Sistem Operasi Sistem Operasi 22

““Sistem operasi”Sistem operasi”

Definisi SODefinisi 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 SOLayanan 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 SOLayanan 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 SOLayanan SO

– Resource allocation – ketika multiple users atau multiple jobs berjalan bersama-sama (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 SOSejarah 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 InterpreterCommand 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 - GUIUser 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 CallsSistem 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 implementationSystem 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 CallsExample of System Calls

• System call sequence to copy the contents of one file to another file

Example of Standard APIExample 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 RelationshipAPI – System Call – OS Relationship

Standard C Library ExampleStandard C Library Example

• C program invoking printf() library call, which calls write() system call

System CallsSystem 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 TableParameter Passing via Table

Tipe System CallsTipe System Calls• Process Control• Manajemen file• Manajemen Device • Information Maintenance• Komunikasi• Proteksi

• Biasanya digunakan dalam system program

Process ControlProcess 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 executionMS-DOS execution

(a) At system startup (b) running a program

FreeBSD Running Multiple ProgramsFreeBSD Running Multiple Programs

Manajemen FileManajemen File• Membuat dan menghapus file• Membuka dan menutup file• Read, write, reposition • Mengambil dan men-set file

attributes

Manajemen DeviceManajemen Device• Meminta device, melepaskan device• Read, write, reposition• Mengambil dan men-set device

attributes• Logically attach or detach device

(mount / umount)

Information MaintenanceInformation Maintenance• Mengambil dan men-set waktu dan

tanggal• Men-set proses, file, or device

attributes

KomunikasiKomunikasi• 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 & Operating System Design & ImplementationImplementation

• 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 & Operating System Design & ImplementationImplementation

• Important principle to separatePolicy: 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 OperasiStruktur 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 StructureMS-DOS Layer Structure

Traditional UNIX System StructureTraditional UNIX System Structure

Layered Operating SystemLayered Operating System

• Layer adalah implementasi dari object abstrak yang merupakan enkapsulasi daridata dan operasi yang bisa memanipulasidata tersebut• Layer paling bawah : hardware• Layer paling atas : user interface

Layered OSLayered OS• Keuntungan:

– modularitas– mempermudah debug dan verifikasi

sistem– layer pertama bisa didebug tanpa

mengganggu sistem yang lain• Kesulitan:

– hanya bisa menggunakan layer dibawahnya

MikrokernelMikrokernel• 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 StructureMac OS X Structure

ModulesModules• 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 ApproachSolaris Modular Approach

Virtual MachineVirtual 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)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 BenefitsVirtual 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 VMKeuntungan 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 VMKerugian 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 me-restart VM

• Waktu yang dibutuhkan I/O bisa lebih cepat(karena ada spooling), tapi bisa lebih lambat (karena diinterpreted)

Virtual Machines (Cont)Virtual Machines (Cont)

Non-virtual Machine Virtual Machine

(a) Nonvirtual machine (b) virtual machine

VMware ArchitectureVMware Architecture

VMWareVMWare

Java Virtual MachineJava 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 MachineThe Java Virtual Machine

System GenerationSystem 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 Operating-System DebuggingDebugging

• 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 BootSystem 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

NEXTNEXT• Process