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 manusia, sistem operasi ikut
berkembang, sehingga pada saat ini terdapat berbagai sistem operasi dengan
keunggulan masing-masing. Untuk lebih memahami sistem operasi maka sebaiknya
kita mengetahui 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.
Sistem komputer
pada dasarnya terdiri dari empat komponen utama, yaitu perangkat-keras, program
aplikasi, sistem-operasi, dan pengguna.
Pada suatu sistem komputer, sistem
operasi berfungsi untuk mengatur dan mengawasi penggunaan perangkat keras yang
digunakan dalam berbagai program aplikasi dan beberapa pengguna.
Sistem operasi
berfungsi ibarat pemerintah dalam suatu negara, artinya sistem operasi membuat
kondisi komputer agar dapat menjalankan program komputer 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. Oleh karena itu sistem operasi juga sering disebut resource
allocator. Satu lagi fungsi penting sistem operasi ialah sebagai program
pengendali yang bertujuan untuk menghindari error dan penggunaan
komputer yang tidak perlu.
Tujuan mempelajari
sistem operasi antara lain ialah agar dapat merancang sendiri dan 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.
Sistem operasi
mempunyai tiga sasaran utama yaitu kenyamanan -- membuat penggunaan
komputer menjadi lebih nyaman, efisiensi -- 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.
Menurut Tanenbaum,
sistem operasi mengalami perkembangan yang sangat pesat, dan 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 error. 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.
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 error, serta akunting.
Pembuatan program
yaitu sistem operasi menyediakan fasilitas dan layanan untuk membantu 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 error, yaitu jika muncul permasalahan muncul
pada sistem komputer maka sistem operasi harus memberikan tanggapan yang
menjelaskan error 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.
Struktur Komputer
Struktur sebuah
sistem komputer dapat dibagi menjadi:
·
Sistem Operasi Komputer.
·
Struktur I/O.
·
Struktur Penyimpanan.
·
Storage Hierarchy.
·
Proteksi Perangkat Keras.
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.
Struktur I/O
Bagian ini akan
membahas struktur I/O, interupsi I/O, dan DMA, serta perbedaan dalam penanganan
interupsi.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
www.ilmukomputer.com
Tidak ada komentar:
Posting Komentar