SISTEM OPERASI - 1Struktur Sistem

Danang Setiyawan, S.Kom

Struktur SistemKomputer

DeskripsiDeskripsi

Matakuliah ini mengajarkan konsep dasar SistemOperasi, materi:

• tentang sejarah perkembangan, konsep dasar dankomponen-komponen yang menyusun SistemOperasi.Operasi.

Dalam mata kuliah ini tidak secara khususmembahas Sistem Operasi yang beredar luas dimasyarakat, tetapi hanya konsep umum.

Apabila diperlukan DOS, Windows, Linux dan MacOS dibahas sebagai contoh kasus.

KompetensiKompetensi

Setelah menempuh matakuliah ini mahasiswadapat menjelaskan:– konsep dasar sistem operasi, khususnya komponen-

komponen pembentuk suatu sistem operasi.• seperti: process, file, konsep penjadwalan antar• seperti: process, file, konsep penjadwalan antar

process, dll.

Mahasiswa dapat membuat program sederhanayang berhubungan dengan sistem operasi(pengembangan).

MateriMateri

• Perkenalan dan Pendahuluan (Overview)• Struktur Sistem Komputer• Struktur Sistem Operasi• Process• Thread• Penjadwalan CPU• Penjadwalan CPU• UTS (Mid Test)• Sinkronisasi Proses• Deadlock (kebuntuan)• Manajemen Memori• Memori Virtual (2)• File System & Security• Input/Output System• UAS

ReferensiReferensi

• Silberschatz, Avi, Galvin, Peter, Gagne, Greg, 2006,Operating System Concepts 7ed and 8ed, John Wiley &Sons, Inc.

• Silberschatz, Avi, Galvin, Peter, Gagne, Greg, 2004,Operating System Concepts with Java 6ed, John Wiley &Sons, Inc.Sons, Inc.

• Tanenbaum, Andrew S., 1992, Modern Operating Systems,Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey.

• Rahmat M. Samik-Ibrahim, M.Sc, Pengantar Sistem OperasiKomputer, Ardi Publishing, 2004.

• Abas Ali P, Dony Ariyus, Sistem Operasi, Andi Offset, 2006.

BukuBuku

BukuBuku

PenilaianPenilaian

• 80.0 – 100 A 4• 65.0 – 79.9 B 3• 50.0 – 64.9 C 2• 35.0 – 49.9 D 1• 0 – 34.9 E 0

Distribusi NilaiDistribusi Nilai

• UTS 20%• UAS 30%• Presensi 10%• Tugas Paper 10% (kelompok)• Tugas Program 15% (kelompok)• Tugas Presentasi 15% (kelompok)

Student Centered LearningStudent Centered Learning

SCLSCL

Peranan Dosen dlm SCLPeranan Dosen dlm SCL

Komponen Dasar Sistem KomputerKomponen Dasar Sistem Komputer

• Hardware / Peripheral– Penyedia sumber daya untuk komputasi dasar

• Memory, CPU, I/O

• Software– Operating system

• Mengkontrol dan mengkoordinasi penggunaan hardware antara• Mengkontrol dan mengkoordinasi penggunaan hardware antaraberbagai aplikasi dan pengguna

– Application programs – mendefinisikan cara penggunaan sumberdaya sistem dan persoalan komputasi yang dialami pengguna

• Word processors, compilers, web browsers, database systems, videogames

• Pengguna– orang, mesin, dan komputer lain

4 komponen dari Sistem Komputer4 komponen dari Sistem Komputer

Kelas Kelas--kelas komputerKelas Kelas--kelas komputer

• Menurut Ukuran Komputer:Grid Computer / Super ComputerMainframe / Enterprise SystemMinicomputerWorkstationWorkstationDesktop Computer PersonalComputerDesknoteLaptop / NotebookHandheld ComputerEmbedded System

Menurut KarakteristikMenurut Karakteristik

• Singleprocessor– Komputer yang hanya memiliki satu prosesor

• Multiprocessor– Komputer yang memiliki lebih dari satu prosesor

• Personal Computer• Personal Computer– Komputer yang digunakan oleh hanya satu orang

dalam satu waktu (umumnya)

• Distributed System– Komputasi yang dikerjakan dengan beberapa

prosesor

Menurut karakteristiknyaMenurut karakteristiknya

• Clustered System– Gabungan dari beberapa sistem individu yang

saling berbagi tempat penyimpanan data(storage) dan saling terhubung dalam jaringanlokal

