SISTEM KOMPUTER

Bab 1

Empat komponen dalam sistem komputer, yaitu :
1.1. Pemproses
þ Berfungsi untuk mengendalikan operasi komputer dan melakukan fungsi
pemrosesan data.
þ Pemroses melakukan operasi logika dan mengelola aliran data dengan
membaca instruksi dari memori dan mengeksekusinya.
þ Langkah kerja pemroses :
a. Mengembil instruksi biner dari memori
b. Mendekode instruksi menjadi aksi sederhana
c. Melakukan aksi
3 tipe operasi komputer :
a. Operasi aritmatika (ADD, SUBSTRACT, MULTIPLY, DIVIDE)
b. Operasi logika (OR, AND, XOR, INVERTION)
c. Operasi pengendalian (LOOP, JUMP)
Pemroses terdiri :
a. ALU (Aritmatic Logic Unit)
Berfungsi untuk melakukan operasi aritmatika dan logika.
b. CU (Control Unit)
Berfungsi untuk mengendalikan operasi yang dilaksanakan sistem komputer.
c. Register-register
Berfungsi untuk :
þ Membantu pelaksanaan operasi yang dilakukan pemroses
þ Sebagai memori yang bekerja secara cepat, biasanya untuk tempat
operand-operand dari operasi yang akan dilakukan.
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 2
þ Terbagi menjadi register data dan register alamat.
þ Register data terdiri dari general dan special purpose register.
þ Register alamat berisi :
a. Alamat data di memori utama
b. Alamat instruksi
c. Alamat untuk perhitungan alamat lengkap
Contoh : register indeks, register penunjuk segmen, register penunjuk
stack, register penanda (flag)
Pemroses melakukan tugasnya dengan mengeksekusi instruksi-instruksi di program
dengan mekanisme instruksi sebagai berikut :
a. Pemroses membaca instruksi dari memori (fetch)
b. Pemroses mengeksekusi instruksi (execute)
Eksekusi program berisi pengulangan fetch dan execute. Pemrosesan satu instruksi
disebut satu siklus instruksi (instruction cycle).
Gambar 1-1 : Siklus eksekusi instruksi
1.2. Memori
þ Berfungsi untuk menyimpan data dan program
þ Biasanya volatile, tidak dapat mempertahankan data dan program yang
disimpan bila sumber daya energi (listrik) dihentikan.
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 3
þ Konsep program tersimpan (stored program concept), yaitu program (kumpulan
instruksi) yang disimpan di suatu tempat (memori) dimana kemudian instruksi
tersebut dieksekusi.
þ Setiap kali pemroses melakukan eksekusi, pemroses harus membaca instruksi
dari memori utama. Agar eksekusi dilakukan secara cepat maka harus
diusahakan instruksi tersedia di memori pada lapisan berkecepatan akses lebih
tinggi. Kecepatan eksekusi ini akan meningkatkan kinerja sistem.
Hirarki memori berdasarkan kecepatan akses :
þ Register (tercepat)
þ Chace memory
Memori berkapasitas terbatas, berkecepatan tinggi yang lebih mahal dibanding
memori utama. Chace memory adalah diantara memori utama dan register,
sehingga pemroses tidak langsung mengacu memori utama tetapi di cache
memory yang kecepatan aksesnya lebih tinggi.
þ Main memory
þ Disk chace (buffering)
Bagian memori utama untuk menampung data yang akan ditransfer dari/ke
perangkat masukan/keluaran dan penyimpan sekunder. Buffering dapat
mengurangi frekuensi pengaksesan dari/ke perangkat masukan/keluaran dan
penyimpan sekunder sehingga meningkatkan kinerja sistem.
§ Magnetic disk
§ Magnetic tape, optical disk (terlambat)
1.3. Perangkat masukan dan keluaran (I/O)
þ Adalah perangkat nyata yang dikendalikan chip controller di board sistem atau
card.
þ Controller dihubungkan dengan pemroses dan komponen lainnya melalui bus.
þ Controller mempunyai register-register untuk pengendaliannya yang berisi
status kendali.
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 4
þ Tiap controller dibuat agar dapat dialamati secara individu oleh pemroses
sehingga perangkat lunak device driver dapat menulis ke register-registernya
sehingga dapat mengendalikannya.
þ Sistem operasi lebih berkepentingan dengan pengendali dibanding dengan
perangkat fisik mekanis.
þ Perangkat I/O juga memindahkan data antara komputer dan lingkungan
eksternal.
þ Lingkungan eksternal dapat diantarmuka (interface) dengan beragam perangkat,
seperti :
a. Perangkat penyimpan sekunder
b. Perangkat komunikasi
c. Terminal
1.4. Interkoneksi antar komponen
þ Adalah struktur dan mekanisme untuk menghubungkan antar komponen dalam
sistem komputer yang disebut bus.
þ Bus terdiri dari tiga macam, yaitu :
a. Bus alamat (address bus)
Berisi 16, 20, 24 jalur sinyal paralel atau lebih. CPU mengirim alamat lokasi
memori atau port yang ingin ditulis atau dibaca di bus ini.Jumlah lokasi
memori yang dapat dialamati ditentukan jumlah jalur alamat. Jika CPU
mempunyai N jalur alamat maka dapat mengalamati 2 pangkat N (2N) lokasi
memori dan/atau port secara langsung.
b. Bus data (data bus)
Berisi 8, 16, 32 jalur sinyal paralel atau lebih. Jalur-jalur data adalah dua
arah (bidirectional). CPU dapat membaca dan mengirim data dari/ke memori
atau port. Banyak perangkat pada sistem yang dihubungkan ke bus data
tetapi hanya satu perangkat pada satu saat yang dapat memakainya.
c. Bus kendali (control bus)
Berisi 4-10 jalur sinyal paralel. CPU mengirim sinyal-sinyal pada bus kendali
untuk memerintahkan memori atau port.
Sinyal bus kendali antara lain :
· Memory read
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 5
Untuk memerintahkan melakukan pembacaan dari memori.
· Memory write
Untuk memerintahkan melakukan penulisan ke memori.
· I/O read
Untuk memerintahkan melakukan pembacaan dari port I/O.
· I/O write
Untuk memerintahkan melakukan penulisan ke port I/O.
þ Mekanisme pembacaan
Untuk membaca data suatu lokasi memori, CPU mengirim alamat memori yang
dikehendaki melalui bus alamat kemudian mengirim sinyal memory read pada
bus kendali. Sinyal tersebut memerintahkan ke perangkat memori untuk
mengeluarkan data pada lokasi tersebut ke bus data agat dibaca CPU.
þ Interkoneksi antar komponen ini membentuk satu sistem sendiri, seperti ISA
(Industry Standard Architecture), EISA (Extended ISA) dan PCI (Peripheral
Component Interconnect).
þ Secara fisik interkoneksi antar komponen berupa "perkawatan".
þ Interkoneksi memerlukan tata cara atau aturan komunikasi agar tidak kacau
(chaos) sehingga mencapai tujuan yang diharapkan.
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 6
Bab 2
SISTEM OPERASI
2.1. Pendahuluan
Tanpa perangkat lunak (software) sebuah komputer sebenarnya sekumpulan besi
yang tidak berguna. Dengan software sebuah komputer dapat digunakan untuk
menyimpan, mengolah data (memproses) dan mendapatkan kembali informasi yang
telah disimpan, menemukan kesalahan dalam program, memainkan games dan
menggunakan banyak aktivitas lainnya yang bernilai. Pada umumnya program
komputer dapat dibagi menjadi dua kategori, yaitu :
a. Program sistem (system program)
Yang berfungsi untuk mengatur operasi dari komputer itu sendiri.
b. Program aplikasi (application program)
Yang berfungsi untuk membantu menyelesaikan masalah untuk pemakainya.
Dasar yang sangat penting dari semua program sistem adalah operating system
yang mengontrol semua sumber daya komputer dan menyediakan landasan
sehingga sebuah program aplikasi dapat ditulis atau dijalankan.
Sebuah sistem komputer modern berisi satu atau lebih prosesor, banyak memori
utama (sering disebut sebagai "core memory", walaupun magnetic cores yang
sudah tidak digunakan dalam memory selama lebih satu dekade), clocks, terminal,
disk, antarmuka (interface) jaringan, dan peralatan masukan/keluaran lainnya.
Semua dalam semua, sebuah sistem yang kompleks, yaitu untuk menulis program
yang disimpan dalam track sehingga dapat digunakan secara benar, apalagi
dengan pengoptimalannya adalah sebuah pekerjaan atau tugas yang sangat sulit.
