Sistem Operasi

Hand Out Matakuliah Sistem Operasi Prodi Ilmu Komputer Universitas Ahmad Dahlan

SISTEM OPERASI

1. PENDAHULUANa. Pengertian Sistem Operasib. Sejarah Sistem Operasic. Konsep Sistem Operasid. Struktur Sistem Operasi

2. PROSESa. Pengertian dan Pegenalan Prosesb. Komunikasi Antar Proses - IPCc. Problem Klasik dalam IPCd. Penjadualan Proses

3. MANAJEMEN MEMORIa. Manajemen Memori Tanpa Swapping dan Pagingb. Swappingc. Virtual Memoryd. Algoritma Penggantian Halamane. Algoritma Pemodelan Halamanf. Isu Desain Sistem Pagingg. Segmentasi

4. FILE SYSTEMa. Fileb. Direktoric. Implementasi File Systemd. Securitye. Mekanisme Proteksi

5. INPUT/OUTPUTa. Prinsip Perangkat Keras I/Ob. Prinsip Perangkat Lunak I/Oc. Diskd. Clocke. Terminal

6. DEADLOCKSa. Resourcesb. Deadlocksc. Algoritma OSTRICHd. Pendeteksian dan Penanganan Deadlocke. Pencegahan Deadlockf. Isu Lain

oleh Tawar AG, S.Si, M.Kom halaman 1


BAB 1

SEKILAS SISTEM KOMPUTER

Secara garis besar, sistem komputer terdiri dari 4 komponen pokok yaitu :

1. Pemroses

2. Memori Utama

3. Perangkat masukan dan Keluaran

4. Interkoneksi antar Komponen

A. Pemroses

Biasa disebut dengan CPU, berfungsi untuk mengendalikan operasi komputer dan melakukan

pemrosesan data. Tugas CPU dikerjakan dengan mengambil instruksi (fetch) yang tersimpan

secara biner pada memori utama kemudian menterjemahkan (decode) instruksi tersebut menjadi

aksi-aksi sederhana dan melaksanakan (execute) aksi-aksi tersebut.

Komponen CPU ada 3 yaitu :

a. CU (Control Unit), sebagai pengendali operasi

b. ALU (Aritmetic Logic Unit), berfungsi untuk melakukan operasi aritmatika dan logika

c. Register, berfungs sebagai memori berkecepatan tinggi, dan biasanya digunakan untuk

menyimpan operan-operan suatu operasi yang sedang dilaksanakan.

Operasi yang dijalankan pada komputer ada tiga macam yaitu :

a. Operasi aritmatika, misal penambahan, pengurangan, perkalian, pembagian

b. Operasi logika, misal AND, OR, X-OR dll

c. Operasi pengendalian, misalnya percabangan, loncat dll.

B. Memori Utama

Berfungsi untuk menyimpan data dan program. Bermacam-macam jenis memori dapat

dilihat pada gambar 2. Bebarapa hubungan yang bisa ditunjukkan pada gambar 2 adalah :


Peralatan Masukan

Peralatan Keluaran

Port-port Masukan / Keluaran

Pemroses Memori Utama

Bus Kendali

Bus Kendali

Bus Data

Bus Alamat

Gambar 1. Skema blok sistem komputer


Hubungan harga, semakin ke atas semakin mahal

Hubungan kapasitas, semakan ke atas semakin terbatas

Hubungan kecepatan akses, semakain ke atas semakin cepat

Hubungan frekuensi pemakaian, semakain ke atas semakin sering

C. Perangkat masukan dan Keluaran (Input-Output)

Perangkat I/O pada garis besarnya dikelompokkan menjadi 2 yaitu :

Block oriented device, peralatan yang berorientasi blok, menyimpan data sebagai

blok-blok yang berukuran tetap. Ciri perlatan ini adalah dimungkinkan memaca dan menulis

blok-blok secara independen. Contoh : disk, optical disk, tape dll.

Character Stream Oriented Device, peralatan yang berorientasi pada aliran

karakter, tanpa peduli dengan suatu struktur blok. Contoh : terminal, line printer, kartu plong,

interface jaringan, mouse.