• Real Time System– Sebuah sistem yang mengutamakan ketepatan

waktu dalam eksekusi satu buah tugas

Grid Computer / Super ComputerGrid Computer / Super Computer

• Kumpulan dari banyak komputer yangdikembangkan dalam sebuah computer-farm

• Pengembangan dari Mainframe dan Desktop• Menggunakan banyak CPU untuk

menghasilkan output maksimalmenghasilkan output maksimal• Merupakan Kumpulan cluster

Mainframe SystemMainframe System

• Kumpulan dari device-device yangberfungsi sama atau bermacam-macamyang disatukan dalam sebuah sistem yangsaling berbagi

• Mengumpulkan job-job yang mirip• Mengumpulkan job-job yang mirip• Secara otomatis berpindah dari satu job ke

job yang lain

Mainframe SystemMainframe System

• Batch System– Job yang mempunyai kesamaan kebutuhan– sumber daya dikumpulkan– Ketika komputer dalam keadaan siap maka

CPU menjalankan masing masingkumpulan job tersebut sebagai sebuahkelompok.

– Diekseksui secara bergantian– User yang mengoperasikan

Mainframe SystemMainframe System• Multiprogramming:

– Job disimpan di main memory pada waktuyang sama

– CPU dipergunakan bergantian oleh job-jobtersebut

– Dikerjakan oleh OS– Ada background dan foreground proses– Ada background dan foreground proses

• Dibutuhkan Kemampuan OS:– Penyediaan I/O routine– Pengaturan memory, untuk

mengalokasikan memory untuk masing2Job

– Penjadwalan CPU, untuk memilih job manayang akan dijalankan

– Pengalokasian untuk hardware lain

Mainframe SystemMainframe System

• Time-Sharing System/Multitasking -InteractiveComputing– CPU digunakan bergantian oleh job-job di memori dan di

disk– Waktu dibatasi

•• Response time harus < 1 detik

– CPU dialokasikan hanya pada job yg ada di memory = CPUschedulling

– Job dipindahkan dari dan ke disk = swapping dan virtualmemory

– Terjadi komunikasi antara user dan sistem operasi• Setelah sistem operasi menyelesaikan satu perintah ia mencari

perintah berikutnya dari user

Mainframe SystemMainframe System

• Multiprocess:– Sistem memiliki lebih dari satu CPU untuk

memproses satu atau lebih program– Resource digunakan bersama-sama– Resource digunakan bersama-sama– Sering disebut Tightly Coupling System

Jenis Jenis--jenis Komputasi:Distributed SystemDistributed System

Jenis Jenis--jenis Komputasi:Distributed SystemDistributed System

• Melaksanakan komputasi secara terdistribusi diantarabeberapa prosesor, tidak digunakan bersamaan.

• Loosely coupled system – setiap prosesor mempunyai localmemory / resource.– Komunikasi terjadi melalui bus atau jalur telepon / LAN

• Keunggulan:– Pembagian sumber daya– Komputasi lebih cepat

• Model– Client-Server Systems– Peer-to-peer (P2P) System

Peer to PeerPeer to Peer

• P2P tidak membedakan client dan server– Semua node yang terhubung disebut dengan peer– Satu node bersifat sebagai client dan sekaligus sebagai– Satu node bersifat sebagai client dan sekaligus sebagai

server– Node harus terhubung dalam jaringan P2P

• Menggunakan service melalui discovery protocol

– Contoh: Napster and Gnutella, Torrent– Menggunakan torrent client: utorrent

Real time systemReal time system

• Sistem yang mampu menyelesaikan proses dalaminterval waktu tertentu.

• Jika tidak selesai maka sistem gagal.• Sering digunakan dengan device pengendali dalam

sebuah penggunaan khusussebuah penggunaan khusus– misal: eksperimen ilmiah, industri, medis

• Model :– Hard Real Time– Soft Real Time

Hard vs SoftHard vs Soft

• Hard Real Time• Menjamin proses yang

paling penting selesai

• Soft Real Time• Menjamin proses yang

paling penting mendapatpaling penting selesaidalam interval waktu yangbenar dan tertentu.

• Tidak dapat dipadukandengan sistem jenis lain(mis. Time-SharedSystem).

paling penting mendapatprioritas tertinggi untukdiselesaikan.

• Dapat dipadukan dengansistem lain.