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 7
Jika setiap programmer memfokuskan tentang bagaimana disk drive bekerja dan
apa saja yang dapat dijalankan dengan benar ketika membaca sebuah block disk,
mustahil bahwa banyak program dapat ditulis secara baik.
Beberapa tahun yang lelu telah menjadi kejelasan bahwa banyak cara atau metode
menyediakan pelindung (sheild) atau sesuatu yang dapat menyembunyikan
programmer dari kekomplekan perangkat keras. Cara yang telah berangsur-angsur
berkembang adalah dengan menentukan atau membuat sebuah lapis (layer)
perangkat lunak yang mengendalikan komponen pokok perangkat keras, mengatur
semua bagian sistem, dan menyediakan pemakai dengan antarmuak (interface)
atau virtual machine yang memudahkan memahami dan memprogram. Lapisan dari
perangkat lunak adalah operating system dan hal tersebut menjadi pokok bahasan
dalam buku ini.
Diagram atau lapis (layer) dapat dilihat sebagai berikut :
Gambar 2.1 : Sebuah sistem komputer yang terdiri dari hardware, system programs
dan application program
Pada bagian bawah dari gambar diatas adalah perangkat keras yang didalamnya
banyak terdapat alasan yang membentuk dua atau lebih lapis. Lapis yang paling
bawah (physical devices) berisi perangkat fisik, yang terdiri dari integrasi circuit
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 8
chips, kabel (wires), power supplies, cathode ray tubes (CRT) dan perangkat
lainnya. Bagaimana perangkat tersebut dibuat dan bagaimana sistem kerjanya
adalah bagian dari insinyur elektronik.
Lapis berikutnya dari software primitive yang secara langsung mengontrol peralatan
tersebut (physical devices) dan menyediakan interface (a cleaner interface) untuk
layer berikut/diatasnya. Software ini disebut microprogram yang biasanya
ditempatkan dalam read-only memory (ROM). Sebenarnya microprogram berfungsi
sebagai penerjemah, mengambil (fetching) intruksi bahasa mesin, seperti ADD,
MOVE dan JUMP serta melaksanakan proses-proses kecil yang saling terkait.
Contohnya apabila melaksanakan instruksi ADD, microprogram harus menentukan
dimana angka-angka yang ditambahkan ditempatkan (disimpan sementara),
mengambilnya, menambahkannya dan menyimpan hasilnya disuatu tempat
tertentu.
Sekumpulan instruksi yang diterjemahkan microprogram disebut machine language
(bahasa mesin), yang kenyataannya bukan bagian dari perangkat mesin semuanya,
tetapi pembuat komputer selalu menjelaskannya dalam manualnya (sejenis buku
panduan perangkat kerasnya), sehingga banyak orang mengira sebagai mesin
sesungguhnya. Dalam banyak mesin microprogram diimplementasikan dalam
hardware dan sebenarnya tidak sebuah lapis yang jelas.
Bahasa mesin secara khusus memiliki antara 50 sampai 300 instruksi, yang
sebagian besar untuk memindahkan data disekeliling mesin, mengerjakan
aritmatika dan membandingkan nilai. Dalam lapis ini, perangkat masukan/keluaran
mengontrol pemuatan nilai ke dalam register khusus. Untuk contoh, sebuah disk
dapat diperintahkan membaca untuk memuat nilai dari alamat disk, alamat memori
utama, besarnya byte dan memerintahkan (READ atau WRITE) ke dalam
registernya. Dalam prakteknya, banyak parameter yang dibutuhkan, dan status
drive sesudah operasi adalah masalah yang memiliki kekomplekan masalah yang
tinggi. Terlebih banyak perangkat I/O, waktu akses adalah sebuah aturan yang
penting dalam pemograman.
Sebuah fungsi utama dari Operating System adalah menyembunyikan semua
kekomplekan atau kerumitan dan memberikan programmer sebuah kenyamanan,
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 9
kemudahan, kepraktisan dari instruksi yang digunakan untuk bekerja dengannya,
sebagai contoh, READ BLOCK FROM FILE adalah konsep atau gagasan
penyederhanaan daripada harus berpikir tentang bagaimana memindahkan head
disk secara rinci, menunggu untuk menjadi tenang (posisi istirahat).
Diatas lapis Operating System (OS) adalah untuk menempatkan software system.
Dari sini ditemukan penerjemah perintah (command interpreter/shield), compiler,
editor, dan application program independent. Adalah penting untuk
menyadari/merealisasikan bahwa program-program ini dengan pasti bukan bagian
dari SO, walaupun secara khas disediakan oleh pembuat komputer. Ini adalah
penting sekali, tetapi sebagai titik kecerdikan. OS adalah bagian dari software yang
dijalankan dalam kernel mode atau supervisor mode.
SO memproteksi dari pemakai yang menganggu pemakain hardware (diabaikan
untuk microprossors yang sebelumnya yang tidak memiliki proteksi hardware).
Compiler dan editors dijalankan dalam user mode. Jika seorang tidak suka sebuah
compiler khusus, pemakai bebas menulis miliknya jika dapat memilih, dan tentunya
tidak bebas untuk menangani interrupt disk yang merupakn bagian dari OS dan
normalnya akan memproteksi hardware terhadap usaha pemakai untuk
memodifikasinya.
Akhirnya, diatas layer system program berikutnya adalah application program.
Program ini ditulis oleh user untuk memecahkan masalah khusus, seperti proses
pengolahan data, perhitungan rekayasa atau memainkan sebuah permainan.
2.2. Fungsi dan sasaran Sistem Operasi
Secara garis besar mempunyai 2 tugas utama, yaitu sebagai :
a. Pengelola seluruh sumber daya pada sistem komputer (resource manager)
Yang dimaksud dengan sumber daya pada sistem komputer adalah semua
komponen yang memberikan fungsi (manfaat) atau dengan pengertian lain
adalah semua yang terdapat atau terhubung ke sistem komputer yang dapat
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 10
untuk memindahkan,menyimpan,dan memproses data,serta untuk mengendalikan
fungsi-fungsi tersebut.
Sumber daya pada sistem komputer, antara lain :
a.1 Sumber daya fisik, misalnya :
Keyboard, bar-code reader, mouse, joystick, light-pen, track-ball, touchscreen,
pointing devices, floppy disk drive, harddisk, tape drive, optical disk,
CD ROM drive, CRT, LCD, printer, modem, ethernet card, PCMCIA, RAM,
cache memory, register, kamera, sound card, radio, digitizer, scanner,
plotter, dan sebagainya.
Salah satu sasaran yang harus dicapai sistem operasi adalah dapat
memanfaatkan seluruh sumber daya agar dapat digunakan secara efektif
dan efisien mungkin.
a.2 Sumber daya abstrak, terdiri dari :
a.2.1 Data, misalnya :
Semaphore untuk pengendalian sinkronisasi proses-proses, PCB
(Process Control Block) untuk mencatat dan mengendalikan proses, tabel
segmen, tabel page, i-node, FAT, file dan sebagainya.
a.2.2 Program
Adalah kumpulan instruksi yang dapat dijalankan oleh sistem komputer,
yang dapat berupa utilitas dan program aplikasi pengolahan data tertentu.
b. Penyedia layanan (extended/virtual machine)
Secara spesifik berfungsi :
b.1 Memberi abstaksi mesin tingkat tinggi yang lebih sederhana dan
menyembunyikan kerumitan perangkat keras.
Sistem operasi menyediakan system call (API=Application Programming
Interface) yang berfungsi menghindarkan kompleksitas pemograman dengan
memberi sekumpulan instruksi yang mudah digunakan.
b.2 Basis untuk program lain.
Program aplikasi dijalankan di atas sistem operasi yang bertujuan untuk
memanfaatkan dan mengendalikan sumber daya sistem komputer secara
benar,efisien,dan mudah dengan meminta layanan sistem operasi.
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 11
Untuk memberikan fungsi-fungsi tersebut, sistem operasi mempunyai beberapa
subsistem, antara lain :
a. Manajemen proses
b. Manajemen memori
c. Manajemen berkas
d. Manajemen perangkat masukan/keluaran
e. Pengamanan sistem
f. Sistem komunikasi
g. Dan sebagainya
2.3. Sejarah Perkembangan Sistem Operasi
Perkembangan sistem komputer dibagi menjadi empat generasi termasuk
perangkat keras dan perangkat lunaknya (sistem operasi).
Generasi Pertama (1945-1955)
Pada generasi ini belum ada sistem operasi, sistem komputer diberi instruksi yang
harus dikerjakan secara langsung.
Generasi Kedua (1955-1965)
Job dikumpulkan dalam satu rangkaian kemudian dieksekusi secara berurutan.