Disamping 2 kelompok diatas, ada beberapa peralatan yang tidak masuk pada kelompok-

kelompok tersebut diantaranya : Clock, memory mapped screen.

Perangkat I/O terdiri dari 2 bagaian yaitu :

1. Komponen mekanis sebagai pengendali peralatan (device controller).

2. Komponen elektronis yaitu peralatan itu sendiri .

Sistem operasi lebih banyak berhubungan dengan bagian pengendali daripada dengan

peralatannya sendiri. Mekanisma hubungan antara CPU dengan pengendali, ada 3 teknik yaitu :

a. I/O terprogram

b. I/O yang dkendalikan interupsi

c. Dengan DMA (Direct Memory Access)

D. Interkoneksi antar Komponen

Interkoneksi antar komponen terjadi melalui suatu bagaian yang disebut dengan bus (jalur). Bus

terdiri dari 3 macam yaitu : bus alamat (address bus), bus data (data bus)dan bus kendali (control

bus).


Gambar 2. Hirarki memori


BAB 2

SEKILAS MENGENAI SISTEM OPERASI

Perlu belajar SO dari sudut pandang perancangan, tidak sekedar sebagai pemakai saja, karena

produk SO yang dijual dipasar biasanya dirancang untuk keperluan umum. Untuk keperluan khusus perlu

dirancang SO tersendiri, misal untuk keperluan militer.

Tujuan mempelajari SO

1. Dapat merancang atau memodifikasi SO yang telah ada sesuai keperluan.

2. Dapat menilai SO serta memilih alternatif SO yang sesuai dengan keperluan.

3. Meningkatkan pemanfaatan SO sehingga kinerja siskom meningkat.

4. Mengadopsi konsep-konsep yang ada pada SO untuk berbagai aplikasi lain.

A. Definisi SO

Ada beberapa definisi yang bisa diberikan untuk sistem operasi antara lain SO merupakan software

yang mengontrol hardware sehingga lebih mudah digunakan oleh user, dengan kata lain SO merupakan

sebuah software yang bertindak sebagai antara muka antara hardware dengan user.

Fungsi utama SO :

1. Pengelola sumber daya (resource manager) baik sumber daya fisk maupun abstrak.

Sumber daya fisik misalnya: prosesor, primary storage, secondary storage, I/O device dll.

Sedangkan sumber daya abstrak berupa data dan program.

2. Extended machine / virtual machine

Sebagai extended machine, bertindak sebagai :

a. Penyedia System call, untuk menyembunyikan detail kerumitan perangkat keras, sehingga

memudahkan user dalam melakukan pemrograman

b. Basis untuk program lain, program-program aplikasi berjalan diatas sistem operasi dengan

meminta berbagai bentuk layanan kepada SO.

Layanan yang harus disediakan oleh SO diantaranya (Stalling, 1995)

1. Penulisan program,


Gambar 3. Hirarki SO dalam Sistem Komputer


Berupa penyediaan utilitas-utilitas yang sebenarnya sudah bukan bagian dari SO, tetapi dapat

diakses melalui SO

2. Eksekusi program,

Dalam hal ini menyiapkan berbagai sumber daya yang akan dibutuhkan untuk eksekusi program,

misalnya loading program dan data ke memori, perlatana I/O, dll

3. Pengaksesan perangkat I/O,

memberikan kemudahan kepada pemakai ketika ingin menggunakan perlalatan I/O tanpa harus

mengetahui instruksi-instruksi serta sinyal kendali yang rumit.

4. Pengaksesan terkendali terhadap berkas/file,

Dalam hal ini, pengendalian tidak hanya pada tingkat peralatatan/hardware melainkan juag harus

mengendalikan format penyimpanan file

5. Pengaksesan sistem

6. Deteksi dan tanggapan terhadap kesalahan

7. Akunting.

Sasaran utama adanya SO:

1. Kenyamanan, SO harus membuat komputer lebih nyaman dipakai

2. Efisiensi, SO harus membuat sumber daya yang ada dapat dipakai secara efisien

3. Mampu berevolusi, harus dirancang untuk selalu siap melakukan penyesuaian dengan hal-hal

baru.

