahasa assembly atau bahasa tingkat tinggi yang dapat mengendalikan mesin (C). Contoh: UNIX menyediakan System call: read, write => operasi I/O untuk file. Sering pengguna program harus memberikan data (parameter) ke OS yang akan dipanggil. Contoh pada UNIX: read(buffer, max_size, file_id);
Terdapat 3 (tiga) metode yang umum digunakan untuk melewatkan parameter antara program yang sedang berjalan dengan sistem operasi yaitu :
• Melewatkan parameter melalui register.
• Menyimpan parameter pada tabel yang disimpan di memori dan alamat tabel tersebut dilewatkan sebagai parameter di register seperti Gambar dibawah.
• Push (menyimpan) parameter ke stack oleh program dan pop (mengambil) isi stack y mg dilakukan oleh system operasi.
Gambar 1 : Melewatkan Parameter melalui tabel
Pada dasarnya System call dapat dikelompokkan dalam 5 kategori. Yaitu:
a. Kontrol Proses
Hal-hal yang dilakukan:
• Mengakhiri (end) dan membatalkan (abort);
• Mengambil (load) dan eksekusi (execute);
• Membuat dan mengakhiri proses;
• Menentukan dan mengeset atribut proses;
• Wait for time;
• Wait event, signal event;
• Mengalokasikan dan membebaskan memori. Contoh: Sistem operasi pada MS-DOS menggunakan sistem singletasking yang memiliki command interpreter yang akan bekerja pada saat start (Gambar 2). Karena singletasking, maka akan menggunakan metode yang sederhana untuk menjalankan program dan tidak akan membuat proses baru. Sistem operasi UNIX dapat menjalankan banyak program (Gambar 3).
Gambar 2 : Sistem MSDOS: (a) pada saat startup (b) pada saat running
Gambar 3 : UNIX menjalankan lebih dari satu proses
b. Manipulasi File
Hal-hal yang dilakukan:
• Membuat dan menghapus file.
• Membuka dan menutup file.
• Membaca, menulis, dan mereposisi file.
• Menentukan dan mengeset atribut file.
c. Manipulasi Device
Hal-hal yang dilakukan:
• Meminta dan mmebebaskan device.
• Membaca, menulis, dan mereposisi file.
• Menentukan dan mengeset atribut device.
d. Informasi Lingkungan
Hal-hal yang dilakukan:
• Mengambil atau mengeset waktu atau tanggal.
• Mengambil atau mengeset sistem data.
• Mengambil atau mengeset proses, file atau atribut-atribut device.
e. Komunikasi
Hal-hal yang dilakukan:
• Membuat dan menghapus sambungan komunikasi;
• Mengirim dan menerima pesan;
• Mentransfer satus informasi;
Ada 2 model komunikasi:
a. Message-passing model. Informasi saling ditukarkan melalui fasilitas yang telah
ditentukan oleh sistem operasi (Gambar 4a).
b. Shared-memory Model. Proses-proses menggunakan map memory untuk mengakses daerah-daerah di memori dengan proses-proses yang lain (Gambar 4b).
SISTEM PROGRAM
System program menyediakan lingkungan yang nyaman untuk pengembangan dan eksekusi program. Kebanyakan user melihat system operasi yang didefinisikan oleh system program dan bukan system call sebenarnya. System program adalah masalah yang relatif kompleks, namun dapat dibagi menajdi beberapa kategori, antara lain:
a. Manipulasi File. Meliputi: membuat, menghapus, mengcopy, rename, print, dump, list pada file dan direktori.
b. Status Informasi. Meliputi: tanggal, waktu (jam, menit, detik), penggunaan memori atau disk space, banyaknya user.
c. Modifikasi File. Ada beberapa editor yang sanggup digunakan sebagai sarana untuk menulis atau memodifikasi file yang tersimpan dalam disk atau tape.
d. Bahasa Pemrograman yang mendukung. Meliputi: Compiler, assambler, dan interpreter untuk beberapa bahasa pemrograman (seperti: Fortran, Cobol, Pascal,
Basic, C, dan LISP).
e. Pemanggilan dan Eksekusi Program. Pada saat program dicompile, maka harus dipanggil ke memori untuk dieksekusi. Suatu sistem biasanya memiliki absolute loader, melokasikan loader, linkage editor, dan overlay loader. Juga dibutuhkan debugging sistem untuk bahasa tingkat tinggi.
f. Komunikasi. Sebagai mekanisme untuk membuat hubungan virtual antar proses, user, dan sistem komputer yang berbeda.
g. Program-program aplikasi. Sistem operasi harus menyokong program-program yang berguna untuk menyelesaikan permasalahan secara umum, atau membentuk operasi-operasi secara umum, seperti kompiler, pemformat teks, paket plot, sistem basis data, spreadsheet, paket analisis statistik, dan games.