Sistem komputer belum dilengkapi sistem operasi, tapi beberapa fungsi dasar
sistem operasi telah ada, misalnya FMS (Fortran Monitoring System) dan IBSYS,
keduanya merupakan bagian yang fungsinya merupakan komponen sistem operasi.
Generasi Ketiga (1965-1980)
Dikembangkan untuk melayani banyak pemakai secara online, sehingga menuntut
sistem komputer dapat digunakan secara :
a. Multiuser
Berarti komputer yang memiliki resource yang dapat digunakan oleh banyak
orang sekaligus.
b. Multiprogramming
Berarti komputer melayani banyak proses/job sekaligus pada waktu bersamaan,
yaitu dengan membagi (mempartisi) memori menjadi beberapa bagian dengan
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 12
satu bagian memori adalah satu job berbeda. Saat satu job menunggu operasi
masukan/keluaran selesai, job lain dapat menggunakan proses. Teknik ini
meningkatkan efisiensi pemroses yang juga memerlukan perangkat keras khusus
untuk mencegah satu job menganggu job lain. Karena pemakai-pemakai
berinteraksi dengan komputer, komputer harus menanggapi permintaanpermintaan
secara cepat, atau akan menyebabkan produktivitas pemakai
menurun drastis. Untuk kebutuhan itu dikembangkan timesharing.
Timesharing
Varian dari multiprogramming, dimana tiap pemakai mempunyai satu
terminal online dengan pemroses hanya memberi layanan pada pemakai
yang aktif secara bergantian secara ceoat. Para pemakai akan merasa
dilayani terus-menerus, padahal sebenarnya digilir persatuan waktu yang
singkat.
Karena sumber daya yang digunakan secara bersamaan akan sering
menimbulkan bottleneck, maka dikembangkan spooling.
Spooling
Membuat peripheral seolah-olah dapat digunakan bersama-sama sekaligus,
dapat diakses secara simultan, yaitu dengan cara menyediakan beberapa
partisi memori. Saat terdapat permintaan layanan peripheral, langsung
diterima dan data disimpan lebih dulu di memori yang disediakan (berupa
antrian), kemudian dijadwalkan agar secara nyata dilayani oleh peripheral.
Generasi Keempat (1980-199x)
Sistem operasi yang dapat melayani banyak mode, yaitu mendukung batch
processing, timesharing dan (soft) real time applications. Perkembangan dengan
meningkatnya kemampuan komputer dekstop (PC) dan teknologi jaringan (TCP/IP).
2.4. Sistem komputer dalam pandangan perancang sistem operasi
Sistem operasi bertugas :
1. Menutupi atau mendandani perangkat keras komputer agar tampil indah,
mudah dan nyaman bagi pemakai.
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 13
2. Menghindarkan rincian operasi perangkat keras dan menyediakan antarmuka
untuk pemogram dalam menggunakan sistem.
3. Bertindak sebagai mediator, mempermudah pemogram dan program aplikasi
mengakses dan menggunakan fasilitas dan sumber daya sistem komputer.
Perancang sistem operasi yang bertugas mendandani perangkat keras, dituntut
mengetahui secara mendalam dan menyeluruh perangkat yang akan didandaninya
agar sistem operasi yang dirancang benar-benar berfungsi secara benar dan
efisien.
2.5. Konsep dasar sistem operasi
Antarmuka (interface) antara sistem operasi dengan program aplikasi (user
programs) dikenal sebagai extended instruciton (perluasan instruksi).
Extended instruction dapat juga disebut sebagai panggilan sistem (system call).
a. Process
§ Merupakan konsep utama dalam semua sistem operasi
§ Pada dasarnya adalah sebuah program yang dieksekusi
§ Berisi executable program, program's data dan stack, program counter,
stack pointer dan register lainnya.
§ Tabel proses (process table) adalah tabel yang berisi informasi tentang
semua proses yang dijalankan.
§ Sebuah proses dipanggil oleh command interpreter atau shell yang
membaca perintah dari terminal.
§ Child process dapat membuat satu atau lebih proses lainnya.
b. Files
· Sistem operasi mendukung konsep sebuah direktori.
· Hirarki proses dan file diorganisasi sebagai trees.
· Setiap proses memiliki direktori kerja.
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 14
c. System Call
Layanan langsung sisem operasi ke pemogram adalah system call atau API
(Application Programming Interface). System call adalah tata cara pemanggilan di
program aplikasi untuk memperoleh layanan sistem operasi.
System call berupa rutin sistem operasi untuk keperluan tertentu yang spesifik.
Bentuk system call beragam, terbanyak berupa rutin prosedure atau fungsi.
§ User programs berkomunikasi dengan sistem operasi dan meminta layanan
darinya dengan membuat system calls.
§ Contoh system call READ dari bahasa C : count=read(file, buffer, nbytes)
d. Shell
§ Sistem operasi adalah kode yang dilaksanakan system calls.
§ Dalam UNIX command interpreter disebut shell.
§ Dalam prompt UNIX, sebuah karakter tanda dollar ($),memberitahu pemakai
bahwa shell menunggu permintaan perintah.
§ Jika user menuliskan : $date, memiliki arti bahwa shell membuat a child
process dan menjalankan date program sebagai child. Selama child process
dijalankan, shell menunggunya untuk dihentikan. Ketika child selesai, shell
akan menampilkan prompt kembali dan mencoba membaca masukan
perintah berikutnya.
2.6. Struktur dasar sistem operasi
a. Sistem monolitik (monolithic system)
Sistem operasi sebagai kumpulan prosedur dimana prosedur dapat saling
dipanggil oleh prosedur lain di sistem bila diperlukan. Kernel berisi semua
layanan yang disediakan sistem operasi untuk pemakai. Sistem operasi ditulis
sebagai sekumpulan prosedur (a collection of procedures), yang dapat dipanggil
setiap saat oleh pemakai saat dibutuhkan.
Kelemahan :
§ Pengujian dan penghilangan kesalahan sulit karena tidak dapat dipisahkan
dan dilokalisasi.
§ Sulit dalam menyediakan fasilitas pengamanan.
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 15
§ Merupakan pemborosan bila setiap komputer harus menjalankan kernel
monolitik sangat besar sementara sebenarnya tidak memerlukan seluruh
layanan yang disediakan kernel.
§ Tidak fleksibel.
§ Kesalahan pemograman satu bagian dari kernel menyebabkan matinya
seluruh sistem.
Keunggulan :
§ Layanan dapat dilakukan sangat cepat karena terdapat di satu ruang alamat.
Evolusi :
Kebanyakan UNIX sampai saat ini berstruktur monolitik. Meskipun monolitik,
yaitu seluruh komponen/subsistem sistem operasi terdapat di satu ruang alamat
tetapi secara rancangan adalah berlapis. Rancangan adalah berlapis yaitu secara
logik satu komponen/subsistem merupakan lapisan lebih bawah dibanding
lainnya dan menyediakan layanan-layanan untuk lapisan-lapisan lebih atas.
Komponen-komponen tersebut kemudia dikompilasi dan dikaitkan (di-link)
menjadi satu ruang alamat.
Untuk mempermudah dalam pengembangan terutama pengujian dan fleksibilitas,
kebanyakan UNIX saat ini menggunakan konsep kernel loadable modules,yaitu:
§ Bagian-bagian kernel terpenting berada di memori utama secara tetap.
§ Bagian-bagian esensi lain berupa modul yang dapat ditambahkan ke kernel
saat diperlukan dan dicabut begitu tidak digunakan lagi di waktu jalan (run
time).
b. Sistem lapis (layered system)
Sistem operasi dibentuk secara hirarki berdasar lapisan-lapisan, dimana lapisanlapisan
bawa memberi layanan lapisan lebih atas.Struktur berlapis dimaksudkan
untuk mengurangi kompleksitas rancangan dan implementasi sistem operasi.
Tiap lapisan mempunyai fungsional dan antarmuka masukan-keluaran antara dua
lapisan bersebelahan yang terdefinisi bagus.
Lapis-lapis dalam sistem operasi ada 6 lapis, yaitu :
· Lapis 5 - The operator
Berfungsi untuk pemakai operator.
· Lapis 4 - User programs
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 16
Berfungsi untuk aplikasi program pemakai.
· Lapis 3 - I/O management
Berfungsi untuk menyederhanakan akses I/O pada level atas.
· Lapis 2 -Operator-operatot communication
Berfungsi untuk mengatur komunikasi antar proses.
· Lapis 1 -Memory and drum management
Berfungsi untuk mengatur alokasi ruang memori atau drum magnetic.
· Lapis 0 -Processor allocation and multiprogramming
Berfungsi untuk mengatur alokasi pemroses dan switching,multiprogramming
dan pengaturan prosessor.
