SISTEM OPERASI

SISTEM OPERASI

Memory Virtual

Demand paging:

load page ke memori virtual

alokasikan page ke memori utama saat dibutuhkan

Page replacement

saat page akan dialokasikan ke memori utama dan tidak tersedia frame

kebijakan yang dapat digunakan: FIFO, LRU, optimal, LFU, MFU

Alokasi frame:

fixed: frame dialokasikan berdasarkan proses

proporsional: frame dialokasikan berdasarkan page

Memory Virtual

Page replacement terkait alokasi frame

global: page replacement dapat dilakukan ke semua frame

lokal: page replacement hanya dilakukan di frame yang sudah

dialokasikan

Thashing: lebih banyak page fault daripada eksekusi

Kasus

Sistem dengan kinerja sbb:

CPU utilization: 20%

Paging disk: 97.7%

Other I/O devices: 5%

Apa yang mendesak dilakukan untuk meningkatkan utilisasi CPU?

Konsep File & Metode Akses

File:

kumpulan informasi terkait dalam secondary storage

satuan penyimpanan logika

File memiliki:

atribut: nama, jenis, lokasi, ukuran, proteksi (kontrol akses), waktu,

identifikasi pengguna

operasi: create, write, read, repositioning (move), delete, truncate (hapus

isi), copy, rename, ...

jenis: sh, exe, bin, cpp, java, py, tar, ...

Struktur File

Tanpa struktur: hanya susunan byte data

Sederhana: per baris, per jumlah byte (fixed atau variable)

Kompleks: dokumen dengan format khusus

Penggunaan di tingkat sistem operasi atau aplikasi

Agar mudah digunakan (baca/tulis)

Metode Akses

Sekuensial

Langsung:

file dipandang sebagai blok/record terurut

tidak ada urutan tertentu dalam mengakses (baca/tulis)

contoh: database

Indeks (contoh kasus IBM Index Sequential Access Method/ISAM)

Struktur direktori dan penerapan

Memudahkan pengelolaan, terutama ketika data sudah sangat banyak:

partisi, minidisk (IBM), volume (MAC)

Setiap partisi berisi informasi tentang file yang berada di dalamnya:

device directory, volume table of contents

Target:

efisiensi: mudah dan cepat mencari lokasi file

penamaan: memudahkan pengguna, pengguna yang berbeda dapat

memiliki file dengan nama yang sama, file yang sama dapat memiliki

nama yang berbeda

pengelompokkan file sejenis dengan mudah

Operasi Pada Direktori

Pencarian file

Membuat dan menghapus file

Melihat isi direktori (list)

Mengganti nama file

Strukture tree

Pencarian efisien, setiap pengguna memiliki path sendiri, absolute atau

relative

Direktori diperlakukan seperti file dengan flag penanda

Direktori kerja, direktori yang menjadi lokasi pengguna saat ini berada

Mounting system File

Sistem file harus di-mount sebelum digunakan

Penggunaan Bersama File

Diperlukan di sistem operasi dengan pengguna jamak

Penerapan skema proteksi, tidak semua pengguna dapat memodifikasi

sebuah file

Ilustrasi: NFS, CIFS, lustre, pvfs, ...

USER ID: mengidentifikasi pengguna, memungkinkan permisi dan

proteksi berdasarkan pengguna

GROUP ID: mengijinkan akses mewakili grup

Secara remote

Menggunakan jaringan untuk akses antar sistem file

manual: ftp, sftp, ...

otomatis: distributed file system

semi otomatis: www

Client-server: client melakukan mount terhadap sistem file server

server dapat melayani banyak client

system call standar dalam sistem operasi ditranslasi sebagai remote call

Distributed information systems: LDAP, NIS, active directory, DNS,

menerapkan akses tunggal ke informasi yang dibutuhkan remote

Proteksi

Pemilik file/direktori harus dapat mengendalikan:

apa yang dapat dilakukan file

oleh siapa

Kelompok pengguna: masing-masing memilki akses read, write,

execute (rwx)

user

group

public (semua pengguna)

Ilustrasi Unix

Struktur dan Penerapan Sistem Fle

Dikelola dalam layer-layer

Sistem file berada dalam media penyimpanan sekunder (HD)

Memungkinkan data disimpan, dicari dan diambil dengan mudah

File Control Block: struktur penyimpanan yang terdiri dari informasi

tentang file

Device Driver: mengendalikan perangkat fisik

Penerapan

On disk sistem file

Boot Control Block: berisi informasi yang diperlukan untuk menjalankan

(booting) sistem operasi dari partisi tertentu

Volume Control Block: berisi detil tentang volume (partisi)

Struktur direktori mengelola file

File Control Block (per setiap file): berisi detil tentang file

In-memory sistem file, digunakan untuk pengelolaan sistem file dan

peningkatan kinerja (caching)

