sejarah dan struktur sistem operasi

SEJARAH-STRUKTUR SISTEM OPERASI

Bab 1. Pendahuluan

Bab ini berisi tiga pokok pembahasan. Pertama, membahas hal-hal umum seputar sistem operasi. Selanjutnya, menerangkan konsep perangkat keras sebuah komputer. Sebagai penutup akan
diungkapkan, pokok konsep dari sebuah sistem operasi.

1.1. Sistem Operasi

Sistem operasi merupakan sebuah penghubung antara pengguna dari komputer dengan perangkat keras
komputer. Sebelum ada sistem operasi, orang hanya mengunakan komputer dengan menggunakan sinyal
analog dan sinyal digital.
Seiring dengan berkembangnya pengetahuan dan teknologi, pada saat ini 
terdapat berbagai sistem operasi dengan keunggulan masing-masing. Untuk lebih memahami sistem
operasi maka sebaiknya perlu diketahui terlebih dahulu beberapa konsep dasar mengenai sistem operasi
itu sendiri.

Pengertian sistem operasi secara umum ialah pengelola seluruh sumber-daya yang terdapat pada sistem komputer dan menyediakan sekumpulan layanan (system calls) ke pemakai sehingga memudahkan dan menyamankan penggunaan serta pemanfaatan sumber-daya sistem komputer.

1.1.1. Fungsi Dasar

Sistem komputer pada dasarnya terdiri dari empat komponen utama, yaitu perangkat-keras, program aplikasi, sistem-operasi, dan para pengguna. Sistem operasi berfungsi untuk mengatur dan mengawasi penggunaan perangkat keras oleh berbagai program aplikasi serta para pengguna.

Sistem operasi berfungsi ibarat pemerintah dalam suatu negara, dalam arti membuat kondisi komputer agar dapat menjalankan program secara benar. Untuk menghindari konflik yang terjadi pada saat
pengguna menggunakan sumber-daya yang sama, sistem operasi mengatur pengguna mana yang dapat mengakses suatu sumber-daya. Sistem operasi juga sering disebut resource allocator. Satu lagi fungsi penting sistem operasi ialah sebagai program pengendali yang bertujuan untuk menghindari kekeliruan (error) dan penggunaan komputer yang tidak perlu.

1.1.2. Tujuan Mempelajari Sistem Operasi

Tujuan mempelajari sistem operasi agar dapat merancang sendiri serta dapat memodifikasi sistem yang telah ada sesuai dengan kebutuhan kita, agar dapat memilih alternatif sistem operasi, memaksimalkan penggunaan sistem operasi dan agar konsep dan teknik sistem operasi dapat diterapkan pada
aplikasi-aplikasi lain.

1.1.3. Sasaran Sistem Operasi

Sistem operasi mempunyai tiga sasaran utama yaitu kenyamanan -- membuat penggunaan komputer

menjadi lebih nyaman, efisien -- penggunaan sumber-daya sistem komputer secara efisien, serta mampu berevolusi -- sistem operasi harus dibangun sehingga memungkinkan dan memudahkan pengembangan, pengujian serta pengajuan sistem-sistem yang baru.

1.1.4. Sejarah Sistem Operasi

Menurut Tanenbaum, sistem operasi mengalami perkembangan yang sangat pesat, yang dapat dibagi kedalam empat generasi:

•   Generasi Pertama (1945-1955)

Generasi pertama merupakan awal perkembangan sistem komputasi elektronik sebagai pengganti

sistem komputasi mekanik, hal itu disebabkan kecepatan manusia untuk menghitung terbatas dan

manusia sangat mudah untuk membuat kecerobohan, kekeliruan bahkan kesalahan. Pada generasi ini
belum ada sistem operasi, maka sistem komputer diberi instruksi yang harus dikerjakan secara
langsung.

•   Generasi Kedua (1955-1965)

Generasi kedua memperkenalkan Batch Processing System, yaitu Job yang dikerjakan dalam satu

rangkaian, lalu dieksekusi secara berurutan.Pada generasi ini sistem komputer belum dilengkapi

sistem operasi, tetapi beberapa fungsi sistem operasi telah ada, contohnya fungsi sistem operasi ialah FMS dan IBSYS.

