Struktur Sistem Operasi

Struktur Sistem Operasi

1. Komponen-komponen Sistem

Pada kenyataannya tidak semua sistem operasi mempunyai struktur yang sama. Namun menurut Avi Silberschatz, Peter Galvin, dan Greg Gagne, umumnya sebuah sistem operasi modern mempunyai komponen sebagai berikut:

·          Managemen Proses.

·          Managemen Memori Utama.

·          Managemen Secondary-Storage.

·          Managemen Sistem I/O.

·          Managemen Berkas.

·          Sistem Proteksi.

·          Jaringan.

·          Command-Interpreter system.

2. Managemen Proses

Proses adalah keadaan ketika sebuah program sedang di eksekusi. Sebuah proses membutuhkan beberapa sumber daya untuk menyelesaikan tugasnya. sumber daya tersebut dapat berupa CPU time, memori, berkas-berkas, dan perangkat-perangkat I/O.

Sistem operasi bertanggung jawab atas aktivitas-aktivitas yang berkaitan dengan managemen proses seperti:

·         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.

3. Managemen Memori Utama

Memori utama atau lebih dikenal sebagai memori adalah sebuah array yang besar dari word atau byte, yang ukurannya mencapai ratusan, ribuan, atau bahkan jutaan. Setiap word atau byte mempunyai alamat tersendiri. Memori Utama berfungsi sebagai tempat penyimpanan yang akses datanya digunakan oleh CPU atau perangkat I/O. Memori utama termasuk tempat penyimpanan data yang sementara (volatile), artinya data dapat hilang begitu sistem dimatikan. Sistem operasi bertanggung jawab atas aktivitas-aktivitas yang berkaitan dengan managemen memori seperti:

·         Menjaga track dari memori yang sedang digunakan dan siapa yang menggunakannya.

·         Memilih program yang akan di-load ke memori.

·         Mengalokasikan dan meng-dealokasikan ruang memori sesuai kebutuhan.

4. Managemen Secondary-Storage

Data yang disimpan dalam memori utama bersifat sementara dan jumlahnya sangat kecil. 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-managementseperti: free-space management, alokasi penyimpanan, penjadualan disk.

5. Managemen 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 berkas pada hard-disk, CD-ROM dan floppy disk.

Komponen Sistem Operasi untuk sistem I/O:

·         Buffer: menampung sementara data dari/ ke perangkat I/O.

·         Spooling: melakukan penjadualan pemakaian I/O sistem supaya lebih efisien (antrian dsb.).

·         Menyediakan driver untuk dapat melakukan operasi "rinci" untuk perangkat keras I/O tertentu.

6. Managemen Berkas

Berkas adalah kumpulan informasi yang berhubungan sesuai dengan tujuan pembuat berkas tersebut. Berkas dapat mempunyai struktur yang bersifat hirarkis (direktori, volume, dll.).

Sistem operasi bertanggung-jawab:

·         Pembuatan dan penghapusan berkas.

·         Pembuatan dan penghapusan direktori.

·         Mendukung manipulasi berkas dan direktori.

·         Memetakan berkas ke secondary storage.

·         Mem-backup berkas ke media penyimpanan yang permanen (non-volatile).

7. Sistem Proteksi

Proteksi mengacu pada mekanisme untuk mengontrol akses yang dilakukan oleh program, prosesor, atau pengguna ke sistem sumber daya. Mekanisme proteksi harus:

·         membedakan antara penggunaan yang sudah diberi izin dan yang belum.

·          specify the controls to be imposed.

·         provide a means of enforcement.

8. Jaringan

Sistem terdistribusi adalah sekumpulan prosesor yang tidak berbagi memori atau clock. Tiap prosesor mempunyai memori sendiri. Prosesor-prosesor tersebut terhubung melalui jaringan komunikasi Sistem terdistribusi menyediakan akses pengguna ke bermacam sumber-daya sistem. Akses tersebut menyebabkan:

·         Computation speed-up.

·         Increased data availability.

·         Enhanced reliability.

9. Command-Interpreter System

Sistem Operasi menunggu instruksi dari pengguna (command driven). Program yang membaca instruksi dan mengartikan control statements umumnya disebut: control-card interpreter, command-line,interpreter, dan UNIX shell. 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), dan lain-lain.

10. Layanan Sistem Operasi

Eksekusi program adalah kemampuan sistem untuk "load" program ke memori dan menjalankan program. Operasi 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. Sistem manipulasi berkas dalah kemampuan program untuk operasi pada berkas (membaca, menulis, membuat, dan menghapus berkas). Komunikasi adalah pertukaran data/ informasi antar dua atau lebih proses yang berada pada satu komputer (atau lebih). Deteksi error adalah menjaga kestabilan sistem dengan mendeteksi "error", perangkat keras mau pun operasi.

