Sistem Operasi

Bahan Kuliah IKI-20230

Gabungan Kelompok Kerja 21–28 IKI-20230 Semester Genap 2002/2003



Persembahan

Buku ini dipersembahkan dari Gabungan Kelompok Kerja 21–28 IKI-20230 Semester Genap 2002/ 2003, oleh Gabungan Kelompok Kerja 21–28 IKI-20230 Semester Genap 2002/ 2003, untuk siapa saja yang ingin mempelajari Sistem Operasi. Tim penyusun buku ini ialah sebagai berikut:

Kelompok 21 (Koordinator)

Dhani Yuliarso, Fernan, Hanny Faristin, Melanie Tedja, Paramanandana D.M., Widya Yuwanda.

Kelompok 22 (Bab 1)

Budiono Wibowo, Agus Setiawan, Baya U.H.S., Budi A. Azis Dede Junaedi, Heriyanto, Muhammad Rusdi.

Kelompok 23 (Bab 2)

Indra Agung, Ali Khumaidi, Arifullah, Baihaki A.S., Christian K.F. Daeli, Eries Nugroho, Eko Seno P., Habrar, Haris Sahlan.

Kelompok 24 (Bab 3)

Adzan Wahyu Jatmiko, Agung Pratomo, Dedy Kurniawan, Samiaji Adisasmito, Zidni Agni.

Kelompok 25 (Bab 4)

Nasrullah, Amy S. Indrasari, Ihsan Wahyu, Inge Evita Putri, Muhammad Faizal Ardhi, Muhammad Zaki Rahman, N. Rifka N. Liputo, Nelly, Nur Indah, R. Ayu P., Sita A.R.

Kelompok 26 (Bab 5)

Rakhmad Azhari, Adhe Aries, Adityo Pratomo, Aldiantoro Nugroho, Framadhan A., Pelangi, Satrio Baskoro Y.

Kelompok 27 (Bab 6)

Teuku Amir F.K., Alex Hendra Nilam, Anggraini W., Ardini Ridhatillah, R. Ferdy Ferdian, Ripta Ramelan, Suluh Legowo, Zulkifli.

Kelompok 28 (Bab 7)

Christiono H, Arief Purnama L.K., Arman Rahmanto, Fajar, Muhammad Ichsan, Rama P. Tardan, Unedo Sanro Simon.

Daftar Isi
Kata Pengantar
1. Pendahuluan
Sistem Operasi
Fungsi Dasar
Tujuan Mempelajari Sistem Operasi
Sasaran Sistem Operasi
Sejarah Sistem Operasi
Layanan Sistem Operasi
Struktur Komputer
Sistem Operasi Komputer
Struktur I/O
Struktur Penyimpanan
Storage Hierarchy
Proteksi Perangkat Keras
Struktur Sistem Operasi
Komponen-komponen Sistem
Managemen Proses
Managemen Memori Utama
Managemen Secondary-Storage
Managemen Sistem I/O
Managemen Berkas
Sistem Proteksi
Jaringan
Command-Interpreter System
Layanan Sistem Operasi
System Calls
Mesin Virtual
Perancangan Sistem dan Implementasi
System Generation (SYSGEN)
Rangkuman
Pertanyaan
Rujukan
2. Proses dan Thread
Proses
Konsep Dasar dan Definisi Proses
Keadaan Proses
Process Control Block
Threads
Penjadualan Proses
Penjadualan Antrian
Penjadual
Alih Konteks
Operasi-Operasi Pada Proses
Pembuatan Proses
Terminasi Proses
Hubungan Antara Proses
Proses yang Kooperatif
Komunikasi Proses Dalam Sistem
Thread
Konsep Dasar
Keuntungan
User Threads
Kernel Threads
Model Multithreading
Model Many to One
Model One to One
Model Many to Many
Thread Dalam Solaris 2
Thread Java
Managemen Thread
Keadaan Thread
Thread dan JVM
JVM dan Sistem Operasi
Contoh Solusi Multithreaded
Penjadual CPU
Konsep Dasar
Algoritma Penjadual First Come, First Served
Penjadual Shortest Job First
Penjadual Prioritas
Penjadual Round Robin
Penjadualan Multiprocessor
Penjadualan Multiple Processor
Penjadualan Real Time
Penjadualan Thread
Java Thread dan Algoritmanya
Penjadualan Java Thread
Evaluasi Algoritma
Kesimpulan
Proses
Thread
Penjadualan CPU
Soal-soal Latihan
Proses
Thread
Penjadualan CPU
Rujukan
Daftar Istilah
3. Sinkronisasi dan Deadlock
Sinkronisasi
Latar Belakang
Critical Section
Solusi Hardware pada Sinkronisasi
Semaphore
Problem Klasik pada Sinkronisasi
Monitors
Deadlock
Latar Belakang
Resources-Allocation Graph
Model Sistem
Strategi menghadapi Deadlock
Mencegah Deadlock
Menghindari Deadlock
Algoritma Bankir
Mendeteksi Deadlock dan Memulihkan Deadlock
Kesimpulan
Latihan
Rujukan
Rujukan Sinkronisasi
Rujukan Deadlock
4. Memori
Latar Belakang
Pengikatan Alamat
Ruang Alamat Fisik dan Logik
Penempatan Dinamis
Perhubungan Dinamis dan Berbagi Library
Lapisan Atas
Penukaran (Swap)
Alokasi Memori Yang Berdampingan
Pemberian Halaman
Metode Dasar
Struktur Tabel Halaman
Pemberian Halaman Secara Multilevel
Segmentasi
Metode Dasar
Perangkat Keras
Pemeliharaan dan Pembagian
Fragmentasi
Segmentasi Dengan Pemberian Halaman
Pengertian
Kelebihan Segmentasi dengan Pemberian Halaman
Perbedaan Segmentasi dan Paging
Pengimplementasian Segmentasi dengan Pemberian Halaman Intel i386
Memori Virtual
Pengertian
Keuntungan
Implementasi
Permintaan Pemberian Halaman (Demand Paging)
Permasalahan pada Page Fault
Skema Bit Valid - Tidak Valid
Pemindahan Halaman
Skema Dasar
Pemindahan Halaman Secara FIFO
Pemindahan Halaman Secara Optimal
Pemindahan Halaman Secara LRU
Pemindahan Halaman Secara Perkiraan LRU
Dasar Perhitungan Pemindahan Halaman
Algoritma Page-Buffering
Alokasi Frame
Jumlah Frame Minimum
Algoritma Alokasi
Alokasi Global lawan Local
Thrashing
Penyebab Thrashing
Model Working Set
Frekuensi Kesalahan Halaman
Contoh Pada Sistem Operasi
Windows NT
Solaris 2
Linux
Pertimbangan Lain
Sebelum Pemberian Halaman
Ukuran Halaman
Tabel Halaman yang Dibalik
Struktur Program
Penyambungan Masukan dan Keluaran
Pemrosesan Waktu Nyata
5. Sistem Berkas
Pengertian
Berkas
Konsep Dasar
Atribut Pada Berkas
Operasi Pada Berkas
Jenis Berkas
Struktur Berkas
Struktur Berkas Pada Disk
Penggunaan Berkas Secara Bersama-sama
Metode Akses
Akses Secara Berurutan
Akses Langsung
Akses Dengan Menggunakan Indeks
Struktur Direktori
Operasi Pada Direktori
Direktori Satu Tingkat
Direktori Dua Tingkat
Direktori Dengan Struktur Tree
Direktori Dengan Struktur Acyclic-Graph
Direktori Dengan Struktur Graph
Proteksi Berkas
Tipe Akses Pada Berkas
Akses List dan Group
Pendekatan Sistem Proteksi yang Lain
Struktur Sistem Berkas
Organisasi Sistem Berkas
Mounting Sistem Berkas
Metode Alokasi Berkas
Alokasi Secara Berdampingan (Contiguous Allocation)
Alokasi Secara Berangkai (Linked Allocation)
Alokasi Dengan Indeks (Indexed Allocation)
Kinerja Sistem Berkas
Managemen Ruang Kosong (Free Space)
Menggunakan Bit Vektor
Linked List
Grouping
Counting
Implementasi Direktori
Linear List
Hash Table
Efisiensi dan Unjuk Kerja
Efisiensi
Kinerja
Recovery
Pemeriksaan Rutin
Back Up and Restore
Macam-macam Sistem Berkas
Sistem Berkas Pada Windows
Sistem Berkas pada UNIX (dan turunannya)
Perbandingan antara Windows dan UNIX
Macam-macam Sistem Berkas di UNIX
Kesimpulan
Soal-Soal Sistem Berkas
6. I/O dan Disk
Perangkat Keras I/O
Polling
Interupsi
DMA
Interface Aplikasi I/O
Peralatan Block dan Karakter
Peralatan Jaringan
Jam dan Timer
Blocking dan Nonblocking I/O
Kernel I/O Subsystem
I/O Scheduling
Buffering
Caching
Spooling dan Reservasi Device
Error Handling
Kernel Data Structure
Penanganan Permintaan I/O
Kinerja I/O
Pengaruh I/O pada Kinerja
Cara Meningkatkan Efisiensi I/O
Implementasi Fungsi I/O
Struktur Disk
Penjadualan Disk
Penjadualan FCFS
Penjadualan SSTF
Penjadualan SCAN
Penjadualan C-SCAN
Penjadualan LOOK
Pemilihan Algoritma Penjadualan Disk
Managemen Disk
Memformat Disk
Boot Block
Bad Blocks
Penanganan Swap-Space
Penggunaan Swap-Space
Lokasi Swap-Space
Pengelolaan Swap-Space
Kehandalan Disk
Implementasi Stable-Storage
Tertiary-Storage Structure
Macam-macam Tertiary-Strorage Structure
Masalah-Masalah yang Berkaitan Dengan Sistem Operasi
Interface Aplikasi
Penamaan Berkas
Managemen Penyimpanan Hirarkis
Rangkuman
I/O
Disk
Soal Latihan
Rujukan
Daftar Istilah
7. LINUX
Sejarah
Kernel Linux
Sistem Linux
Distribusi Linux
Lisensi Linux
Linux Saat Ini
Tux: Logo Linux
Prinsip Rancangan
Prinsip Desain Linux
Komponen Sistem Linux
Modul Kernel Linux
Pengertian Modul Kernel Linux
Managemen Modul Kernel Linux
Registrasi Driver
Resolusi Konflik
Manajemen Proses
Pendahuluan
Deskriptor Proses
Pembuatan Proses Dan Thread
Penjadual
Sinkronisasi Kernel
Penjadualan Proses
Symmetric Multiprocessing
Managemen Memori di Linux
Managemen Memori Fisik
Memori Virtual
Load dan Eksekusi Program
Sistem Berkas Linux
Sistem Berkas Virtual
Sistem Berkas Linux
Pembagian Sistem Berkas Secara Ortogonal
I/O Linux
Device Karakter
Device Blok
Device Jaringan
Komunikasi Antar Proses
Sinyal
Pipa
Struktur Jaringan
Jaringan TCP/IP
Protokol Internet (IP)
Protokol Pengontrol Transmisi (TCP)
Protokol Pengontrol Pesan di Internet (ICMP)
Protokol Datagram Pengguna (UDP)
IPX dan Sistem Berkas NCP
Keamanan
Pendahuluan
Keamanan Fisik
Keamanan Lokal
Perangkat Lunak Bebas
Serba-Serbi PLB
Pembagian Perangkat Lunak
Latihan
Point-Point Kernel Linux dan PLB
Sejarah Linux
Design Principles
Modul Kernel Linux
Managemen Proses
Penjadualan
Managemen Memori di Linux
Sistem Berkas di Linux
I/O Linux
Komunikasi Antar Proses
Struktur Jaringan
Keamanan
Perangkat Lunak Bebas
Kesimpulan Kernel Linux dan Perangkat Lunak Bebas
Daftar Istilah
Rujukan Kernel Linux dan Perangkat Lunak Bebas
Sejarah Linux (Rujukan)
Linux Umumnya (Rujukan)
Modul Kernel (Rujukan)
Process Management(Rujukan)
GNU (Rujukan)
Rujukan
A. GNU Free Documentation License
PREAMBLE
APPLICABILITY AND DEFINITIONS
VERBATIM COPYING
COPYING IN QUANTITY
MODIFICATIONS
COMBINING DOCUMENTS
COLLECTIONS OF DOCUMENTS
AGGREGATION WITH INDEPENDENT WORKS
TRANSLATION
TERMINATION
FUTURE REVISIONS OF THIS LICENSE
How to use this License for your documents
Indeks
Daftar Tabel
2-1. Tabel untuk soal 4 — 5
3-1. Tabel Deadlock
5-1. Tabel Jenis Berkas
5-2. Contoh sistem daftar akses pada UNIX
Daftar Gambar
2-1. Keadaan Proses. Sumber: . . .
2-2. Process Control Block. Sumber: . . .
2-3. CPU Register. Sumber: . . .
2-4. Device Queue. Sumber: . . .
2-5. Diagram Anrian. Sumber: . . .
2-6. Penjadual Medium-term. Sumber: . . .
2-7. Alih Konteks. Sumber: . . .
2-8. Pohon Proses. Sumber: . . .
2-9. Operasi pada Proses. Sumber: . . .
2-10. Program Fork. Sumber: . . .
2-11. Program Produser Konsumer. Sumber: . . .
2-12. Program Produser Konsumer Alternatif. Sumber: . . .
2-13. Keluaran Program Produser Konsumer. Sumber: . . .
2-14. Keluaran Program Produser Konsumer. Sumber: . . .
2-15. Program Send/ Receive. Sumber: . . .
2-16. Thread. Sumber: . . .
2-17. User dan Kernel Thread. Sumber: . . .
2-18. Model Multithreading. Sumber: . . .
2-19. Model Many to One. Sumber: . . .
2-20. Model One to One. Sumber: . . .
2-21. Model Many to Many. Sumber: . . .
2-22. Thread Solaris dan Java. Sumber: . . .
2-23. Runnable. Sumber: . . .
2-24. Class Worker2. Sumber: . . .
2-25. Keadaan Thread. Sumber: . . .
2-26. CPU Burst. Sumber: . . .
2-27. Kedatangan Proses. Sumber: . . .
2-28. Gannt Chart Kedatangan Proses I. Sumber: . . .
2-29. Gannt Chart Kedatangan Proses II. Sumber: . . .
2-30. Gannt Chart Kedatangan Proses III. Sumber: . . .
2-31. Gannt Chart Kedatangan Proses IV. Sumber: . . .
2-32. Kedatangan Proses. Sumber: . . .
2-33. Gannt Chart SJF Non-Preemtive. Sumber: . . .
2-34. Rata-rata Menunggu. Sumber: . . .
2-35. Kedatangan Proses. Sumber: . . .
2-36. Gannt Chart SJF Preemtive. Sumber: . . .
2-37. Rata-rata Menunggu. Sumber: . . .
2-38. Round Robin. Sumber: . . .
2-39. Time Quantum dan Alih Konteks. Sumber: . . .
2-40. Round Robin. Sumber: . . .
2-41. Sinkronisasi. Sumber: . . .
2-42. Contoh Wait() dan Notify(). Sumber: . . .
3-1. Race Condition. Sumber...
3-2. Critical Section. Sumber: . . .
3-3. Prosis Pi. Sumber: . . .
3-4. Process Pi. Sumber: . . .
3-5. Kode. Sumber: . . .
3-6. Process Pi. Sumber: . . .
3-7. Process Pi. Sumber: . . .
3-8. Process Pi. Sumber: . . .
3-9. Lock. Sumber: . . .
3-10. Block. Sumber: . . .
3-11. Block. Sumber: . . .
3-12. Mutex. Sumber: . . .
3-13. Persimpangan. Sumber: . . .
3-14. Graph. Sumber: . . .
3-15. Non Deadlock. Sumber: . . .
3-16. Deadlock. Sumber: . . .
3-17. Safe. Sumber: . . .
4-1. Alokasi Kembali. Sumber: . . .
4-2. Alokasi Kembali. Sumber: . . .
4-3. Perangkat Keras Pemberian Halaman. Sumber: . . .
4-4. Model pemberian halaman dari memori fisik dan logis. Sumber: . . .
4-5. Alamat logis. Sumber: . . .
4-6. Skema Tabel Halaman Dua Tingkat. Sumber: . . .
4-7. Penterjemahan alamat untuk arsitektur pemberian halaman dua tingkat 32-bit logis. Sumber: . . .
4-8. Tabel halaman yang dibalik. Sumber: . . .
4-9. Berbagi kode pada lingkungan berhalaman. Sumber: . . .
4-10. Alamat Logis Sumber: . . .
4-11. String Acuan. Sumber: . . .
4-12. String Acuan. Sumber: . . .
4-13. String Acuan. Sumber: . . .
4-14. String Acuan. Sumber: . . .
4-15. Derajat dari Multiprogramming. Sumber: . . .
4-16. Jumlah Frame. Sumber: . . .
5-1. Lapisan pada sistem berkas. Sumber: . . .
6-1. Polling Operation. Sumber: . . .
6-2. DMA Interface. Sumber: . . .
6-3. DMA Controller. Sumber: . . .
6-4. Floppy Disk. Sumber: . . .
6-5. Magneto Optic. Sumber: . . .
6-6. Optical Disk. Sumber: . . .
6-7. Worm Disk. Sumber: . . .
6-8. Tape. Sumber: . . .
7-1. Logo Linux. Sumber: . . .
7-2. Pemetaan Memori Virtual ke Alamat Fisik. Sumber: . . .
7-3. Struktur Sistem Berkas EXT2. Sumber: . . .
7-4. Inode Sistem Berkas EXT2. Sumber: . . .
7-5. CharDev. Sumber: . . .
7-6. Buffer. Sumber: . . .
7-7. Pipa. Sumber: . . .
7-8. Jaringan. Sumber: . . .
7-9. Kategori. Sumber: . . .
Daftar Contoh
4-1. Tabel Halaman
7-1. Isi Deskriptor Proses
7-2. Antrian Tunggu