Lapisan n memberi layanan untuk lapisan n+1. Proses-proses di lapisan n dapat
meminta layanan lapisan n-1 untuk membangunan layanan bagi lapisan n+1.
Lapisan n dapat meminta layanan lapisan n-1. Kebalikan tidak dapat, lapisan n
tidak dapat meminta layanan n+1. Masing-masing berjalan di ruang alamat-nya
sendiri.
Kelanjutan sistem berlapis adalah sistem berstruktur cincin seperti sistem
MULTICS. Sistem MULTICS terdiri 64 lapisan cincin dimana satu lapisan
berkewenangan berbeda. Lapisan n-1 mempunyai kewenangan lebih dibanding
lapisan n. Untuk meminta layanan lapisan n-1, lapisan n melakukan trap.
Kemudian, lapisan n-1 mengambil kendali sepenuhnya untuk melayani lapisan n.
Keunggulan :
§ Memiliki semua keunggulan rancangan modular, yaitu sistem dibagi menjadi
beberapa modul dan tiap modul dirancang secara independen. Tiap lapisan
dapat dirancang, dikode dan diuji secara independen.
§ Pendekatan berlapis menyederhanakan rancangan, spesifikasi dan
implementasi sistem operasi.
Kelemahan :
§ Fungsi-fungsi sistem operasi harus diberikan ke tiap lapisan secara hati-hati.
c. Virtual machines (mesin maya)
§ Multiprogramming
§ Time sharing systems
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 17
Awalnya struktur ini membuat seolah-olah pemakai mempunyai seluruh komputer
dengan simulasi atas pemroses yang digunakan. Sistem operasi melakukan
simulasi mesin nyata. Mesin hasil simulasi digunakan pemakai, mesin maya
merupakan tiruan seratus persen atas mesin nyata.Semua pemakai diberi iluasi
mempunyai satu mesain yang sama-sama canggih.
Pendekatan ini memberikan fleksibilitas tinggi sampai memungkinkan sistem
operasi-sistem operasi berbeda dapat dijalankan dimesin-mesin maya berbeda.
Implementasi yang efisien merupakan masalah sulit karena sistem menjadi besar
dan kompleks.
Teknik ini mulanya digunakan pada IBM S/370. VM/370 menyediakan mesin
maya untuk tiap pemakai. Bila pemakai log (masuk) sistem, VM/370 menciptakan
satu mesin maya baru untuk pemakai itu.
Teknik ini berkembang menjadi operating system emulator sehingga sistem
operasi dapat menjalankan aplikasi-aplikasi untuk sistem operasi lain.
§ Sistem operasi MS-Windows NT dapat menjalankan aplikasi untuk MS-DOS,
OS/2 mode teks dan aplikasi Win16. Aplikasi tersebut dijalankan sebagai
masukan bagi subsistem di MS-Windows NT yang mengemulasikan system
calls yang dipanggil aplikasi dengan Win32 API (system calls di MSWindows
NT).
§ IBM mengembangkan WABI yang mengemulasikan Win32 API sehingga
diharapkan sistem operasi yang menjalankan WABI dapat menjalankan
aplikasi-aplikasi untuk MS-Windows.
§ Para sukarelawan pengembang Linux telah membuat DOSEMU agar
aplikasi-aplikasi untuk MS-DOS dapat dijalankan di Linux, WINE agar
aplikasi untuk MS-Windows dapat dijalankan di Linux, iBCS agar aplikasiaplikasi
untuk SCO-UNIX dapat dijalankan di Linux, dan sebagainya.
d. Client-server model
Sistem operasi merupakan kumpulan proses dengan proses-proses
dikategorikan sebagai server dan client, yaitu :
§ Server, adalah proses yang menyediakan layanan.
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 18
§ Client, adalah proses yang memerlukan/meminta layanan Proses client yang
memerlukan layanan mengirim pesan ke server dan menanti pesan
jawaban. Proses server setelah melakukan tugas yang diminta, mengirim
hasil dalam bentuk pesan jawaban ke proses client.
Server hanya menanggapi permintaan client dan tidak memulai dengan
percakapan client. Kode dapat diangkat ke level tinggi, sehingga kernel
dibuat sekecil mungkin dan semua tugas diangkat ke bagian proses
pemakai.
Kernel hanya mengatur komunikasi antara client dan server. Kernel yang ini
popular dengan sebutan mikrokernel.
§ Permintaan pelayanan, seperti membaca sebuah blok file, sebuah user
process (disebut client process) mengirimkan permintaan kepada sebuah
server process, yang kemudian bekerja dan memberikan jawaban balik.
§ Keuntungan : kemampuan diaptasi untuk digunakan dalam distributed
system.
Masalah :
§ Tidak semua tugas dapat dijalankan di tingkat pemakai (sebagai proses
pemakai).
Kesulitan ini diatasi dengan :
§ Proses server kritis tetap di kernel, yaitu proses yang biasanya berhubungan
dengan perangkat keras.
§ Mekanisme ke kernel seminimal mungkin,sehingga pengaksesan ruang
pemakai dapat dilakukan dengna cepat.
Untuk sistem-sistem besar dengan banyak server dikehendaki supaya client
transparan dalam meminta layanan sehingga tidak menyulitkan pemogram.
Keunggulan :
§ Pengembangan dapat dilakukan secara modular.
§ Kesalahan (bugs) di satu subsistem (diimplementasikan sebagai satu
proses) tidak merusak subsistem-subsistem lain, sehingga tidak
mengakibatkan satu sistem mati secara keseluruhan.
§ Mudah diadaptasi untuk sistem tersebar.
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 19
Kelemahan :
§ Layanan dilakukan lambat karena harus melalui pertukaran pesan.
§ Pertukaran pesan dapat menjadi bottleneck.
e. Sistem berorientasi Objek
Sisten operasi merealisasikan layanan sebagai kumpulan proses disebut sistem
operasi bermodel proses. Pendekatan lain implementasi layanan adalah sebagai
objek-objek. Sistem operasu yang distrukturkan menggunakan objek disebut
sistem operasi berorientasi objek. Pendekatan ini dimaksudkan untuk
mengadopsi keunggulan teknologi berorientasi objek.
Pada sistem yang berorientasi objek, layanan diimplementasikan sebagai
kumpulan objek. Objek mengkapsulkan struktur data dan sekumpulan operasi
pada struktur data itu. Tiap objek diberi tipe yang menandadi properti objek
seperti proses, direktori, berkas, dan sebagainya. Dengan memanggil operasi
yang didefinisikan di objek, data yang dikapsulkan dapat diakses dan
dimodifikasi.
Model ini sungguh terstruktur dan memisahkan antara layanan yang disediakan
dan implementasinya. Conoh sistem operasi yang berorientasi objek, antara lain :
eden, choices, x-kernel, medusa, clouds, amoeba, muse, dan sebagainya.
Sistem operasi MS Windows NT telah mengadopsi beberapa teknologi
berorientasi objek tetapi belum keseluruhan.
2.7. Ringkasan
Dalam bab ini telah membahas sistem operasi dari dua pandangan : resource
managers dan extended machines. Dalam pandangan resource managers, tugas
sistem operasi adalah mengatur bagian-bagian yang berbeda secara efisien dalam
sistem. Dalam pandangan extented machines, tugas sistem operasi adalah
menyediakan pemakai dengan virtual machinevirtual machine yang sesuai
digunakan daripada actual machine.
Pembahasan juga menjelaskan perkembangan komputer dan sistem operasi, dan
mengetahui saat ini termasuk generasi berapa. Empat dekade telah ditinjau, dari
vacuum tubes ke personal computer (PC). Dijelaskan pula dua konsep sistem
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 20
operasi, yaitu proses dan file. Penjabaran system calls dan memberikan contoh
sederhana (READ).
Terakhir dijelaskan perbedaan struktur sistem operasi ; sebagai monolithic system,
a hierarchy of layers, a virtual machine, dan client-server model.
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 21
Bab 3
PROSES
3.1. Pengertian proses (task/job)
Proses berisi instruksi, data, program counter, register pemroses, stack data, alamat
pengiriman dan variabel pendukung lainnya.
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.
Peran sistem operasi dalam kegiatan proses adalah mengelola semua proses di
sistem dan mengalokasikan sumber daya ke proses tersebut. Banyak proses yang
dijalankan bersamaan, dimana setiap proses mendapat bagian memori dan kendali
sendiri-sendiri (peran SO), sehingga setiap proses (program) memiliki prinsip :
a. Independent, artinya program-program tersebut berdiri sendiri, terpisah dan
saling tidak bergantung.
b. One program at any instant, artinya hanya terdapat satu proses yang dilayani
pemroses pada satu saat.