Efesisensi penggunaan sistem:

·         Resource allocator adalah mengalokasikan sumber-daya 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).

11. System Calls

System call menyediakan interface antara program (program pengguna yang berjalan) dan bagian OS.aSystem call menjadi jembatan antara proses dan sistem operasi. System call ditulis dalam bahasaaassembly atau bahasa tingkat tinggi yang dapat mengendalikan mesin (C). Contoh: UNIX menyediakan system call: read, write => operasi I/O untuk berkas.

Sering pengguna program harus memberikan data (parameter) ke OS yang akan dipanggil. Contoh pada UNIX: read(buffer, max_size, file_id);

Tiga cara memberikan parameter dari program ke sistem operasi:

·         Melalui registers (sumber daya di CPU).

·         Menyimpan parameter pada data struktur (table) di memori, dan alamat table tsb ditunjuk oleh pointer yang disimpan di register.

·         Push (store) melalui "stack" pada memori dan OS mengambilnya melalui pop pada stack tsb.

Pada dasarnya system calls dapat dikelompokkan dalam 5 kategori sebagai berikut :

Ø  Kontrol Proses

Hal-hal yang dilakukan :

·         Mengakhiri (end) dan membatalkan (abort)

·         Mengambil (load dan mengeksekusi (execute)

·         Membuat dan mengakhiri proses

·         Menentukan dan mengeset atribut proses

·         Wait for time

·         Wait event, signal event

·         Mengalokasikan dan membebaskan memori

Ø  Manipulasi File

Hal-hal yang dilakukan :

·         Membuat dan menghapus file

·         Membuka dan menutupfile

·         Membaca, menulis dan mereposisi file

·         Menentukan dan mengeset atribut file

Ø  Manajemen Device

Hal-hal yang dilakukan :

·         Meminta dan membebaskan device

·         Membaca, menulis dan mereposisi device

·         Menentukan dan mengeset atribut device

Ø  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

Ø  Komunikasi

Hal-hal yang dilakukan :

·         Membuat dan menghapus sambungan komunikasi

·         Mengirim dan menerima pesan

·         Mentransfer status informasi

Ada 2 model komunikasi

a.     Message-passing model. Informasi saling ditukarkan melalui fasilitas yang telah ditentukan oleh sistem operasi

b.    Shared-memory model.  Proses-proses menggunakan map memory untuk mengakses daerah-daerah dimemori dengan proses-proses yang lain.

        Message Passing              Shared Memory

Gambar 1-8. Komunikasi

 12. Program Sistem

Program Sistem adalah masalah yang realatif kompleks, namun dapat dibagi menjadi beberapa kategori, antara lain :

·         Manipulasi File. Meliputi : membuat, menghapus, mencopy, rename, print, dump, list pada file dan direktory

·         Status Informasi. Meliputi : tanggal, waktu (jam, menit, detik), penggunaan memori atau disk space, banyaknya user

·         Modifikasi File. Ada beberapa editor yang sanggup digunakan sebagai sarana untuk menulis atau memodifikasi file yang tersimpan dalam disk atau tape

·         Bahasa Pemrograman yang mendukung. Meliputi : Compiler, Assembler, dan interpreter untuk beberapa bahasa pemrograman (seperti : Fortran, Cobol, Pascal, Basic dan LISP)

·         Pemanggilan dan Eksekusi Program. Pada saat program dicompile, maka harus dipanggil ke memori untuk dieksekusi. Suatu sistem biasanya memiliki absolute loader, mengalokasikan loader, linkage editor dan overlay loader. Juga dibutuhkan debugging sistem untuk bahasa tingkat tinggi.

·         Komunikasi. Sebagai mekanisme untuk membuat hubungan virtual antar proses, user dan sistem komputer yang berbeda

·         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.

13. Struktur Sistem Operasi

Sistem komputer modern yang semakin kompleks dan rumit memerlukan sistem operasi yang dirancang dengan sangat hati-hati agar dapat berfungsi secara optimum dan mudah untuk dimodifikasi.

Ø  Struktur Sederhana

Ada sejumlah sistem komersial yang tidak memiliki struktur yang cuup baik. Sistem operasi tersebut sangat kecil, sederhana dan memiliki banyak ketebatasan. Salah satu contoh sistem tesebut adalah MS DOS dirancang oleh orang-orang yang tidak memikirkan akan kepopuleran software tersebut. Sistem operasi tersebut terbatas pada hardware sehingga tidak terbagi terbagi menjadi modul-modul seperti terlihat pada di bawah. Karena Intel 8088 tidak menggunakan dual mode sehingga tidak ada proteksi harware.

