Hy Sahabat Blogger,Postingan Malam ini saya akan
membahas tuntas mengenai Sistem Operasi.
Pembahasan lengkap Sistem Operasi
berisi tiga pokok pembahasan. Pertama, membahas hal-hal umum seputar sistem operasi.Selanjutnya,
menerangkan konsep perangkat keras sebuah komputer. Sebagai penutup akan
diungkapkan, pokok konsep dari sebuah sistem operasi.
Selamat Membaca! Semoga Bermanfaat!!!
Sistem Operasi
Sistem operasi merupakan sebuah
penghubung antara pengguna dari komputer dengan perangkat keras komputer.
Sebelum ada sistem operasi, orang hanya mengunakan komputer dengan menggunakan
sinyal analog dan sinyal digital. Seiring dengan berkembangnya pengetahuan dan
teknologi, pada saat ini terdapat berbagai sistem operasi dengan keunggulan masing-masing.
Untuk lebih memahami sistem operasi maka sebaiknya perlu diketahui terlebih
dahulu beberapa konsep dasar mengenai sistem operasi itu sendiri.
Pengertian sistem operasi secara
umum ialah pengelola seluruh sumber-daya yang terdapat pada sistem komputer dan
menyediakan sekumpulan layanan (system calls) ke pemakai sehingga memudahkan
dan menyamankan penggunaan serta pemanfaatan sumber-daya sistem komputer.
Fungsi Dasar
Sistem komputer pada dasarnya
terdiri dari empat komponen utama, yaitu perangkat-keras, program aplikasi,
sistem-operasi, dan para pengguna. Sistem operasi berfungsi untuk mengatur dan
mengawasi penggunaan perangkat keras oleh berbagai program aplikasi serta para
pengguna.
Sistem operasi berfungsi ibarat
pemerintah dalam suatu negara, dalam arti membuat kondisi komputer agar dapat
menjalankan program secara benar. Untuk menghindari konflik yang terjadi pada
saat pengguna menggunakan sumber-daya yang sama, sistem operasi mengatur
pengguna mana yang dapat mengakses suatu sumber-daya. Sistem operasi juga
sering disebut resource allocator. Satu lagi fungsi penting sistem operasi
ialah sebagai program pengendali yang bertujuan untuk menghindari kekeliruan
(error) dan penggunaan komputer yang tidak perlu.
Tujuan Mempelajari Sistem Operasi
Tujuan mempelajari sistem operasi
agar dapat merancang sendiri serta dapat memodifikasi sistem yang telah ada
sesuai dengan kebutuhan kita, agar dapat memilih alternatif sistem operasi,
memaksimalkan penggunaan sistem operasi dan agar konsep dan teknik sistem
operasi dapat diterapkan pada aplikasi-aplikasi lain.
Sasaran Sistem Operasi
Sistem operasi mempunyai tiga
sasaran utama yaitu kenyamanan --membuat penggunaan komputer
menjadi lebih nyaman, efisien
--penggunaan sumber-daya sistem komputer secara efisien, serta mampu berevolusi
--sistem operasi harus dibangun sehingga memungkinkan dan memudahkan
pengembangan, pengujian serta pengajuan sistem-sistem yang baru.
Sejarah Sistem Operasi
Menurut Tanenbaum, sistem operasi
mengalami perkembangan yang sangat pesat, yang dapat dibagi kedalam empat
generasi:
• Generasi Pertama (1945-1955)
Generasi pertama merupakan awal
perkembangan sistem komputasi elektronik sebagai pengganti
sistem komputasi mekanik, hal itu
disebabkan kecepatan manusia untuk menghitung terbatas dan
manusia sangat mudah untuk membuat
kecerobohan, kekeliruan bahkan kesalahan. Pada generasi ini belum ada sistem
operasi, maka sistem komputer diberi instruksi yang harus dikerjakan secara
langsung.