Computer System OrganizationComputer System Organization

• Operasi-operasi Sistem Komputer– Satu atau lebih CPU, device controllers terhubung dalam

jalur bus untuk mengakses shared memory– Concurrent execution dari CPU dan adanya kebutuhan

devices berebut mendapatkan resourcedevices berebut mendapatkan resource

PC Modern ArchitecturePC Modern Architecture

Siklus InstruksiSiklus Instruksi

• Instruction fetch, dari main memory• Instruction Execution

Pengoperasian Sistem KomputerPengoperasian Sistem Komputer

• Perangkat I/O dan CPU dapat berjalan secarasecara konkuren.

• Setiap device controller bertanggung jawab atasdevice tertentu.

• Setiap device controller memiliki buffer.• Setiap device controller memiliki buffer.• CPU memindahkan data dari/ke memori utama

ke/dari buffer controller.• Operasi I/O adalah pemindahan data dari device ke

buffer controller.• Device controller memberitahu CPU bahwa operasi

I/O selesai melalui interrupt.

InterruptInterrupt

• Berfungsi memindahkan kontrol ke interrupt serviceroutine, melalui interrupt vector yang mengandungseluruh alamat service routine.

• Interrupt harus mencatat alamat dari instruksi yangdi-interrupt.di-interrupt.

• Interrupt akan diabaikan jika ada interrupt lain yangsedang diproses.

• Trap adalah interrupt yang disebabkan olehsoftware, baik yang disebabkan karena error ataupermintaan user.

• Sistem operasi bekerja berdasarkan model interruptdriven.

Penanganan interruptPenanganan interrupt

• Sistem operasi menjaga keadaan CPUdengan menyimpan isi register & programcounter.

• Sistem operasi menentukan jenis interruptyang terjadi :yang terjadi :– Polling (Programmable I/O – PIO)

• Software: system call– Vectored interrupt system (Interrupt Driven)

• Hardware: oleh hardware seperti penekanankeyboard

Operasi IOOperasi IO

• Dua macam tindakan jika ada operasi I/O:– Setelah proses I/O dimulai, kendali akan kembali ke user

program saat proses I/O selesai (Synchronous).

• Instruksi wait menyebabkan CPU idle sampai interruptberikutnya.

– Wait loop - untuk menunggu akses berikutnya– Wait loop - untuk menunggu akses berikutnya

• Paling banyak satu proses I/O yang berjalan dalam satuwaktu.

– Setelah proses I/O dimulai, kendali akan kembali ke userprogram tanpa menunggu proses I/O selesai (Asynchronous).

• System call – permintaan pada sistem operasi untukmengizinkan user menunggu sampai I/O selesai.

• Device-status table mengandung data untuk tiap I/O deviceyang berisi tipe, alamat, dan keadaannya.

Direct Memory AccessDirect Memory Access

• Digunakan untuk I/O device yang dapat memindahkan datadengan kecepatan tinggi (mendekati frekuensi busmemori).

• Device controller memindahkan data secara blok-blok daribuffer, langsung ke memory utama / sebaliknya tanpacampur tangan prosesor.campur tangan prosesor.– Dulu per karakter, 2 ms per kar + 2 untuk interrupt– Interrupt hanya terjadi tiap blok bukan tiap word / byte

• Seluruh proses DMA dikendalikan oleh sebuah controllerbernama DMA Controller (DMAC).

• Ada 2 DMA:– Third party: ada di motherboard– First party: dibagian logic di interface card per device

Sistem BUSSistem BUS

• Suatu jalur transfer data yang menghubungkansetiap device pada komputer

• Hanya 1 device yang boleh mengirimkan data,• Boleh > 1 device yang membaca data• Terdiri dari dua buah model:

– Synchronous bus• Berkecepatan tinggi, hanya untuk device

berkecepatan tinggi juga– Asynchronous bus

• Berkecepatan rendah, dapat digunakan untukberbagai macam device

StorageStorage

• Prinsip : program adalah bagian dari data• Register

– Tempat penyimpanan volatile yang akan diolah langsungdi prosesor.

– Berkecepatan sangat tinggi.

• Cache Memory– Tempat penyimpanan sementara yg volatile sejumlah

kecil data untuk meningkatkan kecepatan pengambilanatau penyimpanan data di memori oleh prosesor.

– Berkecepatan tinggi.

