Operating-System Structures (Ch. 3)

(1)

Operating-System Structures

(Ch. 3)

SISTIM OPERASI

(Operating System)

IKI-20230

Fakultas Ilmu Komputer Universitas Indonesia Semester 2000/2001

Operating-System Structures

n

System Components

n

Operating System Services

n

System Calls

n

System Programs

n

System Structure

n

Virtual Machines

n

System Design and Implementation

(2)

OS Structures JM-2000/v1.1/3

Common System Components

n

Process Management

n

Main Memory Management

n

Secondary-Storage Management

n

I/O System Management

n

File Management

n

Support services:

n Protection System n Networking

n Command-Interpreter System

(Baca: Ch. 3 untuk keterangan lebih rinci).

Process Management

n

Proses adalah sebuah program yang sedang

dijalankan (eksekusi).

n Suatu proses memerlukan resources pada saat ekesekusi: CPU time, memory, files dan I/O devices

n

Sistim operasi bertanggung jawab terhadap

aktifitas yang berhubungan dengan manajemen

proses:

n Process creation & deletion.

n Process suspension (block) & resumption. n Mekanisme:

• Sinkronisasi antar proses

(3)

Main-Memory Management

n Memori sebagai tempat penyimpanan instruksi/data dari program

n Storage yang cepat sehingga dapat mengimbangi kecepatan eksekusi instruksi CPU

n Terdiri dari “array of words/bytes” yang besar

n Address digunakan untuk mengakses data (shared oleh CPU dan I/O devices)

n Umumnya main memory bersifat “volatile” – tidak permanent. Isinya akan hilang jika komputer di matikan. n Manajement memori:

n Melacak pemakaian memori (siapa dan berapa besar?).

n Memilih program mana yang akan diload ke memori.

n Alokasi dan De-alokasi memori fisik untuk program.

Secondary-Storage Management

n

Secondary Storage: penyimpanan permanent

n Kapasitas harus besar untuk menyimpan semua program dan data.

n Secondary storage dapat dijadikan “backup” storage main memory supaya dapat menjalankan banyak program.

n Umumnya menggunakan “magnetic disks” (hard disk).

n

OS bertanggung jawab untuk manajemen disk:

n Free space management

n Storage allocation

(4)

I/O System Management

n

Sering disebut device manager

n Menyediakan “device driver” yang umum sehingga

operasi I/O dapat seragam (open, read, write, close)

• Contoh: user menggunakan operasi yang sama untuk read file pada hard disk, CD-ROM dan floppy disk sama.

n

Komponen OS untuk sistim I/O:

n Buffer: menampung sementarai data dari/ke I/O

devices

n Spooling: melakukan scheduling pemakaian I/O sistim supaya lebih efisien (antrian dsb)

n Menyediakan “driver” untuk dapat melakukan operasi “rinci” (detail) untuk hardware I/O tertentu.

File Management

n

File: kumpulan informasi yang berhubungan

(sesuai dengan tujuan pembuat file tsb).

n File dapat mempunya struktur yang bersifat hirarkis

(direktori, volume dll).

n

OS bertanggung jawab:

n File creation and deletion.

n Directory creation and deletion.

n Support of primitives for manipulating files and directories.

n Mapping files onto secondary storage.

(5)

Command-Interpreter System

n

OS: menunggu instruksi dari user (command

driven)

n

Program yang membaca instruksi dan

mengartikan keinginal user (lebih dari sejenis).

n Contoh:

• control-card interpreter

• command-line interpreter

• shell (in UNIX)

n Sangat bervariasi dari satu OS ke OS yang lain dan

disesuaikan dengan tujuan, teknologi I/O devices yang ada.

• CLI, Windows, Pen-based (touch) etc.

OS: Services (1)

n

Program execution

n Kemampuan sistim untuk “load” program ke memori dan menjalankan program.

n

I/O operations

n User tidak dapat secara langsung mengakses H/W

resources, OS harus menyediakan mekanisme untuk melakukan operasi I/O atas nama user.

n

File-system manipulation

n Kemampuan program untuk operasi pada file (to read,

(6)

OS: Services (2)

n

Communications

n Pertukaran data/informasi antar dua atau lebih proses

yang berada pada satu komputer (atau lebih).

n

Error detection

n Menjaga kestabilan sistim dengan mendeteksi “error”: hardware maupun operasi.

n

Efficient use of system

n Protection: menjamin akses ke system resources dikendalikan (user dikontrol akses ke sistim).

n Accounting: merekam kegiatan users, jatah pemakaian resources (fairness atau policy).

System Calls

n

System call:

n Menyediakan interface antara program (user program yang berjalan) dan bagian OS.

• Bagaimana proses dapat menggunakan I/O resources? n

System call menjadi jembatan antara proses dan

OS.

n System call ditulis dalam assembly language (machine specific) atau bahasa tingkat tinggi yang dapat

mengendalikan mesin (C).

n Contoh: UNIX menyediakan system call: read, write =>

(7)

System Calls: passing par.

n

Sering user program harus memberikan data

(parameter) ke rutin OS yang akan dipanggil.

n UNIX: read(buffer, max_size, file_id);

n

Tiga cara memberikan parameter dari program

ke sistim operasi:

n Melalui registers (resources di CPU).

n Menyimpan parameter pada data struktur (table) di

memory, dan alamat table tsb ditunjuk oleh pointer yang disimpan di register.

n Push (store) melalui “stack” pada memori dan OS mengambilnya melalui pop pada stack tsb.