Dalam multiprogramming, teknik penanganan proses adalah dengan mengeksekusi
satu proses dan secara cepat beralih ke proses lainnya (bergiliran),sehingga
menimbulkan efek paralel semu (pseudoparallelism).
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 22
Gambar 3.1 : (a). Multiprogramming dengan 4 proses (program/job)
(b) : Model konseptual dari 4 proses independent, sequential proses
(c) : Hanya 1 proses yang aktif pada suatu saat
3.2. Pengendalian proses
Dalam pengendalian antar proses, sistem operasi menggunakan metode :
a. Saling melanjutkan (interleave)
Sistem operasi harus dapat kembali melanjutkan proses setelah melayani
proses lain.
b. Kebijaksaan tertentu
Sistem operasi harus mengalokasikan sumber daya ke proses berdasar
prioritasnya.
c. Komunikasi antar proses dan penciptaan proses
Sistem operasi harus mendukung komunikasi dan penciptaan antar proses
(menstrukturkan aplikasi).
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 23
Pada sistem dengan banyak proses aktif, proses-proses pada satu saat berada
dalam beragam tahap eksekusinya. Proses mengalami beragam state (ready,
running, blocked) selama siklus hidupnya sebelum berakhir dan keluar dari sistem.
Sistem operasi harus dapat mengetahui state masing-masing proses dan merekam
semua perubahan yang terjadi secara dinamis. Informasi tersebut digunakan untuk
kegiatan penjadwalan dan memutuskan alokasi sumber daya.
3.3 Status (state) proses
Sebuah proses akan mengalami serangkaian state diskrit. Beragam kejadian dapat
menyebabkan perubahan state proses. Tiga state tersebut adalah sebagai berikut :
Tabel 3.1 : Tiga state dasar proses
No STATUS (STATE) DESKRIPSI
1 Running Proses sedang mengeksekusi instruksi proses
2 Ready Proses siap dieksekusi, tetapi proses tidak
tersedia untuk eksekusi proses ini.
3 Blocked Proses menunggu kejadian untuk melengkapi
tugasnya
Contoh :
a. Selesinya operasi perangkat
masukan/keluaran
b. Tersedianya memory
c. Tibanya pesan jawaban
d. Dan sebagainya
Hubungan ketiga state dasar digambarkan dalam diagram berikut :
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 24
Gambar 3.2 Diagram tiga state dasar proses
Penjelasan diagram :
1. Proses yang baru diciptakan akan mempunyai state ready.
2. Proses berstate running menjadi blocked, karena sumbar daya yang diminta
belum tersedia atau meminta layanan perangkat masukan/keluaran, sehingga
menunggu kejadian muncul. Proses menunggu kejadian alokasi sumber daya
atau selesainya layanan perangkat masukan/keluaran (event wait).
3. Proses berstate running menjadi ready, karena penjadwal memutuskan
eksekusi proses lain karena jatah waktu untuk proses tersebut telah habis (time
out).
4. Proses berstate blocked menjadi ready saat sumber daya yang diminta/
diperlukan telah tersedia atau layanan perangkat masukan/keluaran selesai
(event occurs).
5. Proses berstate ready menjadi running, karena penjadwal memutuskan
penggunaan pemroses utnuk proses itu karena proses yang saat itu running
berubah statenya (menjadi ready ata blocked) atau telah menyelesaikan
sehingga disingkirkan dari sistem. Proses menjadi mendapatkan jatah
pemroses.
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 25
3.4 Diagram state lanjut
Penundaan (suspend) adalah operasi penting dan telah diterapkan dengan
beragam cara. Penundaan biasanya berlangsung singkat. Penundaan sering
dilakukan sistem untuk memindahkan proses-proses tertentu guna mereduksi
beban sistem selama beban puncak.
Proses yang ditunda (suspended blocked) tidak berlanjut sampai proses lain
meresume. Untuk jangka panjang, sumber daya-sumber daya proses dibebaskan
(dilucuti). Keputusan membebaskan sumber daya-sumber daya bergantung sifat
masing-masing sumber daya. Memori utama seharusnya segera dibebaskan begitu
proses tertunda agar dapat dimanfaatkan proses lain. Resuming (pengaktifan
kembali) proses, yaitu menjalankan proses dari titik (instruksi) dimana proses
ditunda.
Operasi suspend dan resume penting, sebab :
a. Jika sistem berfungsi secara buruk dan mungkin gagal maka proses-proses
dapat disuspend agar diresume setelah masalah diselesaikan.
Contoh :
Pada proses pencetakan, bila tiba-tiba kerta habis maka proses disuspend.
Setelah kertas dimasukkan kembali, proses pun dapat diresume.
b. Pemakai yang ragu/khawatir mengenai hasil prose dapat mensuspend proses
(bukan membuang (abort) proses). Saat pemakai yakin proses akan berfungsi
secara benar maka dapat me-resume (melanjutkan kembali di instruksi saat
disuspend) proses yang disuspend.
c. Sebagai tanggapan terhadap fluktuasi jangka pendek beban sistem, beberapa
proses dapat disuspend dan diresume saat beban kembali ke tingkat normal.
Gambar berikut menunjukkan modifikasi diagram state dengan memasukkan
kejadian suspend dan resume.
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 26
Gambar 3.3 : Diagram lima state proses
Dua state baru dimasukkan sehingga membentuk diagram 5 state, yaitu :
1. Suspended ready
2. Suspended blocked
Penundaan dapat diinisialisasi oleh proses itu sendiri atau proses lain.
a. Pada sistem monoprocessor, proses running dapat mensuspend dirinya sendiri
karena tak ada proses lain yang juga running yang dapat memerintahkan
suspend.
b. Pada sistem multiprocessor, proses running dapat disuspend proses running
lain pada pemroses berbeda. Proses ready hanya dapat di suspend oleh proses
lain.
Pada proses blocked terdapat transisi menjadi suspended blocked. Pilihan in dirasa
aneh. Apakah tidak cukup menunggu selesainya operasi masukan/keluaran atau
kejadian yang membuat proses ready atau suspended ready ?. Bukankah state
blockedm readyblockedm suspended blocked sama-sama tidak mendapat jatah
waktu pemroses ?. Kenapa dibedakan ?.
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 27
Alasannya, karena penyelesaian operasi masukan/keluaran bagi proses blocked
mungkin tak pernah terjadi atau dalam waktu tak terdefinisikan sehingga lebih baik
disuspend agar sumber daya-sumber daya yang dialokasikan untuk proses tersebut
dapat digunakan proses-proses lain. Untuk kondisi ini, lebih baik sumber dayasumber
daya yang dipegang proses yang berkondisi seperti ini dipakai prosesproses
lain. Proses blocked disuspend sistem atau secara manual menjadi
suspended blocked.
Bila akhirnya operasi masukan/keluaran berakhir maka segera proses suspended
blocked mengalami transisi. Karena resume dan suspend mempunyai prioritas
tinggi maka transisi segera dilakukan. Suspend dan resume dapat digunakan untuk
menyeimbangkan beban sistem saat mengalami lonjakan di atas normal.
3.5. Program Control Block (PCB)
Struktur data PCB menyimpan informasi lengkap mengenai proses sehingga dapat
terjadi siklus hidup proses. Sistem operasi memerlukan banyak informasi mengenai
proses guna pengelolaan proses. Informasi ini berada di PCB. Sistem berbeda akan
mengorganisasikan secara berbeda.
Informasi dalam PCB :
1. Informasi identifikasi proses
Informasi ini berkaitan dengan identitas proses yang berkaitan dengan tabel
lainnya.
Informasi tersebut meliputi :
a. Identifier proses
b. Identifier proses yang menciptakan
c. Identifier pemakai
2. Informasi status pemroses
Informasi tentang isi register-register pemroses. Saat proses berstatus running,
informasi tersebut berada diregister-register. Ketika proses diinterupsi, semua
informasi register harus disimpan agar dapat dikembalikan saat proses
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 28
dieksekusi kembali. Jumlah dan jenis register yang terlibat tergantung arsitektur
komputer.
Informasi status terdiri dari :
a. Register-register yang terlihat pemakai
Adalah register-register yang dapat ditunjuk instruksi bahasa assembly
untuk diproses pemroses.
b. Register-register kendali dan status
Adalah register-register yang digunakan untuk mengendalikan operasi
pemroses.
c. Pointer stack
Tiap proses mempunyai satu atau lebih stack, yang digunakan untuk
parameter atau alamat prosedur pemanggil dan system call. Pointer stack
menunjukkan posisi paling atas dari stack.
3. Informasi kendali proses
Adalah informasi lain yang diperlukan sistem operasi untuk mengendalikan dan
koordinasi beragam proses aktif.
