Struktur Sistem Operasi (OS)

Struktur
Sistem Operasi

Struktur-struktur OS

Tanpa adanya modularitas maka fungsi dan struktur OS secara keseluruhan rumit

Dibagi dalam modul dengan fungsi tertentu, dengan akses (input, output) tertentu

Komponen dalam Sistem operasi

• Manajemen Proses
• Manajemen Memori
• Manajemen Storage/Data
• Manajemen I/O dan Berkas (File)
• Proteksi
• Networking
• Interface dengan user (command interpreter)

Manajemen Proses

Proses adalah program yang dieksekusi, memerlukan resource, CPU time, memory, file, I/O device.

OS bertanggung jawab dalam :

• Create & delete ; baik proses user maupun sistem
• Suspend & meneruskan proses
• Mendukung mekanisme-mekanisme sinkronisasi proses
• Mendukung mekanisme proses communication
• Mendukung mekanisme penanganan deadlock

Manajemen Memori Utama

Memory merupakan array words/byte dalam jumlah besar. Akses share data secara cepat oleh CPU dan I/O device

Volatile storage device

OS bertanggung jawab dalam :

• Keep track bagian mana dari memori yang sedang digunakan & oleh siapa
• Memutuskan proses-proses mana yang di-load ke ruang memori saat available
• Alokasi & dealokasi ruang memori

Manajemen Secondary-Storage

Back up main memory, non-volatile

Data dan program disimpan disimpan dalam secondary storage (penyimpanan sekunder; disk)

OS bertanggung jawab dalam :

• Bagaimana mengelola ruang yang kosong dalam storage
• Bagaimana mengalokasi storage
• Bagaimana melakukan scheduling penggunaan disk

Manajemen I/O

OS bertanggung jawab dalam :
“menyembunyikan” kekhususan perangkat keras tertentu dari user
Melakukan optimalisasi dalam akses
Buffer cache system : menampung sementara data dari/ke piranti I/O
Spooling : melakukan penjadwalan pemakaian I/O sistem supaya lebih efisien (antrian, dsb)
Interface device-driver : open, read, write, close
Drivers untuk spesifik perangkat keras :
Menyediakan driver untuk melakukan operasi detail untuk perangkat keras tertentu

Manajemen File

Berkas (File) adalah kumpulan informasi yang berhubungan (sesuai dengan tujuan pembuat berkas tersebut). Biasanya berkas merepresentasikan program dan data

OS bertanggung jawab dalam :

• Pembuatan dan penghapusan file
• Pembuatan dan penghapusan direktori
• Mendukung primitif-primitif manipulasi file dan direktori
• Pemetaan file dalam secondary storage
• Backup file dalam media yang stabil (non-volatile)

Networking (Distributed System)

Distributed system : kumpulan prosesor yang terdistribusi, tidak berbagi (share) memory atau clock. Setiap prosesor memiliki memori lokal masing-masing

Prosesor-prosesor dalam sistem terhubung dalam jaringan komunikasi

Sebagai pengatur (protokol) dalam komunikasi data

Menentukan strategi-strategi menangani masalah-masalah komunikasi

Mengatur network file system

Dengan adanya shared resource :

1. Peningkatan kecepatan komputasi
2. Peningkatan penyediaan data
3. Meningkatkan reliabilitas (kehandalan)

Sistem Proteksi

Mekanisme untuk mengontrol akses yang dilakukan oleh program, prosesor atau user ke resource-resource dalam sistem komputer

Mekanisme proteksi :

Dapat membedakan pemakaian yang sah (authorized) & yang tidak sah (unauthorized)

Spesifikasi kontrol yang dikenakan

Menyediakan alat untuk pemberlakuan sistem

Command Interpreter :

Memungkinkan sistem berkomunikasi dengan user melalui perintah-perintah menjalankan proses yang telah didefinisikan dan parameternya serta melakukan respon

OS menunggu instruksi dari user (command driven)

Control statement berhubungan dengan :

process creation and management

I/O handling

secondary-storage management

main-memory management

file-system access

protection

networking

Program yang membaca instruksi dan mengartikan control statements (keinginan pengguna) umumnya disebut :

control-card interpreter

 command-line interpreter

 UNIX Shell

Command-Interpreter System sangat bervariasi dari satu sistem operasi ke sistem operasi yang lain dan disesuaikan dengan tujuan dan teknologi I/O peranti yang ada.