Fungsi-fungsi minor SO

1. Mengimplementasikan interface untuk pemakai.

2. Mengatur pemakain bersama perlatan hardware, data dll

3. Mencegah pemakai saling mengganggu.

4. Menjadualkan pemakaian sumber daya

5. Menyediakan fasilitas I/O

6. Mendeteksi dan membetulkan kesalahan

7. Menghitung penggunaan sumber daya

8. Mengorganisasi data agar aman dan cepat diakses

9. Menangani komunikasi jaringan

Untuk memenuhi fungsi-fungsi diatas, SO perlu melakukan beragam tugas, antara lain :

1. Manajemen Proses

2. Manajemen memori

3. Manajemen file

4. Manajemen I/O device

5. Pengamanan sistem dll



B. SEJARAH PERKEMBANGAN SO

1. Generasi ke-nol (1940)

a. Komponen utama tabung hampa udara

b. Sistem komputer belum menggunakan sistem operasi

c. Operasi komputer secara manual, hanya bisa digunakan untuk

menghitung ( + , - , * )

2. Generasi ke-satu (1950)

a. Komponen utama transistor

b. Fungsi utama SO sebagai pengatur pergantian antar job, sehingga

waktunya efisien. Dalam masa ini muncul konsep batch system)

c. Input memakai punch card .

3. Generasi ke-dua (1960)

a. Komponen utama IC

b. Berkembang konsep-konsep :

i. Multiprogramming

ii. Multiprocessing

iii. Spooling Simultaneus Peripheral Operation On Line)

iv. Device Independence

v. Time Sharing atau multitasking

vi. Real Time system

4. Generasi ke-tiga (1970)

a. Komponen utama VLSI (Very Large Scae Integrated)

b. Muncul konsep general purpose system, sistem operasi yang

kompleks

5. Generasi ke-empat (1970-an hingga sekarang)

a. PC makin populer

b. Ditandai dengan berkembangnya SO untuk jaringan komputer yang

mendukung resources sharing

c. User interface makin user user friendly, tanpa mengorbankan unjuk

kerjanya.

C. STRUKTUR DASAR SO1. Sistem Monolitik, berupa kumpulan prosedur yang dapat saling dipanggil oleh prosedur lainnya.

2. Sistem Berlapis, dibentuk secara hirarki berdasar lapisan-lapisan

3. Sistem dengan mesin maya, SO melakukan simulasi seolah-olah masing-masing pemakai

mempunyai satu mesin yang sama canggihnya.

4. Sistem kumpulan proses

5. Sistem berorientasi obyek



6. Sistem dengan client-sever



BAB 3

PROSES Manajemen Proses

(Process Management)

A. DESKRIPSI PROSES

Program yang sedang dieksekusi ( = task)

Unit kerja terkecil yang dijadwalkan oleh SO

Tema sentral dalam perancangan sistem operasi, terkait erat dengan manajemen proses

Beberapa istilah :

o Multitasking / multiprogramming,

manajemen banyak proses dengan CPU tunggal

antara proses satu dengan proses lain saling independent

Satu proses pada suatu saat

o Multiprocessing

Manajemen banyak proses dengan komputer multiprocessor

Awalnya terdapat pada sistem-sistem besar, sekarang bisa ditemukan pada

komputer kecil, misalnya MS Windows NT 4.0,

o Distributed processing

Manajemen banyak proses yang dieksekusi di banyak sistem komputer yang

tersebar.

Trend komputasi masa mendatang.

B. DIAGRAM STATE PROSES

Diagram state dasar (tiga keadaan)

o Gambar 2.2 (dari buku Modern Operating System)

o Tabel state

Status Deskripsi

Running CPU sedang mengeksekusi instruksi proses tersebut

Ready Proses siap dieksekusi, tetapi CPU tidak tersedia

Blocked Proses terhenti karena menunggu suatu event terjadi, misalnya :

Menunggu output proses lain yang akan dipakai sebagai input

Menunggu tersedianya memori

Menunggu jawaban sebuah pesan, dll


Running

ReadyBlocked

12

3

4

Proses terhenti menunggu suatu eventScheduler mengalokasikan CPU ke pross lainScheduler memberikan CPU ke proses iniTerjadi ebent yang ditunggu.


