Sistem Operasi
2
“Sistem operasi”
Definisi SO
• Dari sudut pandang user
– Sistem Operasi sebagai alat untuk mempermudah
penggunaan Komputer
– Sistem Operasi sebagai alat untuk memaksimalkan
penggunaan sumber daya komputer (dalam lingkungan
multi-user)
• Dari sudut pandang sistem
– Sistem Operasi sebagai alat yang menempatkan sumber
daya secara efisien (Resource Allocator)
– Sistem Operasi sebagai alat yang mangatur eksekusi
aplikasi dan operasi dari alat I/O (Control Program)
– Sistem Operasi sebagai sebuah program yang selalu
berjalan setiap saat pada komputer (Kernel)
Layanan SO
• Menyediakan layanan kepada user:
– User interface – hampir semua SO ada GUI-nya
• Varies between Command-Line (CLI), Graphics User
Interface (GUI), Batch
– Program execution – SO harus bisa meload program
ke memory dan mengeksekusinya, menghentikan
eksekusi program, baik normal maupun tidak normal
(abnormal exit)
– I/O operations - Program yang sedang berjalan butuh
I/O, baik mengakses file ataupun I/O device
– File-system manipulation - Programs butuh read dan
write baik file atau directories, create dan delete, search
file/dir, list file information, dan permission
management.
Layanan SO
– Communications – proses harus
berkomunikasi antar proses dalam komputer
yang sama atau antar komputer dalam
jaringan
• Menggunakan shared memory atau menggunakan
message passing
– Error detection – harus mampu menangani
error
• Dalam terjadi pada CPU, memory hardware, dalam
I/O devices, dan dalam user program
• Untuk setiap error, OS harus menanganinya dengan
aksi yang sesuai, benar, dan konsisten
• Harus adanya fasilitas debugging
Layanan SO
– Resource allocation – ketika multiple
users atau multiple jobs berjalan bersamasama (concurent), resources harus
dialokasikan
– Accounting – menentukan berapa banyak
dan berapa lama users menggunakan
sumber daya sistem
– Protection and security
• Protection menyakinkan hak akses yang
diperbolehkan
• Security sistem, baik program atau I/O dari
pihak luar menggunakan autentikasi.
Sejarah SO
• Generasi ke-0 (1940)
– Tabung hampa; blm ada sistem operasi; plug board
• Generasi ke-1 (1950)
– Komponen utama transistor; sistem batch; punch card
• Generasi ke-2 (1960)
– Komponen utama IC; konsep: multi programming, multi
processing, spooling, time sharing, real time
• Generasi ke-3 (1970)
– VLSI (very larga scalable integrated circuit)
– General purpose
• Genrasi ke-4 (1970 – now)
– PC; sistem operasi jaringan; cloud computing; GUI
friendly
Command Line Interpreter
• Sistem Operasi menunggu instruksi dari
pengguna (command driven).
– Sometimes commands built-in, sometimes just
names of programs
• If the latter, adding new features doesn’t require
shell modification
• CLI: Program yang membaca instruksi dan
mengartikan control statements
(keinginan user) umumnya disebut:
– control-card interpreter
– command-line interpreter
– UNIX shell.
User Operating System Interface - GUI
• User-friendly desktop metaphor interface
–
–
–
–
Menggunakan mouse, keyboard, and monitor
Icons merepresentasikan files, programs, actions, dll
Menggunakan directory = folder
Invented at Xerox PARC
• SO sekarang menggunakan antara CLI dan GUI
interfaces
– Microsoft Windows is GUI with CLI “command” shell
– Apple Mac OS X as “Aqua” GUI interface with UNIX
kernel underneath and shells available
– Solaris is CLI with optional GUI interfaces (Java
Desktop, KDE)
Sistem Calls
• System calls menyediakan interface antara
proses (program yang sedang dijalankan) dan
sistem operasi.