Tabel partisi: berisi informasi tentang partisi yang di-mounted

Struktur direktori: berisi informasi tentang direktori yang baru saja

diakses

System-wide open-file table: berisi salinan dari file control block dari

setiap file yang dibuka

Per-process open-file table: berisi pointer ke entry yang sesuai di dalam

system-wide open-file table

 Sistem Operasi

 

Kemungkinan-Kemungkinan Terjadinya Deadlock

Mengelola deadlock

Mencegah deadlock ! mengeliminasi setiap kemungkinan yang dapat

menyebabkan deadlock

Menghindari deadlock ! mengatur eksekusi proses sehingga permintaan

resource selalu dapat dipenuhi sistem

Menangani deadlock !penghentian dan penundaan

Binding Intruksi Data dan ke Memory

Dilakukan dengan 3 cara

Compile time: lokasi untuk proses diketahui pada saat kompilasi.

Kompilasi diulang jika alamat awal berubah ! absolute code

Load time: lokasi memori diketahui pada saat load proses !relocatable

code

Execution time: proses dapat berpindah lokasi pada saat eksekusi !

generic, umum terdapat dalam sistem operasi

Ruang Alamat Logika dan Fisik

Ruang alamat logika (logical address space) dibatasi oleh ruang alamat

fisik (physical address space)

Logical address (virtual address): dihasilkan CPU

Physical address: alamat fisik memori

Pada skema binding:

compile time dan load time: alamat logika dan fisik sama

execution time: alamat logika dan fisik berbeda

Sistem Operasi - Pengelolaan Memory -Konsep

Unit Pengelolaan Memori ( M M U )

Perangkat keras: menterjemahkan alamat logika ke alamat fisik

Pada MMU, sebuah alamat offset (relocation register), ditambahkan

pada setiap alamat logika setiap akan dikirim ke memori

Program (user) hanya mengenal alamat logika

Dynamic Loading

Latar belakang: program dan data harus berada dalam memori agar

dapat dieksukusi ! dibatasi memori fisik

Dynamic loading: program dan data tidak di-load sebelum dipanggil

jika tidak digunakan tidak di-load

meski secara total besar, lokasi memori yang digunakan bisa lebih kecil

sangat bergunaka ketika sistem lebih banyak dipenuhi program yang

jarang digunakan

perlu pustaka khusus

Sistem Operasi - Pengelolaan Memory -Konsep

Dynamic Linking

Linking ditunda hingga eksekusi, digunakan pada shared library.

Pustaka tidak di-linked jika belum digunakan

Stub, sebuah rutin yang bertugas menempatkan pustaka yang

diperlukan

jika ada di memori: gunakan

jika belum: load dan gunakan

Satu pustaka untuk banyak program

Swapping

Proses dapat dikeluarkan (swapped out) dari memori untuk sementara

dan selanjutnya dikembalikan ke memori untuk melanjutkan eksekusi

Backing store:

lokasi hard disk tempat proses dikeluarkan sementara dari memori

proses yang dikeluarkan/dimasukkan berdasarkan aturan tertentu

(prioritas, round robin)

Transfer time: sebanding dengan banyaknya proses/data yang

dipindahkan

Sistem operasi memiliki semacam ready queue untuk proses-proses

yang berada dalam backing store.

Sistem Operasi - Pengelolaan Memory -Swapping

Ilustrasi

G A M B A R : Ilustrasi swapping

 

Alokasi Contiguous (berurutan)

Sebuah proses dialokasikan dalam ruang yang utuh, sebesar kebutuhan

proses

Skema umum:

Sistem operasi: low end memory

Proses user: high memory

Register relokasi: register yang digunakan dalam translasi alamat logika

ke alamat fisik

base register: alamat terkecil proses

limit register: jangkauan terbesar memori untuk sebuah proses, alamat

logika < limit register

MMU: memetakan alamat logika secara dinamis

Multiple-partition

Hole-block: tersebar dalam memori

Ketika proses ter-swapped in, ia akan dialokasikan di lokasi hole dalam

memori

Sistem operasi mengelola informasi:

partisi teralokasi (block)

partisi bebas (hole)

G A M B A R : Ilustrasi multiple allocation

Masalah Alokasi Penyimpanan Dinamis

First fit: mengalokasi hole pertama yang memenuhi permintaan

Best Fit: mengalokasi hole terkecil yang sesuai permintaan

Worst fit: mengalokasi hole terbesar sesuai permintaan

Sistem Operasi - Pengelolaan Memory -Alokasi Contiguous (berurutan)