Informasi kendali terdiri dari :
a. Informasi penjadwalan dan status
Informasi-informasi yang digunakan untuk menjalankan fungsi penjadwalan,
antara lain :
a.1 Status proses
Mendefinisikan keadaan/status proses (running, ready, blocked)
a.2 Prioritas
Menjelaskan prioritas proses.
a.3 Informasi berkaitan dengan penjadwalan
Berkaitan dengan informasi penjadwalan, seperti lama menunggu, lama
proses terakhir dieksekusi.
a.4 Kejadian
Identitas kejadian yang ditunggu proses.
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 29
b. Penstrukturan data
Satu proses dapat dikaitkan dengan proses lain dalam satu antrian atau ring,
atau struktur lainnya. PCB harus memiliki pointer untuk mendukung struktur ini.
c. Komuikasi antar proses
Beragam flag, sinyal dan pesan dapat diasosiasikan dengan komunikasi
antara dua proses yang terpisah.
d. Manajemen memori
Bagian yang berisi pointer ke tabel segmen atau page yang menyatakan
memori maya (virtual memori) proses.
e. Kepemilikan dan utilisasi sumber daya
Sumber daya yang dikendalikan proses harus diberi tanda, misalnya :
e.1 Berkas yang dibuka
e.2 Pemakain pemroses
e.3 Pemakaian sumber daya lainnya
Informasi ini diperlukan oleh penjadwal.
Struktur citra proses digambarkan berurutan di satu ruang alamat. Implementasi
penempatan citra proses yang sesungguhnya bergantung skema manajemen
memori yang digunakan dan organisasi struktur kendali sistem operasi.
Gambar 3.4 : Proses pemakai
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 30
3.6. Operasi-operasi pada proses
Sistem operasi dalam mengelola proses dapat melakukan operasi-operasi terhadap
proses. Operasi tersebut adalah :
a. Penciptaan proses
b. Penghancuran/terminasi proses
c. Penundaan proses
d. Pelanjutan kembali proses
e. Pengubahan prioritas proses
f. Memblok proses
g. Membangunkan proses
h. Menjadwalkan proses
i. Memungkinkan proses berkomunikasi dengan proses lain
3.7 Penciptaan proses
Melibatkan banyak aktivitas, yaitu :
a. Memberi identitas proses
b. Menyisipkan proses pada senarai atau tabel proses
c. Menentukan prioritas awal proses
d. Menciptakan PCB
e. Mengalokasikan sumber daya awal bagi proses
Ketika proses baru ditambahkan, sistem operasi membangun struktur data untuk
mengelola dan mengalokasikan ruang alamat proses.
Kejadian yang dapat menyebabkan penciptaan proses :
a. Pada lingkungan batch, sebagai tanggapan atas pemberian satu kerja (job)
Sistem operasi dengan kendali batch job, setelah menciptakan proses baru,
kemudian melanjutkan membaca job berikutnya.
b. Pada lingkungan interaktif, ketika pemakai baru berusaha logon.
c. Sebagai tanggapan suatu aplikasi, seperti permintaan pencetakan file, sistem
operasi dapat menciptakan proses yang akan mengelola pencetakan itu.
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 31
Sistem operasi menciptakan proses untuk memenuhi satu fungsi pada program
pemakai, tanpa mengharuskan pemakai menunggu.
d. Proses penciptaan proses lain (proses anak).
Untuk mencapai modularitas atau mengeksploitasi kongkurensi, program
pemakai memerintahkan pembuatan sejumlah proses.
Proses dapat menciptakan proses baru yaitu anak proses (child process),
sedangkan proses yang menciptakannya disebut proses induk (parent process).
Proses anakpun kembali dapat menciptakan proses-proses anak lainnya.
Proses-proses dapat membentuk pohon hirarki proses.
3.8 Tahap-tahap penciptaan proses
Penciptaan proses dapat disebabkan beragam sebab. Penciptaan proses meliputi
beberapa tahap :
1. Beri satu identifier unik ke proses baru. Isian baru ditambahkan ke tabel proses
utama yang berisi satu isian perproses.
2. Alokasikan ruang untuk proses.
3. PCB harus diinisialisasi.
4. Kaitan-kaitan antar tabel dan senarai yang cocok dibuat.
5. Bila diperlukan struktur data lain maka segera dibuat struktur data itu.
3.9. Penghancuran proses
Penghancuran proses melibatkan pembebasan proses dari sistem, yaitu :
a. Sumber daya-sumber daya yang dipakai dikembalikan.
b. Proses dihancurkan dari senarai atau tabel sistem.
c. PCB dihapus (ruang memori PCB dikembalikan ke pool memori bebas).
Penghancuran lebih rumit bila proses telah menciptakan proses-proses lain.
Terdapat dua pendekatan, yaitu :
a. Pada beberapa sistem, proses-proses turunan dihancurkan saat proses induk
dihancurkan secara otomatis.
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 32
b. Beberapa sistem lain menganggap proses anak independen terhadap proses
induk, sehingga proses anak tidak secara otomatis dihancurkan saat proses
induk dihancurkan.
Tabel 3.2 : Alasan-alasan penghancuran proses
No PENYEBAB
TERMINASI
KETERANGAN
1 Selesainya proses
secara manual
Proses mengeksekusi panggilan layanan sistem
operasi untuk menandakan bawah proses telah
berjalan secara lengkap.
2 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 (wait clock
time),jumlah waktu yang dipakai untuk eksekusi,
dan jumlah waktu sejak pemakai terakhir kali
memberi masukan (pada proses interaktif).
3 Memori tidak
tersedia
Proses memerlukan memori lebih banyak daripada
yang dapat disediakan sistem.
4 Pelanggaran
terhadap batas
memori
Proses mencoba mengakses lokasi memori yang
tidak diijinkan diakses.
5 Terjadi kesalahan
karena
pelanggaran
proteksi
Proses berusaha menggunakan sumber data atau
file yang tidak diijinkan dipakainya, atau proses
mencoba menggunakannya tidak untuk
peruntukannya, seperti menulis file read only.
6 Terjadi kesalahan
aritmatika
Proses memcoba perhitungan terlarang, seperti
pembagian dengan nol,atau mencoba menyimpan
angka yang lebih besar daripada yang dapat
diakomodasi oleh perangkat keras
7 Waktu telah
kedaluwarsa
Proses telah menunggu lebih lama dari pada
maksimum yang ditentukan untuk terjadinya suatu
kejadian spesifik.
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 33
8 Terjadi kegagalan
masukan/keluaran
Kesalahan muncul pada masukan/keluaran, seperti
ketidakmampuan menemukan file, kegagalan
membaca atau menulis setelah sejumlah
maksimum percobaan yang ditentukan (area rusak
didapatkan pada tape atau operasi tak valid seperti
membaca dari line printer).
9 Instruksi yang
tidak benar
Proses berusaha mengeksekusi intruksi yang tak
ada (akibat percabangan ke daerah data dan dan
berusaha mengeksekusi data itu)
10 Terjadi usaha
memakai instruksi
yang tidak
diijinkan
Proses berusaha menggunakan instruksi yang
disimpan untuk sistem operasi.
11 Kesalahan
penggunaan data
Bagian data adalah tipe yang salah atau tidak
diinisialisasi.
12 Diintervensi oleh
sistem operasi
atau operator
Untuk suatu alasan, operator atau sistem operasi
mengakhiri proses (terjadi deadlock)
13 Berakhirnya
proses induk
Ketika parent berakhir, sistem operasi mungkin
dirancang secara otomatis mengakhiri semua anak
proses dari parent itu.
14 Atas permintaan
dari proses induk
Parent process biasanya mempunyai otoritas
mengakhiri suatu anak proses.
3.10. Pengalihan proses
Kelihatannya pengalihan proses (process switching) adalah sepele. Pada suatu
saat, proses running diinterupsi dan sistem operasi memberi proses lain state
running dan menggilir kendali ke proses itu.
Dalam hal ini muncul beberapa masalah, yaitu :
1. Kejadian-kejadian apa yang memicu alih proses ?
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 34
2. Masalah lain adalah terdapatnya perbedaan antara alih proses (process
switching) dan alih konteks (context switching).
3. Apa yang harus dilakukan sistem operasi terhadap beragam struktur data yang
dibawah kendalinya dalam alih proses ?
3.11. Kejadian-kejadian penyebab pengalihan proses
Kejadian-kejadian yang menyebabkan terjadinya alih proses adalah :
1. Interupsi sistem
Disebabkan kejadian eksternal dan tak bergantung proses yang saat itu sedang
running. Contoh : selesainya operasi masukan/keluaran.