Kata Pengantar

Buku ini merupakan hasil karya Gabungan Kelompok Kerja 21–28 IKI-20230 Semester Genap 2002/ 2003 Fakultas Ilmu Komputer Universitas Indonesia (Fasilkom UI). Sebagai tim penyusun, kami sangat senang atas peluncuran buku ini. Penulisan buku ini bertujuan untuk mengatasi kelangkaan bahan kuliah berbahasa Indonesia, serta diharapkan akan dimanfaatkan sebagai rujukan oleh para peserta kuliah angkatan berikutnya.

Kami menyadari bahwa ini masih banyak kekurangannya. Silakan menyampaikan kritik/ tanggapan/ usulan anda ke .


Bab 1. Pendahuluan

Bab ini berisi tiga pokok pembahasan. Pertama, membahas hal-hal umum seputar sistem operasi. Selanjutnya, menerangkan konsep perangkat keras sebuah komputer. Sebagai penutup akan diungkapkan, pokok konsep dari sebuah sistem operasi.


Sistem Operasi

Sistem operasi merupakan sebuah penghubung antara pengguna dari komputer dengan perangkat keras komputer. Sebelum ada sistem operasi, orang hanya mengunakan komputer dengan menggunakan sinyal analog dan sinyal digital. Seiring dengan berkembangnya pengetahuan dan teknologi, pada saat ini terdapat berbagai sistem operasi dengan keunggulan masing-masing. Untuk lebih memahami sistem operasi maka sebaiknya perlu diketahui terlebih dahulu beberapa konsep dasar mengenai sistem operasi itu sendiri.

Pengertian sistem operasi secara umum ialah pengelola seluruh sumber-daya yang terdapat pada sistem komputer dan menyediakan sekumpulan layanan (system calls) ke pemakai sehingga memudahkan dan menyamankan penggunaan serta pemanfaatan sumber-daya sistem komputer.


Sejarah Sistem Operasi

Menurut Tanenbaum, sistem operasi mengalami perkembangan yang sangat pesat, yang dapat dibagi kedalam empat generasi:


Layanan Sistem Operasi

Sebuah sistem operasi yang baik menurut Tanenbaum harus memiliki layanan sebagai berikut: pembuatan program, eksekusi program, pengaksesan I/O Device, pengaksesan terkendali terhadap berkas pengaksesan sistem, deteksi dan pemberian tanggapan pada kesalahan, serta akunting.

Pembuatan program yaitu sistem operasi menyediakan fasilitas dan layanan untuk membantu para pemrogram untuk menulis program; Eksekusi Program yang berarti Instruksi-instruksi dan data-data harus dimuat ke memori utama, perangkat-parangkat masukan/ keluaran dan berkas harus di-inisialisasi, serta sumber-daya yang ada harus disiapkan, semua itu harus di tangani oleh sistem operasi; Pengaksesan I/O Device, artinya Sistem Operasi harus mengambil alih sejumlah instruksi yang rumit dan sinyal kendali menjengkelkan agar pemrogram dapat berfikir sederhana dan perangkat pun dapat beroperasi; Pengaksesan terkendali terhadap berkas yang artinya disediakannya mekanisme proteksi terhadap berkas untuk mengendalikan pengaksesan terhadap berkas; Pengaksesan sistem artinya pada pengaksesan digunakan bersama (shared system); Fungsi pengaksesan harus menyediakan proteksi terhadap sejumlah sumber-daya dan data dari pemakai tak terdistorsi serta menyelesaikan konflik-konflik dalam perebutan sumber-daya; Deteksi dan Pemberian tanggapan pada kesalahan, yaitu jika muncul permasalahan muncul pada sistem komputer maka sistem operasi harus memberikan tanggapan yang menjelaskan kesalahan yang terjadi serta dampaknya terhadap aplikasi yang sedang berjalan; dan Akunting yang artinya Sistem Operasi yang bagus mengumpulkan data statistik penggunaan beragam sumber-daya dan memonitor parameter kinerja.


Struktur Komputer

Struktur sebuah sistem komputer dapat dibagi menjadi:


Struktur Penyimpanan

Program komputer harus berada di memori utama (biasanya RAM) untuk dapat dijalankan. Memori utama adalah satu-satunya tempat penyimpanan yang dapat diakses secara langsung oleh prosesor. Idealnya program dan data secara keseluruhan dapat disimpan dalam memori utama secara permanen. Namun demikian hal ini tidak mungkin karena:


Proteksi Perangkat Keras

Sistem komputer terdahulu berjenis programmer-operated systems. Ketika komputer dioperasikan dalam konsul mereka (pengguna) harus melengkapi sistem terlebih dahulu. Akan tetapi setelah sistem operasi lahir maka hal tersebut diambil alih oleh sistem operasi. Sebagai contoh pada monitor yang proses I/O sudah diambil alih oleh sistem operasi, padahal dahulu hal ini dilakukan oleh pengguna.

Untuk meningkatkan utilisasi sistem, sistem operasi akan membagi sistem sumber daya sepanjang program secara simultan. Pengertian spooling adalah suatu program dapat dikerjakan walau pun I/O masih mengerjakan proses lainnya dan disk secara bersamaan menggunakan data untuk banyak proses. Pengertian multi programming adalah kegiatan menjalankan beberapa program pada memori pada satu waktu.

Pembagian ini memang menguntungkan sebab banyak proses dapat berjalan pada satu waktu akan tetapi mengakibatkan masalah-masalah baru. Ketika tidak di sharing maka jika terjadi kesalahan hanyalah akan membuat kesalahan program. Tapi jika di-sharing jika terjadi kesalahan pada satu proses/ program akan berpengaruh pada proses lainnya.

Sehingga diperlukan pelindung (proteksi). Tanpa proteksi jika terjadi kesalahan maka hanya satu saja program yang dapat dijalankan atau seluruh output pasti diragukan.

Banyak kesalahan pemprograman dideteksi oleh perangkat keras. Kesalahan ini biasanya ditangani oleh sistem operasi. Jika terjadi kesalahan program, perangkat keras akan meneruskan kepada sistem operasi dan sistem operasi akan menginterupsi dan mengakhirinya. Pesan kesalahan disampaikan, dan memori dari program akan dibuang. Tapi memori yang terbuang biasanya tersimpan pada disk agar programmer bisa membetulkan kesalahan dan menjalankan program ulang.


Struktur Sistem Operasi


Mesin Virtual

Sebuah mesin virtual (Virtual Machine) menggunakan misalkan terdapat sistem program => control program yang mengatur pemakaian sumber daya perangkat keras. Control program = trap System call + akses ke perangkat keras. Control program memberikan fasilitas ke proses pengguna. Mendapatkan jatah CPU dan memori. Menyediakan interface "identik" dengan apa yang disediakan oleh perangkat keras => sharing devices untuk berbagai proses.

Mesin Virtual (MV) (MV) => control program yang minimal MV memberikan ilusi multitasking: seolah-olah terdapat prosesor dan memori ekslusif digunakan MV. MV memilah fungsi multitasking dan implementasi extended machine (tergantung proses pengguna) => flexible dan lebih mudah untuk pengaturan. Jika setiap pengguna diberikan satu MV => bebas untuk menjalankan OS (kernel) yang diinginkan pada MV tersebut. Potensi lebih dari satu OS dalam satu komputer. Contoh: IBM VM370: menyediakan MV untuk berbagai OS: CMS (interaktif), MVS, CICS, dll. Masalah: Sharing disk => OS mempunyai sistem berkas yang mungkin berbeda. IBM: virtual disk (minidisk) yang dialokasikan untuk pengguna melalui MV.

