1. Gambar / Arsitektur Sistem Operasi
Arsitektur perangkat lunak adalah struktur-struktur yang menjadi landasan untuk menentukan keberadaan komponen-komponen perangkat lunak, cara komponen-komponen saling berinteraksi dan organisasi komponen-komponen dalam membentuk perangkat lunak. Arsitektur sistem operasi adalah arsitektur perangkat lunak yang digunakan dalam membangun perangkat lunak sistem operasi.
Arsitektur sistem operasi yang terkenal antara lain:
a. Sistem monolitik
Ø Kelemahan :
1. Karena tidak dapat dipisahkan dan dilokalisasikan maka pengujian dan penghilangan kesalahan sulit, namun praktik pemrograman yang berdisiplin bagus dapat mempermudah pengembangan.
2. Dalam menyediakan fasilitas pengamanan tergolong sulit
3. Pemborosan apabila setiap komputer harus menjalankankernel monolitik sangat besar sementara sebetulnya tidak membutuhkan semua layanan yang telah disediakan kernel. Tidak fleksibel.
4. Mengakibatkan matinya seluruh sistem karena kekeliruan pemrograman di satu bagian kernel
b. Sistem Berlapis
Ø Kelemahan :
Fungsi-fungsi sistem operasi yang harus diberikan ke masing-masing lapisan harus dilakukan secara hati-hati.
Ø Keunggulan :
Sistem berlapis memiliki semua keunggulan rancangan yang modular, yaitu sistem terbagi dalam beberapa modul. Masing-masing lapisan atau modul itu dapat dirancang, dikode, dan diuji secar independen. Pendekatan berlapis menyederhanakan rancangan, spesifikasi, dan implementasi sistem operasi.
c. Sistem Client/Server
· Server adalah proses yang menyediakan layanan
· Client adalah proses yang memerlukan / meminta layanan
Ø Kelemahan :
1. Layanan dilakukan secara lambat karena harus melalui pertukaran pesan
2. Pertukaran pesan dapat menjadi bottleneck
Ø Kelebihan :
1. Pengembangan dapat dilakukan secara modular
2. Kesalahan (bugs) di satu sub sistem (diimplementasikan sebagai satu proses tersendiri) tidak merusak sub sistem-sub sistem lain sehingga tidak mengakibatkan satu sistem mati secara keseluruhan.
d. Sistem Mesin Maya
Ø Kelemahan :
Implementasi yang efisien merupakan masalah yang sulit karena sistem menjadi besar dan kompleks
Ø Keunggulan :
Sistem mesin maya memberikan fleksibilitas tinggi sehingga sampai memungkinkan sistem operasi-sistem operasi berbeda dapat dijalankan di mesin maya – mesin maya berbeda oleh pemakai-pemakai yang berbeda
e. Sistem Berorientasi Objek
2. Penjadwalan Processor
Penjadwalan merupakan kumpulan kebijaksanaan dan mekanisme di sistem operasi yang berkaitan dengan urutan kerja yang dilakukan sistem komputer. Penjadwalan bertugas memutuskan : Proses harus berjalan, Kapan dan berapa lama proses itu berjalan.
a. Tipe-tipe Penjadwalan
Ø Penjadwalan jangka pendek, bertugas menjadwalkan alokasi pemrosesan di antara proses-proses yang telah siap dimemori utama
Ø Penjadwalan jangka menengah, menangani serta mengendalikan transisi dari suspended to ready dari proses swapping
Ø Penjadwalan jangka panjang, bekerja terhadap antrian batch dan memilih batch berikutnya yang harus dieksekusi sistem
b. Penjadwalan Proses
3 istilah yang digunakan pada penjadwalan proses:
1. Antrian
Sejumlah proses yang menunggu menggunakan prosesor dan akan diproses sesuai dengan urutan antrian proses.
2. Prioritas
Mendahului pada antrian proses, kalau proses itu berada di bagian belakang antrian, maka dengan pemberian prioritas, proses itu langsung berada di bagian paling depan pada antrian itu.
3. Prempsi
Mendahului pada antrian proses, kalau proses itu berada di bagian belakang antrian, maka dengan pemberian prempsi, proses itu langsung berada di bagian paling depan pada antrian itu bahkan akan memberhentikan kerja prosessor untuk mengerjakan proses yang prempsi tersebut.
c. Kriteria Penjadwalan
1. CPU utilization: Diharapkan agar CPU selalu dalam keadaan sibuk
2. Throughput: Throughput adalah banyaknya proses yang selesai di kerjakan dalam satu satuan waktu
3. Turnaround time: Banyaknya waktu yang di perlukan untuk mengeskusi proses,dari mulai menunggu untuk memerintah tempat di memori utama,menunggu di ready queue,eksekusi oleh CPU,dan mengerjakan I/O samapi semua proses-proses tersebut diselesaikan.