Gambar 1-9. Struktur Layer MS-DOS

Ø  Sistem Monolitic

Pada dasarnya, sistem monolitic merupakan struktur sederhana yang dilengkapi dengan operasi dual mode. Pelayanan (system calls) yang diberikan oleh sistem operasi model ini dilakukan dengan cara mengambil sejumlah parameter pada tempat yang telah ditentukan sebelumnya, seperti register atau stack, dan kemudian mengeksekusi suatu instruksi trap tertentu pada monitor mode.

Secara umum system calls dibuat dengan cara :

-       user program melakukan ‘trap’ pada kernel. Instruksi berpindah dari user mode ke monitor mode dan mentransfer kontrol ke sistem operasi

-       sistem operasi mengecek parameter-parameter dari pemanggilan tersebut untuk menentukan system call mana yang memanggil

-       sistem operasi menunjuk ke suatu tabel yang berisi slot ke –k yang menunjukkan system call k

-       setelah system call selesai mengerjakan tugasnya, konrol akan dikembalikan pada user program.

Ø  Pendekatan Berlapis (Layered Approach)

Teknik pendekatan berlapis pada dasarnya dibuat dengan cara membentuk sistem operasi menjadi bentuk modular. Dengan menggunakan pendekatan top-down, semua fungsi ditentukan dan dibagi menjadi komponen-komponen. Modularisasi sistem dilakukan denga cara memecah sistem operasi menajdi beberapa lapis (tingkat). Lapisan terendah (lapis-0) adalah hardware dan lapisan teratas (lapisan N) adalah user interface.

Gambar 1-10. Lapisan Sistem Operasi

Ø  Mesin Virtual

Sebuah mesin virtual (Virtual Machine) menggunakan misalkan terdapat sistem program => control program yang mengatur pemakaian sumber daya perangkat keras. Control program = trap System call + akses ke perangkat keras. Control program memberikan fasilitas ke proses pengguna. Mendapatkan jatah CPU dan memori. Menyediakan interface "identik" dengan apa yang disediakan oleh perangkat keras => sharing devices untuk berbagai proses.

Mesin Virtual (MV) (MV) => control program yang minimal MV memberikan ilusi multitasking: seolah-olah terdapat prosesor dan memori ekslusif digunakan MV. MV memilah fungsi multitasking dan implementasi extended machine (tergantung proses pengguna) => flexible dan lebih mudah untuk pengaturan. Jika setiap pengguna diberikan satu MV => bebas untuk menjalankan OS (kernel) yang diinginkan pada MV tersebut. Potensi lebih dari satu OS dalam satu komputer. Contoh: IBM VM370: menyediakan MV untuk berbagai OS: CMS (interaktif), MVS, CICS, dll. Masalah: Sharing disk => OS mempunyai sistem berkas yang mungkin berbeda. IBM: virtual disk (minidisk) yang dialokasikan untuk pengguna melalui MV.

Konsep MV menyediakan proteksi yang lengkap untuk sumberdaya sistem, dikarenakan tiap MV terpisah dari MV yang lain. Namun, hal tersebut menyebabkan tidak adanya sharing sumberdaya secara langsung. MV merupakan alat yang tepat untuk penelitian dan pengembangan sistem operasi. Konsep MV susah untuk diimplementasi sehubungan dengan usaha yang diperlukan untuk menyediakan duplikasi dari mesin utama.

Gambar 1-11. Model Mesin Virtual

Ø  Model Client Server

Trend dari sistem operasi modern adalah memindahkan kode ke lapisan yang lebih tinggi dan menghapusnya sebanyak mungkin dari sistem operasi sehingga akan meninggalkan kernel yang minimal. Konsep ini biasanya diimplementasikan dengan cara menjadikannya fungsi-fungsi yang ada pada sistem operasi menjadi user proses. Jika suatu proses minta untuk dilayani, misalkan saja satu blok file, maka user proses (client server) mengirim permintaan tersebut ke server proses. Server proses akan melayani permintaan tersebut ke server proses. Server proses akan mealyani permintaan tersebut kemudian mengirimkan jawabannya kembali. Pada model ini, semua pekerjaan kernel ditekankan pada pengendalian komunikasi antara client dan server.

14. 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 dirancang, diimplementasi, dan dipelihara, sebagaimana fleksibel, error, dan efisien.

Mekanisme dan Kebijaksanaan:

·         Mekanisme menjelaskan bagaimana melakukan sesuatu kebijaksanaan memutuskan apa yang akan

·         dilakukan. Pemisahan kebijaksanaan dari mekanisme merupakan hal yang sangat penting; ini mengizinkan fleksibilitas yang tinggi bila kebijaksanaan akan diubah nanti.

·         Kebijaksanaan memutuskan apa yang akan dilakukan.

Pemisahan kebijaksanaan dari mekanisme merupakan hal yang sangat penting; ini mengizinkanfleksibilitas 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 dipindahkan ke perangkat keras yang lain bila ditulis dengan bahasa tingkat tinggi.

15. 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.