• Generasi Kedua (1955-1965)
Generasi kedua memperkenalkan Batch
Processing System, yaitu Job yang dikerjakan dalam satu
rangkaian, lalu dieksekusi secara
berurutan.Pada generasi ini sistem komputer belum dilengkapi
sistem operasi, tetapi beberapa
fungsi sistem operasi telah ada, contohnya fungsi sistem operasi ialah FMS dan
IBSYS.
• Generasi Ketiga (1965-1980)
Pada generasi ini perkembangan
sistem operasi dikembangkan untuk melayani banyak pemakai
sekaligus, dimana para pemakai
interaktif berkomunikasi lewat terminal secara on-line ke komputer,
maka sistem operasi menjadi
multi-user (di gunakan banyak pengguna sekali gus) dan
multi-programming (melayani banyak
program sekali gus).
• Generasi Keempat (Pasca 1980an)
Dewasa ini, sistem operasi
dipergunakan untuk jaringan komputer dimana pemakai menyadari
keberadaan komputer-komputer yang
saling terhubung satu sama lainnya. Pada masa ini para
pengguna juga telah dinyamankan
dengan Graphical User Interface yaitu antar-muka komputer yang
berbasis grafis yang sangat nyaman,
pada masa ini juga dimulai era komputasi tersebar dimana
komputasi-komputasi tidak lagi
berpusat di satu titik, tetapi dipecah dibanyak komputer sehingga
tercapai kinerja yang lebih baik.
Layanan Sistem Operasi
Sebuah sistem operasi yang baik
menurut Tanenbaum harus memiliki layanan sebagai berikut:
pembuatan program, eksekusi program,
pengaksesan I/O Device, pengaksesan terkendali terhadap berkas pengaksesan
sistem, deteksi dan pemberian tanggapan pada kesalahan, serta akunting.
Pembuatan program yaitu sistem
operasi menyediakan fasilitas dan layanan untuk membantu para
pemrogram untuk menulis program;
Eksekusi Program yang berarti Instruksi-instruksi dan data-data
harus dimuat ke memori utama,
perangkat-parangkat masukan/ keluaran dan berkas harus di-inisialisasi, serta
sumber-daya yang ada harus disiapkan, semua itu harus di tangani oleh sistem
operasi; Pengaksesan I/O Device, artinya Sistem Operasi harus mengambil alih
sejumlah instruksi yang rumit dan sinyal kendali menjengkelkan agar pemrogram
dapat berfikir sederhana dan perangkat pun dapat beroperasi; Pengaksesan
terkendali terhadap berkas yang artinya disediakannya mekanisme proteksi terhadap
berkas untuk mengendalikan pengaksesan terhadap berkas; Pengaksesan sistem
artinya pada pengaksesan digunakan bersama (shared system); Fungsi pengaksesan
harus menyediakan proteksi terhadap sejumlah sumber-daya dan data dari pemakai
tak terdistorsi serta menyelesaikan konflik-konflik dalam perebutan
sumber-daya; Deteksi dan Pemberian tanggapan pada kesalahan, yaitu jika muncul
permasalahan muncul pada sistem
komputer maka sistem operasi harus memberikan tanggapan yang menjelaskan
kesalahan yang terjadi serta dampaknya terhadap aplikasi yang sedang berjalan;
dan Akunting yang artinya Sistem Operasi yang bagus mengumpulkan data statistik
penggunaan beragam sumber-daya dan memonitor parameter kinerja.
Struktur Komputer
Struktur sebuah sistem komputer
dapat dibagi menjadi:
• Sistem Operasi Komputer.
• Struktur I/O.
• Struktur Penyimpanan.
• Storage Hierarchy.
• Proteksi Perangkat Keras.
Sistem Operasi Komputer
Dewasa ini sistem komputer multiguna
terdiri dari CPU (Central Processing Unit); serta sejumlah device controller
yang dihubungkan melalui bus yang menyediakan akses ke memori. Setiap device
controller bertugas mengatur perangkat yang tertentu (contohnya disk drive,
audio device, dan video display). CPU dan device controller dapat dijalankan
secara bersamaan, namun demikian diperlukan mekanisme sinkronisasi untuk
mengatur akses ke memori.