Konsep MV menyediakan proteksi yang lengkap untuk sumberdaya sistem, dikarenakan tiap MV terpisah dari MV yang lain. Namun, hal tersebut menyebabkan tidak adanya sharing sumberdaya secara langsung. MV merupakan alat yang tepat untuk penelitian dan pengembangan sistem operasi. Konsep MV susah untuk diimplementasi sehubungan dengan usaha yang diperlukan untuk menyediakan duplikasi dari mesin utama.


Rangkuman

Sistem operasi telah berkembang selama lebih dari 40 tahun dengan dua tujuan utama. Pertama, sistem operasi mencoba mengatur aktivitas-aktivitas komputasi untuk memastikan pendayagunaan yang baik dari sistem komputasi tersebut. Kedua, menyediakan lingkungan yang nyaman untuk pengembangan dan jalankan dari program.

Pada awalnya, sistem komputer digunakan dari depan konsul. Perangkat lunak seperti assembler, loader, linkerdan compiler meningkatkan kenyamanan dari sistem pemrograman, tapi juga memerlukan waktu set-up yang banyak. Untuk mengurangi waktu set-up tersebut, digunakan jasa operator dan menggabungkan tugas-tugas yang sama (sistem batch). Sistem batch mengizinkan pengurutan tugas secara otomatis dengan menggunakan sistem operasi yang resident dan memberikan peningkatan yang cukup besar dalam utilisasi komputer. Komputer tidak perlu lagi menunggu operasi oleh pengguna. Tapi utilisasi CPU tetap saja rendah. Hal ini dikarenakan lambatnya kecepatan alat-alat untuk I/O relatif terhadap kecepatan CPU. Operasi off-line dari alat-alat yang lambat bertujuan untuk menggunakan beberapa sistem reader-to-tape dan tape-to-printer untuk satu CPU.

Untuk meningkatkan keseluruhan kemampuan dari sistem komputer, para developer memperkenalkan konsep multiprogramming. Dengan multiprogramming, beberapa tugas disimpan dalam memori dalam satu waktu; CPU digunakan secara bergantian sehingga menambah utilisasi CPU dan mengurangi total waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan tugas-tugas tersebut. Multiprogramming, yang dibuat untuk meningkatkan kemampuan, juga mengizinkan time sharing. Sistem operasi yang bersifat time-shared memperbolehkan banyak pengguna untuk menggunakan komputer secara interaktif pada saat yang bersamaan. Komputer Personal adalah mikrokomputer yang dianggap lebih kecil dan lebih murah dibandingkan komputer mainframe. Sistem operasi untuk komputer-komputer seperti ini diuntungkan oleh pengembangan sistem operasi untuk komputer mainframe dalam beberapa hal. Namun, semenjak penggunaan komputer untuk keperluan pribadi, maka utilisasi CPU tidak lagi menjadi perhatian utama. Karena itu, beberapa desain untuk komputer mainframe tidak cocok untuk sistem yang lebih kecil.

Sistem parallel mempunyai lebih dari satu CPU yang mempunyai hubungan yang erat; CPU-CPU tersebut berbagi bus komputer, dan kadang-kadang berbagi memori dan perangkat yang lainnya. Sistem seperti itu dapat meningkatkan throughput dan reliabilititas. Sistem hard real-time sering kali digunakan sebagai alat pengontrol untuk applikasi yang dedicated. Sistem operasi yang hard real-time mempunyai batasan waktu yang tetap yang sudah didefinisikan dengan baik.Pemrosesan harus selesai dalam batasan-batasan yang sudah didefinisikan, atau sistem akan gagal. Sistem soft real-time mempunyai lebih sedikit batasan waktu yang keras, dan tidak mendukung penjadwalan dengan menggunakan batas akhir. Pengaruh dari internet dan World Wide Webbaru-baru ini telah mendorong pengembangan sistem operasi modern yang menyertakan web browser serta perangkat lunak jaringan dan komunikasi sebagai satu kesatuan.

Multiprogramming dan sistem time-sharing meningkatkan kemampuan komputer dengan melampaui batas operasi (overlap) CPU dan I/O dalam satu mesin. Hal seperti itu memerlukan perpindahan data antara CPU dan alat I/O, ditangani baik dengan polling atau interrupt-driven akses ke I/O port, atau dengan perpindahan DMA. Agar komputer dapat menjalankan suatu program, maka program tersebut harus berada di memori utama (memori utama). Memori utama adalah satu-satunya tempat penyimpanan yang besar yang dapat diakses secara langsung oleh prosessor, merupakan suatu array dari word atau byte, yang mempunyai ukuran ratusan sampai jutaan ribu. Setiap word memiliki alamatnya sendiri. Memori utama adalah tempat penyimpanan yang volatile, dimana isinya hilang bila sumber energinya (energi listrik) dimatikan. Kebanyakan sistem komputer menyediakan secondary storage sebagai perluasan dari memori utama. Syarat utama dari secondary storage adalah dapat menyimpan data dalam jumlah besar secara permanen. Secondary storage yang paling umum adalah disk magnetik, yang meyediakan penyimpanan untuk program mau pun data. Disk magnetik adalah alat penyimpanan data yang nonvolatile yang juga menyediakan akses secara random. Tape magnetik digunakan terutama untuk backup, penyimpanan informasi yang jarang digunakan, dan sebagai media pemindahan informasi dari satu sistem ke sistem yang lain.

Beragam sistem penyimpanan dalam sistem komputer dapat disusun dalam hirarki berdasarkan kecepatan dan biayanya. Tingkat yang paling atas adalah yang paling mahal, tapi cepat. Semakin kebawah, biaya perbit menurun, sedangkan waktu aksesnya semakin bertambah (semakin lambat). Sistem operasi harus memastikan operasi yang benar dari sistem komputer. Untuk mencegah pengguna program mengganggu operasi yang berjalan dalam sistem, perangkat keras mempunyai dua mode: mode pengguna dan mode monitor. Beberapa perintah (seperti perintah I/O dan perintah halt) adalah perintah khusus, dan hanya dapat dijalankan dalam mode monitor. Memori juga harus dilindungi dari modifikasi oleh pengguna. Timer mencegah terjadinya pengulangan secara terus menerus (infinite loop). Hal-hal tersebut (dual mode, perintah khusus, pengaman memori, timer interrupt) adalah blok bangunan dasar yang digunakan oleh sistem operasi untuk mencapai operasi yang sesuai.

Sistem operasi menyediakan banyak pelayanan. Di tingkat terrendah, sistem calls mengizinkan program yang sedang berjalan untuk membuat permintaan secara langsung dari sistem operasi. Di tingkat tertinggi, command interpreter atau shell menyediakan mekanisme agar pengguna dapat membuat permintaan tanpa menulis program. Command dapat muncul dari bekas sewaktu jalankan batch-mode, atau secara langsung dari terminal ketika dalam mode interaktive atau time-shared. Program sistem disediakan untuk memenuhi kebanyakan dari permintaan pengguna. Tipe dari permintaan beragam sesuai dengan levelnya. Level sistem call harus menyediakan fungsi dasar, seperti kontrol proses serta manipulasi alat dan bekas. Permintaan dengan level yang lebih tinggi (command interpreter atau program sistem) diterjemahkan kedalam urutan sistem call.

Pelayanan sistem dapat dikelompokkan kedalam beberapa kategori: kontrol program, status permintaan dan permintaan I/O. Program error dapat dipertimbangkan sebagai permintaan yang implisit untuk pelayanan. Bila sistem pelayanan sudah terdefinisi, maka struktur dari sistem operasi dapat dikembangkan. Berbagai macam tabel diperlukan untuk menyimpan informasi yang mendefinisikan status dari sistem komputer dan status dari sistem tugas. Perancangan dari suatu sistem operasi yang baru merupakan tugas yang utama. Sangat penting bahwa tujuan dari sistem sudah terdefinisi dengan baik sebelum memulai perancangan. Tipe dari sistem yang diinginkan adalah landasan dalam memilih beragam algoritma dan strategi yang akan digunakan. Karena besarnya sistem operasi, maka modularitas adalah hal yang penting. Merancang sistem sebagai suatu urutan dari layer atau dengan menggunakan mikrokernel merupakan salah satu teknik yang baik. Konsep virtual machine mengambil pendekatan layer dan memperlakukan baik itu kernel dari sistem operasi dan perangkat kerasnya sebagai suatu perangkat keras. Bahkan sistem operasi yang lain dapat dimasukkan diatas virtual machine tersebut. Setiap sistem operasi yang mengimplemen JVM dapat menjalankan semua program java, karena JVM mendasari dari sistem ke program java, menyediakan arsitektur tampilan yang netral.

Didalam daur perancangan sistem operasi, kita harus berhati-hati untuk memisahkan pembagian kebijakan (policy decision) dengan detail dari implementasi (mechanism). Pemisahan ini membuat fleksibilitas yang maksimal apabila policy decision akan diubah kemudian. Sistem operasi sekarang ini hampir selalu ditulis dengan menggunakan bahasa tingkat tinggi. Hal ini meningkatkan implementasi, perawatan portabilitas. Untuk membuat sistem operasi untuk suatu konfigurasi mesin tertentu, kita harus melakukan system generation.


Bab 2. Proses dan Thread

Proses

Satu selingan pada diskusi kita mengenai sistem operasi yaitu bahwa ada sebuah pertanyaan mengenai apa untuk menyebut semua aktivitas CPU. Sistem batch mengeksekusi jobs, sebagaimana suatu sistem time-shared telah menggunakan program pengguna, atau tugas-tugas/ pekerjaan-pekerjaan. Bahkan pada sistem tunggal, seperti Microsoft Windows dan Macintosh OS, seorang pengguna mampu untuk menjalankan beberapa program pada saat yang sama: sebuah Word Processor, Web Browser, dan paket e-mail. Bahkan jika pengguna dapat melakukan hanya satu program pada satu waktu, sistem operasi perlu untuk mendukung aktivitas program internalnya sendiri, seperti managemen memori. Dalam banyak hal, seluruh aktivitas ini adalah serupa, maka kita menyebut seluruh program itu proses-proses (processes).

Istilah job dan proses digunakan hampir dapat dipertukarkan pada tulisan ini. Walau kami pribadi lebih mneyukai istilah proses, banyak teori dan terminologi sistem-operasi dikembangkan selama suatu waktu ketika aktivitas utama sistem operasi adalah job processing. Akan menyesatkan untuk menghindari penggunaan istilah umum yang telah diterima bahwa memasukkn kata job (seperti penjadualan job) hanya karena proses memiliki job pengganti/ pendahulu.


Process Control Block

Tiap proses digambarkan dalam sistem operasi oleh sebuah process control block (PCB) - juga disebut sebuah control block. Sebuah PCB ditunjukkan dalam Gambar 2-2. PCB berisikan banyak bagian dari informasi yang berhubungan dengan sebuah proses yang spesifik, termasuk ini:

  • Keadaan proses: Keadaan mungkin, new, ready, running, waiting, halted, dan juga banyak lagi.

  • Program counter: Counter mengindikasikan address dari perintah selanjutnya untuk dijalankan untuk proses ini.

  • CPU register: Register bervariasi dalam jumlah dan jenis, tergantung pada rancangan komputer. Register tersebut termasuk accumulator, index register, stack pointer, general-puposes register, ditambah code information pada kondisi apa pun. Besertaan dengan program counter, keadaan/ status informasi harus disimpan ketika gangguan terjadi, untuk memungkinkan proses tersebut berjalan/ bekerja dengan benar setelahnya (lihat Gambar 2-3).

  • Informasi managemen memori: Informasi ini dapat termasuk suatu informasi sebagai nilai dari dasar dan batas register, tabel page/ halaman, atau tabel segmen tergantung pada sistem memori yang digunakan oleh sistem operasi (lihat Bab 4).

  • Informasi pencatatan: Informasi ini termasuk jumlah dari CPU dan waktu riil yang digunakan, batas waktu, jumlah akun, jumlah job atau proses, dan banyak lagi.

  • Informasi status I/O: Informasi termasuk daftar dari perangkat I/O yang di gunakan pada proses ini, suatu daftar open berkas dan banyak lagi.

  • PCB hanya berfungsi sebagai tempat menyimpan/ gudang untuk informasi apa pun yang dapat bervariasi dari prose ke proses.


Penjadualan Proses

Tujuan dari multiprogramming adalah untuk memiliki sejumlah proses yang berjalan pada sepanjang waktu, untuk memaksimalkan penggunaan CPU. Tujuan dari pembagian waktu adalah untuk mengganti CPU diantara proses-proses yang begitu sering sehingga pengguna dapat berinteraksi dengan setiap program sambil CPU bekerja. Untuk sistem uniprosesor, tidak akan ada lebih dari satu proses berjalan. Jika ada proses yang lebih dari itu, yang lainnya akan harus menunggu sampai CPU bebas dan dapat dijadualkan kembali.