4. Waiting time: Waktu yang di perlukan oleh suatu proses untuk menunggu di ready queue
5. Response time: Waktu yang di butuhkan oleh suatu proses dari minta di layani hingga ada respont pertama yang menanggapi permintaan tersebut
d. Algoritma Penjadwalan
Ø First Come First Server (FCFS)
Ø First Come First Server (FCFS)
Ø Priority Scheduling
Ø Round-Robin Scheduling
Ø RR- FCFS
Ø RR- SJF (Non- Preemptive)
Ø RR- SJF (Preemptive)
3. Manajemen Memori
Menejemen memori di bagi menjadi 2 yaitu :
a. Menejemen memori statis
Dengan pemartisian statis, jumlah, lokasi dan ukuran proses dimemori tidak beragam sepanjang waktu secara tetap.
b. Menejemen memori dinamis
Dengan pemartisian dinamis, jumlah, lokasi dan ukuran proses memori dapat beragam sepanjang waktu secara dinamis.
a. Manajemen memori berdaasar alokasi memori:
1. Alokasi memori secara berturutan
Alokasi memori secara berturutan adalah tiap proses menempati satu blok tunggal memori yang berturutan
Ø Keunggulan :
· Sederhana
· Tak terbentuk lubang lubang memori bersebaran
· Proses dapat dieksekusi lebih cepat
Ø Kelemahan:
· Dapat memboroskan memori
· Tidak dapat memuatkan proses jika tidak ada satu blok memori yang mencukupi
2. Alokasi memori tak berturutanokasi memori tak berturutan
Program dibagi menjadi beberapa blok atau segmen. Blokblok program ditempatkan di memori dalam potonganpotongan tanpa perlu saling berdekatan. Teknik ini biasa digunakan pada system memori maya sebagai alokasi pagepage dilakukan secara global.
Ø Keunggulan:
· Sistem dapat memanfaatkan memori utama secara lebih efisien
· System operasi masih mampu memuatkan proses bila jumlah total lubanglubang memori cukup untuk memuat proses yang akan dieksekusi
Ø Kelemahan:
· Pengendalian yang rumit
· Kemungkinan terjadi banyak lubang memori yang tak terpakai bersebaran
b. Manajemen Memori Berdasarkan Keberadaan
1. Manajemen memori dengan swapping
Manajemen memori dengan pemindahan citra proses antara memori utama dengan disk selama eksekusi.
2. Manajemen memori tanpa swapping
Manajemen memori tanpa pemindahan citra proses antara memori utama dengan disk selama eksekusi
3. Manajemen memori tanpa swapping
Terdiri dari :
a) Monoprogramming
Monoprogramming sederhana tanpa swapping merupakan manajemen memori sederhana. Sistem computer hanya mengijinkan satu program pemakai berjalan pada satu waktu. Semua sumber daya sepenuhnya dikuasai proses yang sedang berjalan.
Ciriciri:
· Hanya satu proses pada satu saat
· Hanya satu proses menggunakan semua memori
· Pemakai memuatkan program ke seluruh memori dari disk/tape
· Program mengambil alih kendali seluruh mesin
· Karena hanya terdapat satu proses dan menguasai seluruh sistem maka alokasi memori dilakukan secara berturutan
1. Embedded system
Teknik monoprogramming masih dipakai untuk sistem kecil yaitu system tempelan (Embedded sitem) yang terdapat pada system lain. Sistem tempelan menggunakan mikroprosessor kecil. Sistem ini biasanya mengendalikn suatu alat sehingga bersifat intelejen(intelejentdevice) dalam menyediakan satu fungsi spesifik.
2. Proteksi pada monoprogramming sederhana
Pada monoprogramming pemakai memiliki kendali penuh terhadapmemori utama.Memori terbagi menjadi 3 bagian , yaitu
· Bagian rutin system operasi
· Bagian program pemakai
· Bagian yang tidak digunakan
Masalah proteksi di monoprogramming adalah cara untuk melindungi rutin system operasi dari penghancuran program pemakai. Program
pemakai dapat tersesat sehingga memanipulasi atau menempati ruang memori rutin system operasi. Aktivitas ini dapat merusak system operasi. Proteksi diimplementasikan dengan menggunakan satu register batas di processor. Setiap kali program pemakai mengacu alamat memori dibandingkan dengan register batas untuk memastikan proses tidak pemakai tidak merusak system operasi, yaitu tidak melewati nilai register batas.
pemakai dapat tersesat sehingga memanipulasi atau menempati ruang memori rutin system operasi. Aktivitas ini dapat merusak system operasi. Proteksi diimplementasikan dengan menggunakan satu register batas di processor. Setiap kali program pemakai mengacu alamat memori dibandingkan dengan register batas untuk memastikan proses tidak pemakai tidak merusak system operasi, yaitu tidak melewati nilai register batas.
