Beberapa perangkat, seperti tape drives dan printer tidak dapat mengumpulkan permintaan M/K dari banyak aplikasi secara bersamaan. Cara lain adalah dengan menggunakan akses perangkat secara bersamaan dengan menyediakan fasilitas langsung dengan cara koordinasi. Beberapa sistem operasi (termasuk Virtual Machine System) menyediakan dukungan akses perangkat secara ekslusif dengan mengalokasikan sebuah proses ke perangkat yang menganggur atau idle dan membuang perangkat tersebut jika sudah tidak diperlukan lagi. Sistem operasi lainnya memaksakan sebuah batasan dari penanganan sebuah berkas yang dibuka ke perangkat tersebut. Kebanyakan sistem operasi menyediakan fungsi yang membuat proses-proses untuk menangani koordinat akses eksklusif diantara mereka sendiri. Sebagai contoh, Windows NT menyediakan system call untuk menunggu objek perangkat sampai statusnya tersedia. Dia juga mempunyai sebuah parameter untuk system call open
yang mendeklarasikan tipe-tipe akses yang diperbolehkan untuk thread\ lainnya secara bersamaan. Pada sistem ini, penghindaran deadlock diserahkan kepada aplikasi.
11.4. Proteksi M/K
Sebuah sistem operasi yang menggunakan protected memory dapat menjaga banyak kemungkinan error yang terjadi pada aplikasi maupun perangkat keras sehingga sebuah failure sistem yang sulit tidak biasanya terjadi pada kesalahan mekanik yang kecil. Perangkat dan transfer M/K dapat gagal dalam berbagai cara karena alasan transient seperti jaringan yang overloaded atau karena alasan permanen seperti pengontrol disk yang rusak. Sistem operasi biasanya dapat mengganti kerugian secara efektif untuk kegagalan transient. Sebagai contoh, sebuah kegagalan pembacaan disk berakibat pengulangan pembacaan disk itu lagi dan jaringan mengirimkan hasil yang salah dalam pengiriman ulang jika protokol diketahui. Jika sebuah kegagalan permanen terjadi pada sebuah komponen yang penting, sistem operasi tidak dapat memulihkan error yang terjadi.
Ada aturan umum yang menyebutkan sebuah system call M/K akan mengembalikan 1 bit informasi tentang status pemanggilan yang akan menandakan apakah pemanggilan tersebut sukses atau
Struktur Data
Sebaliknya, beberapa perangkat keras dapat menyediakan informasi yang lebih lengkap tentang kegagalan tersebut walaupun banyak sistem operasi tidak dibuat untuk menyampaikan informasi ini kepada aplikasi. Sebagai contoh:
1. kegagalan pada perangkat SCSI dilaporkan oleh protokol SCSI dalam bentuk sense key yang memberitahukan jenis kegagalan seperti error pada perangkat keras atau permintaan yang ilegal, 2. ada juga yang disebut additional sense-code yang menyatakan kategori dari kegagalan seperti
parameter perintah yang tidak sesuai atau kesalahan self-test seperti pada booting, load program, dan bootstrapping.
3. sebuah additional sense-code qualifier yang memberikan informasi yang lebih detil seperti parameter perintah yang error atau subsistem perangkat keras yang gagal dalam self-test.
11.5. Struktur Data
Kernel menyimpan informasi keadaan penggunaan komponen M/K, maka kernel melakukan hal tersebut pada bermacam-macam struktur data kernel seperti struktur table open-file . UNIX menyediakan akses sistem berkas untuk berbagai macam entitas seperti berkas pengguna, raw device, dan ruang alamat dari proses-proses.Walaupun masing-masing entitas ini mendukung operasi baca, tetapi semantik untuk masing-masing entiti berbeda. Sebagai contoh, untuk membaca berkas pengguna, kernel perlu memeriksa buffer cache sebelum memutuskan untuk melakukan M/K disk. Untuk membaca raw disk, kernel perlu meyakinkan bahwa ukuran permintaan adalah kelipatan dari ukuran disk dan masih terdapat dalam sektor berkas. Untuk memproses citra, cuma perlu menyalin data dari memori. UNIX menyembunyikan perbedaan-perbedaan dalam struktur yang seragam dengan menggunakan teknik berorientasi objek atau object-oriented. Open-file record pada gambar adalah sebuah tabel dispatch yang berisi pointer ke routine yang bersesuaian tergantung pada tipe berkas. Beberapa sistem operasi menggunakan metode object-oriented secara lebih ekstensif. Sebagai contoh, Windows NT menerapkan metode message-passing untuk M/K. Sebuah permintaan M/K diubah menjadi sebuah pesan yang dikirim melalui kernel kepada manajer M/K dan kemudian kepada
device driver ,yang masing-masing mereka dapat mengubah isi pesan. Untuk keluaran pesan tersebut, digunakan buffer untuk menerima data. Pendekatan message-passing ini bisa menambah biaya, perbandingan dengan teknik yang menggunakan strukutur data yang dibagi-bagi menyederhanakan struktur dan perancangan sistem M/K serta menambah fleksibilitas.