Pada saat pertama kali dijalankan
atau pada saat boot, terdapat sebuah program awal yang mesti
dijalankan. Program awal ini disebut
program bootstrap. Program ini berisi semua aspek dari sistem
komputer, mulai dari register CPU,
device controller, sampai isi memori.
Interupsi merupakan bagian penting
dari sistem arsitektur komputer. Setiap sistem komputer memiliki mekanisme yang
berbeda. Interupsi bisa terjadi apabila perangkat keras (hardware) atau
perangkat lunak (software) minta "dilayani" oleh prosesor. Apabila terjadi
interupsi maka prosesor menghentikan proses yang sedang dikerjakannya, kemudian
beralih mengerjakan service routine untuk melayani interupsi tersebut. Setelah
selesai mengerjakan service routine maka prosesor kembali melanjutkan proses
yang tertunda.
Struktur I/O
Bagian ini akan membahas struktur
I/O, interupsi I/O, dan DMA, serta perbedaan dalam penanganan
interupsi.
Interupsi I/O
Untuk memulai operasi I/O, CPU
me-load register yang bersesuaian ke device controller. Sebaliknya
device controller memeriksa isi
register untuk kemudian menentukan operasi apa yang harus dilakukan. Pada saat
operasi I/O dijalankan ada dua kemungkinan, yaitu synchronous I/O dan
asynchronous I/O. Pada synchronous I/O, kendali dikembalikan ke proses pengguna
setelah proses I/O selesai dikerjakan. Sedangkan pada asynchronous I/O, kendali
dikembalikan ke proses pengguna tanpa menunggu proses I/O selesai. Sehingga
proses I/O dan proses pengguna dapat dijalankan secara bersamaan.
Struktur DMA
Direct Memory Access (DMA) suatu
metoda penanganan I/O dimana device controller langsung
berhubungan dengan memori tanpa
campur tangan CPU. Setelah men-set buffers, pointers, dan counters untuk
perangkat I/O, device controller mentransfer blok data langsung ke penyimpanan
tanpa campur tangan CPU. DMA digunakan untuk perangkat I/O dengan kecepatan
tinggi. Hanya terdapat satu interupsi setiap blok, berbeda dengan perangkat
yang mempunyai kecepatan rendah dimana interupsi terjadi untuk setiap byte
(word).
Struktur Penyimpanan
Program komputer harus berada di
memori utama (biasanya RAM) untuk dapat dijalankan. Memori
utama adalah satu-satunya tempat
penyimpanan yang dapat diakses secara langsung oleh prosesor.
Idealnya program dan data secara
keseluruhan dapat disimpan dalam memori utama secara permanen.
Namun demikian hal ini tidak mungkin
karena:
• Ukuran memori utama relatif kecil
untuk dapat menyimpan data dan program secara keseluruhan.
• Memori utama bersifat volatile,
tidak bisa menyimpan secara permanen, apabila komputer dimatikan
maka data yang tersimpan di memori
utama akan hilang.
Memori Utama
Hanya memori utama dan register
merupakan tempat penyimpanan yang dapat diakses secara langsung oleh prosesor.
Oleh karena itu instruksi dan data yang akan dieksekusi harus disimpan di
memori utama atau register.
Untuk mempermudah akses perangkat
I/O ke memori, pada arsitektur komputer menyediakan fasilitas pemetaan memori
ke I/O. Dalam hal ini sejumlah alamat di memori dipetakan dengan device
register. Membaca dan menulis pada alamat memori ini menyebabkan data ditransfer
dari dan ke device register. Metode ini cocok untuk perangkat dengan waktu
respon yang cepat seperti video controller.
Register yang terdapat dalam
prosesor dapat diakses dalam waktu 1 clock cycle. Hal ini menyebabkan register
merupakan media penyimpanan dengan akses paling cepat bandingkan dengan memori
utama yang membutuhkan waktu relatif lama. Untuk mengatasi perbedaan kecepatan,
dibuatlah suatu penyangga (buffer) penyimpanan yang disebut cache.