Register batas berisi alamat memori tertinggi yang dipakai system operasi.Jika program pemakai mencoba memasuki system operasi, instruksi diintersepsi dan job diakhiri dan diberi pesan kesalahan.
b) Multiprogramming dengan pemartisian statis
1. Alasan penggunaan multiprogramming:
· Mempermudah programmer
· Agar dapat memberikan layanan interaktif ke beberpapa orang secara simultan
· Efisiensi penggunaan sumber daya
· Eksekusi lebih mudah jika proses besar dipecah menjadi beberapa proses kecil
· Dapat mengerjakan sejumlah job secara simultan
2. Strategi penempatan program ke paritisi
a. Strategi penempatan pada pemartisian menjadi partisi-partisi berukuran sama.Penempatan proses ke memori dilakukan secara mudah karena dapat dipilih sembarang partisi yang kosong.
b. Strategi penempatan pada pemartisian menjadi partisi-partisi berukuran berbeda.
3. Relokasi
Adalah masalah penempatan proses sesuai alamat fisik sehubungan alamat partisi memori dimana proses ditempatkan. Proses dapat ditempatkan pada partisi-partisi berbeda menurut keadaan sistem saat itu. Pengalamatan fisik secara absolut untuk proses tidak dapat dilakukan.
4. Proteksi pada Multiprogramming
Masalah proteksi pada banyak partisi dengan banyak proses di satu system secara bersamaan dikhawatirkan proses menggunakan atau modifikas idaerah yang dikuasai proses lain.Pada komputer IBM 360 membagi memori menjadi blok-blok,tiap blok ditambah 4 bit kode proteksi. Proses juga mempunyai PSW (programstatus Word) yang antar lain berisi status proteksi. Status proteksi berisi 4bit yang merupakan kunci dalam pengasesan memori.
Proses hanya diijinkan mengakses blok blok memori yang berkode proteksi sama dengan kode proteksi yang dimiliki PSW proses.Solusi lain adalah dengan base register dan limit register. Base register diisi alamat awal partisi dan limit register diisi panjang partisi. Setiap alamat yang dihasilkan secara otomatis ditambah dengan nilai base register.Instruksi yang mengacu pada alamat yang melebihi limit register akan menimbulkan trap yang memberi tahu system operasi bahwa telah terjadi pelanggaran akses memori.
5. Fragmentasi pada pemartisian statis
· Fragmentasi internal, yaitu proses tidak mengisi penuh partisi yangtelah ditetapkan untuk proses
· Fragmentasi eksternal, partisi dapat tidak digunakan karena ukuranpartisi lebih kecil dibandingkan ukuran proses yang menunggu diantrian, sehingga tidak digunakan.
4. Manajemen Input/Output
a. Manajemen Sistem M/K ( I/O)
Pekerjaan utama yang paling sering dilakukan oleh sistem komputer selain melakukan komputasi adalah Masukan/Keluaran (M/K). Dalam kenyataannya, waktu yang digunakan untuk komputasi lebih sedikit dibandingkan waktu untuk M/K. Ditambah lagi dengan banyaknya variasi perangkat M/K sehingga membuat manajemen M/K menjadi komponen yang penting bagi sebuah sistem operasi. Sistem operasi juga sering disebut device manager, karena sistem operasi mengatur berbagai macam perangkat ( device).
Fungsi-fungsi sistem operasi untuk sistem M/K:
· Penyanggaan ( buffering). Menampung data sementara dari/ke perangkat M/K
· Penjadwalan ( scheduling). Melakukan penjadualan pemakaian M/K sistem supaya lebih efisien.
· Spooling. Meletakkan suatu pekerjaan program pada penyangga, agar setiap perangkat dapat mengaksesnya saat perangkat tersebut siap.
· General device-driver interface. Driver digunakan agar sistem operasi dapat memberi perintah untuk melakukan operasi pada perangkat keras M/K yang umum, seperti optical drive, media penyimpanan sekunder, dan layar monitor.