• Biasanya dibuat menggunakan bahasa tingkat
tinggi (C or C++)
• Diakses menggunakan Application Program
Interface (API) daripada pemanggilan langsung
• 3 API yang umum adalah:
– Win32 API for Windows,
– POSIX API for POSIX-based systems (including virtually
all versions of UNIX, Linux, and Mac OS X),
– Java API for the Java virtual machine (JVM)
System Call implementation
• The caller need know nothing
about how the system call is
implemented
– Just needs to obey API and understand
what OS will do as a result call
– Most details of OS interface hidden
from programmer by API
• Managed by run-time support library (set
of functions built into libraries included with
compiler)
Example of System Calls
• System call sequence to copy the contents of
one file to another file
Example of Standard API
• Consider the ReadFile() function in the
• Win32 API—a function for reading from a file
• A description of the parameters passed to ReadFile()
– HANDLE file—the file to be read
– LPVOID buffer—a buffer where the data will be read into and written
from
– DWORD bytesToRead—the number of bytes to be read into the buffer
– LPDWORD bytesRead—the number of bytes read during the last read
– LPOVERLAPPED ovl—indicates if overlapped I/O is being used
API – System Call – OS Relationship
Standard C Library Example
• C program invoking printf() library call,
which calls write() system call
System Calls
• Tiga metode umum yang digunakan dalam
memberikan parameter kepada sistem
operasi
– Melalui registers
– Menyimpan parameter dalam block atau
tabel pada memori dan alamat block tsb
diberikan sebagai parameter dalam register
– Menyimpan parameter (push) ke dalam stack
(oleh program), dan melakukan pop off pada
stack (oleh sistem operasi)
Parameter Passing via Table
Tipe System Calls
•
•
•
•
•
•
Process Control
Manajemen file
Manajemen Device
Information Maintenance
Komunikasi
Proteksi
• Biasanya digunakan dalam system
program
Process Control
• Selesai, abort
• Load, eksekusi
• Membuat dan men-terminate proses
• Mengambil dan men-set process
attributes
• Wait for time
• Wait event, signal event
• Allocate and free memory
MS-DOS execution
(a) At system startup (b) running a program
FreeBSD Running Multiple Programs
Manajemen File
• Membuat dan menghapus file
• Membuka dan menutup file
• Read, write, reposition
• Mengambil dan men-set file
attributes
Manajemen Device
• Meminta device, melepaskan device
• Read, write, reposition
• Mengambil dan men-set device
attributes
• Logically attach or detach device
(mount / umount)
Information Maintenance
• Mengambil dan men-set waktu dan
tanggal
• Men-set proses, file, or device
attributes
Komunikasi
• Menciptakan, menghapus hubungan
komunikasi
• Mengirim dan menerima pesan
• Mentransfer status informasi
• Attach atau detach remote device
• Komunikasi dapat dilakukan melalui
message passing atau shared
memory
Operating System Design &
Implementation
• Design and Implementation of OS not “solvable”,
but some approaches have proven successful
• Internal structure of different Operating Systems
can vary widely
• Start by defining goals and specifications
• Affected by choice of hardware, type of system
• User goals and System goals
– User goals – operating system should be convenient to
use, easy to learn, reliable, safe, and fast
– System goals – operating system should be easy to
design, implement, and maintain, as well as flexible,
reliable, error-free, and efficient
Operating System Design &
Implementation
• Important principle to separate
Policy: What will be done?
Mechanism: How to do it?
• Mechanisms determine how to do
something, policies decide what will be
done
– The separation of policy from mechanism is a
very important principle, it allows maximum
flexibility if policy decisions are to be changed
later
Struktur Sistem Operasi
• Struktur Sederhana
– Tidak dibagi dalam modul-modul
– Contoh : Struktur sistem MS-DOS:
• disusun untuk mendukung fungsi yang banyak pada space
yang kecil
• Metode pendekatan Layer / Level
– Contoh: UNIX, terdiri dari kernel (berisi device driver
dan interface) dan program
• Mikrokernel
– Menyusun sistem operasi dengan menghapus semua
komponen yang tidak esensial dari kernel, dan
mengimplementasikannya sebagai sistem program dan
user-level
• Modular
MS-DOS Layer Structure
Traditional UNIX System Structure
Layered Operating System
• Layer adalah implementasi
dari object
abstrak yang merupakan
enkapsulasi dari
data dan operasi yang bisa
memanipulasi
data tersebut
• Layer paling bawah :
hardware
• Layer paling atas : user
interface
Layered OS
• Keuntungan:
– modularitas
– mempermudah debug dan verifikasi
sistem
– layer pertama bisa didebug tanpa
mengganggu sistem yang lain
• Kesulitan:
– hanya bisa menggunakan layer
dibawahnya
Mikrokernel
• Fungsi utama: mendukung fasilitas komunikasi
antara program klien dan bermacam-macam
layanan yang juga berjalan di user-space
• Kernel menjadi lebih kecil
• Komunikasi melalui message passing
• Keuntungan:
– ketika layanan baru akan ditambahkan ke user-space,
kernel tidak perlu di modif
– mendukung keamanan reliabilitas lebih, karena sebagian
besar pada level pengguna, SO jadi terjaga
• Contoh sistem operasi :
– Tru64 UNIX, MacOSX, QNX
Mac OS X Structure
Modules
• Most modern operating systems
implement kernel modules
– Uses object-oriented approach
– Each core component is separate
– Each talks to the others over known
interfaces
– Each is loadable as needed within the kernel
• Overall, similar to layers but with more
flexible
Solaris Modular Approach
Virtual Machine
• Mesin virtual mengambil pendekatan layer secara logika.