•   Generasi Ketiga (1965-1980)

Pada generasi ini perkembangan sistem operasi dikembangkan untuk melayani banyak pemakai

sekaligus, dimana para pemakai interaktif berkomunikasi lewat terminal secara on-line ke komputer, maka sistem operasi menjadi multi-user (di gunakan banyak pengguna sekali gus) dan
multi-programming (melayani banyak program sekali gus).

•   Generasi Keempat (Pasca 1980an)

Dewasa ini, sistem operasi dipergunakan untuk jaringan komputer dimana pemakai menyadari

keberadaan komputer-komputer yang saling terhubung satu sama lainnya. Pada masa ini para

pengguna juga telah dinyamankan dengan Graphical User Interface yaitu antar-muka komputer yang berbasis grafis yang sangat nyaman, pada masa ini juga dimulai era komputasi tersebar dimana
komputasi-komputasi tidak lagi berpusat di satu titik, tetapi dipecah dibanyak komputer sehingga tercapai kinerja yang lebih baik.

1.1.5. Layanan Sistem Operasi

Sebuah sistem operasi yang baik menurut Tanenbaum harus memiliki layanan sebagai berikut:

pembuatan program, eksekusi program, pengaksesan I/O Device, pengaksesan terkendali terhadap berkas pengaksesan sistem, deteksi dan pemberian tanggapan pada kesalahan, serta akunting.

Pembuatan program yaitu sistem operasi menyediakan fasilitas dan layanan untuk membantu para

pemrogram untuk menulis program; Eksekusi Program yang berarti Instruksi-instruksi dan data-data harus dimuat ke memori utama, perangkat-parangkat masukan/ keluaran dan berkas harus di-inisialisasi, 

serta sumber-daya yang ada harus disiapkan, semua itu harus di tangani oleh sistem operasi;
Pengaksesan I/O Device, artinya Sistem Operasi harus mengambil alih sejumlah instruksi yang rumit dan
sinyal kendali menjengkelkan agar pemrogram dapat berfikir sederhana dan perangkat pun dapat
beroperasi; Pengaksesan terkendali terhadap berkas yang artinya disediakannya mekanisme proteksi
terhadap berkas untuk mengendalikan pengaksesan terhadap berkas; Pengaksesan sistem artinya pada
pengaksesan digunakan bersama (shared system); Fungsi pengaksesan harus menyediakan proteksi
terhadap sejumlah sumber-daya dan data dari pemakai tak terdistorsi serta menyelesaikan konflik-konflik
dalam perebutan sumber-daya; Deteksi dan Pemberian tanggapan pada kesalahan, yaitu jika muncul
permasalahan muncul pada sistem komputer maka sistem operasi harus memberikan tanggapan yang
menjelaskan kesalahan yang terjadi serta dampaknya terhadap aplikasi yang sedang berjalan; dan
Akunting yang artinya Sistem Operasi yang bagus mengumpulkan data statistik penggunaan beragam
sumber-daya dan memonitor parameter kinerja.

1.2. Struktur Komputer

Struktur sebuah sistem komputer dapat dibagi menjadi:

•  Sistem Operasi Komputer.

•  Struktur I/O.

•  Struktur Penyimpanan.

•  Storage Hierarchy.

•  Proteksi Perangkat Keras.

1.2.1. Sistem Operasi Komputer

Dewasa ini sistem komputer multiguna terdiri dari CPU (Central Processing Unit); serta sejumlah device controller yang dihubungkan melalui bus yang menyediakan akses ke memori. Setiap device controller bertugas mengatur perangkat yang tertentu (contohnya disk drive, audio device, dan video display). CPU dan device controller dapat dijalankan secara bersamaan, namun demikian diperlukan mekanisme
sinkronisasi untuk mengatur akses ke memori.

Pada saat pertama kali dijalankan atau pada saat boot, terdapat sebuah program awal yang mesti

dijalankan. Program awal ini disebut program bootstrap. Program ini berisi semua aspek dari sistem komputer, mulai dari register CPU, device controller, sampai isi memori.