Operasi-operasi pada proses :

o Penciptaan proses (create a process)

o Penghancuran proses (destroy a process)

o Penundaan process (suspend a process)

o Pelanjutan kembali proses (resume a process)

o Pengubahan prioritas proses

o Mem-block proses

o Membangunkan proses

o Menjadualkan proses

o Memungkinkan proses berkomunikasi dengan proses lain

Penciptaan dan penghancuran proses

o Penciptaan dan penghancuran proses adalah proses yang sangat vital dan terjadi hampir

setiap saat.

o Beberapa aktivitas yang terjadi ketika proses diciptakan adalah :

Memberi nama/identitas

Menempatkan proses pada tabel proses

Menentukan prioritas awal proses

Menciptakan PCB (Program Control Block)

Mengalokasikan sumber daya untuk proses

o Hal-hal yang menyebabkan terciptanya proses

Terdapat job baru

Ketika ada user yang baru saja login

Sebagai tanggapan terhadap suatu permintaan, misalnya permntaan pencetakan fie,

maka SO akan menciptakan proses yang akan mengelola pencetakan itu.

Proses menciptakan proses lain (anak process).

o Sebuah proses dapat meciptakan proses baru yang merupakan proses anak (child prosess),

proses yang menciptakan anak disebut parent proses. Proses anak pun bisa menciptakan

child proses lagi secara rekursif, sehingga akan terbentuk hirarki pohon proses.

o Pada UNIX, penciptaan proses dilakukan dengan system call fork.

Diagram state lanjut (lima keadaan)

o Suspended Blocked

o Suspended Ready

PCB (Program control Block)

o Merupakan struktur data yang menyimpan informasi lengkap mengenai proses, sehingga

dapat terjadi siklus hidup proses.

o Informasi yang tersimpan pada PCB dikelompokkan menjadi :

Informasi identifikasi proses, berupa identifier numerik yang meliputi



o Identitas proses

o Identitas proses yang menciptakan

o Identitas pemakai

Informasi status CPU

o Register-register yang terlihat pemakai

o Register kendali dan status : program counter, PSW dll

o Pointer stack

Informasi kendali proses

o Informasi penjadualan dan status

o Struktur data PCB

o Komunikasi antar proses

o Kewenangan proses

o Manajemen memori

o Kepemilikan dan utilisasi sumber daya

C. IMPLEMENTASI PROSES

SO mencatat state suatu proses didalam beberapa tabel,

diantaranya :

Tabel informasi manajemen memori

Tabel informasi manajemen I/O

Tabel informasi sistem file

Tabel proses

Proses ditempatkan di memori utama pada alamat tertentu serta

menenmpati ruang alamat tertentu. Ruang alamat yang digunakan proses disebut dengan citra

proses (process image).

Elemen citra proses :

o Data pemakai

o Program pemakai

o Stack sistem

o PCB

PCB dan struktur data senarai

o Gambar dibawah menunjukkan bahwa hanya ada satu proses yang running. (pada sistem

yang tidak mendukung multiprocessing)



D. TAHAP-TAHAP PENCIPTAAN PROSES

Beri satu identifier unik untuk proses baru

Alokasikan ruang untuk proses

PCB harus diinisialisasi

Kaitan-kaitan antar tabel dan senarai yang cocok dibuat

Bila diperlukan struktur data tambahan, segera dibuat

E. PENGENDALIAN PROSES

Pengalihan proses (Process switching), penyebab :

o Interupsi sistem (System Interrupt), macamnya :

Clock interrupt, jika habis waktu (quantum) proses dialihkan ke ready

I/O interrupt, peralatan I/O minta layanan

Page/Memori fault, CPU tidak bisa menemukan alamat memori yang dicari

o Trap, merupakan interupsi yang terjadi karena adanya kesalahan atau kondisi

pengecualian. Jika terjadi trap yang fatal, bisa jadi proses akan disingkirkan dan terjadi

pengalihan proses. Jika trap yang terjadi tidak fatal, maka tergantug sifat kesalahan dan

desain SO.

o Supervisor call, berupa panggilan mengaktifkan bagian-bagian sistem operasi.