Operasi Perangkat Keras
Gambar 11.3. Struktur Kernel M/K pada UNIX
Kesimpulannya, subsistem M/K mengkoordinir kumpulan layanan yang ekstensif yang tersedia untuk aplikasi dan bagian lainnya dari kernel. Subsistem M/K mengawasi:
1. Manajemen nama berkas dan perangkat 2. Kontrol akses untuk berkas dan perangkat
3. Operasi kontrol, contoh: modem yang tidak dapat dikenali 4. Alokasi ruang sistem berkas
5. Alokasi perangkat
6. Buffering, caching, dan spooling
7. Penjadwalan M/K
8. Pengawasan status perangkat, penanganan error dan pemulihan kegagalan 9. Konfigurasi dan inisialisasi device driver
11.6. Operasi Perangkat Keras
Pada bagian sebelumnya, kita menjelaskan handshaking antara sebuah device driver dan sebuah device controller, tapi kita tidak menjelaskan bagaimana sistem operasi menghubungkan permintaan aplikasi ke dalam kumpulan kabel jaringan atau ke dalam sektor disk yang spesifik.
Aplikasi menunjuk data dengan menunjuk sebuah nama berkas. Di dalam sebuah disk, hal ini adalah pekerjaan dari sistem berkas untuk memetakan dari nama berkas melalui direktori sistem berkas untuk memperoleh ruang pengalokasian berkas. Sebagai contoh, dalam MS-DOS, nama dipetakan ke sebuah nomor yang mengindikasikan sebuah entri dalam tabel akses berkas, dan entri tabel tersebut mengatakan blok disk dialokasikan ke berkas. Pada UNIX, nama dipetakan ke sebuah nomor cabang dan nomor cabang yang bersesuaian berisi informasi tempat pengalokasian.
Operasi Perangkat Keras
2. Fakta bahwa c: mewakili hard disk utama yang dibangun ke dalam sistem operasi, c:\ dipetakan ke alamat spesifik melalui device table.
3. Karena pemisah tanda titik dua tadi, tempat nama perangkat dipisahkan dari ruang nama sistem berkas di dalam masing-masing perangkat. Pemisahan ini memudahkan sistem operasi untuk menghubungkan fungsi tambahan untuk masing-masing perangkat. Sebagai contoh, hal yang mudah untuk melakukan spooling pada banyak berkas yang akan dicetak ke printer.
Jika ruang nama perangkat disertakan dalam ruang nama sistem berkas seperti pada UNIX, layanan nama sistem berkas yang normal disediakan secara otomatis. Jika sistem berkas menyediakan kepemilikan dan kontrol akses untuk semua nama berkas, maka perangkat mempunyai pemilik dan kontrol akses. Karena berkas disimpan dalam perangkat, sebuah antarmuka penguhubung menyediakan sistem M/K pada dua tingkatan. Nama dapat digunakan perangkat untuk mengakses dirinya sendiri atau untuk mengakses berkas yang disimpan pada perangkat tersebut.
UNIX menghadirkan nama perangkat dalam ruang nama sistem berkas reguler. Tidak seperti sebuah nama berkas MS-DOS yang mempunyai tanda titik dua, alur nama pada UNIX tidak mempunyai pemisahan yang jelas dari bagian nama perangkat. Faktanya, tidak ada bagian dari nama alur adalah nama perangkat.