Interupsi merupakan bagian penting dari sistem arsitektur komputer. Setiap sistem komputer memiliki

mekanisme yang berbeda. Interupsi bisa terjadi apabila perangkat keras (hardware) atau perangkat lunak
(software) minta "dilayani" oleh prosesor. Apabila terjadi interupsi maka prosesor menghentikan proses
yang sedang dikerjakannya, kemudian beralih mengerjakan service routine untuk melayani interupsi
tersebut. Setelah selesai mengerjakan service routine maka prosesor kembali melanjutkan proses yang
tertunda.

1.2.2. Struktur I/O

Bagian ini akan membahas struktur I/O, interupsi I/O, dan DMA, serta perbedaan dalam penanganan
interupsi.

1.2.2.1. Interupsi I/O

Untuk memulai operasi I/O, CPU me-load register yang bersesuaian ke device controller. Sebaliknya

device controller memeriksa isi register untuk kemudian menentukan operasi apa yang harus dilakukan.
Pada saat operasi I/O dijalankan ada dua kemungkinan, yaitu synchronous I/O dan asynchronous I/O.
Pada synchronous I/O, kendali dikembalikan ke proses pengguna setelah proses I/O selesai dikerjakan.
Sedangkan pada asynchronous I/O, kendali dikembalikan ke proses pengguna tanpa menunggu proses
I/O selesai. Sehingga proses I/O dan proses pengguna dapat dijalankan secara bersamaan.

1.2.2.2. Struktur DMA

Direct Memory Access (DMA) suatu metoda penanganan I/O dimana device controller langsung

berhubungan dengan memori tanpa campur tangan CPU. Setelah men-set buffers, pointers, dan counters untuk perangkat I/O, device controller mentransfer blok data langsung ke penyimpanan tanpa campur tangan CPU. DMA digunakan untuk perangkat I/O dengan kecepatan tinggi. Hanya terdapat satu
interupsi setiap blok, berbeda dengan perangkat yang mempunyai kecepatan rendah dimana interupsi
terjadi untuk setiap byte (word).

1.2.3. Struktur Penyimpanan

Program komputer harus berada di memori utama (biasanya RAM) untuk dapat dijalankan. Memori utama adalah satu-satunya tempat penyimpanan yang dapat diakses secara langsung oleh prosesor. Idealnya program dan data secara keseluruhan dapat disimpan dalam memori utama secara permanen. Namun demikian hal ini tidak mungkin karena:

•  Ukuran memori utama relatif kecil untuk dapat menyimpan data dan program secara keseluruhan.

•  Memori utama bersifat volatile, tidak bisa menyimpan secara permanen, apabila komputer dimatikan maka data yang tersimpan di memori utama akan hilang.

1.2.3.1. Memori Utama

Hanya memori utama dan register merupakan tempat penyimpanan yang dapat diakses secara langsung
oleh prosesor. Oleh karena itu instruksi dan data yang akan dieksekusi harus disimpan di memori utama
atau register.

Untuk mempermudah akses perangkat I/O ke memori, pada arsitektur komputer menyediakan fasilitas
pemetaan memori ke I/O. Dalam hal ini sejumlah alamat di memori dipetakan dengan device register.
Membaca dan menulis pada alamat memori ini menyebabkan data ditransfer dari dan ke device register.
Metode ini cocok untuk perangkat dengan waktu respon yang cepat seperti video controller.

Register yang terdapat dalam prosesor dapat diakses dalam waktu 1 clock cycle. Hal ini menyebabkan register merupakan media penyimpanan dengan akses paling cepat bandingkan dengan memori utama yang membutuhkan waktu relatif lama. Untuk mengatasi perbedaan kecepatan, dibuatlah suatu
penyangga (buffer) penyimpanan yang disebut cache.

1.2.3.2. Magnetic Disk

Magnetic Disk berperan sebagai secondary storage pada sistem komputer modern. Magnetic Disk

disusun dari piringan-piringan seperti CD. Kedua permukaan piringan diselimuti oleh bahan-bahan

magnetik. Permukaan dari piringan dibagi-bagi menjadi track yang memutar, yang kemudian dibagi lagi menjadi beberapa sektor.