Magnetic Disk
Magnetic Disk berperan sebagai
secondary storage pada sistem komputer modern. Magnetic Disk
disusun dari piringan-piringan
seperti CD. Kedua permukaan piringan diselimuti oleh bahan-bahan
magnetik. Permukaan dari piringan
dibagi-bagi menjadi track yang memutar, yang kemudian dibagi lagi menjadi
beberapa sektor.
Storage Hierarchy
Dalam storage hierarchy structure,
data yang sama bisa tampil dalam level berbeda dari sistem
penyimpanan. Sebagai contoh integer
A berlokasi pada bekas B yang ditambahkan 1, dengan asumsi
bekas B terletak pada magnetic disk.
Operasi penambahan diproses dengan pertama kali mengeluarkan operasi I/O untuk
menduplikat disk block pada A yang terletak pada memori utama Operasi ini
diikuti dengan kemungkinan penduplikatan A ke dalam cache dan penduplikatan A
ke dalam internal register. Sehingga penduplikatan A terjadi di beberapa
tempat. Pertama terjadi di internal register dimana nilai A berbeda dengan yang
di sistem penyimpanan. Dan nilai di A akan kembali sama ketika nilai baru
ditulis ulang ke magnetic disk.
Pada kondisi multi prosesor, situasi
akan menjadi lebih rumit. Hal ini disebabkan masing-masing
prosesor mempunyai local cache.
Dalam kondisi seperti ini hasil duplikat dari A mungkin hanya ada di beberapa
cache. Karena CPU (register-register) dapat dijalankan secara bersamaan maka
kita harus memastikan perubahan nilai A pada satu cache akan mengubah nilai A
pada semua cache yang ada. Hal ini disebut sebagai Cache Coherency.
Proteksi Perangkat Keras
Sistem komputer terdahulu berjenis
programmer-operated systems. Ketika komputer dioperasikan dalam konsul mereka
(pengguna) harus melengkapi sistem terlebih dahulu. Akan tetapi setelah sistem
operasi lahir maka hal tersebut diambil alih oleh sistem operasi. Sebagai
contoh pada monitor yang proses I/O sudah diambil alih oleh sistem operasi,
padahal dahulu hal ini dilakukan oleh pengguna.
Untuk meningkatkan utilisasi sistem,
sistem operasi akan membagi sistem sumber daya sepanjang
program secara simultan. Pengertian
spooling adalah suatu program dapat dikerjakan walau pun I/O
masih mengerjakan proses lainnya dan
disk secara bersamaan menggunakan data untuk banyak proses. Pengertian multi
programming adalah kegiatan menjalankan beberapa program pada memori pada satu
waktu.
Pembagian ini memang menguntungkan
sebab banyak proses dapat berjalan pada satu waktu akan tetapi mengakibatkan
masalah-masalah baru. Ketika tidak di sharing maka jika terjadi kesalahan
hanyalah akan membuat kesalahan program. Tapi jika di-sharing jika terjadi kesalahan
pada satu proses/ program akan berpengaruh pada proses lainnya.
Sehingga diperlukan pelindung
(proteksi). Tanpa proteksi jika terjadi kesalahan maka hanya satu saja
program yang dapat dijalankan atau
seluruh output pasti diragukan.
Banyak kesalahan pemprograman
dideteksi oleh perangkat keras. Kesalahan ini biasanya ditangani oleh sistem
operasi. Jika terjadi kesalahan program, perangkat keras akan meneruskan kepada
sistem operasi dan sistem operasi akan menginterupsi dan mengakhirinya. Pesan
kesalahan disampaikan, dan memori dari program akan dibuang. Tapi memori yang
terbuang biasanya tersimpan pada disk agar programmer bisa membetulkan
kesalahan dan menjalankan program ulang.