Penjadualan Antrian

Ketika proses memasuki sistem, mereka diletakkan dalam antrian job. Antrian ini terdiri dari seluruh proses dalam sistem. Proses yang hidup pada memori utama dan siap dan menunggu/ wait untuk mengeksekusi disimpan pada sebuah daftar bernama ready queue. Antrian ini biasanya disimpan sebagai daftar penghubung. Sebuah header ready queue berisikan penunjuk kepada PCB-PCB awal dan akhir. Setiap PCB memiliki pointer field yang menunjukkan proses selanjutnya dalam ready queue.

Juga ada antrian lain dalam sistem. Ketika sebuah proses mengalokasikan CPU, proses tersebut berjalan/bekerja sebentar lalu berhenti, di interupsi, atau menunggu suatu kejadian tertentu, seperti penyelesaian suatu permintaan I/O. Pada kasus ini sebuah permintaan I/O, permintaan seperti itu mungkin untuk sebuah tape drive yang telah diperuntukkan, atau alat yang berbagi, seperti disket. Karena ada banyak proses dalam sistem, disket bisa jadi sibuk dengan permintaan I/O untuk proses lainnya. Maka proses tersebut mungkin harus menunggu untuk disket tersebut. Daftar dari proses yang menunggu untuk peralatan I/O tertentu disebut sebuah device queue. Tiap peralatan memiliki device queuenya sendiri (Lihat Gambar 2-4).

Reprensentasi umum untuk suatu diskusi mengenai penjadualan proses adalah diagram antrian, seperti pada Gambar 2-5. Setiap kotak segi empat menunjukkan sebuah antrian. Dua tipe antrian menunjukan antrian yang siap dan suatu perangkat device queues. Lingkaran menunjukkan sumber-sumber yang melayani sistem. Sebuah proses baru pertama-tama ditaruh dalam ready queue. Lalu menunggu dalam ready queue sampai proses tersebut dipilih untuk dikerjakan/lakukan atau di dispatched. Begitu proses tersebut mengalokasikan CPU dan menjalankan/ mengeksekusi, satu dari beberapa kejadian dapat terjadi.

  • Proses tersebut dapat mengeluarkan sebuah permintaan I/O, lalu di tempatkan dalam sebuah antrian I/O.

  • Proses tersebut dapat membuat subproses yang baru dan menunggu terminasinya sendiri.

  • Proses tersebut dapat digantikan secara paksa dari CPU, sebagai hasil dari suatu interupsi, dan diletakkan kembali dalam ready queue.

Dalam dua kasus pertama, proses akhirnya berganti dari waiting state menjadi ready state, lalu diletakkan kembali dalam ready queue. Sebuah proses meneruskan siklus ini sampai berakhir, disaat dimana proses tersebut diganti dari seluruh queue dan memiliki PCB nya dan sumber-sumber/ resources dialokasikan kembali.


Penjadual

Sebuah proses berpindah antara berbagai penjadualan antrian selama umur hidupnya. Sistem operasi harus memilih, untuk keperluan penjadualan, memproses antrian-antrian ini dalam cara tertentu. Pemilihan proses dilaksanakan oleh penjadual yang tepat/ cocok. Dalam sistem batch, sering ada lebih banyak proses yang diserahkan daripada yang dapat dilaksanakan segera. Proses ini dipitakan/ disimpan pada suatu alat penyimpan masal (biasanya disket), dimana proses tersebut disimpan untuk eksekusi dilain waktu. Penjadualan long term, atau penjadual job, memilih proses dari pool ini dan mengisinya kedalam memori eksekusi.

Sebuah proses dapat mengeksekusi untuk hanya beberapa milidetik sebelum menunggu permintaan I/O. Seringkali, penjadualan shorterm mengeksekusi paling sedikit sekali setiap 100 milidetik. Karena durasi waktu yang pendek antara eksekusi, penjadualan shorterm haruslah cepat. Jika memerlukan 10 mili detik untuk menentukan suatu proses eksekusi selama 100 mili detik, maka 10/(100 + 10) = 9 persen CPU sedang digunakan (terbuang) hanya untuk pekerjaan penjadualan.

Penjadualan longterm pada sisi lain, mengeksekusi jauh lebih sedikit. Mungkin ada beberapa menit antara pembuatan proses baru dalam sistem. Penjadualan longterm mengkontrol derajat multiprogramming (jumlah proses dalam memori). Jika derajat multiprogramming stabil, lalu tingkat rata-rata dari penciptaan proses harus sama dengan tingkat kepergian rata rata dari proses yang meninggalkan sistem. Maka penjadualan longterm mungkin diperlukan untuk dipanggil hanya ketika suatu proses meninggalkan sistem. Karena interval yang lebih panjang antara eksekusi, penjadualan longterm dapat memakai waktu yang lebih lama untuk menentukan proses mana yang harus dipilih untuk dieksekusi.

Adalah penting bagi penjadualan longterm membuat seleksi yang hati-hati. Secara umum, kebanyakan proses dapat dijelaskan sebagai I/O bound atau CPU bound. Sebuah proses I/O bound adalah salah satu yang membuang waktunya untuk mengerjakan I/O dari pada melakukan perhitungan. Suatu proses CPU-bound, pada sisi lain, adalah salah satu yang jarang menghasilkan permintaan I/O, menggunakan lebih banyak waktunya melakukan banyak komputasi daripada yang digunakan oleh proses I/O bound. Penting untuk penjadualan longterm memilih campuran proses yang baik antara proses I/O bound dan CPU bound. Jika seluruh proses adalah I/O bound, ready queue akan hampir selalu kosong, dan penjadualan short term akan memiliki sedikit tugas. Jika seluruh proses adalah CPU bound, I/O waiting queue akan hampir selalu kosong, peralatan akan tidak terpakai, dan sistem akan menjadi tidak imbang. Sistem dengan kinerja yang terbaik akan memiliki kombinasi proses CPU bound dan I/O bound.

Pada sebagian sistem, penjadual long term dapat tidak turut serta atau minimal. Sebagai contoh, sistem time-sharing seperti UNIX sering kali tidak memiliki penjadual long term. Stabilitas sistem-sistem ini bergantung pada keterbatasan fisik (seperti jumlah terminal yang ada) atau pada penyesuaian sendiri secara alamiah oleh manusia sebagai pengguna. Jika kinerja menurun pada tingkat yang tidak dapat diterima, sebagian pengguna akan berhenti.

Sebagian sistem operasi, seperti sistem time sharing, dapat memperkenalkan sebuah tambahan, penjadualan tingkat menengah. Penjadual medium-term ini digambarkan pada Gambar 2-5. Ide utama/kunci dibelakang sebuah penjadual medium term adalah kadang kala akan menguntungkan untuk memindahkan proses dari memori (dan dari pengisian aktif dari CPU), dan maka untuk mengurangi derajat dari multiprogramming. Dikemudian waktu, proses dapat diperkenalkan kedalam memori dan eksekusinya dapat dilanjutkan dimana proses itu di tinggalkan/ diangkat. Skema ini disebut swapping. Proses di swapped out, dan lalu di swapped in, oleh penjadual jangka menengah. Swapping mungkin perlu untuk meningkatkan pencampuran proses, atau karena suatu perubahan dalam persyaratan memori untuk dibebaskan. Swapping dibahas dalam bagian berjudul Penukaran (Swap) di Bab 4.


Alih Konteks

Mengganti CPU ke proses lain memerlukan penyimpanan suatu keadaan proses lama (state of old process) dan kemudian beralih ke proses yang baru. Tugas tersebut diketahui sebagai alih konteks (context switch). Alih konteks sebuah proses digambarkan dalam PCB suatu proses; termasuk nilai dari CPU register, status proses (lihat Gambar 2-7). dan informasi managemen memori. Ketika alih konteks terjadi, kernel menyimpan konteks dari proses lama kedalam PCB nya dan mengisi konteks yang telah disimpan dari process baru yang telah terjadual untuk berjalan. Pergantian waktu konteks adalah murni overhead, karena sistem melakukan pekerjaan yang tidak perlu. Kecepatannya bervariasi dari mesin ke mesin, bergantung pada kecepatan memori, jumlah register yang harus di copy, dan keberadaan instruksi khusus (seperti instruksi tunggal untuk mengisi atau menyimpan seluruh register). Tingkat kecepatan umumnya berkisar antara 1 sampai 1000 mikro detik

Waktu alih konteks sangat begantung pada dukungan perangkat keras. Sebagai contoh, prosesor seperti UltraSPARC menyediakan dua rangkap register. Sebuah alih konteks hanya memasukkan perubahan pointer ke perangkat register yang ada. Tentu saja, jika ada lebih proses-proses aktif yang ada dari pada yang ada di perangkat register, sistem menggunakan bantuan untuk meng-copy data register pada dan dari memori, sebagaimana sebelumnya. Semakin sistem operasi kompleks, makin banyak pekerjaan yang harus dilakukan selama alih konteks. Sebagaimana dilihat pada Bab 4, teknik managemen memori tingkat lanjut dapat mensyaratkan data tambahan untuk diganti dengan tiap konteks. Sebagai contoh, ruang alamat dari proses yang ada harus dijaga sebagai ruang pada pekerjaan berikutnya untuk digunakan. Bagaimana ruang alamat di jaga, berapa banyak pekerjaan dibutuhkan untuk menjaganya, tergantung pada metoda managemen memori dari sistem operasi. Sebagaimana akan kita lihat pada Bab 4, alih konteks telah menjadi suatu keharusan, bahwa programmer menggunakan struktur (threads) untuk menghindarinya kapan pun memungkinkan.


Operasi-Operasi Pada Proses

Proses dalam sistem dapat dieksekusi secara bersama-sama, proses tersebut harus dibuat dan dihapus secara dinamis. Maka, sistem operasi harus menyediakan suatu mekanisme umtuk pembuatan proses dan terminasi proses.


Pembuatan Proses

Suatu proses dapat membuat beberapa proses baru, melalui sistem pemanggilan pembuatan proses, selama jalur eksekusi. Pembuatan proses dinamakan induk proses, sebagaimana proses baru di sebut anak dari proses tersbut. Tiap proses baru tersebut dapat membuat proses lainnya, membentuk suatu pohon proses (lihat Gambar 2-7).

Secara umum, suatu proses akan memerlukan sumber tertentu (waktu CPU, memori, berkas, perangkat I/O) untuk menyelesaikan tugasnya. Ketika suatu proses membuat sebuah subproses, sehingga subproses dapat mampu untuk memperoleh sumbernya secara langsung dari sistem operasi. Induk mungkin harus membatasi sumber diantara anaknya, atau induk dapat berbagi sebagian sumber (seperti memori berkas) diantara beberapa dari anaknya. Membatasi suatu anak proses menjadi subset sumber daya induknya mencegah proses apa pun dari pengisian sistem yang telalu banyak dengan menciptakan terlalu banyak subproses.

Sebagai tambahan pada berbagai sumber fisik dan logis bahwa suatu proses diperoleh ketika telah dibuat, data pemula (masukan) dapat turut lewat oleh induk proses sampai anak proses. Sebagai contoh, anggap suatu proses yang fungsinya untuk menunjukkan status sebuah berkas, katakan F1, pada layar terminal. Ketika dibuat, akan menjadi sebagai sebuah masukan dari proses induknya, nama dari berkas F1, dan akan mengeksekusi menggunakan kumpulan data tersebut untuk memperoleh informasi yang diinginkan. Proses tersebut juga mendapat nama dari perangkat luar. Sebagian sistem operasi melewati sumber-sumber ke anak proses. Pada sistem tersebut, proses baru bisa mendapat dua berkas terbuka yang baru, F1 dan perangkat terminal dan hanya perlu untuk mentransfer data antara kedua berkas tersebut.

Ketika suatu proses membuat proses baru, dua kemungkinan ada dalam term eksekusi:

  1. Induk terus menerus untuk mengeksekusi secara bersama-sama dengan anaknya.

  2. Induk menunggu sampai sebagian dari anaknya telah diakhiri/terminasi.

Juga ada dua kemungkinan dalam term dari address space pada proses baru:

  1. Anak proses adalah duplikat dari induk proses.

  2. Anak proses memiliki program yang terisikan didalamnya.

Untuk mengilustrasikan implementasi yang berbeda ini, mari kita mempelajari sistem operasi UNIX. Dalam UNIX, tiap proses diidentifikasi oleh pengidentifikasi proses, yang merupakan integer yang unik. Proses baru dibuat oleh sistem pemanggilan fork system call. Proses baru tersebut terdiri dari sebuah copy ruang alamat dari proses aslinya (original). Mekanisme tersebut memungkinkan induk proses untuk berkomunikasi dengan mudah dengan anak proses. Kedua proses (induk dan anak) meneruskan eksekusi pada instruksi setelah fork dengan satu perbedaan: Kode kembali untuk fork adalah nol untuk proses baru (anak), sebagaimana proses pengidentifikasi non nol (non zero) dari anak dikembalikan kepada induk.