1.2.4. Storage Hierarchy

Dalam storage hierarchy structure, data yang sama bisa tampil dalam level berbeda dari sistem

penyimpanan. Sebagai contoh integer A berlokasi pada bekas B yang ditambahkan 1, dengan asumsi
bekas B terletak pada magnetic disk. Operasi penambahan diproses dengan pertama kali mengeluarkan
operasi I/O untuk menduplikat disk block pada A yang terletak pada memori utama Operasi ini diikuti
dengan kemungkinan penduplikatan A ke dalam cache dan penduplikatan A ke dalam internal register.
Sehingga penduplikatan A terjadi di beberapa tempat. Pertama terjadi di internal register dimana nilai A
berbeda dengan yang di sistem penyimpanan. Dan nilai di A akan kembali sama ketika nilai baru ditulis
ulang ke magnetic disk.

Pada kondisi multi prosesor, situasi akan menjadi lebih rumit. Hal ini disebabkan masing-masing

prosesor mempunyai local cache. Dalam kondisi seperti ini hasil duplikat dari A mungkin hanya ada di beberapa cache. Karena CPU (register-register) dapat dijalankan secara bersamaan maka kita harus
memastikan perubahan nilai A pada satu cache akan mengubah nilai A pada semua cache yang ada. Hal ini disebut sebagai Cache Coherency.

1.2.5. Proteksi Perangkat Keras

Sistem komputer terdahulu berjenis programmer-operated systems. Ketika komputer dioperasikan dalam konsul mereka (pengguna) harus melengkapi sistem terlebih dahulu. Akan tetapi setelah sistem operasi lahir maka hal tersebut diambil alih oleh sistem operasi. Sebagai contoh pada monitor yang proses I/O sudah diambil alih oleh sistem operasi, padahal dahulu hal ini dilakukan oleh pengguna.

Untuk meningkatkan utilisasi sistem, sistem operasi akan membagi sistem sumber daya sepanjang
program secara simultan. Pengertian spooling adalah suatu program dapat dikerjakan walau pun I/O
masih mengerjakan proses lainnya dan disk secara bersamaan menggunakan data untuk banyak proses.
Pengertian multi programming adalah kegiatan menjalankan beberapa program pada memori pada satu
waktu.

Pembagian ini memang menguntungkan sebab banyak proses dapat berjalan pada satu waktu akan tetapi mengakibatkan masalah-masalah baru. Ketika tidak di sharing maka jika terjadi kesalahan hanyalah akan membuat kesalahan program. Tapi jika di-sharing jika terjadi kesalahan pada satu proses/ program akan berpengaruh pada proses lainnya.

Sehingga diperlukan pelindung (proteksi). Tanpa proteksi jika terjadi kesalahan maka hanya satu saja program yang dapat dijalankan atau seluruh output pasti diragukan.

Banyak kesalahan pemprograman dideteksi oleh perangkat keras. Kesalahan ini biasanya ditangani oleh sistem operasi. Jika terjadi kesalahan program, perangkat keras akan meneruskan kepada sistem operasi dan sistem operasi akan menginterupsi dan mengakhirinya. Pesan kesalahan disampaikan, dan memori dari program akan dibuang. Tapi memori yang terbuang biasanya tersimpan pada disk agar programmer bisa membetulkan kesalahan dan menjalankan program ulang.

1.2.5.1. Operasi Dual Mode

Untuk memastikan operasi berjalan baik kita harus melindungi sistem operasi, program, dan data dari program-program yang salah. Proteksi ini memerlukan share resources. Hal ini bisa dilakukan sistem operasi dengan cara menyediakan pendukung perangkat keras yang mengizinkan kita membedakan mode pengeksekusian program.

Mode yang kita butuhkan ada dua mode operasi yaitu:

•  Mode Monitor.

•  Mode Pengguna.

Pada perangkat keras akan ada bit atau Bit Mode yang berguna untuk membedakan mode apa yang sedang digunakan dan apa yang sedang dikerjakan. Jika Mode Monitor maka akan benilai 0, dan jika Mode Pengguna maka akan bernilai 1.

Pada saat boot time, perangkat keras bekerja pada mode monitor dan setelah sistem operasi di-load maka
akan mulai masuk ke mode pengguna. Ketika terjadi trap atau interupsi, perangkat keras akan
men-switch lagi keadaan dari mode pengguna menjadi mode monitor (terjadi perubahan state menjadi bit

0). Dan akan kembali menjadi mode pengguna jikalau sistem operasi mengambil alih proses dan kontrol komputer (state akan berubah menjadi bit 1).