Operasi Dual Mode
Untuk memastikan operasi berjalan
baik kita harus melindungi sistem operasi, program, dan data dari
program-program yang salah. Proteksi ini memerlukan share resources. Hal ini
bisa dilakukan sistem operasi dengan cara menyediakan pendukung perangkat keras
yang mengizinkan kita membedakan mode pengeksekusian program.
Mode yang kita butuhkan ada dua mode
operasi yaitu:
• Mode Monitor.
• Mode Pengguna.
Pada perangkat keras akan ada bit
atau Bit Mode yang berguna untuk membedakan mode apa yang
sedang digunakan dan apa yang sedang
dikerjakan. Jika Mode Monitor maka akan benilai 0, dan jika
Mode Pengguna maka akan bernilai 1.
Pada saat boot time, perangkat keras
bekerja pada mode monitor dan setelah sistem operasi di-load maka akan mulai
masuk ke mode pengguna. Ketika terjadi trap atau interupsi, perangkat keras
akan
men-switch lagi keadaan dari mode
pengguna menjadi mode monitor (terjadi perubahan state menjadi bit 0). Dan akan
kembali menjadi mode pengguna jikalau sistem operasi mengambil alih proses dan
kontrol komputer (state akan berubah menjadi bit 1).
Proteksi I/O
Pengguna bisa mengacaukan sistem
operasi dengan melakukan instruksi I/O ilegal dengan mengakses lokasi memori
untuk sistem operasi atau dengan cara hendak melepaskan diri dari prosesor.
Untuk mencegahnya kita menganggap semua instruksi I/O sebagai privilidge
instruction sehingga mereka tidak bisa mengerjakan instruksi I/O secara
langsung ke memori tapi harus lewat sistem operasi terlebih dahulu. Proteksi
I/O dikatakan selesai jika pengguna dapat dipastikan tidak akan menyentuh mode
monitor. Jika hal ini terjadi proteksi I/O dapat dikompromikan.
Proteksi Memori
Salah satu proteksi perangkat keras
ialah dengan proteksi memori yaitu dengan pembatasan penggunaan memori. Disini
diperlukan beberapa istilah yaitu:
• Base Register yaitu alamat memori
fisik awal yang dialokasikan/ boleh digunakan oleh pengguna.
• Limit Register yaitu nilai batas
dari alamat memori fisik awal yang dialokasikan/boleh digunakan oleh pengguna.
• Proteksi Perangkat Keras.
Sebagai contoh sebuah pengguna
dibatasi mempunyai base register 300040 dan mempunyai limit
register 120900 maka pengguna hanya
diperbolehkan menggunakan alamat memori fisik antara 300040 hingga 420940 saja.
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.
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.
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.
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-management
seperti: free-space management,
alokasi penyimpanan, penjadualan disk.
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.
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).
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.
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.
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.
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, and 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).
System Calls
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 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.
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.
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 mengizinkan
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 dipindahkan 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.
Rangkuman
Sistem operasi telah berkembang
selama lebih dari 40 tahun dengan dua tujuan utama. Pertama, sistem operasi
mencoba mengatur aktivitas-aktivitas komputasi untuk memastikan pendayagunaan
yang baik dari sistem komputasi tersebut. Kedua, menyediakan lingkungan yang
nyaman untuk pengembangan dan jalankan dari program.
Pada awalnya, sistem komputer digunakan
dari depan konsul. Perangkat lunak seperti assembler, loader, linkerdan
compiler meningkatkan kenyamanan dari sistem pemrograman, tapi juga memerlukan
waktu set-up yang banyak. Untuk mengurangi waktu set-up tersebut, digunakan
jasa operator dan menggabungkan tugas-tugas yang sama (sistem batch). Sistem
batch mengizinkan pengurutan tugas secara otomatis dengan menggunakan sistem
operasi yang resident dan memberikan peningkatan yang cukup besar dalam
utilisasi komputer. Komputer tidak perlu lagi menunggu operasi oleh pengguna.