Fragmentasi

External: total memori tersedia memenuhi kebutuhan, tetapi tidak

contiguous

Internal: memori yang dialokasikan sedikit lebih besar daripada

kebutuhan, sisa tidak digunakan

Compaction: memperkecil kemungkinan fragmentasi eksternal

menyatukan hole agar berada dalam blok yang sama ! menggeser block

juga

hanya digunakan pada relokasi dinamik dan dilakukan saat eksekusi

Paging

Ruang alamat logika bisa saja non-contiguous

Ruang alamat fisik dibagi dalam blok berukuran tetap (frame),

sedangkan pembagian alamat logika disebut page

Perlu mekanisme untuk mengidentifikasi frame kosong, agar page

teralokasi

Proses dengan n page, memerlukan n frame

Page table, digunakan untuk mentranslasi alamat logika ke alamat fisik

Sistem Operasi - Pengelolaan Memory -Paging

 

Skema Translasi Alamat

Nomor page (p): digunakan sebagai indeks ke page table, berisi base

address dari setiap page dalam memori fisik

Offset (d): nilai yang ditambahkan ke base address untuk

mendefinisikan alamat fisik

G A M B A R : Paging hardware

Dukungan Hardware untuk Page Table

Page table disimpan di memori utama

Page table base register (PTBR): menunjuk page table

Page table length register (PTLR): mengindikasikan ukuran page table

Dengan skema ini, setiap akses instruksi/data memerlukan dua akses

memori, ke page table dan ke instruksi/data ! menimbulkan masalah

waktu akses

Diatasi dengan associative memory dan translation look aside buffer

(TLB) ! hardware khusus untuk mempercepat waktu akses

Beberapa TLBs meyimpan address-space identifiers (ASIDs) disetiap

entry TLB – Secara unik mengidentifikasi setiap proses untuk

memberikan proteksi terhadap ruang alamat

Hanya beberapa dari page table yang disimpan dalam TLB, kapasitas

terbatas

Sistem Operasi - Pengelolaan Memory -Paging

Associative Memory

Nomor page Nomor frame

Transalasi alamat p : d

Aturan:

jika diketahui nomor page: keluarkan nomor frame

jika tidak diketahui nomor page, cari dari page table, keluarkan nomor

frame

Waktu akses efektif:

Waktu akses TLB + waktu akses memori

Hit rasio: persentase ditemukannya page table dalam TLB dalam rentang

waktu tertentu

P roteksi Memory

Setiap referensi ke memori memiliki pasangan nomor page dan frame

Proteksi memori diterapkan melalui proteksi bit yang terkait pada setiap

frame, dapat menyebabkan blok memori bersifat read-write atau read

only

Valid-invalid bit pada page table:

valid: sedang berada pada ruang alamat logika proses

invalid: tidak sedang pada ruang alamat logika proses

Struktur Page Table

Target: membuat alokasi page table dan memori efisien

Mekanisme:

Hierarchical paging: ruang alamat logika dipecah dalam beberapa tabel

Hashed page table:

inverted page table

Hashed Page Table

Umum digunakan di sisitem > 32 bit

Halaman virtual di-hashed dalam page table: berisi pointer ke element

hashing di lokasi yang sama

Halaman virtual dibandingkan dengan pointer, jika ditemukan

dihubungkan dengan alamat fisik

Inverted Page Table

Umum digunakan di sisitem > 32 bit

Setiap entri page table memiliki pasangan alamat memori fisik dengan

informasi proses yang memilikinya

Butuh lebih sedikit memori untuk menyimpan, tetapi butuh waktu lebih

banyak untuk me-refer ke lokasi memori fisik (gunakan hash table)

Segmentation

Skema pengelolaan memori yang mendukung pemisahan antara lokasi

memori logika dengan lokasi memori fisik

Sebuah program adalah kumpulan segment.

Segement adalah unit logika yang dapat berupa: program utama,

prosedur, fungsi metode, obyek, variabel lokal dan global, blok bersama,

stack, tabel simbol, array

Arsitektur

Alamat logika terdiri dari dua bagian: <nomor-segment, offset>

Segment table – memetakan alamat fisik yang setiap entry terdiri dari:

base – berisi lokasi fisik di mana segmen dimulai

limit – berisi jumlah lokasi memory yang diperlukan segmen

Segment-table base register (STBR) menunjuk ke tabel lokasi segmen

di memori

Segment-table length register (STLR) menunjukkan banyaknya lokasi

memori yang diperlukan: nomor segmen s valid jika s < STLR

Arsitektur

Proteksi, setiap entry dalam tabel segmen menghubungkan:

Bit validasi = 0 ) illegal segment

read/write/execute (privileges)