Contohnya : CLI, Windows, Pen-based (touch), dll

Layanan Operating System

Eksekusi program : load program user ke memory dan menjalankannya (run)

Operasi-operasi I/O : pengguna tidak bisa mengontrol I/O secara langsung (untuk efisiensi & keamanan), sistem harus bisa menyediakan mekanisme untuk melakukan operasi I/O

Manipulasi file system : read, write, create & delete

System Call

Menyediakan antarmuka antara proses (program yang run) dengan OS

Umumnya dalam bentuk instruksi bahasa assembly

Bahasa untuk system programming tingkat tinggi biasanya memungkinkan system call dilakukan langsung

Misal C, C++, Bliss, PL/360

Tiga metode untuk passing parameter antara running program dan OS :

Pass parameter melalui register

Meyimpan parameter dalam blok atau tabel pada memory, dan alamat tabel di-passing sebagai parameter dlm register

Mmenyimpan parameter (push) ke dalam stack (oleh program), dan pop off parameter pada stack (oleh OS)

Jenis-jenis System Call

1. Process Control
2. File Manipulation
3. Device Manipulation
4. Information Maintenance
5. Communication

Model Komunikasi

Komunikasi dapat dilakukan dengan cara message passing atau shared memory

Pemrograman Sistem

Pemrograman sistem menyediakan lingkungan yang memungkinkan pengembangan program dan eksekusi berjalan dengan baik

Dapat dikategorikan :

Manipulasi Berkas (File)

Informasi Status : tanggal, jam, jumlah memori, disk, dll

Modifikasi Berkas

Mendukung bahasa pemrograman : kompilator, assembly, interpreter

Loading & eksekusi program

Komunikasi : menyediakan mekanisme komunikasi antara proses, user dan sistem komputer yang berbeda

Dari sisi user, operasional sistem dilakukan dengan system program, bukan system call

Struktur Sistem

• Struktur Sederhana : Dimulai dengan sistem yang kecil, sederhana dan terbatas kemudian berkembang dengan cakupan original
• Struktur sistem MS-DOS : disusun untuk mendukung fungsi yang banyak pada ruang yang kecil
• Struktur Lapisan MS-DOS
• Struktur Sistem UNIX 

Memiliki struktur yang terbatas

Terdiri dari 2 bagian :

• Kernel : Berada dibawah antarmuka system call dan diatas hardware Menyediakan sistem berkas, penjadualan CPU, manajemen memori, device driver, dan fungsi OS lainnya
• Program Sistem

Kernel

Kategori kernel :

Monolithic kernel. Kernel yang menyediakan abstraksi akses ke perangkat keras yang kaya dan handal. Semua layanan OS dilakukan pada kernel

Semua code pada address space yang sama (kernel space) Meningkatkan performance system

Mudah dalam hal design dan implementasi Bugs dapat menyebabkan sistem crash

Microkernel adalah Kernel yang menyediakan hanya sekumpulan kecil abstraksi perangkat keras sederhana, dan menggunakan aplikasi-aplikasi yang disebut sebagai server untuk menyediakan fungsi-fungsi lainnya.

Banyak layanan OS yang run pada user space untuk me-minimalisasi kernel (seperti networking)

Modularity  : mudah dalam me-memaintain code

Hybrid (modifikasi dari microkernel). Kernel yang mirip microkernel, tetapi ia juga memasukkan beberapa service tambahan di kernel (network stack, file system) agar menjadi lebih cepat.

Running beberapa layanan OS (network stack, file system) dalam kernel space untuk mengurangi performance overhead dari metode microkernel, tetapi tetap menjalankan kernel code (seperti device driver) sebagai server di user space

Exokernel. Kernel yang tidak menyediakan sama sekali abstraksi hardware, tapi ia menyediakan sekumpulan library yang menyediakan fungsi-fungsi akses ke perangkat keras secara langsung.

Mikrokernel

Menyusun sistem operasi dengan menghapus semua komponen yang tidak esensial dari kernel, dan mengimplementasikannya sebagai sistem program dan level pengguna

Fungsi utama : mendukung fasilitas komunikasi antara program klien dan bermacam-macam layanan yang juga berjalan di user-space

Keuntungan :

Ketika layanan baru akan ditambahkan ke user-space, kernel tidak perlu di-modif

OS lebih mudah ditempatkan (porting) pada suatu desain perangkat keras ke desain perangkat keras lainnya (asrsitektur sistem yang baru)

Mendukung keamanan & reliabilitas lebih

 Contoh sistem operasi :

Tru64 UNIX, MacOSX, QNX

Virtual Machine (VM)

Menggunakan layered approach

Melihat hardware dan kernel OS sebagai suatu “hardware”

Menyediakan interface yang identik dengan underlaying bare hardware

OS menyediakan illusion dari banyak proses yang masing-masing berjalan pada prosesornya serta memorinya (virtual) sendiri

Resource dari komputer fisiknya di-share menjadi sejumlah mesin-mesin virtual

CPU scheduling yang menciptakan penampilan seakan-akan user memiliki prosesor sendiri

Spooling & file system menyediakan virtual card readers dan virtual line printers

Sebuah time-sharing terminal user berlaku sebagai virtual console

VM software membutuhkan ruang di dalam disk untuk menyediakan memori virtual dan spooling, yaitu sebuah disk virtual