Tapi utilisasi CPU tetap saja rendah. Hal ini dikarenakan lambatnya kecepatan
alat-alat untuk I/O relatif terhadap kecepatan CPU. Operasi off-line dari
alat-alat yang lambat bertujuan untuk menggunakan beberapa sistem reader-to-tape
dan tape-to-printer untuk satu CPU.
Untuk meningkatkan keseluruhan
kemampuan dari sistem komputer, para developer memperkenalkan konsep
multiprogramming. Dengan multiprogramming, beberapa tugas disimpan dalam memori
dalam satu waktu; CPU digunakan secara bergantian sehingga menambah utilisasi
CPU dan mengurangi total waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan tugas-tugas
tersebut. Multiprogramming, yang dibuat untuk meningkatkan kemampuan, juga
mengizinkan time sharing. Sistem operasi yang bersifat time-shared
memperbolehkan banyak pengguna untuk menggunakan komputer secara interaktif
pada saat yang bersamaan. Komputer Personal adalah mikrokomputer yang dianggap
lebih kecil dan lebih murah dibandingkan komputer mainframe. Sistem operasi
untuk komputer-komputer seperti ini diuntungkan oleh pengembangan sistem
operasi untuk komputer mainframe dalam beberapa hal. Namun, semenjak penggunaan
komputer untuk keperluan pribadi, maka utilisasi CPU tidak lagi menjadi
perhatian utama. Karena itu, beberapa desain untuk komputer mainframe tidak
cocok untuk sistem yang lebih kecil.
Sistem parallel mempunyai lebih dari
satu CPU yang mempunyai hubungan yang erat; CPU-CPU
tersebut berbagi bus komputer, dan
kadang-kadang berbagi memori dan perangkat yang lainnya. Sistem seperti itu
dapat meningkatkan throughput dan reliabilititas. Sistem hard real-time sering
kali digunakan sebagai alat pengontrol untuk applikasi yang dedicated. Sistem
operasi yang hard real-time mempunyai batasan waktu yang tetap yang sudah
didefinisikan dengan baik.Pemrosesan harus selesai dalam batasan-batasan yang
sudah didefinisikan, atau sistem akan gagal. Sistem soft real-time mempunyai
lebih sedikit batasan waktu yang keras, dan tidak mendukung penjadwalan dengan
menggunakan batas akhir. Pengaruh
dari internet dan World Wide Webbaru-baru ini telah mendorong pengembangan
sistem operasi modern yang menyertakan web browser serta perangkat lunak
jaringan dan komunikasi sebagai satu kesatuan.
Multiprogramming dan sistem
time-sharing meningkatkan kemampuan komputer dengan melampaui batas operasi
(overlap) CPU dan I/O dalam satu mesin. Hal seperti itu memerlukan perpindahan
data antara CPU dan alat I/O, ditangani baik dengan polling atau
interrupt-driven akses ke I/O port, atau dengan perpindahan DMA. Agar komputer
dapat menjalankan suatu program, maka program tersebut harus berada di memori
utama (memori utama). Memori utama adalah satu-satunya tempat penyimpanan yang
besar yang dapat diakses secara langsung oleh prosessor, merupakan suatu array
dari word atau byte, yang mempunyai ukuran ratusan sampai jutaan ribu. Setiap
word memiliki alamatnya sendiri. Memori utama adalah tempat penyimpanan yang
volatile, dimana isinya hilang bila sumber energinya (energi listrik)
dimatikan. Kebanyakan sistem komputer menyediakan secondary storage sebagai perluasan
dari memori utama. Syarat utama dari secondary storage adalah dapat menyimpan
data dalam jumlah besar secara permanen. Secondary storage yang paling umum
adalah disk magnetik, yang meyediakan penyimpanan untuk program mau pun data.
Disk magnetik adalah alat penyimpanan data yang nonvolatile yang juga
menyediakan akses secara random. Tape magnetik digunakan terutama untuk backup,
penyimpanan informasi yang jarang digunakan, dan sebagai media pemindahan
informasi dari satu sistem ke sistem yang lain.