Umumnya, sistem pemanggilan execlp digunakan setelah sistem pemanggilan fork. Oleh satu dari dua proses untuk menggantikan proses ruang memori dengan program baru. Sistem pemanggilan execlp mengisi suatu berkas binary kedalam memori (menghancurkan gambar memori pada program yang berisikan sistem pemanggilan execlp) dan memulai eksekusinya. Dengan cara ini, kedua proses mampu untuk berkomunikasi, dan lalu untuk pergi ke arah yang berbeda. Induk lalu dapat membuat anak yang lebh banyak atau jika induk tidak punya hal lain untuk dilakukan ketika anak bekerja, induk dapat mengeluarkan sistem pemanggilan wait untuk tidak menggerakkan dirinya sendiri pada suatu antrian yang siap sampai anak berhenti. Program C ditunjukkan pada Gambar 2-10 mengilustrasikan sistem pemanggilan pada UNIX yang sebelumnya dijelaskan. Induk membuat anak proses menggunakan sistem pemanggilan fork(). Kini kita mempunyai dua proses yang berbeda yang menjalankan sebuah copy pada program yang sama. Nilai dari pid untuk anak proses adalah nol (zero): maka untuk induk adalah nilai integer yang lebih besar dari nol. Anak proses meletakkan ruang alamatnya dengan UNIX command /bin/ls (digunakan untuk mendapatkan pendaftaran directory) menggunakan sistem pemanggilan execlp(). Ketika anak proses selesai, induk proses menyimpulkan dari pemanggilan untuk wait() dimana induk proses menyelesaikannya dengan menggunakan sistem pemanggilan exit().

Secara kontras, sistem operasi DEC VMS membuat sebuah proses baru dengan mengisi program tertentu kedalam proses tersebut, dan memulai pekerjaannya. Sistem operasi Microsoft Windows NT mendukung kedua model: Ruang alamat induk proses dapat di duplikasi, atau induk dapat menspesifikasi nama dari sebuah program untuk sistem operasi untuk diisikan kedalam ruang alamat pada proses baru.


Terminasi Proses

Sebuah proses berakhir ketika proses tersebut selesai mengeksekusi pernyataan akhirnya dan meminta sistem operasi untuk menghapusnya dengan menggunakan sistem pemanggilan exit. Pada titik itu, proses tersebut dapat mengembalikan data (keluaran) pada induk prosesnya (melalui sistem pemanggilan wait) Seluruh sumber-sumber dari proses-termasuk memori fisik dan virtual, membuka berkas, dan penyimpanan I/O di tempatkan kembali oleh sistem operasi.

Ada situasi tambahan tertentu ketika terminasi terjadi. Sebuah proses dapat menyebabkan terminasi dari proses lain melalui sistem pemanggilan yang tepat (contoh abort). Biasanya, sistem seperti itu dapat dipanggil hanya oleh induk proses tersebut yang akan diterminasi. Bila tidak, pengguna dapat secara sewenang-wenang membunuh job antara satu sama lain. Catat bahwa induk perlu tahu identitas dari anaknya. Maka, ketika satu proses membuat proses baru, identitas dari proses yang baru diberikan kepada induknya.

Induk dapat menterminasi/ mengakhiri satu dari anaknya untuk beberapa alasan, seperti:

Untuk menentukan kasus pertama, induk harus memiliki mekanisme untuk memeriksa status anaknya. Banyak sistem, termasuk VMS, tidak memperbolehkan sebuah anak untuk ada jika induknya telah berakhir. Dalam sistem seperti ini, jika suatu proses berakhir (walau secara normal atau tidak normal), maka seluruh anaknya juga harus diterminasi. Fenomena ini, mengacu pada terminasi secara cascading, yang normalnya dimulai oleh sistem operasi.

Untuk mengilustrasikan proses eksekusi dan proses terminasi, kita menganggap bahwa, dalam UNIX, kami dapat mengakhiri suatu proses dengan sistem pemanggilan exit; proses induknya dapat menunggu untuk terminasi anak proses dengan menggunakan sistem pemanggilan wait. Sistem pemanggilan wait kembali ke pengidentifikasi proses dari anak yang telah diterminasi, maka induk dapat memberitahu kemungkinanan anak mana yang telah diterminasi. Jika induk menterminasi. Maka, anaknya masih punya sebuah induk untuk mengumpulkan status mereka dan mengumpulkan statistik eksekusinya.


Hubungan Antara Proses

Sebelumnya kita telah ketahui seluk beluk dari suatu proses mulai dari pengertiannya, cara kerjanya, sampai operasi-operasinya seperti proses pembentukannya dan proses pemberhentiannya setelah selesai melakukan eksekusi. Kali ini kita akan mengulas bagaimana hubungan antar proses dapat berlangsung, misal bagaimana beberapa proses dapat saling berkomunikasi dan bekerja-sama.


Proses yang Kooperatif

Proses yang bersifat simultan (concurrent) dijalankan pada sistem operasi dapat dibedakaan menjadi yaitu proses independent dan proses kooperatif. Suatu proses dikatakan independen apabila proses tersebut tidak dapat terpengaruh atau dipengaruhi oleh proses lain yang sedang dijalankan pada sistem. Berarti, semua proses yang tidak membagi data apa pun (baik sementara/ tetap) dengan proses lain adalah independent. Sedangkan proses kooperatif adalah proses yang dapat dipengaruhi atau pun terpengaruhi oleh proses lain yang sedang dijalankan dalam sistem. Dengan kata lain, proses dikatakan kooperatif bila proses dapat membagi datanya dengan proses lain.

Ada empat alasan untuk penyediaan sebuah lingkungan yang memperbolehkan terjadinya proses kooperatif:

  1. Pembagian informasi: apabila beberapa pengguna dapat tertarik pada bagian informasi yang sama (sebagai contoh, sebuah berkas bersama), kita harus menyediakan sebuah lingkungan yang mengizinkan akses secara terus menerus ke tipe dari sumber-sumber tersebut.

  2. Kecepatan penghitungan/ komputasi: jika kita menginginkan sebuah tugas khusus untuk menjalankan lebih cepat, kita harus membagi hal tersebut ke dalam subtask, setiap bagian dari subtask akan dijalankan secara parallel dengan yang lainnya. Peningkatan kecepatan dapat dilakukan hanya jika komputer tersebut memiliki elemen-elemen pemrosesan ganda (seperti CPU atau jalur I/O).

  3. Modularitas: kita mungkin ingin untuk membangun sebuah sistem pada sebuah model modular-modular, membagi fungsi sistem menjadi beberapa proses atau threads.

  4. Kenyamanan: bahkan seorang pengguna individu mungkin memiliki banyak tugas untuk dikerjakan secara bersamaan pada satu waktu. Sebagai contoh, seorang pengguna dapat mengedit, memcetak, dan meng-compile secara paralel.

Sebuah proses produser membentuk informasi yang dapat digunakan oleh konsumen proses. Sebagai contoh sebuah cetakan program yang membuat banyak karakter yang diterima oleh driver pencetak. Untuk memperbolehkan produser dan konsumer proses agar dapat berjalan secara terus menerus, kita harus menyediakan sebuah item buffer yang dapat diisi dengan proses produser dan dikosongkan oleh proses konsumer. Proses produser dapat memproduksi sebuah item ketika konsumer sedang mengkonsumsi item yang lain. Produser dan konsumer harus dapat selaras. Konsumer harus menunggu hingga sebuah item diproduksi.


Komunikasi Proses Dalam Sistem

Cara lain untuk meningkatkan efek yang sama adalah untuk sistem operasi yaitu untuk menyediakan alat-alat proses kooperatif untuk berkomunikasi dengan yang lain lewat sebuah komunikasi dalam proses (IPC = Inter-Process Communication). IPC menyediakan sebuah mekanisme untuk mengizinkan proses-proses untuk berkomunikasi dan menyelaraskan aksi-aksi mereka tanpa berbagi ruang alamat yang sama. IPC adalah khusus digunakan dalam sebuah lingkungan yang terdistribusi dimana proses komunikasi tersebut mungkin saja tetap ada dalam komputer-komputer yang berbeda yang tersambung dalam sebuah jaringan. IPC adalah penyedia layanan terbaik dengan menggnakan sebuah sistem penyampaian pesan, dan sistem-sistem pesan dapat diberikan dalam banyak cara.


Komunikasi Langsung

Proses-proses yang ingin dikomunikasikan harus memiliki sebuah cara untuk memilih satu dengan yang lain. Mereka dapat menggunakan komunikasi langsung/ tidak langsung.

Setiap proses yang ingin berkomunikasi harus memiliki nama yang bersifat eksplisit baik penerimaan atau pengirim dari komunikasi tersebut. Dalam konteks ini, pengiriman dan penerimaan pesan secara primitive dapat dijabarkan sebagai:

Sebuah jaringan komunikasi pada bahasan ini memiliki beberapa sifat, yaitu:

  • Sebuah jaringan yang didirikan secara otomatis diantara setiap pasang dari proses yang ingin dikomunikasikan. Proses tersebut harus mengetahui identitas dari semua yang ingin dikomunikasikan.

  • Sebuah jaringan adalah terdiri dari penggabungan dua proses.

  • Diantara setiap pesan dari proses terdapat tepat sebuah jaringan.

Pembahasan ini memperlihatkan sebuah cara simetris dalam pemberian alamat. Oleh karena itu, baik keduanya yaitu pengirim dan penerima proses harus memberi nama bagi yang lain untuk berkomunikasi, hanya pengirim yang memberikan nama bagi penerima sedangkan penerima tidak menyediakan nama bagi pengirim. Dalam konteks ini, pengirim dan penerima secara sederhana dapat dijabarkan sebagai:

  • Send (P, message) - mengirim sebuah pesan kepada proses P.

  • Receive (id, message) - menerima sebuah pesan dari semua proses. Variabel id diatur sebagai nama dari proses dengan komunikasi.


Komunikasi Tidak Langsung

Dengan komunikasi tidak langsung, pesan akan dikirimkan pada dan diterima dari/ melalui mailbox (kotak surat) atau terminal-terminal, sebuah mailbox dapat dilihat secara abstrak sebagai sebuah objek didalam setiap pesan yang dapat ditempatkan dari proses dan dari setiap pesan yang bias dipindahkan. Setiap kotak surat memiliki sebuah identifikasi (identitas) yang unik, sebuah proses dapat berkomunikasi dengan beberapa proses lain melalui sebuah nomor dari mailbox yang berbeda. Dua proses dapat saling berkomunikasi apabila kedua proses tersebut sharing mailbox. Pengirim dan penerima dapat dijabarkan sebagai:

Dalam masalah ini, link komunikasi mempunyai sifat sebagai berikut:

  • Sebuah link dibangun diantara sepasang proses dimana kedua proses tersebut membagi mailbox.

  • Sebuah link mungkin dapat berasosiasi dengan lebih dari dua proses.

  • Diantara setiap pasang proses komunikasi, mungkin terdapat link yang berbeda-beda, dimana setiap link berhubungan pada satu mailbox.

Misalkan terdapat proses P1, P2 dan P3 yang semuanya share mailbox. Proses P1 mengirim pesan ke A, ketika P2 dan P3 masing-masing mengeksekusi sebuah kiriman dari A. Proses mana yang akan menerima pesan yang dikirim P1? Jawabannya tergantung dari jalur yang kita pilih:

  • Mengizinkan sebuah link berasosiasi dengan paling banyak 2 proses.

  • Mengizinkan paling banyak satu proses pada suatu waktu untuk mengeksekusi hasil kiriman (receive operation).

  • Mengizinkan sistem untuk memilih secara mutlak proses mana yang akan menerima pesan (apakah itu P2 atau P3 tetapi tidak keduanya, tidak akan menerima pesan). Sistem mungkin mengidentifikasi penerima kepada pengirim.

Mailbox mungkin dapat dimiliki oleh sebuah proses atau sistem operasi. Jika mailbox dimiliki oleh proses, maka kita mendefinisikan antara pemilik (yang hanya dapat menerima pesan melalui mailbox) dan pengguna dari mailbox (yang hanya dapat mengirim pesan ke mailbox). Selama setiap mailbox mempunyai kepemilikan yang unik, maka tidak akan ada kebingungan tentang siapa yang harus menerima pesan dari mailbox. Ketika proses yang memiliki mailbox tersebut diterminasi, mailbox akan hilang. Semua proses yang mengirim pesan ke mailbox ini diberi pesan bahwa mailbox tersebut tidak lagi ada.

Dengan kata lain, mempunyai mailbox sendiri yang independent, dan tidak melibatkan proses yang lain. Maka sistem operasi harus memiliki mekanisme yang mengizinkan proses untuk melakukan hal-hal dibawah ini:

  • Membuat mailbox baru.

