Management Sistem Operasi

Struktur Sistem Operasi

DEFINISI PROSES
Terdapat beberapa definisi mengenai proses, antara lain :
a. Merupakan konsep pokok dalam sistem operasi, sehingga masalah manajemen proses adalah masalah utama dalam perancangan sistem operasi.
b. Proses adalah program yang sedang dieksekusi.
c. Proses adalah unit kerja terkecil yang secara individu memiliki sumber daya dan dijadwalkan oleh sistem operasi.

Sistem operasi bertanggung jawab terhadap aktifitas yang berhubungan dengan manajemen proses:
Pembuatan dan penghapusan proses
Penundaan dan pelanjutan proses
Penyedia mekanisme untuk:
• Sinkronisasi antar proses
• Komunikasi antar proses
• Penanganan Deadlock

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

1. Membuat dan menghapus proses pengguna dan sistem proses. Sistem operasi bertugas mengalokasikan sumber daya yang dibutuhkan oleh sebuah proses dan kemudian mengambil sumber daya itu kembali setelah proses tersebut selesai agar dapat digunakan untuk proses lainnya.
2. Menunda atau melanjutkan proses. Sistem operasi akan mengatur proses apa yang harus dijalankan terlebih dahulu berdasarkan berdasarkan prioritas dari proses-proses yang ada. Apa bila terjadi 2 atau lebih proses yang mengantri untuk dijalankan, sistem operasi akan mendahulukan proses yang memiliki prioritas paling besar.
3. Menyediakan mekanisme untuk proses sinkronisasi. Sistem operasi akan mengatur jalannya beberapa proses yang dieksekusi bersamaan. Tujuannya adalah menghindarkan terjadinya inkonsistensi data karena pengaksesan data yang sama, juga untuk mengatur urutan jalannya proses agar setiap proses berjalan dengan lancar
4. Menyediakan mekanisme untuk proses komunikasi. Sistem operasi menyediakan mekanisme agar beberapa proses dapat saling berinteraksi dan berkomunikasi (contohnya berbagi sumber daya antar proses) satu sama lain tanpa menyebabkan terganggunya proses lainnya.
5. Menyediakan mekanisme untuk penanganan deadlock. Deadlock adalah suatu keadaan dimana sistem seperti terhenti karena setiap proses memiliki sumber daya yang tidak bisa dibagi dan menunggu untuk mendapatkan sumber daya yang sedang dimiliki oleh proses lain. Saling menunggu inilah yang disebut deadlock(kebuntuan). Sistem operasi harus bisa mencegah, menghindari, dan mendeteksi adanya deadlock. Jika deadlock terjadi, sistem operasi juga harus dapat memulihkan kondisi sistemnya.


Beberapa hal yang berhubungan dengan manajemen konsep dalam sistem operasi :

1. Komunikasi antar proses

(Inter Process Communinication / IPC) :

- Beberapa proses biasanya berkomunikasi dengan proses lain.
- Contohnya pada shell pipe line : output dari proses pertama harus diberikan kepada proses ke dua dan seterusnya.
- Pada beberapa sistem operasi, proses-proses yang bekerja bersama sering sharing (berbagi) media penyimpanan, dimana suatu proses dapat membaca dan menulis pada shared storage (main memory atau files).

2. Mekanisme proses untuk komunikasi dan sinkronisasi aksi

- Sistem Pesan – komunikasi proses satu dengan yang lain dapat dilakukan tanpa perlu pembagian data.

3. Pembuatan dan Penghancuran Proses

Pembuatan Proses (Create)

Penciptaan proses terjadi karena terdapat batch baru. SO dengan kendali batch job, setelah menciptakan proses baru, kemudian melanjutkan membaca job selanjutnya.

Penciptaan proses melibatkan banyak aktivitas, yaitu :

- Menamai (memberi identitas) proses.
- Menyisipkan proses pada senarai proses atau tabel proses.
- Menentukan prioritas awal proses.
- Menciptakan PCB.
- Mengalokasikan sumber daya awal bagi proses.


Penghancuran Proses (Destroyed)

Penghancuran proses terjadi karena :

- Selesainya proses secara normal.
- Proses mengeksekusi panggilan layanan So untuk menandakan bahwa proses telah berjalan secara lengkap.
- Batas waktu telah terlewati.
- Proses telah berjalan melebihi batas waktu total yang dispesifikasikan. Terdapat banyak kemungkinan untuk tipe waktu yang diukur, termasuk waktu total yang dijalani (“walk clock time”) jumlah waktu yang dipakai untuk eksekusi, dan jumlah waktu sejak pemakai terakhir kali memberi masukan (pada proses interaktif) .
- Memori tidak tersedia.
- Proses memerlukan memori lebih banyak daripada yang dapat disediakan oleh sistem.
- Pelanggaran terhadap batas memori.
- Proses memcoba mengakses lokasi memori yang tidak diijinkan untuk diakses.
- Terjadi kesalahan karena pelanggaran proteksi.
- Dll

Penghancuran lebih rumit bila proses telah menciptakan proses-proses lain. Terdapat dua pendekatan, yaitu :

* Pada beberapa sistem, proses-proses turunan dihancurkan saat proses induk dihancurkan secara otomatis.
* Beberapa sistem lain menganggap proses anak independen terhadap proses induk Proses anak tidak secara otomatis dihancurkan saat proses induk dihancurkan.

Penghancuran proses melibatkan pembebasan proses dari sistem, yaitu :

- Sumber daya-sumber daya yang dipakai dikembalikan.
- Proses dihancurkan dari senarai atau tabel sistem.
- PCB dihapus (ruang memori PCB dikembalikan ke pool memori bebas).

4. Keadaan Proses

Keadaan proses terdiri dari :

1) Running, yaitu suatu kondisi pemroses sedang mengeksekusi instruksi. Benar-benar menggunakan CPU pada saat itu (sedang mengeksekusi instruksi proses itu).

2) Ready, yaitu suatu kondisi proses siap dieksekusi, akan tetapi pemroses belum siap atau sibuk.

3) Blocked, yaitu suatu proses menunggu kejadian untuk melengkapi tugasnya. Bentuk kegiatan menunggu proses yaitu : selesainya kerja dari perangkat I/Otersedianya memori yang cukup.


5. Penjadwalan Proses

Kriteria untuk mengukur dan optimasi kinerja penjadwalan :

a) Adil (fairness)

Adalah proses-proses yang diperlakukan sama, yaitu mendapat jatah waktu pemroses yang sama dan tak ada proses yang tak kebagian layanan pemroses sehingga mengalami kekurangan waktu.
b) Efisiensi (eficiency)
c) Waktu tanggap (response time)


Waktu tanggap berbeda untuk :

1.Sistem interaktif
Didefinisikan sebagai waktu yang dihabiskan dari saat karakter terakhir dari . perintah dimasukkan atau transaksi sampai hasil pertama muncul di layar. Waktu tanggap ini disebut terminal response time.

2.Sistem waktu nyata
Didefinisikan sebagai waktu dari saat kejadian (internal atau eksternal) sampai instruksi pertama rutin layanan yang dimaksud dieksekusi, disebut event response time.

d) Turn around time
Adalah waktu yang dihabiskan dari saat program atau job mulai masuk ke sistem sampai proses diselesaikan sistem.

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.