1.2.5.2. Proteksi I/O

Pengguna bisa mengacaukan sistem operasi dengan melakukan instruksi I/O ilegal dengan mengakses lokasi memori untuk sistem operasi atau dengan cara hendak melepaskan diri dari prosesor. Untuk
mencegahnya kita menganggap semua instruksi I/O sebagai privilidge instruction sehingga mereka tidak bisa mengerjakan instruksi I/O secara langsung ke memori tapi harus lewat sistem operasi terlebih
dahulu. Proteksi I/O dikatakan selesai jika pengguna dapat dipastikan tidak akan menyentuh mode
monitor. Jika hal ini terjadi proteksi I/O dapat dikompromikan.

1.2.5.3. Proteksi Memori

Salah satu proteksi perangkat keras ialah dengan proteksi memori yaitu dengan pembatasan penggunaan memori. Disini diperlukan beberapa istilah yaitu:

•  Base Register yaitu alamat memori fisik awal yang dialokasikan/ boleh digunakan oleh pengguna.

•  Limit Register yaitu nilai batas dari alamat memori fisik awal yang dialokasikan/boleh digunakan oleh pengguna.

•  Proteksi Perangkat Keras.

Sebagai contoh sebuah pengguna dibatasi mempunyai base register 300040 dan mempunyai limit

register 120900 maka pengguna hanya diperbolehkan menggunakan alamat memori fisik antara 300040 hingga 420940 saja.

1.3. Struktur Sistem Operasi

1.3.1. 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.

1.3.2. 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.

1.3.3. 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.

1.3.4. 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.

1.3.5. 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.

1.3.6. 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).

1.3.7. 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.

1.3.8. 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.

1.3.9. 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.

1.3.10. 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).

1.3.11. 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.

1.3.12. 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 jata

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.

1.3.13. 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.

1.3.14. 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.

1.4. Rangkuman

Sistem operasi telah berkembang selama lebih dari 40 tahun dengan dua tujuan utama. Pertama, sistem operasi mencoba mengatur aktivitas-aktivitas komputasi untuk memastikan pendayagunaan yang baik
dari sistem komputasi tersebut. Kedua, menyediakan lingkungan yang nyaman untuk pengembangan dan jalankan dari program.

Pada awalnya, sistem komputer digunakan dari depan konsul. Perangkat lunak seperti assembler, loader, linkerdan compiler meningkatkan kenyamanan dari sistem pemrograman, tapi juga memerlukan waktu set-up yang banyak. Untuk mengurangi waktu set-up tersebut, digunakan jasa operator dan
menggabungkan tugas-tugas yang sama (sistem batch). Sistem batch mengizinkan pengurutan tugas
secara otomatis dengan menggunakan sistem operasi yang resident dan memberikan peningkatan yang cukup besar dalam utilisasi komputer. Komputer tidak perlu lagi menunggu operasi oleh pengguna. Tapi utilisasi CPU tetap saja rendah. Hal ini dikarenakan lambatnya kecepatan alat-alat untuk I/O relatif
terhadap kecepatan CPU. Operasi off-line dari alat-alat yang lambat bertujuan untuk menggunakan
beberapa sistem reader-to-tape dan tape-to-printer untuk satu CPU.

Untuk meningkatkan keseluruhan kemampuan dari sistem komputer, para developer memperkenalkan
konsep multiprogramming. Dengan multiprogramming, beberapa tugas disimpan dalam memori dalam
satu waktu; CPU digunakan secara bergantian sehingga menambah utilisasi CPU dan mengurangi total
waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan tugas-tugas tersebut. Multiprogramming, yang dibuat untuk
meningkatkan kemampuan, juga mengizinkan time sharing. Sistem operasi yang bersifat time-shared
memperbolehkan banyak pengguna untuk menggunakan komputer secara interaktif pada saat yang

bersamaan. Komputer Personal adalah mikrokomputer yang dianggap lebih kecil dan lebih murah
dibandingkan komputer mainframe. Sistem operasi untuk komputer-komputer seperti ini diuntungkan
oleh pengembangan sistem operasi untuk komputer mainframe dalam beberapa hal. Namun, semenjak
penggunaan komputer untuk keperluan pribadi, maka utilisasi CPU tidak lagi menjadi perhatian utama.
Karena itu, beberapa desain untuk komputer mainframe tidak cocok untuk sistem yang lebih kecil.