Tahap-tahap pengalihan proses :

o Simpan konteks CPU, termasuk register PC dan register-register yang lain

o Perbarui PCB proses yang running

o Pindahkan PCB proses ke senarai yang cocok (ready, blocked dll)

o Pilih satu proses lain untuk dieksekusi

o Perbarui PCB proses yang dipilih, termasuk perubahan state menjadi running

o Perbarui struktur data manajemen memori

o Kembalikan konteks CPU dengan konteks simapanan.

Perbedaan process switching dan context switching

o Pengalihan konteks dapat terjadi tanpa pengalihan ststus proses yang sedang running,

sedang pengalihan proses pasti melibatkan juga pengalihan konteks.


Running

Ready

Blocked

PCB


F. KEDUDUKAN SISTEM OPERASI

Kedudukan sistem operasi terhadap proses-proses lain adalah :

o SO sebagai kernel tersendiri yang berbeda dengan proses-proses lain (non proses)

o Fungsi-fungsi SO dieksekusi dalam proses pemakai

o SO juga merpakan kumpulan proses (process based OS)

MIKROKERNEL

o Mikrokernel adalah inti sistem operasi yang menyediakan landasan perluasan sistem

operasi.


Kernel

P0 P1 P2. . . . .

Fungsi-fungsi pengalihan proses(Process switching functions)

.....

P0

Fungsi-fungsi sistem operasi

P1


P2


Fungsi-fungsi pengalihan proses(Process switching functions)

U0 U1 U2... OS0 OS1 OS2...


BAB 5

INTER PROCESS COMMUNICATION



BAB 6

PENJADUALAN PROSES

A. TUJUAN : ADIL / Fairness

1. CPU Utilization meningkat efisiensi CPU dibuat sesibk mungkin

2. Througput meningkat Jumlah proses yang diselesaikan setiap interval waktu tertentu

3. Turn Around Time mengecil waktu yang diperlukan oleh proses dari mulai masuk ke sistem

sampai proses selesai dikerjakan

4. Waiting Time mengecil waktu suatu pross menunggu di ready queue

5. Response Time mengecil t submit s/d t response

B. STRATEGI PENJADUALAN

1. Non Preemptive Jatah waktu CPU yang telah diterima oleh proses tidak bisa diambil oleh

proses lain sebelum proses tersebut selesai

2. Preemptive Jatah waktu CPU yang telah diterima oleh proses bisa diambil oleh proses lain

meskipun proses tersebut belum selesai. butuh biaya utk context switching

C. ALGORITMA PENJADUALAN

1. Non Preemptive

a. FIFO (First In First Out) atau FCFS (First Come First Serve)

b. SJF (Shorted Job First)

c. HRN (Highest-Ration Next)

d. MFQ (Multiple Feedback Queues)

2. Preemptive

a. RR (Round Robin)

b. SRF (Shorted Remaining First)

c. PS (Priority Scheduling)

d. GS (Guarenteed Scheeduling)



BAB 7

MANAJEMEN MEMORI

A. OVERVIEW

Memori adalah sumber daya yang vital dalam sistem komputer

Semua proses dijalankan di memori utama, agar kinerja CPU bisa maksimal, memori perlu

dikelola dengan baik dan benar perlu Manajemen Memori

Fungsi :

o Mengelola informasi memori yang terpakai dan yang tidak terpakai

o Mengalokasikan memori kepada proses yang memerlukan

o Mendealokasi memori dari proses yang telah selesai

o Mengelola swapping antara memori utama dan disk

Tujuan :

o bisa menampung proses sebanyak mungkin

o Memberikan solusi terhadap keterbatasan memori fisik yang ada

Klasifikasi

o Sistem Monoprogramming (1)

o Sistem Multiprogramming

Dengan memori nyata

Partisi statis

o Penempatan secara absolut (2)

o Dapat direlokasi (3)