  • Mengirim dan menerima pesan melalui mailbox.

  • Menghapus mailbox.

Proses yang membuat mailbox pertama kali secara default akan memiliki mailbox tersebut. Untuk pertama kali, pemilik adalah satu-satunya proses yang dapat menerima pesan melalui mailbox ini. Bagaimana pun, kepemilikan dan hak menerima pesan mungkin dapat dialihkan ke proses lain melalui sistem pemanggilan.


Contoh Produser-Konsumer

Sekarang kita mempunyai solusi problem produser-konsumer yang menggunakan penyampaian pesan. Produser dan konsumer akan berkomunikasi secara tidak langsung menggunakan mailbox yang dibagi. Buffer menggunakan java.util.Vector class sehingga buffer mempunyai kapasitas tak terhingga. Dan send() dan read() method adalah nonblocking. Ketika produser memproduksi suatu item, item tersebut diletakkan ke mailbox melalui send() method. Konsumer menerima item dari mailbox menggunakan receive() method. Karena receive() nonblocking, consumer harus mengevaluasi nilai dari Object yang di-return dari receive(). Jika null, mailbox kosong.

Kita memiliki dua aktor di sini, yaitu Produser dan Konsumer. Produser adalah thread yang menghasilkan waktu (Date) kemudian menyimpannya ke dalam antrian pesan. Produser juga mencetak waktu tersebut di layer (sebagai umpan balik bagi kita). Konsumer adalah thread yang akan mengakses antrian pesan untuk mendapatkan waktu (date) itu dan tak lupa mencetaknya di layer. Kita menginginkan supaya konsumer itu mendapatkan waktu sesuatu dengan urutan sebagaimana produser menyimpan waktu tersebut. Kita akan menghadapi salah satu dari dua kemungkinan situasi di bawah ini:

Situasi di atas dikenal dengan race conditions. Kita dapat menghindari situasi itu dengan mensinkronisasikan aktivitas p1 dan c1 (sehubungan dengan akses mereka ke mailbox). Proses tersebut akan didiskusikan pada bagian berjudul Deadlock di Bab 3.


Thread

Thread, atau kadang-kadang disebut proses ringan (lightweight), adalah unit dasar dari utilisasi CPU. Di dalamnya terdapat ID thread, program counter, register, dan stack. Dan saling berbagi dengan thread lain dalam proses yang sama.


Model Multithreading

Dalam sub bab sebelumnya telah dibahas pengertian dari thread, keuntungannya, tingkatan atau levelnya seperti pengguna dan kernel. Maka dalam sub-bab ini pembahasan akan dilanjutkan dengan jenis-jenis thread tersebut dan contohnya baik pada Solaris mau pun Java.

Sistem-sistem yang ada sekarang sudah banyak yang bisa mendukung untuk kedua pengguna dan kernel thread, sehingga model-model multithreading-nya pun menjadi beragam. Implementasi multithreading yang umum akan kita bahas ada tiga, yaitu model many-to-one, one-to-one, dan many-to-many.


Thread Dalam Solaris 2

Solaris 2 merupakan salah satu versi dari UNIX yang sampai dengan tahun 1992 hanya masih mendukung proses berat (heavyweight) dengan kontrol oleh satu buah thread. Tetapi sekarang Solaris 2 sudah berubah menjadi sistem operasi yang modern yang mendukung threads di dalam level kernel dan pengguna, multiprosesor simetrik (SMP), dan penjadualan real-time.

Threads di dalam Solaris 2 sudah dilengkapi dengan library mengenai API-API untuk pembuatan dan managemen thread. Di dalam Solaris 2 terdapat juga level tengah thread. Di antara level pengguna dan level kernel thread terdapat proses ringan/ lightweight (LWP). Setiap proses yang ada setidaknya mengandung minimal satu buah LWP. Library thread memasangkan beberapa thread level pengguna ke ruang LWP-LWP untuk diproses, dan hanya satu user-level thread yang sedang terpasang ke suatu LWP yang bisa berjalan. Sisanya bisa diblok mau pun menunggu untuk LWP yang bisa dijalankan.

Operasi-operasi di kernel seluruhnya dieksekusi oleh kernel-level threads yang standar. Terdapat satu kernel-level thread untuk tiap LWP, tetapi ada juga beberapa kernel-level threads yang berjalan di bagian kernel tanpa diasosiasikan dengan suatu LWP (misalnya thread untuk pengalokasian disk). Thread kernel-level merupakan satu-satunya objek yang dijadualkan ke dalam sistem (lihat bagian berjudul Penjadual CPU mengenai scheduling). Solaris menggunakan model many-to-many.

Thread level pengguna dalam Solaris bisa berjenis bound mau pun unbound. Suatu bound thread level pengguna secara permanen terpasang ke suatu LWP. Jadi hanya thread tersebut yang bekerja di LWP, dan dengan suatu permintaan, LWP tersebut bisa diteruskan ke suatu prosesor. Dalam beberapa situasi yang membutuhkan waktu respon yang cepat (seperti aplikasi real-time), mengikat suatu thread sangatlah berguna. Suatu thread yang unbound tidak secara permanen terpasang ke suatu LWP. Semua threads unbound dipasangkan (secara multiplex) ke dalam suatu ruang yang berisi LWP-LWP yang tersedia untuk aplikasi. Secara default thread-thread yang ada adalah unbound.

Misalnya sistem sedang beroperasi, setiap proses bisa mempunyai threads level pengguna yang banyak. User-user level thread ini bisa dijadual dan diganti di antara LWP-LWP-nya oleh thread library tanpa intervensi dari kernel. User-level threads sangatlah efisien karena tidak dibutuhkan bantuan kerja kernel oleh thread library untuk menukar dari satu user-level thread ke yang lain.

Setiap LWP terpasang dengan tepat satu kernel-level thread, dimana setiap user-level thread tidak tergantung dari kernel. Suatu proses mungkin mempunyai banyak LWP, tetapi mereka hanya dibutuhkan ketika thread harus berkomunikasi dengan kernel. Misalnya, suatu LWP akan dibutuhkan untuk setiap thread yang bloknya konkuren di sistem pemanggilan. Anggap ada lima buah pembacaan berkas yang muncul. Jadi dibutuhkan lima LWP, karena semuanya mungkin mengunggu untuk penyelesaian proses I/O di kernel. Jika suatu proses hanya mempunyai empat LWP, maka permintaan yang kelima harus menunggu unuk salah satu LWP kembali dari kernel. Menambah LWP yang keenam akan sia-sia jika hanya terdapat tempat untuk lima proses.

Kernel-kernel threads dijadual oleh penjadual kernel dan dieksekusi di CPU atau CPU-CPU dalam sistemnya. Jika suatu kernel thread memblok (misalnya karena menunggu penyelesaian suatu proses I/O), prosesor akan bebas untuk menjalankan kernel thread yang lain. Jika thread yang sedang terblok sedang menjalankan suatu bagian dari LWP, maka LWP tersebut akan ikut terblok. Di tingkat yang lebih atas lagi, user-level thread yang sedang terpasang ke LWP tersebut akan terblok juga. Jika suatu proses mempunyai lebih dari satu LWP, maka LWP lain bisa dijadual oleh kernel.

Para pengembang menggunakan struktur-struktur data sebagai berikut untuk mengimplementasikan thread-thread dalam Solaris 2:

  • Suatu user-level thread mempunyai thread ID, himpunan register (mencakup suatu PC dan stack pointer), stack dan prioritas (digunakan oleh library untuk penjadualan). Semua struktur data tersebut berasal dari ruang user.

  • Suatu LWP mempunyai suatu himpunan register untuk user-level thread yang ia jalankan, juga memori dan informasi pencatatan. LWP merupakan suatu struktur data dari kernel, dan bertempat pada ruang kernel.

  • Suatu kernel thread hanya mempunyai struktur data yang kecil dan sebuah stack. Struktur datanya melingkupi copy dari kernel-kernel registers, suatu pointer yang menunjuk ke LWP yang terpasang dengannya, dan informasi tentang prioritas dan penjadualan.

Setiap proses dalam Solaris 2 mempunyai banyak informasi yang terdapat di process control block (PCB). Secara umum, suatu proses di Solaris mempunyai suatu proses id (PID), peta memori, daftar dari berkas yang terbuka, prioritas, dan pointer yang menunjuk ke daftar LWP yang terasosiasi kedalam proses.


Thread Java

Seperti yang telah kita lihat, thread didukung selain oleh sistem operasi juga oleh paket library thread. Sebagai contoh, Win32 library mempunyai API untuk multithreading aplikasi Windows, dan Pthreads mempunyai fungsi manajmen thread untuk sistem POSIX-compliant. Java adalah unik dalam mendukung tingkatan bahasa untuk membuat dan managemen thread.

Semua program java mempunyai paling sedikit satu kontrol thread. Bahkan program java yang sederhana mempunyai hanya satu main() method yang berjalan dalam thread tunggal dalam JVM. Java menyediakan perintah-perintah yang mendukung pengembang untuk membuat dan memanipulasi kontrol thread pada program.

Satu cara untuk membuat thread secara eksplisit adalah dengan membuat kelas baru yang diturunkan dari kelas thread, dan menimpa run() method dari kelas Thread tersebut.

Object yang diturunkan dari kelas tersebut akan menjalankan sebagian thread control dalam JVM. Bagaimana pun, membuat suatu objek yang diturunkan dari kelas Thread tidak secara spesifik membuat thread baru, tetapi start() method lah yang sebenarnya membuat thread baru.

Memanggil start() method untuk objek baru mengalokasikan memori dan menginisialisasikan thread baru dalam JVM dan memanggil run() method membuat thread pantas untuk dijalankan oleh JVM. (Catatan: jangan pernah memanggil run() method secara langsung. Panggil start() method dan ini secara langsung akan memanggil run() method).

Ketika program ini dijalankan, dua thread akan dibuat oleh JVM. Yang pertama dibuat adalah thread yang berasosiasi dengan aplikasi-thread tersebut mulai dieksekusi pada main() method. Thread kedua adalah runner thread secara ekspilisit dibuat dengan start() method. Runner thread memulai eksekusinya dengan run() method.

Pilihan lain untuk membuat sebuah thread yang terpisah adalah dengan mendefinisikan suatu kelas yang mengimplementasikan runnable interface. Runnable interface tersebut didefinisikan sebagai berikut:

Sehingga, ketika sebuah kelas diimplementasikan dengan runnable, kelas tersebut harus mendefinisikan run() method. Kelas thread yang berfungsi untuk mendefinisikan static dan instance method, juga mengimplementasikan runnable interface. Itu menerangkan bahwa mengapa sebuah kelas diturunkan dari thread harus mendefinisikan run() method.

Implementasi dari runnable interface sama dengan mengekstend kelas thread, satu-satunya kemungkinan untuk mengganti "extends thread" dengan "implements runnable".

Membuat sebuah thread dari kelas yang diimplementasikan oleh runnable berbeda dengan membuat thread dari kelas yang mengekstend thread. Selama kelas baru tersebut tidak mengekstend thread, dia tidak mempunyai akses ke objek static atau instance method — seperti start() method — dari kelas thread. Bagaimana pun, sebuah objek dari kelas thread adalah tetap dibutuhkan, karena yang membuat sebuah thread baru dari kontrol adalah start() method.

Di kelas kedua, sebuah objek thread baru dibuat melalui runnable objek dalam konstruktornya. Ketika thread dibuat oleh start() method, thread baru mulai dieksekusi pada run() method dari runnable objek. Kedua method dari pembuatan thread tersebut adalah cara yang paling sering digunakan.


Managemen Thread

Java menyediakan beberapa fasilitas API untuk mengatur thread — thread, diantaranya adalah:

Setiap method yang berbeda untuk mengontrol keadaan dari thread mungkin akan berguna dalam situasi tertentu. Sebagai contoh: Applets adalah contoh alami untuk multithreading karena mereka biasanya memiliki grafik, animasi, dan audio — semuanya sangat baik untuk mengatur berbagai thread yang terpisah. Bagaimana pun, itu tidak akan mungkin bagi sebuah applet untuk berjalan ketika dia sedang tidak ditampilkan, jika applet sedang menjalankan CPU secara intensif. Sebuah cara untuk menangani situasi ini adalah dengan menjalankan applet sebagai thread terpisah dari kontrol, menunda thread ketika applet sedang tidak ditampilkan dan melaporkannya ketika applet ditampilkan kembali.