Sistem parallel mempunyai lebih dari satu CPU yang mempunyai hubungan yang erat; CPU-CPU

tersebut berbagi bus komputer, dan kadang-kadang berbagi memori dan perangkat yang lainnya. Sistem
seperti itu dapat meningkatkan throughput dan reliabilititas. Sistem hard real-time sering kali digunakan
sebagai alat pengontrol untuk applikasi yang dedicated. Sistem operasi yang  hard real-time
mempunyai batasan waktu yang tetap yang sudah didefinisikan dengan baik.Pemrosesan harus selesai
dalam batasan-batasan yang sudah didefinisikan, atau sistem akan gagal. Sistem soft real-time
mempunyai lebih sedikit batasan waktu yang keras, dan tidak mendukung penjadwalan dengan
menggunakan batas akhir. Pengaruh dari internet dan World Wide Webbaru-baru ini telah mendorong
pengembangan sistem operasi modern yang menyertakan web browser serta perangkat lunak jaringan
dan komunikasi sebagai satu kesatuan.

Multiprogramming dan sistem time-sharing meningkatkan kemampuan komputer dengan melampaui
batas operasi (overlap) CPU dan I/O dalam satu mesin. Hal seperti itu memerlukan perpindahan data
antara CPU dan alat I/O, ditangani baik dengan polling atau interrupt-driven akses ke I/O port, atau

dengan perpindahan DMA. Agar komputer dapat menjalankan suatu program, maka program tersebut
harus berada di memori utama (memori utama). Memori utama adalah satu-satunya tempat
penyimpanan yang besar yang dapat diakses secara langsung oleh prosessor, merupakan suatu array dari
word atau byte, yang mempunyai ukuran ratusan sampai jutaan ribu. Setiap word memiliki alamatnya
sendiri. Memori utama adalah tempat penyimpanan yang volatile, dimana isinya hilang bila sumber
energinya (energi listrik) dimatikan. Kebanyakan sistem komputer menyediakan secondary storage
sebagai perluasan dari memori utama. Syarat utama dari secondary storage adalah dapat menyimpan
data dalam jumlah besar secara permanen. Secondary storage yang paling umum adalah disk magnetik,
yang meyediakan penyimpanan untuk program mau pun data. Disk magnetik adalah alat penyimpanan
data yang nonvolatile yang juga menyediakan akses secara random. Tape magnetik digunakan terutama
untuk backup, penyimpanan informasi yang jarang digunakan, dan sebagai media pemindahan informasi
dari satu sistem ke sistem yang lain.

Beragam sistem penyimpanan dalam sistem komputer dapat disusun dalam hirarki berdasarkan

kecepatan dan biayanya. Tingkat yang paling atas adalah yang paling mahal, tapi cepat. Semakin

kebawah, biaya perbit menurun, sedangkan waktu aksesnya semakin bertambah (semakin lambat).

Sistem operasi harus memastikan operasi yang benar dari sistem komputer. Untuk mencegah pengguna program mengganggu operasi yang berjalan dalam sistem, perangkat keras mempunyai dua mode: mode pengguna dan mode monitor. Beberapa perintah (seperti perintah I/O dan perintah halt) adalah perintah khusus, dan hanya dapat dijalankan dalam mode monitor. Memori juga harus dilindungi dari modifikasi oleh pengguna. Timer mencegah terjadinya pengulangan secara terus menerus (infinite loop). Hal-hal tersebut (dual mode, perintah khusus, pengaman memori, timer interrupt) adalah blok bangunan dasar yang digunakan oleh sistem operasi untuk mencapai operasi yang sesuai.