STRUKTUR SISTEM OPERASI
Sistem komputer modern yang semakin komplek dan rumit memerlukan sistem operasi yang dirancang dengan sangat hati-hati agar dapat berfungsi secara optimum dan mudah untuk dimodifikasi.
a. Struktur Sistem MS-DOS
Ada sejumlah sistem komersial yang tidak memiliki struktur yang cukup baik. Sistem operasi tersebut sangat kecil, sederhana dan memiliki banyak keterbatasan. Salah satu contoh sistem tersebut adalah MS-DOS. MS-DOS dirancang oleh orang-orang yang tidak memikirkan akan kepopuleran software tersebut. Sistem operasi tersebut terbatas pada perangkat keras sehingga tidak terbagi menjadi modul-modul. Meskipun MS-DOS mempunyai beberapa struktur, antar muka dan tingkatan fungsionalitas tidak terpisah secara baik seperti pada Gambar 5. Karena Intel 8088 tidak menggunakan dual-mode sehingga tidak ada proteksi hardware. Oleh karena itu orang mulai enggan menggunakannya.
Gambar 5 : Struktur layer pada MS-DOS
b. Struktur Sistem UNIX
Sistem operasi UNIX (Original UNIX) juga terbatas pada fungsi perangkat keras dan struktur yang terbatas. UNIX hanya terdiri atas 2 bagian, yaitu Kernel dan program sistem. Kernel berada di bawah tingkat antarmuka system call dan diatas perangkat lunak secara fisik. Kernel ini berisi sistem file, penjadwalan CPU, menejemen memori, dan fungsi sistem operasi lainnya yang ada pada sistem call berupa sejumlah fungsi yang besar pada satu level. Program sistem meminta bantuan kernel untuk memanggil fungsi-fungsi dalam kompilasi dan manipulasi file. Struktur system UNIX dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6 : Struktur Sistem UNIX
c. Pendekatan Terlapis (Layered Approach)
Teknik pendekatan terlapis pada dasarnya dibuat dengan menggunakan pendekatan top-down, semua fungsi ditentukan dan dibagi menjadi komponen-komponen. Modularisasi sistem dilakukan dengan cara memecah sistem operasi menajdi beberapa lapis (tingkat). Lapisan terendah (layer 0) adalah perangkat keras dan lapisan teratas (layer N) adalah user interface. Dengan system modularisasi, setiap lapisan mempunyai fungsi (operasi) tertentu dan melayani lapisan yang lebih rendah. Gambar 7 menunjukkan system pendekatan terlapis tersebut. Contoh sistem operasi yang menggunakan sistem ini adalah: UNIX termodifikasi, THE, Venus dan OS/2 (Gambar 8).
Gambar 7 : Struktur Sistem Terlapis
Gambar 8 : Struktur Sistem OS/2
MESIN VIRTUAL
Konsep dasar dari mesin virtual ini tidak jauh berbeda dengan pendekatan terlapis, hanya saja konsep ini memberikan sedikit tambahan berupa antarmuka yang menghubungkan perangkat keras dengan kernel untuk tiap-tiap proses, Gambar 9 menunjukkan konsep tersebut. Mesin virtual menyediakan antar muka yang identik untuk perangkat keras yang ada. Sistem operasi membuat ilusi untuk beberapa proses, masing-masing mengeksekusi prosessor masing-masing untuk memori (virtual) masing-masing.
Gambar 9 : Struktur Mesin Virtual
Meskipun konsep ini cukup baik, namun sulit untuk diimplementasikan, ingat bahwa sistem menggunakan metode dual-mode. Mesin virtual hanya dapat berjalan pada monitor-mode jika berupa sistem operasi, sedangkan mesin virtual itu sendiri berjalan dalam bentuk user-mode. Konsekuensinya, baik virtual monitor-mode maupun virtual user-mode harus dijalankan melalui physical user mode. Hal ini menyebabkan adanya transfer dari user-mode ke monitor-mode pada mesin nyata, yang juga akan menyebabkan adanya transfer dari virtual user-mode ke virtual monitor-mode pada mesin virtual. Sumber daya (resource) dari computer fisik dibagi untuk membuat mesin virtual. Penjadwalan CPU dapat membuat penampilan bahwa user mempunyai prosessor sendiri. Spooling dan system file dapat menyediakan card reader virtual dan line printer virtual. Terminal time sharing pada user melayani sebagai console operator mesin virtual. Contoh sistem operasi yang memakai mesin virtual adalah IBM VM system.