• Random Access Memory (RAM) - Main Memory– Tempat penyimpanan sementara yg volatile yang dapat

diakses langsung oleh prosesor

Storage (2)Storage (2)

• Extension Memory– Tambahan memory yang digunakan untuk membantu

proses-proses dalam komputer, biasanya berupa buffer

• Secondary Storage– Media penyimpanan data yang non-volatile– Media penyimpanan data yang non-volatile– Dapat berupa Flash Drive ,Optical Disc, Magnetic Disk,

Magnetic Tape

Storage ManagementStorage Management

• OS menyediakan keseragaman dan logical viewterhadap information storage– Abstracts physical properties to logical storage unit – file– Each medium is controlled by device (i.e., disk drive, tape

drive)drive)

• File-System management– Files usually organized into directories– Access control: who can access what– OS activities include

• Creating and deleting files and directories• Primitives to manipulate files and dirs• Mapping files onto secondary storage• Backup files onto stable (non-volatile) storage media

Performance of Various Levels ofStorage

Performance of Various Levels ofStorage

can be explicit or implicit

CachingCaching

• Menyalin informasi ke storage media yang lebihcepat; Main memory dapat dilihat sebagai cacheterakhir untuk secondary storage– Menggunakan memory berkecepatan tinggi untuk

memegang data yang diakses terakhirmemegang data yang diakses terakhir– Memperkenalkan tingkat lain di hirarki storage.

• Cara:– Jika ada di cache, gunakan yang dari cache (cepat)– Jika tidak ada di cache, data dikopikan ke cache dan

gunakan

Storage Storage--Device HierarchyStorage Storage--Device Hierarchy

Dual Mode Operation of OSDual Mode Operation of OS

• Membagi sumber daya sistem yang memerlukansistem operasi untuk menjamin bahwa programyang salah tidak menyebabkan program lainberjalan salah juga

• User Mode – Eksekusi dikendalikan oleh user• User Mode – Eksekusi dikendalikan oleh user• Kernel Mode – Eksekusi dikendalikan oleh sistem

operasi.– Instruksi tertentu hanya berjalan di mode ini.

(Privileged Instruction)

Dual mode operation of OSDual mode operation of OS

• Ditambahkan sebuah bit penanda operasi• Jika terjadi interrupt, make hardware

berpindah ke monitor mode.

Process ManagementProcess Management

• Process adalah sebuah program yang sedang dieksekusi.• Program adalah sebuah passive entity, process adalah sebuah

active entity.• Process membutuhkan resources:

– CPU, memory, I/O, files– Initialization data– Initialization data

• Process termination harus membebaskan semua resource yangsudah dipakainya

• Single-threaded: process memiliki program counter untukmenempatkan lokasi dari instruksi selanjutnya yang akandieksekusi– Process mengeksekusi instruksi secara sekuensial, dalam satu

satuan waktu sampai selesai• Multi-threaded: process memiliki satu program counter per thread

Process Management ActivitiesProcess Management Activities

• Sistem operasi akan melakukan:• Creating dan deleting baik user dan system

processes• Suspending dan resuming processes• Menyediakan mekanisme untuk process

synchronization• Menyediakan mekanisme untuk process

communication• Menyediakan mekanisme pada deadlock handling

Memory ManagementMemory Management

• Semua instruksi dalam memory harus diatur untukdieksekusi

• Memory management activities– Mencatat semua penggunaan bagian pada memory,

dipakai oleh siapa sajadipakai oleh siapa saja– Memutuskan mana proses dan data yang dimasukan dan

dikeluarkan dari memory– Mengalokasikan dan mendealokasikan ruang pada

memory yang dibutuhkan oleh proses

Protection and SecurityProtection and Security

• Protection – mekanisme untuk menkontrol akses dari prosesatau user terhadap resources yang didefinisikan oleh OS

• Security – penjagaan sistem dari ancaman internal dan eksternal– including denial-of-service, worms, viruses, identity theft, theft of

service• Pengaturan user: who can do what• Pengaturan user: who can do what

– User identities (user IDs, security IDs) include name andassociated number, one per user

– User ID then associated with all files, processes of that user todetermine access control

– Group identifier (group ID) allows set of users to be defined andcontrols managed, then also associated with each process, file

– Privilege escalation allows user to change to effective ID withmore rights

Sistem ProteksiSistem Proteksi

• Proteksi berkenaan dengan mekanisme untukmengontrol akses yang dilakukan oleh program,prosesor, pengguna sistem maupun penggunasumber daya.

• Mekanisme Proteksi harus :• Mekanisme Proteksi harus :– membedakan antara penggunaan yang sah dan yang

tidak sah.– spesifikasi kontrol untuk di terima / tidak