Partisi dinamis (4)

Dengan memori virtual

Menggunakan metode paging (5)

Menggunakan metode segmentasi (6)

Kombinasi paging dan segmentasi (7)

o Metoda 1 – 4 : pengelolan memori secara fisik, tidak bisa digunakan untu memuat

program-proram yang ukurannya lebih besar daripada memori fisik

o Metoda 5 – 7 : pengelolan memori secara virtual , sehingga bisa digunakan untuk memuat

program-proram yang ukurannya lebih besar daripada memori fisik

Berdasar pemanfaatan swapping memori, ada 2 metoda :

o Dengan swapping memori terjadi pemindahan citra proses (process image) secara

bolak-balik dari memori utama ke disk selama proses dieksekusi.

o Tanpa swapping memori Tanpa diatas

Berdasar cara pengalokasian memori , ada 2 metoda :

o Alokasi berturutan (continuous) :

tiap proses menempati blok alamat secara berturutan



relatif lebih mudah

tidak efisien

o Alokasi tak berturutan (non-continuous)

Program dibagi ke dalam beberapa blok / segmen yang tidak harus berdekatan

Lebih rumit dan sulit

Efisien, karena dapat memanfaatkan hole-hole memori yang tidak terpakai untuk

memuat proses.

B. MONO PROGRAMMING tanpa swapping dan paging

Merupakan metoda manajemen memori yang paling sederhana

Hanya ada satu proses pada saat yang bersamaan

Seluruh program dimuat ke memori utama dengan alokasi berturutan

Program mengambil kendali seluruh mesin

Dipakai sampai sekitar tahun 1960, sekarang dipakai pada sistem-sistem kecil yang memerlukan

prosesor sederhana, misal : kendali pada kemudi mobil, kendali pengeluaran bahan bakar dll.

3 cara pengelolaan memori :

1) OS dan program pemakai ada di RAM

2) OS ada di ROM, program pemakai ada di RAM

3) OS ada di ROM, program pemakai dan device driver ada di RAM

C. MULTI PROGRAMMING

1. Partisi Statis memori dibagi menjadi sejumlah partisi yang ukurannya tetap.

a. Ukuran partisi seragam, kelemahan :

Program yang ukurannya lebih besar daripada partisi tidak dapat diload ke sistem, berarti

tidak pernah bisa dijalankan. Perlu menggunakan teknik overlay

Program yang ukurannya sangat kecil dibandingkan dengan partisi akan terjadi banyak

hole memori nganggur tapi tidak dapat dimanfaatkan.

b. Ukuran partisi tidak seragam

Untuk menyelesaikan masalah yang muncul pada partisi memori berukuran seragam

Strategi Penempatan Program ke partisi :

a. Satu antrian untuk tiap partisi,



Masing-masing proses diletakkan ke antrian partisi yang ukurannya sesuai, sehingga hole memori

dapat diminimalkan, tetapi ada kemungkinan sebuah partisi mempunyai antrian panjang

sementara partisi lain antriannya kosong.

b. Satu antrian untuk seluruh partisi

Semua proses yang masuk ke sistem, melalui sebuah antrian tunggal, kemudian proses akan

ditempatkan pada partisi yang terkecil yang dapat memuat proses tersebut. Teknik ini lebih

fleksibel dan secara operasional lebih efisien karena antrian yang dikelola hanya satu.

Kelemahannya sebuah proses bisa ditempatkan pada partisi yang ukurannya jauh lebih besar

daripada ukuran prosesnya, sehingga banyak memori terbuang sia-sia.

64 Kb Partisi 1

128 Kb Partisi 2

64 Kb Partisi 3

256 Kb Partisi 4

512 Kb Partisi 5

256 Kb OS

2. Partisi Dinamis

3.

4.


Documents

Sistem Operasi