· Drivers for specific hardware devices. Driver digunakan agar sistem operasi dapat memberi perintah untuk melakukan operasi pada perangkat keras M/K tertentu, seperti kartu suara, kartu grafis, dan motherboard
b. Manajemen Sistem I/O
Sering disebut device manager. Menyediakan device driveryang umum sehingga operasi I/O dapat seragam (membuka, membaca, menulis,menutup). Contoh: pengguna menggunakan operasi yang sama untuk membaca berkas pada perangkat keras, CD-ROM dan floppy disk .
Manajemen sistem I/O merupakan aspek perancangan sistem operasi yang terluas disebabkan sangat beragamnya perangkat dan begitu banyaknya aplikasi dari perangkat- perangkat itu.
Sistem operasi bertanggung jawab dalam aktivitas yang berhubungan dengan manajemen sistem/perangkat I/O:
· Mengirim perintah ke perangkat I/O agar menyediakan layanan.
· Menangani interupsi perangakat I/O .
· Menangani kesalahan pada perangakat I/O.
· Menyediakan antarmuka ke pengguna.
c. Perangkat Keras Manajemen I/O
1. Pooling
Busy-waiting/ polling adalah ketika host mengalami looping yaitu membaca status register secara terus-menerus sampai status busy di-clear.
Pada dasarnya polling dapat dikatakan efisien. Akan tetapi polling menjadi tidak efisien ketika setelah berulang-ulang melakukan looping, hanya menemukan sedikit device yang siap untuk men-service, karena CPU processing yang tersisa belum selesai.
2. Interupsi
Ø Mekanisme Dasar Interupsi :
· Ketika CPU mendeteksi bahwa sebuah controller telah mengirimkan sebuah sinyal ke interrupt request line (membangkitkan sebuah interupsi), CPU kemudian menjawab interupsi tersebut (juga disebut menangkap interupsi) dengan menyimpan beberapa informasi mengenai state terkini CPU–contohnya nilai instruksi pointer, dan memanggil interrupt handler agar handler tersebut dapat melayani controller atau alat yang mengirim interupsi tersebut.
Ø Fitur Tambahan pada Komputer Modern :
· Pada arsitektur komputer modern, tiga fitur disediakan oleh CPU dan interrupt controller (pada perangkat keras) untuk dapat menangani interrupsi dengan lebih bagus. Fitur-fitur ini antara lain adalah kemampuan menghambat sebuah proses interrupt handling selama prosesi berada dalam critical state, efisiensi penanganan interupsi sehingga tidak perlu dilakukan polling untuk mencari device yang mengirimkan interupsi, dan fitur yang ketiga adalah adanya sebuah konsep multilevel interupsi sedemikian rupa sehingga terdapat prioritas dalam penanganan interupsi (diimplementasikan dengan interrupt priority level system).
Ø Penyebab Interupsi
· Interupsi dapat disebabkan berbagai hal, antara lain exception, page fault, interupsi yang dikirimkan oleh device controllers, dan system call Exception adalah suatu kondisi dimana terjadi sesuatu/ dari sebuah operasi didapat hasil tertentu yang dianggap khusus sehingga harus mendapat perhatian lebih, contoh nya pembagian dengan 0 (nol), pengaksesan alamat memori yang restricted atau bahkan tidak valid, dan lain-lain.
· System call adalah sebuah fungsi pada aplikasi (perangkat lunak) yang dapat mengeksekusikan instruksi khusus berupa software interrupt atautrap.
3. DMA
DMA adalah sebuah prosesor khusus (special purpose processor) yang berguna untuk menghindari pembebanan CPU utama oleh program I/O(PIO).
4. Handshaking
Proses handshaking antara DMA controller dan device controller dilakukan melalui sepasang kabel yang disebut DMA-request dan DMA-acknowledge. Device controller mengirimkan sinyal melalui DMA-request ketika akan mentransfer data sebanyak satu word. Hal ini kemudian akan mengakibatkan DMA controller memasukkan alamat-alamat yang dinginkan ke kabel alamat memori, dan mengirimkan sinyal melalui kabel DMA-acknowledge. Setelah sinyal melalui kabel DMA-acknowledge diterima, device controller mengirimkan data yang dimaksud dan mematikan sinyal pada DMA-request.
Hal ini berlangsung berulang-ulang sehingga disebut handshaking. Pada saat DMA controller mengambil alih memori, CPU sementara tidak dapat mengakses memori (dihalangi), walau pun masih dapat mengaksees data pada cache primer dan sekunder. Hal ini disebut cycle stealing, yang walau pun memperlambat komputasi CPU, tidak menurunkan kinerja karena memindahkan pekerjaan data transfer ke DMA controller meningkatkan performa sistem secara keseluruhan.