Beragam sistem penyimpanan dalam
sistem komputer dapat disusun dalam hirarki berdasarkan
kecepatan dan biayanya. Tingkat yang
paling atas adalah yang paling mahal, tapi cepat. Semakin
kebawah, biaya perbit menurun,
sedangkan waktu aksesnya semakin bertambah (semakin lambat).
Sistem operasi harus memastikan
operasi yang benar dari sistem komputer. Untuk mencegah pengguna program
mengganggu operasi yang berjalan dalam sistem, perangkat keras mempunyai dua
mode: mode pengguna dan mode monitor. Beberapa perintah (seperti perintah I/O
dan perintah halt) adalah perintah khusus, dan hanya dapat dijalankan dalam
mode monitor. Memori juga harus dilindungi dari modifikasi oleh pengguna. Timer
mencegah terjadinya pengulangan secara terus menerus (infinite loop). Hal-hal
tersebut (dual mode, perintah khusus, pengaman memori, timer interrupt) adalah
blok bangunan dasar yang digunakan oleh sistem operasi untuk mencapai operasi
yang sesuai.
Sistem operasi menyediakan banyak
pelayanan. Di tingkat terrendah, sistem calls mengizinkan program yang sedang
berjalan untuk membuat permintaan secara langsung dari sistem operasi. Di
tingkat tertinggi, command interpreter atau shell menyediakan mekanisme agar
pengguna dapat membuat permintaan tanpa menulis program. Command dapat muncul
dari bekas sewaktu jalankan batch-mode, atau secara langsung dari terminal
ketika dalam mode interaktive atau time-shared. Program sistem disediakan untuk
memenuhi kebanyakan dari permintaan pengguna. Tipe dari permintaan beragam
sesuai dengan levelnya. Level sistem call harus menyediakan fungsi dasar,
seperti kontrol proses serta manipulasi alat dan bekas. Permintaan dengan level
yang lebih tinggi (command interpreter atau program sistem) diterjemahkan
kedalam urutan sistem call.
Pelayanan sistem dapat dikelompokkan
kedalam beberapa kategori: kontrol program, status permintaan dan permintaan
I/O. Program error dapat dipertimbangkan sebagai permintaan yang implisit untuk
pelayanan. Bila sistem pelayanan sudah terdefinisi, maka struktur dari sistem operasi
dapat dikembangkan. Berbagai macam tabel diperlukan untuk menyimpan informasi
yang mendefinisikan status dari sistem komputer dan status dari sistem tugas.
Perancangan dari suatu sistem operasi yang baru merupakan tugas yang utama.
Sangat penting bahwa tujuan dari sistem sudah terdefinisi dengan baik sebelum
memulai perancangan. Tipe dari sistem yang diinginkan adalah landasan dalam
memilih beragam algoritma dan strategi yang akan digunakan. Karena besarnya
sistem operasi, maka modularitas adalah hal yang penting. Merancang sistem
sebagai suatu urutan dari layer atau dengan menggunakan mikrokernel merupakan
salah satu teknik yang baik. Konsep virtual machine mengambil pendekatan layer
dan memperlakukan baik itu kernel dari sistem operasi dan perangkat kerasnya
sebagai suatu perangkat keras. Bahkan sistem operasi yang lain dapat dimasukkan
diatas virtual machine tersebut. Setiap sistem operasi yang mengimplemen JVM
dapat menjalankan semua program java, karena JVM
mendasari dari sistem ke program
java, menyediakan arsitektur tampilan yang netral.
Didalam daur perancangan sistem
operasi, kita harus berhati-hati untuk memisahkan pembagian
kebijakan (policy decision) dengan
detail dari implementasi (mechanism). Pemisahan ini membuat
fleksibilitas yang maksimal apabila
policy decision akan diubah kemudian. Sistem operasi sekarang ini hampir selalu
ditulis dengan menggunakan bahasa tingkat tinggi. Hal ini meningkatkan
implementasi, perawatan portabilitas. Untuk membuat sistem operasi untuk suatu
konfigurasi mesin tertentu, kita harus melakukan system generation.