• Mesin virtual memperlakukan hardware dan sistem operasi
seolah-olah berada pada level yang sama sebagai
hardware.
• Pendekatan Mesin virtual menyediakan sebuah interface
yang identik dengan seluruh hardware yang ada.
• Sistem Operasi host membuat ilusi dari banyak proses,
masing-masing dieksekusi pada prosesornya sendiri dengan
virtual memorinya sendiri.
• Setiap guest menyediakan sebuah (virtual) copy dari
semua hal yang ada pada komputer
• VM dibuat dengan pembagian sumber daya oleh physical
computer
• VM ada 2: system VM dan application VM
Virtual Machine (2)
• Sumber daya dari fisik dibagi untuk
membuat VM:
– Penjadwalan CPU bisa menciptakan
penampilan seakan user mempunyai prosesor
sendiri
– Spooling bisa menyediakan virtual card
readers dan virtual line printers
– Sebuah time-sharing terminal, yang dapat
melayani user dengan tepat
• VM software membutuhkan disk space
untuk menyediakan Virtual memory dan
spooling, yaitu sebuah virtual disk
Virtual Machines History and Benefits
• First appeared commercially in IBM mainframes
in 1972
• Fundamentally, multiple execution
environments (different operating systems) can
share the same hardware
• Protect from each other
• Some sharing of file can be permitted, controlled
• Commutate with each other, other physical
systems via networking
• Useful for development, testing
• “Open Virtual Machine Format”, standard format
of virtual machines, allows a VM to run within
many different virtual machine (host) platforms
Keuntungan VM
• Keamanan bukanlah masalah
– VM mempunyai pelindungan lengkap pada
berbagai sistem sumber daya
– Tidak ada pembagian sumber daya secara
langsung
• VM sistem adalah kendaraan yang
“sempurna” untuk penelitian dan
pengembangan sistem operasi
– Dengan VM perubahan suatu bagian tidak akan
mempengaruhi komponen yang lain
Kerugian VM
• VM sulit diimplementasikan karena banyak syarat
yang dibutuhkan untuk menyediakan duplikat
yang tepat dari mesin host
– Harus punya virtual-user mode dan virtual-monitor
mode yang keduanya berjalan di pysichal mode.
– Akibatnya, saat instruksi yang hanya membutuhkan
virtual monitor mode dijalankan, register berubah dan
bisa berefek pada virtual user mode, bahkan bisa merestart VM
• Waktu yang dibutuhkan I/O bisa lebih
cepat(karena ada spooling), tapi bisa lebih
lambat (karena diinterpreted)
Virtual Machines (Cont)
Non-virtual Machine
Virtual Machine
(a) Nonvirtual machine (b) virtual machine
VMware Architecture
VMWare
Java Virtual Machine
• Program Java yang telah dicompile adalah
platform-neutral bytecodes yang
dieksekusi oleh Java Virtual Machine(JVM)
• JVM terdiri dari:
– Class loader
– Class verificatier
– runtime interpreter
• Just In-Time(JIT) compilers meningkatkan
performance
The Java Virtual Machine
System Generation
• Sistem operasi dirancang untuk dapat dijalankan
pada berbagai jenis mesin, sistemnya harus
dikonfigurasikan untuk setiap komputer.
• Program Sysgen mendapatkan informasi
mengenai konfigurasi khusus tentang sistem
hardware dari sebuah data, antara lain sebagai
berikut:
–
–
–
–
CPU apa yang digunakan, opsi yang ada
Berapa banyak memori yang tersedia
Peralatan yang tersedia
Sistem operasi opsi apa yang diinginkan atau parameter
apa yang digunakan
Operating-System
Debugging
• Debugging is finding and fixing errors, or bugs
• OS generate log files containing error information
• Failure of an application can generate core dump file capturing
memory of the process
• Operating system failure can generate crash dump file
containing kernel memory
• Beyond crashes, performance tuning can optimize system
performance
• Kernighan’s Law: “Debugging is twice as hard as writing the code
in the first place. Therefore, if you write the code as cleverly as
possible, you are, by definition, not smart enough to debug it.”
• DTrace tool in Solaris, FreeBSD, Mac OS X allows live
instrumentation on production systems
– Probes fire when code is executed, capturing state data and sending it
to consumers of those probes
System Boot
• Operating system must be made available
to hardware, so hardware can start it
– Small piece of code – bootstrap loader,
locates the kernel, loads it into memory, and
starts it
– boot block at fixed location loads bootstrap
loader
– When power initialized on system, execution
starts at a fixed memory location
• Firmware used to hold initial boot code
NEXT
• Process