Anda dapat melakukannya dengan mencatat bahwa start() method dari sebuah applet dipanggil ketika applet tersebut pertama kali ditampilkan. Apabila user meninggalkan halaman web atau applet keluar dari tampilan, maka method stop() pada applet dipanggil (ini merupakan suatu keuntungan karena start() dan stop() keduanya terasosiasi dengan thread dan applet). Jika user kembali ke halaman web applet, kemudian start() method dipanggil kembali. Destroy() method dari sebuah applet dipanggil ketika applet tersebut dipindahkan dari cache-nya browser. Ini memungkinkan untuk mencegah sebuah applet berjalan ketika applet tersebut sedang tidak ditampilkan pada sebuah web browser dengan menggunakan stop() method dari applet yang ditunda dan melaporkan eksekusi tersebut pada thread di applet start() method.


Penjadual CPU

Penjadual CPU adalah basis dari multi programming sistem operasi. Dengan men-switch CPU diantara proses. Akibatnya sistem operasi bisa membuat komputer produktif. Dalam bab ini kami akan mengenalkan tentang dasar dari konsep penjadual dan beberapa algoritma penjadual. Dan kita juga memaparkan masalah dalam memilih algoritma dalam suatu sistem.


Konsep Dasar

Tujuan dari multi programming adalah untuk mempunyai proses berjalan secara bersamaan, unutk memaksimalkan kinerja dari CPU. Untuk sistem uniprosesor, tidak pernah ada proses yang berjalan lebih dari satu. Bila ada proses yang lebih dari satu maka yang lain harus mengantri sampai CPU bebas.

Ide dari multi porgamming sangat sederhana. Ketika sebuah proses dieksekusi yang lain harus menunggu sampai selesai. Di sistem komputer yang sederhana CPU akan banyak dalam posisi idle.Semua waktu ini sangat terbuang. Dengan multiprogamming kita mencoba menggunakan waktu secara produktif. Beberapa proses di simpan dalam memori dalam satu waktu. Ketika proses harus menuggu. Sistem operasi mengmbil CPU untuk memproses proses tersebut dan meninggalkan proses yang sedang dieksekusi.

Penjadual adalah fungsi dasar dari suatu sistem operasi. Hampir semua sumber komputer dijadual sebelum digunakan. CPU salah satu sumber dari komputer yang penting yang menjadi sentral dari sentral penjadual di sistem operasi.


Kriteria Penjadual

Algoritma penjadual CPU yang berbeda mempunyai property yang berbeda. Dalam memilih algoritma yang digunakan untuk situasi tertentu, kita harus memikirkan properti yang berbeda untuk algoritma yang berbeda. Banyak kriteria yang dianjurkan utnuk membandingkan penjadual CPU algoritma. Kritria yang biasanya digunakan dalam memilih adalah:

  1. CPU utilization: kita ingin menjaga CPU sesibuk mungkin. CPU utilization akan mempunyai range dari 0 ke 100 persen. Di sistem yang sebenarnya seharusnya ia mempunyai range dari 40 persen samapi 90 persen.

  2. Throughput: jika CPU sibuk mengeksekusi proses, jika begitu kerja telah dilaksanakan. Salah satu ukuran kerja adalah banyak proses yang diselesaikan per unit waktu, disebut througput. Untuk proses yang lama mungkin 1 proses per jam; untuk proses yang sebentar mungkin 10 proses perdetik.

  3. Turnaround time: dari sudur pandang proses tertentu, kriteria yang penting adalah berapa lama untuk mengeksekusi proses tersebut. Interval dari waktu yang diizinkan dengan waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan sebuah prose disebut turn-around time. Trun around time adalah jumlah periode untuk menunggu untuk bisa ke memori, menunggu di ready queue, eksekusi di CPU, dan melakukan I/O.

  4. Waiting time: algoritma penjadual CPU tidak mempengaruhi waktu untuk melaksanakan proses tersebut atau I/O; itu hanya mempengaruhi jumlah waktu yang dibutuhkan proses di antrian ready. Waiting time adalah jumlah periode menghabiskan di antrian ready.

  5. Response time: di sistem yang interaktif, turnaround time mungkin bukan waktu yang terbaik untuk kriteria. Sering sebuah proses bisa memproduksi output diawal, dan bisa meneruskan hasil yang baru sementara hasil yang sebelumnya telah diberikan ke user. Ukuran yang lain adalah waktu dari pengiriamn permintaan sampai respon yang pertama di berikan. Ini disebut response time, yaitu waktu untuk memulai memberikan respon, tetapi bukan waktu yang dipakai output untu respon tersebut.

Biasanya yang dilakukan adalah memaksimalkan CPU utilization dan throughput, dan minimalkan turnaround time, waiting time, dan response time dalam kasus tertentu kita mengambil rata-rata.


Algoritma Penjadual First Come, First Served

Penjadual CPU berurusan dengan permasalahan memutuskan proses mana yang akan dillaksanakan, oleh karena itu banyak bermacam algoritma penjadual, di seksi ini kita akan mendiskripsikan beberapa algoritma.

Ini merupakan algoritma yang paling sederhana, dengan skema proses yang meminta CPU mendapat prioritas. Implementasi dari FCFS mudah diatasi dengan FIFO queue.

Contoh:

misal urutan kedatangan adalah P1, P2, P3 Gantt Chart untuk ini adalah:

misal proses dibalik sehingga urutan kedatangan adalah P3, P2, P1.

Gantt chartnya adalah:

Dari dua contoh diatas bahwa kasus kedua lebih baik dari kasus pertama, karena pengaruh kedatangan disamping itu FCFS mempunyai kelemahan yaitu convoy effect dimana seandainya ada sebuah proses yang kecil tetapi dia mengantri dengan proses yang membutuhkan waktu yang lama mengakibatkan proses tersebut akan lama dieksekusi.

Penjadual FCFS algoritma adalah nonpremptive. Ketika CPU telah dialokasikan untuk sebuah proses, proses tetap menahan CPU sampai selssai. FCFS algortima jelas merupakan masalah bagi sistem time-sharing, dimana sangat penting untuk user mendapatkan pembagian CPU pada regular interval. Itu akan menjadi bencana untuk megizinkan satu proses pada CPU untuk waktu yang tidak terbatas


Penjadual Shortest Job First

Salah satu algoritma yang lain adalah Shortest Job First. Algoritma ini berkaitan dengan waktu setiap proses. Ketika CPU bebas proses yang mempunyai waktu terpendek untuk menyelesaikannya mendapat prioritas. Seandainya dua proses atau lebih mempunyai waktu yang sama maka FCFS algoritma digunakan untuk menyelsaikan masalah tersebut.

Ada dua skema dalam SJFS ini yaitu:

  1. nonpremptive — ketika CPU memberikan kepada proses itu tidak bisa ditunda hingga selesai.

  2. premptive — bila sebuah proses datang dengan waktu prose lebih rendah dibandingkan dengan waktu proses yang sedang dieksekusi oleh CPU maka proses yang waktunya lebih rendah mendapatkan prioritas. Skema ini disebut juga Short - Remaining Time First (SRTF).

Contoh:

SJF algoritma mungkin adalah yang paling optimal, karena ia memberikan rata-rata minimum waiting untuk kumpulan dari proses yang mengantri. Dengan mengeksekusi waktu yang paling pendek baru yang paling lama. Akibatnya rata-rata waktu mnenuggu menurun.

Hal yang sulit dengan SJF algoritma adalah mengethaui waku dari proses berikutnya. Untuk penjadual long term (lama) di sistem batch, kita bisa menggunakan panjang batas waktu proses yang user sebutkan ketika dia mengirim pekerjaan. Oleh karena itu sjf sering digunakan di penjadual long term.

Walau pun SJF optimal tetapi ia tidak bisa digunakan untuk penjadual CPU short term. Tidak ada jalan untuk mengetahui panjang dari CPU burst berikutnya. Salah satu cara untuk mengimplementasikannya adalah dengan memprediksikan CPU burst berikutnya.

Contoh SJF premptive:

SJF algoritma mungkin adalah yang paling optimal, karena ia memberikan rata-rata minimum waiting untuk kumpulan dari proses yang mengantri.

Kita lihat bahwa dengan premptive lebih baik hasilnya daripada non preemptive.


Penjadualan Multiprocessor

Multiprocessor membutuhkan penjadualan yang lebih rumit karena mempunyai banyak kemungkinan yang dicoba tidak seperti pada processor tunngal. Tapi saat ini kita hanya fokus pada processor yang homogen (sama) sesuai dengan fungsi masing-masing dari processor tersebut. Dan juga kita dapat menggunakan processor yang tersedia untuk menjalankan proses didalam antrian.


Penjadualan Real Time

Dalam bab ini, kita akan mendeskripsikan fasilitas penjadualan yang dibutuhkan untuk mendukung real time computing dengan bantuan sistem komputer.

Terdapat dua jenis real time computing: sistem hard real time dibutuhkan untuk menyelesaikan critical task dengan jaminan waktu tertentu. Secara umum, sebuah proses di kirim dengan sebuah pernyataan jumlah waktu dimana dibutuhkan untuk menyelesaikan atau menjalankan I/O. Kemudian penjadual bisa menjamin proses untuk selesai atau menolak permintaan karena tidak mungkin dilakukan. Karena itu setiap operasi harus dijamin dengan waktu maksimum.

Soft real time computing lebih tidak ketat. Itu membutuhkan bahwa proses yang kritis menerima prioritas dari yang lain. Walau pun menambah fungsi soft real time ke sistem time sharing mungkin akan mengakibatkan pembagian sumber yang tidak adildan mengakibatkan delay yang lebih lama, atau mungkin pembatalan bagi proses tertentu, Hasilnya adalah tujuan secara umum sistem yang bisa mendukung multimedia, graphic berkecepatan tinggi, dan variasi tugas yang tidak bisa diterima di lingkungan yang tidak mendukunng soft real time computing

Mengimplementasikan fungsi soft real time membutuhkan design yang hati-hati dan aspek yang berkaitan dengan sistem operasi. Pertama, sistem harus punya prioritas penjadualan, dan proses real time harus tidak melampaui waktu, walau pun prioritas non real time bisa terjadi. Kedua, dispatch latency harus lebih kecil. Semakin kecil latency, semakin cepat real time proses mengeksekusi.

Untuk menjaga dispatch tetap rendah. Kita butuh agar system call untuk preemptible. Ada beberapa cara untuk mencapai tujuan ini. Satu untuk memasukkan preemption points di durasi yang lama system call, yang mana memeriksa apakah prioritas yang utama butuh untuk dieksekusi. Jika satu sudah, maka alih konteks mengambil alih; ketika high priority proses selesai, proses yang diinterupsi meneruskan dengan system call. Points premption bisa diganti hanya di lokasi yang aman di kernel — hanya kernel struktur tidak bisa dimodifikasi walau pun dengan preemption points, dispatch latency bisa besar, karena pada prakteknya untuk menambah beberapa preemption points untuk kernel.

Metoda yang lain untuk berurusan dengan preemption untuk membuat semua kernel preemptible. Karena operasi yang benar bisa dijamin, semua data kernel struktur dengan di proteksi. Dengan metode ini, kernel bisa selalu di preemptible, karena semua kernel bisa diupdate di proteksi.

Apa yang bisa diproteksi jika prioritas yang utama butuh untuk dibaca atau dimodifisikasi yang bisa dibutuhkan oleh yang lain, prioritas yang rendah? Prioritas yang tinggi harus menunggu menunggu untuk menyelesaikan prioritas yang rendah.

Fase konflik dari dispatch latency mempunyai dua komponen:

  1. Preemption semua proses yang berjalan di kernel.

  2. Lepas prioritas yang rendah untuk prioritas yang tinggi.


Penjadualan Thread

Di bagian berjudul Thread, kita mengenalkan threads untuk model proses, hal itu mengizinkan sebuah proses untuk mempunyai kontrol terhadap multiple threads. Lebih lanjut kita membedakan antara user-level dan kernel level threads. User level threads diatur oleh thread library. Untuk menjalankan di CPU, user level threads di mapping dengan asosiasi kernel level thread, walau pun mapping ini mungkin bisa indirect dan menggunakan lightweight.


Java Thread dan Algoritmanya

Penjadualan thread yang Runnable oleh Java Virtual Machine dilakukan dengan konsep preemptive dan mempunyai prioritas tertinggi. Dalam algoritma evaluasi ditentukan terlebih dahulu kriteria-kriterianya seperti utilisasinya dilihat dari segi waktu tunggu yang digunakan dan throughput yang disesuaikan dengan waktu turnaroundnya.


Penjadualan Java Thread

Java Virtual Machine menjadualkan thread menggunakan preemptive, berdasarkan prioritas algoritma penjadualan. Semua Java Thread diberikan sebuah prioritas dan Java Virtual Machine menjadualkan thread yang Runnable dengan menggunakan prioritas tertinggi saat eksekusi. Jika ada dua atau lebih thread yang Runnable yang mempunyai prioritas tertinggi, Java Virtual Machine akan menjadualkan thread tersebut menggunakan sebuah antrian secara FIFO.