1. UNIX mempunyai sebuah mount table yang menghubungkan awalan dari nama alur dengan nama perangkat yang sesuai.
2. Untuk memecahkan masalah alur nama ini, UNIX mencari nama ini di dalam mount table untuk mencari awalan(prefix) yang paling cocok. entry dalam mount table yang bersesuaian adalah nama perangkat.
3. Nama perangkat ini juga mempunyai bentuk dari sebuah nama dari ruang nama sistem berkas. 4. Ketika UNIX mencari nama ini di dalam strukutur direktori sistem berkas, daripada mencari nomor
cabang, UNIX mencari sebuah nomor perangkat major dan minor.
5. Nomor perangkat major menandakan sebuah device driver yang harus dipanggil untuk menangani M/K untuk perangkat ini.
6. Nomor perangkat minor dikirim ke device driver untuk diindekskan ke tabel perangkat.
7. Entri tabel perangkat yang bersesuaian memberikan alamat atau alamat pemetaan memori dari pengendali perangkat.
Sistem operasi modern mendapatkan fleksibilitas yang sangat penting dari tahapan-tahapan mencari tabel dalam jalur antara permintaan dan pengendali perangkat fisikal. Mekanisme yang melewatkan permintaan antara aplikasi dan driver adalah hal yang umum. Oleh sebab itu, kita dapat menambahkan perangkat dan driver baru ke dalam komputer tanpa mengkompilasi ulang kernel. Faktanya, beberapa sistem operasi mempunyai kemampuan untuk menambahkan device driver yang diinginkan. Pada waktu boot, sistem pertama-tama memeriksa bus perangkat keras untuk menentukan perangkat apa yang tersedia dan kemudian sistem menambahkan atau load driver yang diperlukan secara langsung atau ketika ada permintaan M/K yang membutuhkannya.
Operasi Perangkat Keras
Gambar 11.4. Lifecycle of I/O request
Penjelasan gambar di atas sebagai berikut:
1. Sebuah proses mengeluarkan sebuah blocking untuk system call baca untuk sebuah deskriptor berkas dari berkas itu yang sudah pernah dibuka sebelumnya.
2. Kode system call dalam kernel memeriksa kebenaran parameter. Pada masukan, jika data tersedia dalam buffer cache, data dikembalikan ke proses dan permintaan M/K selesai.
3. Jika data tadi tidak tersedia di buffer cache, M/K fisikal perlu dilakukan sehingga proses akan dikeluarkan dari antrian yang sedang berjalan dan ditempatkan pada antrian wait untuk perangkat tersebut, dan permintaan M/K pun dijadwalkan. Secepatnya, subsistem M/K mengirimkan permintaan ke device driver. Bergantung pada sistem operasi, permintaan dikirim melalui pemanggilan subroutine atau melalui pesan in-kernel.
4. Device driver mengalokasikan ruang kernel buffer untuk menerima data dan menjadwalkan M/ K. Secepatnya, driver mengirim perintah untuk pengendali perangkat dengan menulis ke dalam register yang mengontrol perangkat tersebut.
5. Pengendali perangkat mengoperasikan perangkat keras untuk melaksanakan transfer data
6. Driver dapat menerima status dan data atau dapat menyiapkan sebuah transfer DMA ke dalam memori kernel. Kita asumsikan bahwa transfer diatur oleh sebuah pengendali DMA yang akan menghasilkan interupsi ketika transfer data selesai.
7. Interrupt handler yang sesuai menerima interupsi melalui tabel vektor interupsi atau interrupt-vector table, menyimpan data yang diperlukan, memberi sinyal kepada device driver, kembali dari interupsi.
STREAMS
10.Memindahkan proses ke antrian ready tidak memblok proses tersebut. Ketika penjadwal atau
scheduler menaruh proses ke CPU, proses itu akan melanjutkan eksekusi pada penyelesaian system call.
11.7. STREAMS
Sistem V UNIX mempunyai mekanisme yang menarik yang disebut stream yang membuat aplikasi dapat memakai pipeline dari driver code secara dinamis. Sebuah stream adalah sebuah koneksi full duplex antara sebuah device driver dan proses di tingkat pengguna. Stream terdiri dari sebuah: 1. stream head yang terhubung dengan proses pengguna.
2. sebuah driver end yang mengendalikan perangkat.
3. banyak stream modules antara stream head dan driver end.