Pada kejadian interupsi, kendali lebih dulu ditransfer ke interrupt handler yang
melakukan penyimpanan data-data dan kemudian beralih ke rutin sistem operasi
yang berkaitan dengan tipe interupsi itu.
Tipe-tipeinterupsi antara lain :
a. Interupsi clock (clock interrupt)
Sistem operasi (penjadwal) menentukan apakah proses yang sedang running
telah mengeksekusi selama jatah waktunya. Jika telah mencapai jatahnya maka
proses dialihkan ke state ready dan proses lain dijadwalkan
running.
b. Interupsi masukan/keluaran
Kejadian dimana peralatan masukan/keluaran melakukan interupsi meminta
layanan sistem operasi. Sistem operasi segera menentukan aksi-aksi
masukan/keluaran yang harus dilakukan.
c. Page/memory fault
Pemroses menemui pengacuan alamat memori maya yang tidak terdapat di
memori utama (fisik). Sistem operasi segera memerintahkan untuk mengambil
page yang terdapat alamat yang dimaksud untuk dipindah ke memori utama.
2. Trap
Adalah interupsi karena terjadinya kesalahan atau kondisi kekecualian
(exception conditions) yang dihasilkan proses yang running, seperti usaha illegal
dalam mengakses file.
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 35
Dengan trap, sistem operasi menentukan apakah kesalahan yang dibuat
merupakan kesalahan fatal ?
a. Jika fatal, proses yang saat itu running disingkirkan dan terjadi alih proses.
b. Jika kesalahan tidak fatal maka bergantung sifat kesalahan dan rancangan
sistem operasi.
Kemungkinan yang dilakukan adalah menjalankan prosedur pemulihan atau
memperingkatkan ke pemakai. Saat terjadi trap, mungkin terjadi pengalihan
proses mungkin pula resume proses.
3. Supervisor call
Yaitu panggilan meminta atau mengaktifkan bagian sistem operasi.
Contoh :
Proses pemakai running meminta layanan masukan/keluaran seperti membuka
file. Panggilan ini menghasilkan transfer ke rutin bagian sistem operasi.
Biasanya, penggunaan system call membuat proses pemakai blocked karena
diaktifkan proses kernel (sistem operasi).
3.12. Pengalihan konteks
Pengalihan konteks dapat terjadi tanpa pengalihan state process yang sedang
running, sedang pengalihan proses pasti melibatkan juga pengalihan konteks.
Siklus penanganan interupsi adalah :
1. Pemroses menyimpan konteks program saat itu yang sedang dieksekusi ke
stack.
2. Pemroses menset register PC dengan alamat awal program untuk interuppet
handler.
Setelah kedua aktivitas itu, pemroses melanjutkan menjalankan instruksi-instruksi
berikutnya di interuppt handler yang melayani interrupt.
Pelaksanaan interupsi ini belum tentu mengakibatkan pengalihan ke proses lain
(yaitu pengalihan PCB proses dari senarai running ke senarai lain (blocked, ready),
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 36
dan sebaliknya. Kita menyebut pengalihan konteks adalah untuk pengalihan
sementara yang singkat, misalnya untuk mengeksekusi program interrupt handler.
Setelah penanganan interupsi selesa maka konteks yang terdapat pada stack
dikembalikan sehingga kembali ke konteks proses semula tanpa terjadi pengalihan
ke proses lain. Pengalihan proses terjadi jika proses yang running beralih menjadi
state lain (ready, blocked), kemudian sistem operasi harus membuat perubahanperubahan
berarti terhadap lingkungannya. Rincian-rincian dalam pelaksanaan
pengalihan proses dibahas setelah ini.
3.13. Pengalihan proses
Pengalihan proses terjadi jika proses yang running beralih menjadi state lain (ready,
blocked) kemudian sistem operasi membuat perubahan-perubahan berarti terhadap
lingkungan.
Langkah-langkah yang terlibat dalam pengalihan proses sebagai berikut :
1. Simpan konteks pemroses, termasuk register PC dan register-register lain.
2. Perbarui PCB proses yang running. Pelaksanaan termasuk mengubah state
proses menjadi salah satu state (ready, blocked, suspendedready).
3. Field-field yang relevan juga diperbarui misalnya alasan meninggalkan state
running dan informasi akunting.
4. Pindahkan PCB proses ke senarai yang cocok (ready, blocked).
5. Pilih satu proses lain untuk dieksekusi sesuai dengan teknik penjadwalan.
6. Perbarui PCB proses yang dipilih termasuk perubahan state menjadi running.
7. Perbarui struktur-struktur data manajemen memori. Pekerjaan ini sesuai dengan
pengelolaan translasi alamat.
8. Kembalikan konteks pemroses dengan konteks simpanan yang memberitahu
konteks proses terakhir saat dialihkan dari state running. Pengembalian konteks
ini dilakukan dengan memuatkan nilai-nilai register PC dan register-register lain
dengan nilai konteks yang tersimpan.
Pengalihan proses melibatkan pengalihan konteks dan perubahan state,
memerlukan usaha lebih besar daripada pengalihan konteks.
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 37
3.14. Tabel-tabel proses
Tiap proses mempunyai state yang perlu diperhatikan sistem operasi yang dicatat
dalam beragam tabel atau senarai yang saling berhubungan, yaitu :
a. Tabel informasi manajemen memori
Untuk menjaga keutuhan memori utama dan memori sekunder yang menyimpan
informasi tentang :
a.1 Alokasi memori utama yang dipakai proses.
a.2 Alokasi memori sekunder yang dipakai proses (menggunakan manajemen
memori dengan swapping).
a.3 Atribut segmen memori utama dan sekunder.
a.4 Informasi-informasi lain yang digunakan untuk pengelolaan memori.
b. Tabel informasi manajemen masukan/keluaran
Untuk mengelola perangkat masukan/keluaran, dimana perangkat tersebut
digunakan proses tertenty, sehingga perlu dijaga agar proses lain tidak
memakainya. Sistem operasi perlu mengetahui status operasi masukan/keluaran
dan lokasi memori utama yang digunakan untuk transfer data.
c. Tabel informasi sistem file
Berisi informasi mengenai ekstensi file, lokasi pada memori sekunder, status saat
itu dan menyimpan atribut-atribut file lainnya.
d. Tabel proses
Untuk mengelola informasi proses di sistem operasi, lokasinya di memori, status
dan atribut proses lainnya.
Proses ditempatkan di memori utama di lokasi tertentu, proses mempunyai satu
ruang alamat tersendiri. Ruang alamat yang digunakan proses disebut citra proses
(process image), karena selain seluruh kode biner program, proses ditambahi
atribut-atribut lain yang berkaitan penempatannya pada suatu lokasi memori dan
status eksekusi pada saat itu.
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 38
Tabel 3.3 : Elemen-elemen citra proses
No ELEMEN CITRA
PROSES
KETERANGAN
1 Data pemakai Bagian yang dapat memodifikasi
berupa data program, daerah stack
pemakai.
2 Program pemakai Program biner yang dieksekusi.
3 Stack sistem Digunakan untuk menyimpan
parameter dan alamat pemanggilan
untuk prosedur dan system calls
4 PCB (Program Control
Block)
Berisi informasi yang diperlukan oleh
sistem operasi dalam mengendalikan
proses
Struktur umum tabel-tabel kendali ditunjukkan pada gambar berikut :
Gambar 3.5 : Struktur tabel-tabel kendali pada sistem operasi
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 39
3.15. PCB dan senarai proses
PCB berisi informasi mengenai proses yang diperlukan sistem operasi. PCB dibaca
dan /atau dimodifikasi rutin sistem operasi seperti penjadwalan, alokasi sumber
daya, pemrosesan interupsi, monitoring dan analisis kinerja. Kumpulan PCB
mendefinisikan state sistem operasi.
Untuk menyatakan senarai proses di sistem operasi dibuat senarai PCB.
Gambar 3.6: Senarai PCB
Diagram memperlihatkan hanya satu PCB berada di senarai running. PCB ini
menyatakan proses yang saat itu sedang dieksekusi pemroses sehingga hanya satu
proses yang running. Tentu saja ini tidak berlaku untuk multiprocessing yang dapat
mengeksekusi lebih dari satu proses sekaligus.
Prose-proses ready digambarkan dengan PCB proses-proses di senarai ready.
Proses-proses menunggu dijadwalkan untuk dieksekusi pemroses. Proses yang
dijadwalkan dieksekusi (yaitu mengalami transisi dari state ready menjadi running)
maka PCBnya dipindah dari senarai ready ke senarai running.
