Sistem Operasi - 2 - E

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 multiuser)
• 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
– Resourceallocation - 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 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, 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)
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
System Call implementation
• The caller need know nothingabout how the system call
is implemented
– Just needs to obey APIand understand what OS will do as a
result call
– Most details of OS interface hiddenfrom programmer by API
• Managed by run-time support library(set of functions built
into libraries included with compiler)
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
• In some cases, may be more parameters than registers
– Menyimpan parameter dalam block atau tabel pada memori dan
alamat block tsb diberikan sebagai parameter dalam register
• This approach taken by Linux and Solaris
– Menyimpan parameter (push) ke dalam stack (oleh program),
dan melakukan pop off pada stack (oleh sistem operasi)
Parameter Passing via Table
Jenis System Calls - System Program
•
•
•
•
•
•
•
Process Control
Manajemen file
Manajemen Device
Information Maintenance
Komunikasi
Proteksi
Biasanya digunakan pada 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
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 goalsand specifications
• Affected by choice of hardware, type of system
• Usergoals and Systemgoals
– 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:
• Mechanism:
What will be done?
How to do it?
• Mechanisms determine how to do something, policies
decide what will be done
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 pada userlevel
• Modular
MS – DOS Structure Layer
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 user 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
Monolithic vs Microkernel
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
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 me-restart VM
• Waktu yang dibutuhkan I/O bisa lebih cepat(karena ada
spooling), tapi bisa lebih lambat (karena diinterpreted)
Virtual Machines ( Cont)
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 / Firmware
• 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
• OSgenerate 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 firstplace. Therefore, if you write the code as cleverly as possible,
you are, by definition, not smart enough to debug it.”
• DTracetool 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
– bootblock atfixed location loads bootstrap loader
– When power initialized on system, execution starts at a fixed memory
location
• Firmware used to hold initial boot code