Sistem operasi menyediakan banyak pelayanan. Di tingkat terrendah, sistem calls mengizinkan program yang sedang berjalan untuk membuat permintaan secara langsung dari sistem operasi. Di tingkat
tertinggi, command interpreter atau shell menyediakan mekanisme agar pengguna dapat membuat
permintaan tanpa menulis program. Command dapat muncul dari bekas sewaktu jalankan batch-mode, atau secara langsung dari terminal ketika dalam mode interaktive atau time-shared. Program sistem
disediakan untuk memenuhi kebanyakan dari permintaan pengguna. Tipe dari permintaan beragam
sesuai dengan levelnya. Level sistem call harus menyediakan fungsi dasar, seperti kontrol proses serta manipulasi alat dan bekas. Permintaan dengan level yang lebih tinggi (command interpreter atau
program sistem) diterjemahkan kedalam urutan sistem call.

Pelayanan sistem dapat dikelompokkan kedalam beberapa kategori: kontrol program, status permintaan
dan permintaan I/O. Program error dapat dipertimbangkan sebagai permintaan yang implisit untuk
pelayanan. Bila sistem pelayanan sudah terdefinisi, maka struktur dari sistem operasi dapat
dikembangkan. Berbagai macam tabel diperlukan untuk menyimpan informasi yang mendefinisikan
status dari sistem komputer dan status dari sistem tugas. Perancangan dari suatu sistem operasi yang baru
merupakan tugas yang utama. Sangat penting bahwa tujuan dari sistem sudah terdefinisi dengan baik
sebelum memulai perancangan. Tipe dari sistem yang diinginkan adalah landasan dalam memilih
beragam algoritma dan strategi yang akan digunakan. Karena besarnya sistem operasi, maka modularitas
adalah hal yang penting. Merancang sistem sebagai suatu urutan dari layer atau dengan menggunakan
mikrokernel merupakan salah satu teknik yang baik. Konsep virtual machine mengambil pendekatan
layer dan memperlakukan baik itu kernel dari sistem operasi dan perangkat kerasnya sebagai suatu
perangkat keras. Bahkan sistem operasi yang lain dapat dimasukkan diatas virtual machine tersebut.
Setiap sistem operasi yang mengimplemen JVM dapat menjalankan semua program java, karena JVM
mendasari dari sistem ke program java, menyediakan arsitektur tampilan yang netral.

Didalam daur perancangan sistem operasi, kita harus berhati-hati untuk memisahkan pembagian

kebijakan (policy decision) dengan detail dari implementasi (mechanism). Pemisahan ini membuat

fleksibilitas yang maksimal apabila policy decision akan diubah kemudian. Sistem operasi sekarang ini hampir selalu ditulis dengan menggunakan bahasa tingkat tinggi. Hal ini meningkatkan implementasi, perawatan portabilitas. Untuk membuat sistem operasi untuk suatu konfigurasi mesin tertentu, kita harus melakukan system generation.

1.5. Pertanyaan

1. Sebutkan tiga tujuan utama dari sistem operasi!

2. Sebutkan keuntungan dari multiprogramming!

3. Sebutkan perbedaan utama dari sistem operasi antara komputer mainframe dan PC?

4. Sebutkan kendala-kendala yang harus diatasi oleh programmer dalam menulis sistem operasi untuk lingkungan waktu nyata?

5. Jelaskan perbedaan antara symmetric dan asymmetric multiprocessing. Sebutkan keuntungan dan kerugian dari sistem multiprosessor!

6. Apakah perbedaan antara trap dan interrupt? Sebutkan penggunaan dari setiap fungsi tersebut!

7. Untuk jenis operasi apakah DMA itu berguna? Jelaskan jawabannya!

8. Sebutkan dua kegunaan dari memory cache! Problem apakah yang dapat dipecahkan dan juga muncul dengan adanya cache tersebut?

9. Beberapa CPU menyediakan lebih dari dua mode operasi. Sebutkan dua kemungkinan penggunaan dari mode tersebut?

10. Sebutkan lima kegiatan utama dari sistem operasi yang berhubungan dengan managemen proses!

11. Sebutkan tiga kegiatan utama dari sistem operasi yang berhubungan dengan managemen memori!

12. Sebutkan tiga kegiatan utama dari sistem operasi yang berhubungan dengan managemen
       secondary-storage!

13. Sebutkan lima kegiatan utama dari sistem operasi yang berhubungan dengan managemen berkas!

14. Apakah tujuan dari command interpreter? Mengapa biasanya hal tersebut terpisah dengan kernel? 

Download Overview
Download Stuktur Sistem Operasi
Download Struktur Sistem komputer

Add caption