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 40
Proses running (PCB-nya berada di senarai running) dipindah sesuai state yang
dialami proses itu, sebagai berikut :
a. Bila proses berakhir (selesai) maka dijalankan operasi terminasi sehingga PCBnya
tak ada lagi.
b. Bila proses diblocked karena menunggu alokasi sumber daya maka PCBnya
dipindah ke senarai blocked.
c. Bila proses dijadwalkan habis jatah waktu eksekusinya maka PCBnya
dipindahkan ke senarai ready.
Proses yang sedang blocked berpindah menjadi ready bila sumber daya yang
ditunggu telah teralokasi untuknya. Untuk itu PCBnya dipindahkan ke senarai ready.
3.16. Pengaksesan informasi di PCB
Rutin-rutin sistem operasi perlu mengakses informasi di PCB. Tiap proses
dilengkapi ID unik yang digunakan sebagai indeks (penunjuk) ke tabel untuk
mengambil PCB.
Kesulitan bukan pada mekanisme pengaksesan, tetapi masalah proteksi terhadap
PCB. Dua masalah utama proteksi terhadap PCB, yaitu :
1. Bug (kesalahan pemrograman) pada rutin tunggal, misalnya interrupt handler
dapat merusak PCB sehingga dapat berakibat menghancurkan kemampuan
sistem mengelola proses-proses yang diasosiasikan dengan PCB.
2. Perubahan rancangan struktur dan semantiks PCB dapat berdampak ke
sejumlah modul sistem operasi yang memakai PCB.
Kedua masalah tersebut memberi gagasan agar semua rutin sistem operasi
melewati satu rutin khusus, yaitu rutin penanganan PCB dalam mengakses PCB.
Tugas rutin adalah memproteksi PCB dan menjadi perantara pembacaan dan
penulisan PCB.
a. Masalah pertama dapat dicegah karena rutin penanganan PCB akan selalu
menjaga agar PCB tidak rusak.
b. Masalah kedua jelas langusng teratasi karena antarmuka terhadap rutin-rutin
lain masih tetap dipertahankan walau rincian-rincian PCB diubah.
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 41
Rutin-rutin sistem operasi yang memakai antarmuka tidak perlu diubah. Teknik ini
menghendaki didefinisikan antarmuka rutin penanganan PCB dan rutin-rutin lain
dengan baik. Kelemahan teknik ini adalah adanya overhead kinerja karena harus
memanggil rutin penanganan PCB. Pengaksesan langsung terhadap PCB tentu
lebih cepat daripada harus memanggil rutin penanganan PCB.
3.17. Kedudukan sistem operasi
Sistem operasi pada dasarnya adalah sepert perangkat lunak lain, yaitu program
yang perlu dieksekusi pemroses.
Kedudukan sistem operasi dibanding proses-proses lain, adalah :
a. Sistem operasi sebagai kernel tersendiri yang berbeda dengan proses-proses
lain (kernel sebagai non-proses).
b. Fungsi-fungsi sistem operasi dieksekusi dalam proses pemakai.
c. Sistem operasi juga sebagai kumpulan proses (process based operating
systems).
3.18. Kernel sebagai non proses
Kernel sistem operasi adalah di luar proses, digambarkan pada gambar berikut :
Gambar 3.7 : Eksekusi kernel sebagai non-proses
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 42
Ketika proses running diinterupsi atau memanggila system call, maka konteks
pemroses proses ini disimpan dan kendali dilewatkan ke kernel. Sistem operasi
mempunyai daerah memori dan stack sendiri untuk pemanggilan prosedur.
Sistem operasi melakukan fungsi yang diinginkan dan mengembalikan konteks
proses yang diinterupsi. Eksekusi proses pemakai yang diinterupsi dilanjutkan.
Alternatif lain, sistem operasi menyimpan lingkungan proses, melakukan
penjadwalan dan menjadwalkan proses lain.
Konsep proses hanya diterapkan untuk program-program pemakai. Kode sistem
operasi dieksekusi sebagai satu entitas terpisah, beroperasi pada mode kernel.
Proses adalah non-kernel, sedang sistem operasi adala kernel yang bukan proses.
3.19. Dieksekusi dalam proses pemakai
Alternatif lain dieksekusi sistem operasi adalah mengeksekusi sistem operasi di
konteks proses pemakai. Pendekatan ini didasarkan terutama pada pandangan
bahwa sistem operasi sebagai kumpulan rutin yang dipanggil pemakai untuk
melakukan beragam fungsi dan dieksekusi dalam lingkungan proses pemakai.
Pendekatan ini digambarkan pada gambar berikut :
Gambar 3.8 : Eksekusi dalam proses pemakai
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 43
Pada seluruh waktu, sistem operasi mengelola N citra proses. Tiap citra tidak hanya
mempunyai daerah untuk proses tapi juga daerah program, data dan stack untuk
kernel. Terdapat juga ruang alamat yang dipakai bersama semua proses. Ketika
diinterupsi, trap atau supervisor call terjadi,pemroses ditempatkan ke mode kernel
dan kendali dilewatkan ke sistem operasi. Konteks pemroses disimpan dan alih
konteks ke rutin sistem operasi.
Eksekusi dilanjutkan dalam proses pemakai saat itu, tidak dilakukan alih proses,
hanya alih konteks di proses yang sama. Jika sistem operasi telah menyelesaikan
tugas, menentukan apakah proses berlanjut, maka alih konteks meresume program
yang diinterupsi dalam proses itu juga. Keunggulan pendekatan ini adalah program
pemakai yang diinterupsi untuk memperoleh rutin sistem operasi dan diresume tidak
mengalami overhead peralihan dua proses.
Jika sistem operasi menentukan bahwa alih proses terjadi bukan kembali ke proses
semula yang dieksekusi, maka kendali dilewatkan ke rutin alih proses. Rutin ini
boleh dijalankan pada proses boleh juga tidak, bergantung rancangan sistem. Pada
keadaan ini, proses saat itu menjadi state non-running dan proses lain menjadi
running.
3.20. Sistem operasi sebagai kumpulan proses
Pendekatan ini mengimplementasikan sistem operasi sebagai kumpulan proses.
Pendekatan ini digambarkan pada gambar berikut :
Gambar 3.9: Eksekusi sistem operasi sebagai proses
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 44
Variannya adalah perangkat lunak bagian kernel dieksekusi dalam mode kernel.
Fungsi-fungsi kernel utama diorganisasi sebagai proses-proses terpisah. Terdapat
kode kecil pengalihan proses yang dieksekusi di luar proses.
Pendekatan ini mempunyai beberapa keunggulan, yaitu :
a. Perancangan modular dapat diterapkan ke perancangan sistem operasi. Sistem
operasi menjadi modul-modul dengan interface yang bersih dan minimal antar
modul-modul itu.
b. Fungsi-fungsi sistem operasi tak kritis secara bagus dapat diimplementasikan
sebagai proses-proses terpisah.
c. Mudah diterapkan pada lingkungan multiprocessor atau multicomputer dimana
beberapa layanan sistem operasi ditaruh di pemroses-pemroses tertentu. Teknik
ini akan meningkatkan kinerja.
3.21. Mikrokernel
Saat ini, mikrokernel mendapat banyak perhatian. Mikrokernel adalah inti sistem
operasi yang menyebabkan landasan perluasan sistem operasi. Pendekatan
mikrokernel dipopularkan sistem operasi MACH. Secara teoritis, pendekatan
mikrokernel menyediakan derajat fleksibilitas dan modularitas tinggi. Sistem operasi
yang memakai pendekatan mikrokernel adalah MS Windows NT. Landasan
pendekatan mikrokernel adalah hanya fungsi-fungsi sistem operasi inti yang secara
mutlak esensi yang harus berada di kernel.
Layanan-layanan dan aplikasi-aplikasi yang kurang esensi dibangin diatas
mikrokernel itu. Meskipun pembagian antara yang perlu dan tidak perlu ada di
mikrokernel beragam. Terdapat ciri yang sama yaitu banyak lauanan yang secara
tradisional merupakan bagian sistem operasi menjadi subsistem eksternal.
Subsistem in berinteraksi dengan kernel dan subsistem-subsistem lain.
Layanan-layanan itu antara lain sistem file, sistem windowing dan layanan-layanan
keamanan. Komponen-komponen sistem operasi di luar mikrokernel saling
Modul Training TOT : Sistem Operasi
Halaman : 45
berinteraksi melalui pesan yang dilewatkan melalui mikrokernel. Fungsi mikrokernel
adalh sebagai mediator pertukaran pesan.
Mikrokernel memvalidasi pesan, melewatkan pesan antara komponen-komponen
dan memberi hak pengaksesan perangkat keras. Struktur ini ideal untuk lingkungan
pemrosesan terdistribusi karena mikrokernel dapat melewatkan pesan baik secara
lokal atau jarak jauh tanpa perubahan komponen-komponen sistem operasi yang
lain.