Bits proteksi terkait dengan segment: code sharing terjadi pada level

segmen

Karena panjang segemen bervariasi, alokasi memori merupakan bagian

dari masalah alokasi dinamis

Segmentasi dengan Paging

Memanfaatkan kelebihan segmentasi:

sharing & protection: setiap segmen memiliki informasi read/write atau

read-only

Memanfaatkan kelebihan paging:

tidak ada fragmentasi external

alokasi cepat

 Sistem Operasi

DalamI  lmu komputer, Sistem operasi atau dalam bahasa Inggris: operating systematau OS adalah perangkat lunak sistem yang bertugas untuk melakukan kontrol danmanajemen perangkat keras serta operasi-operasi dasar sistem, termasuk menjalankansoftware aplikasi seperti program-program pengolah kata dan browser web.Secara umum, Sistem Operasi adalah software pada lapisan pertama yang ditaruh padamemori komputer pada saat komputer dinyalakan. Sedangkan software-software lainnyadijalankan setelah Sistem Operasi berjalan, dan Sistem Operasi akan melakukan layananinti umum untuk software-software itu. Layanan inti umum tersebut seperti akses kedisk, manajemen memori, skeduling task, dan antar-muka user. Sehingga masing-masing software tidak perlu lagi melakukan tugas-tugas inti umum tersebut, karenadapat dilayani dan dilakukan oleh Sistem Operasi. Bagian kode yang melakukan tugas-tugas inti dan umum tersebut dinamakan dengan “kernel” suatu Sistem Operasi

• Tujuan system operasi :

Control program

Mengeksekusi program dan menyelesaikan masalah user dengan mudah 

Resource allocator

Membuat sistem komputer lebih mudah digunakan

Memanfaatkan sumber daya sistem komputer secara efisien

• Fungsi system operasi :

User environment: mentransformasi perangkat keras ke level abstraksi yang lebih tinggi dalam hal:

Lingkungan eksekusi → pengelolaan proses, manipulasi berkas, penanganan interrupt, operasi I/O

Deteksi kesalahan dan penanganannya

Proteksi dan keamanan

Fault tolerance dan perbaikan kegagalan 

Pengelolaan resource

Waktu: penjadwalan CPU dan media penyimpanan

Ruang media penyimpanan: alokasi media penyimpanan utama dan sekunder

Sinkronisasi dan penanganan deadlock: IPC, critical section, koordinasi

Accounting dan informasi status: tracking penggunaan resource

• Komponen system computer :

Perangkat keras:

menyediakan resource dasar komputasi → CPU, memori, I/O

Sistem operasi (protected mode):

mengendalikan dan mengkoordinasikan penggunaan perangkat keras oleh berbagai program

aplikasi untuk berbagai pengguna 

Program aplikasi (user mode):

pemanfaatan resource untuk menyelesaikan masalah pengguna → kompilator, sistem basis data,

pengolah kata, IDE, …

Pengguna:

Orang, mesin, komputer lain, ...

Interup

Mengirimkan kendali ke rutin layanan interrupt melalui interrupt vector yang berisi alamat semua layanan interrupt

Menyimpan semua instruksi interrupt

Interrupt yang datang akan diabaikan ketika masih ada interrupt lain yang sedang dilayani

Trap: interrupt yang dihasilkan oleh perangkat lunak karena adanya error atau permintaan dari pengguna

Pembagian dengan 0

Sistem operasi adalah interrupt driven (bekerja karena ada trigger dari interrupt

Jenis system computer

Desktop

Parallel (tighly coupled): terdapat sejumlah prosesor yang

Symmetric: sama

Asymmetric: berbeda

Distributed (loosely coupled): terhubung melalui media komunikasi

Real time:

Hard:

kemampuan dan kapasitas device terbatas

Tujuan khusus

Soft

Handheld

Lingkup system operasi

pengelolaan:

Proses

Memori

Media penyimpanan (sistem berkas)

Pengelolahan proses

Proses:

Program yang sedang dieksekusi

Membutuhkan resource:

-        CPU, memori, I/O, berkas

-        Inisialisasi data

Single threaded

Multi threade

Memiliki program counter sebagai penanda (identifier)

Proses harus mengembalikan resource yang digunakan ke sistem setelah selesai

Umumnya, ada banyak proses, yang dijalankan banyak user, bahkan ada sejumlah sistem operasi yang dijalankan CPU

Penjadwalan CPU (multiplexing)

Aktifitas pengelolaan proses

Membuat & menghapus proses, (user & system process)

Menunda / melanjutkan proses

Sinkronisasi & komunikasi antar proses

Mengelola deadlock

Pengelolaan memory

Semua data harus ada dalam memori sebelum dan sesudah eksekusi proses (inisialisasi data)

Semua instruksi harus ada dalam memori agar dapat dieksekusi (program)

Pengelolaan memori:

Menentukan apa saja yang berada dalam memori

Aktifitas pengelolaan memory

Menjaga jejak (track) tentang apa (isi memori) dan siapa yang menggunakannya (proses)

Menentukan proses dan data mana yang akan masuk/keluar ke/dari memori untuk dieksekusi

Mengalokasi dan mendealokasi ruang memori sesuai kebutuhan proses