Keuntungan dan kerugian konsep mesin virtual adalah sebagai berikut :
• Konsep mesin virtual menyediakan proteksi yang lengkap untuk sumber daya system sehingga masing-masing mesin virtual dipisahkan mesin virtual yang lain. Isolasi ini tidak memperbolehkan pembagian sumber daya secara langsung
• Sistem mesin virtual adalah mesin yang sempurna untuk riset dan pengembangan system operasi. Pengembangan system dikerjakan pada mesin virtual, termasuk di dalamnya mesin fisik dan tidak mengganggu operasi system yang normal.
• Konsep mesin virtual sangat sulit untuk mengimplementasikan kebutuhan dan duplikasi yang tepat pada mesin yang sebenarnya.
Gambar 10 : Java Virtual Machine
Virtual Machine(VM) => control program yang minimal VM memberikan ilusi multitasking: seolah-olah terdapat prosesor dan memori ekslusif digunakan VM. VM memilah fungsi multitasking dan implementasi extended machine (tergantung proses pengguna) => flexible dan lebih mudah untuk pengaturan. Jika setiap pengguna diberikan satu VM => pengguna bebas untuk menjalankan OS (kernel) yang diinginkan pada VM tersebut. Potensi lebih dari satu OS dalam satu komputer. Contoh : IBM VM370: menyediakan VM untuk berbagai OS: CMS (interaktif), MVS, CICS, dll. Masalah : Sharing disk => setiap OS mempunyai file sistem yang mungkin berbeda. IBM: virtual disk (minidisk) yang dialokasikan untuk pengguna melalui VM.
Java merupakan system yang menggunakan implementasi mesin virtual. Untuk mengkompilasi program Java maka digunakan kode bit yang disebut platform-neutral bytecode yang dieksekusi oleh Java Virtual Machine (JVM). JVM terdiri dari class loader, class verifier dan runtime interpreter seperti pada Gambar 10.
PERANCANGAN SISTEM DAN IMPLEMENTASI
Target untuk pengguna : sistem operasi harus nyaman digunakan, mudah dipelajari, dapat diandalkan , aman dan cepat.
Target untuk sistem : sistem operasi harus gampang didesain, diimplementasi, dan dimantain, sebagaimana fleksibel, error dan effisien.
Mekanisme dan Kebijaksanaan :
• Mekanisme menjelaskan bagaimana melakukan sesuatu kebijaksanaan memutuskan apa yang akan dilakukan. Pemisahan kebijaksanaan dari mekanisme merupakan hal yang sangat penting; ini mengijinkan fleksibilitas yang tinggi bila kebijaksanaan akan diubah nanti.
• Kebijaksanaan memutuskan apa yang akan dilakukan.
Pemisahan kebijaksanaan dari mekanisme merupakan hal yang sangat penting; ini mengijinkan fleksibilitas yang tinggi bila kebijaksanaan akan diubah nanti.
Implementasi Sistem biasanya menggunakan bahas assembly, sistem operasi sekarang dapat ditulis dengan menggunakan bahasa tingkat tinggi. Kode yang ditulis dalam bahasa tingkat tinggi dapat dibuat dengan cepat, lebih ringkas, lebih mudah dimengerti dan didebug. Sistem operasi lebih mudah dipindah ke perangkat keras yang lain bila ditulis dengan bahasa tingkat tinggi.
SYSTEM GENERATION (SYSGEN)
Sistem operasi dirancang untuk dapat dijalankan di berbagai jenis mesin; sistemnya harus di konfigurasi untuk tiap komputer.
Program SYSGEN mendapatkan informasi mengenai konfigurasi khusus dari sistem perangkat keras.
Booting : memulai komputer dengan me-load kernel.
Bootstrap program : kode yang disimpan di code ROM yang dapat menempatkan kernel, memasukkannya kedalam memori, dan memulai eksekusinya.
No comments:
Post a Comment