Passing: table

Register parameter: table X load alamat X System call 13 User Program Operating System gunakan para meter dari tabel X rutin dari system call 13

(8)

MS-DOS Execution

At System Start-up Running a Program

TSR program

(9)

System Structure

n

What is OS system structure?

n An organized method in building & management OS

n

Contoh: MS-DOS

n Saat dirancang kemampuan PC sangat minimal

• Prosesor: 8086 (10 MHz), Max. memory: 640 Kb

n MS-DOS – dibuat dengan menyediakan “fungsional” dari OS sebanyak mungkin pada resources yang sangat terbatas (memori)

n Tidak dalam bentuk modul => monolithic (satu kesatuan):

• MS-DOS menjadi satu kesatuan besar tanpa batasan jelas – fungsional dan interface

• Terdapat struktur yang sangat sederhana dan “proteksi” yang longgar (single user system)

MS-DOS Layer Structure

Application Program

Resident system program MS-DOS kernel

BIOS: hardware device drivers

(10)

Monolithic Structure

n

Tidak terstuktur secara jelas

n Kumpulan program yang menggunakan langsung resources hardware

n Terdapat program-program yang mewakili fungsi OS: processor management, memory management dll.

• OS awal: satu kesatuan proses, dimana kontrol berpindah dari program-program tersebut (“procedure calls)

• Program user (proses): menjadi satu bagian rutin dari (loop) program utama jika tidak melakukan fungsi OS

• User program dijalankan “call” dari OS => eksekusi pada user mode akan berhenti:

• timeout (timer interrupt)

• kembali ke OS (service)

• Interrupt (hardware)

Simple Approach (kernel)

n

Struktur terbatas pada dua layer

n Systems programs: bagian OS yang dibangun di atas kernel – extended machine

n Kernel

• Operasi vital yang penting dan melindungi resources hardware

• Semua service untuk user proses melalui mekanisme system call

• Tugas utama kernel menyediakan fasilitas untuk:

multiprogramming/multitasking – dimana proses-proses dapat berjalan serentak (concurrent) dan terpisah

• UNIX (1978)

• Menggunakan pendekatan rancangan sederhana dengan dukungan H/W yang terbatas (PDP-11)

(11)

UNIX System Structure

User

Shell, commands, libraries, utility

system call, interface to kernel

Layered Approach

n

Susunan berlapis:

n OS dibagi atas sejumlah (lebih dari 2) layer

n Setiap layer melingkupi layer di bawahnya (kendali, akses)

n Layer paling bawah (0) => hardware

n Layer paling atas (N) => user interface

n

Rancangan moduler:

n Layer disusun sehingga setiap fungsi/operasi layer atas akan menggunakan “services” pada layer bawah.

(12)

An Operating System Layer

(13)

Virtual Machines

n Misalkan terdapat system program => control program yang mengatur pemakaian resources hardware.

n Control program = trap system call + hardware acces. n Control program memberikan fasilitas ke proses user

n Mendapatkan jatah CPU dan memori.

n Menyediakan interface “identik” dengan apa yang disediakan oleh hardware => sharing devices untuk berbagai proses.

n Virtual machine => control program yang minimal

n VM memberikan ilusi multitasking: seolah-olah terdapat prosesor dan memori ekslusif digunakan (virtual machine).

n VM memilah fungsi multitasking dan implementasi extended machine (tergantung user proses) => flexible dan lebih mudah untuk maintained (proteksi).

System Models: VM

Non- virtual Machine Virtual Machine

system call

(14)

Virtual Machines (Cont.)

n

Jika setiap user diberikan satu virtual machine =>

user bebas untuk menjalankan OS (kernel) yang

diinginkan pada VM tersebut.

n Potensi lebih dari satu OS dalam satu komputer.

n Contoh:

• IBM VM370: menyediakan VM untuk berbagai OS: CMS (interaktif), MVS, CICS, dll.

n

Problem:

n Sharing disk => setiap OS mempunyai file system yang mungkin berbeda.

n IBM: virtual disk (minidisk) yang dialokasikan untuk user melalui VM.

Client Server Model

n

Implementasi fungsi OS (extended machine)

dapat menjadi bagian dari user proses (client)

n Request service ke server proses (kernel).

n Kernel: terdiri dari server (file, memory, I/O dll) yang

melayani request dari client proses.

n Akses ke hardware harus melalui server proses dari

kernel yang mengontrol hardware tersebut.

n

Pros: partisi dan struktur yang sangat jelas

(interface dan fungsional).

n

Cons: lambat (komunikasi antar client dan

server), tidak efisien dalam menggunakan

resources.

(15)

Summary

n

OS dapat dilihat dari berbagai segi (services)

n Lapisan terbawah: system call memberikan interface

ke user program untuk mengakses hardware resources.

n Lapisan teratas: command line intrepeter memberikan kemudahan user menjalankan system program atau utility.

n System services: control program dan extended machine.

Summary

n

Rancangan struktur OS

n Rumit dan besar: struktur moduler, dalam bentuk lapisan.

n Q: seberapa banyak lapisan/modul? fungsi dan interaksi antar modul => pilihan rancangan OS.

n Rancangan moduler/layered sulit diterapkan secara

penuh, contoh DOS dan UNIX.

n VM menerapkan bentuk layered dan memberikan ilusi

pemakaian hardware bersama kepada sekumpulan kernel yang berdiri diatasnya.