Evaluasi Algoritma

Bagaimana kita memilih sebuah algoritma penjadualan CPU untuk sistem-sistem tertentu. Yang menjadi pokok masalah adalah kriteria seperti apa yang digunakan untuk memilih sebuah algoritma. Untuk memilih suatu algoritma, pertama yang harus kita lakukan adalah menentukan ukuran dari suatu kriteria berdasarkan:


Kesimpulan

Proses

Sebuah proses adalah sebuah peristiwa adanya sebuah proses yang dapat dieksekusi. Sebagai sebuah eksekusi proses, maka hal tersebut membutuhkan perubahan keadaan. Keadaan dari sebuah proses dapat didefinisikan oleh aktivitas proses tertentu tersebut. Setiap proses mungkin menjadi satu dari beberapa state berikut, antara lain: new, ready, running, waiting, atau terminated. Setiap proses direpresentasikan ada sistem operasi berdasarkan proses-control-block (PCB)-nya.

Sebuah proses, ketika sedang tidak dieksekusi, ditempatkan pada antrian yang sama. Disini ada 2 kelas besar dari antrian dalam sebuah sistem operasi: permintaan antrian I/O dan ready queue. Ready queue memuat semua proses yang siap untuk dieksekusi dan yang sedang menunggu untuk dijalankan pada CPU. Setiap proses direpresentasikan oleh sebuah PCB, dan PCB tersebut dapat digabungkan secara bersamaan untuk mencatat sebuah ready queue. Penjadualan Long-term adalah pilihan dari proses-proses untuk diberi izin menjalankan CPU. Normalnya, penjadualan long-term memiliki pengaruh yang sangat besar bagi penempatan sumber, terutama managemen memori. Penjadualan Short-term adalah pilihan dari satu proses dari ready queue.

Proses-proses pada sistem dapat dieksekusi secara berkelanjutan. Disini ada beberapa alasan mengapa proses tersebut dapat dieksekusi secara berkelanjutan: pembagian informasi, penambahan kecepatan komputasi, modularitas, dan kenyamanan atau kemudahan. Eksekusi secara berkelanjutan menyediakan sebuah mekanisme bagi proses pembuatan dan penghapusan.

Pengeksekusian proses-proses pada operating system mungkin dapat digolongkan menjadi proses independent dan kooperasi. Proses kooperasi harus memiliki beberapa alat untuk mendukung komunikasi antara satu dengan yang lainnya. Prinsipnya adalah ada dua rencana komplementer komunikasi: pembagian memori dan sistem pesan. Metode pembagian memori menyediakan proses komunikasi untuk berbagi beberapa variabel. Proses-proses tersebut diharapkan dapat saling melakukan tukar-menukar informasi seputar pengguna variabel yang terbagi ini. Pada sistem pembagian memori, tanggung jawab bagi penyedia komunikasi terjadi dengan programmer aplikasi; sistem operasi harus menyediakan hanya pembagian memori saja. Metode sistem pesan mengizinkan proses-proses untuk tukar-menukar pesan. Tanggung jawab bagi penyedia komunikasi ini terjadi dengan sistem operasi tersebut.


Thread

Thread adalah sebuah alur kontrol dari sebuah proses. Suatu proses yang multithreaded mengandung beberapa perbedaan alur kontrol dengan ruang alamat yang sama. Keuntungan dari multithreaded meliputi peningkatan respon dari user, pembagian sumber daya proses, ekonomis, dan kemampuan untuk mengambil keuntungan dari arsitektur multiprosesor. User level thread adalah thread yang tampak oleh programmer dan tidak diketahui oleh kernel. User level thread secara tipikal dikelola oleh sebuah library thread di ruang user. Kernel level thread didukung dan dikelola oleh kernel sistem operasi. Secara umum, user level thread lebih cepat dalam pembuatan dan pengelolaan dari pada kernel thread. Ada tiga perbedaan tipe dari model yang berhubungan dengan user dan kernel thread.

Java adalah unik karena telah mendukung thread didalam tingkatan bahasanya. Semua program Java sedikitnya terdiri dari kontrol sebuah thread tunggal dan mempermudah membuat kontrol untuk multiple thread dengan program yang sama. JAVA juga menyediakan library berupa API untuk membuat thread, termasuk method untuk suspend dan resume suatu thread, agar thread tidur untuk jangka waktu tertentu dan menghentikan thread yang berjalan. Sebuah java thread juga mempunyai empat kemungkinan keadaan, diantaranya: New, Runnable, Blocked dan Dead. Perbedaan API untuk mengelola thread seringkali mengganti keadaan thread itu sendiri.


Soal-soal Latihan

Proses

  1. Sebutkan lima aktivitas sistem operasi yang merupakan contoh dari suatu managemen proses.

  2. Definisikan perbedaan antara penjadualan short term, medium term dan long term.

  3. Jelaskan tindakan yang diambil oleh sebuah kernel ketika alih konteks antar proses.

  4. Informasi apa saja yang disimpan pada tabel proses saat alih konteks dari satu proses ke proses lain.

  5. Di sistem UNIX terdapat banyak status proses yang dapat timbul (transisi) akibat event (eksternal) OS dan proses tersebut itu sendiri. Transisi state apa sajakah yang dapat ditimbulkan oleh proses itu sendiri. Sebutkan!

  6. Apa keuntungan dan kekurangan dari:

  7. Jelaskan perbedaan short-term, medium-term dan long-term?

  8. Jelaskan apa yang akan dilakukan oleh kernel kepada alih konteks ketika proses sedang berlangsung?

  9. Beberapa single-user mikrokomputer sistem operasi seperti MS-DOS menyediakan sedikit atau tidak sama sekali arti dari pemrosesan yang konkuren. Diskusikan dampak yang paling mungkin ketika pemrosesan yang konkuren dimasukkan ke dalam suatu sistem operasi?

  10. Perlihatkan semua kemungkinan keadaan dimana suatu proses dapat sedang berjalan, dan gambarkan diagram transisi keadaan yang menjelaskan bagaimana proses bergerak diantara state.

  11. Apakah suatu proses memberikan 'issue' ke suatu disk I/O ketika, proses tersebut dalam 'ready' state, jelaskan?

  12. Kernel menjaga suatu rekaman untuk setiap proses, disebut Proses Control Blocks (PCB). Ketika suatu proses sedang tidak berjalan, PCB berisi informasi tentang perlunya melakukan restart suatu proses dalam CPU. Jelaskan dua informasi yang harus dipunyai PCB.


Bab 3. Sinkronisasi dan Deadlock

Pada bab ini, akan dibahas sinkronisasi proses dan deadlock yang dapat terjadi selama proses berlangsung.


Sinkronisasi

Bab ini membicarakan proses-proses untuk saling berkordinasi. Bab ini juga akan menjawab pertanyaan-pertanyaan seperti, bagaimana proses bekerja dengan sumber daya yang dibagi-bagi. Bagaimana memastikan hanya ada satu proses yang mengakses memori pada suatu saat? Bagaimana sinkronisasi benar-benar digunakan?


Latar Belakang


Kasus Produsen-Konsumer

Dua proses berbagi sebuah buffer dengan ukuran yang tetap. Salah satunya produser, meletakkan informasi ke buffer yang lainnya. Konsumen mengambil informasi dari buffer. Ini juga dapat digeneralisasi untuk masalah yang memiliki m buah produsen dan n buah konsumen, tetapi kita hanya akan memfokuskan kasus dengan satu produsen dan satu konsumen karena diasumsikan dapat menyederhanakan solusi.

Masalah akan timbul ketika produsen ingin menaruh barang yang baru tetapi buffer sudah penuh. Solusi untuk produsen adalah istirahat (sleep) dan akan dibangunkan ketika konsumen telah mengambil satu atau lebih barang dari buffer. Biasanya jika konsumen ingin mengambil barang dari buffer dan melihat bahwa buffer sedang kosong, maka konsumen istirahat (sleep) sampai produsen meletakkan barang pada buffer dan membangunkan (wake up) consumer.

Pendekatan seperti ini terdengar cukup sederhana, tetapi hal ini dapat menggiring kita ke jenis masalah yang sama seperti race condition dengan spooler direktori.

Untuk mengetahui jumlah barang di buffer, kita membutuhkan sebuah variabel kita namakan count. Jika jumlah maksimum dairi barang yang dapat ditampung buffer adalah N, kode produser pertama kali akan mencoba untuk mengetahui apakah nilai count sama dengan nilai N. Jika itu terjadi maka produsen akan istirahat (sleep), tetapi jika nilai count tidak sama dengan N, produsen akan terus menambahkan barang dan menaikkan nilai count.

Sekarang mari kita kembali ke permasalahan race condition. Ini dapat terjadi karena akses ke count tidak dipaksakan. Situasi seperti itu mungkin dapat terjadi. Buffer sedang kosong dan konsumen baru saja membaca count untuk melihat apakah count bernilai 0. Pada saat itu, penjadual memutuskan untuk mengentikan proses konsumen sementara dan menjalakan produsen. Produsen memasukkan barang ke buffer, menaikkan nilai count, dan memberitahukan bahwa count sekarang bernilai 1. Pemikiran bahwa count baru saja bernilai 0 sehingga konsumen harus istirahat (sleep). Produsen memanggil fungsi wake up untuk membangkitkan konsumen.

Sayangnya, konsumen secara logika belum istirahat. Jadi sinyal untuk membangkitkan konsumen, tidak dapat ditangkap oleh konsumen. Ketika konsumen bekerja berikutnya, konsumen akan memeriksa nilai count yang dibaca sebelumnya, dan mendapatkan nilai 0, kemudian konsumen istirahat (sleep) lagi. Cepat atau lambat produsen akan mengisi buffer dan juga pergi istirahat (sleep). Keduanya akan istirahat selamanya.

Inti permasalahannya disini adalah pesan untuk membangkitkan sebuah proses tidak tersampaikan. Jika pesan/ sinyal ini tersampaikan dengan baik, segalanya akan berjalan lancar.


Race Condition

Race Condition adalah situasi di mana beberapa proses mengakses dan memanipulasi data bersama pada saat besamaan. Nilai akhir dari data bersama tersebut tergantung pada proses yang terakhir selesai. Unutk mencegah race condition, proses-proses yang berjalan besamaan haus di disinkronisasi.

Dalam beberapa sistem operasi, proses-proses yang berjalan bersamaan mungkin untuk membagi beberapa penyimpanan umum, masing-masing dapat melakukan proses baca (read) dan proses tulis (write). Penyimpanan bersama (shared storage) mungkin berada di memori utama atau berupa sebuah berkas bersama, lokasi dari memori bersama tidak merubah kealamian dari komunikasi atau masalah yang muncul. Untuk mengetahui bagaimana komunikasi antar proses bekerja, mari kita simak sebuah contoh sederhana, sebuah print spooler. Ketika sebuah proses ingin mencetak sebuah berkas, proses tersebut memasukkan nama berkas ke dalam sebuah spooler direktori yang khusus. Proses yang lain, printer daemon, secara periodik memeriksa untuk mengetahui jika ada banyak berkas yang akan dicetak, dan jika ada berkas yang sudah dicetak dihilangkan nama berkasnya dari direktori.

Bayangkan bahwa spooler direktori memiliki slot dengan jumlah yang sangat besar, diberi nomor 0, 1, 2, 3, 4,... masing-masing dapat memuat sebuah nama berkas. Juga bayangkan bahwa ada dua variabel bersama, out, penunjuk berkas berikutnya untuk dicetak, dan in, menunjuk slot kosong di direktori. Dua vaiabel tersebut dapat menamgami sebuah two-word berkas untuk semua proses. Dengan segera, slot 0, 1, 2, 3 kosong (berkas telah selesai dicetak), dan slot 4, 5, 6 sedang terisi (berisi nama dari berkas yang antre untuk dicetak). Lebih atau kurang secara besamaan, proses A dan B, mereka memutuskan untuk antre untuk sebuah berkas untuk dicetak. Situasi seperti ini diperlihatkan oleh Gambar 3-1.

Dalam Murphy's Law kasus tesebut dapat terjadi. Proses A membaca in dan menyimpan nilai "7" di sebuah variabel lokal yang disebut next_free_slot. Sebuah clock interrupt terjadi dan CPU memutuskan bahwa proses A berjalan cukup lama, sehingga digantika oleh proses B. Proses B juga membaca in, dan juga mengambil nilai 7, sehingga menyimpan nama berkas di slot nomor 7 dan memperbaharui nilai in menjadi 8. Maka proses mati dan melakukan hal lain.

Akhirnya proses A berjalan lagi, dimulai dari tempat di mana proses tersebut mati. Hal ini terlihat dalam next_free_slot, ditemukan nilai 7 di sana, dan menulis nama berkas di slot nomor 7, menghapus nama berkas yang bau saja diletakkan oleh proses B. Kemudian proses A menghitung next_free_slot + 1, yang nilainya 8 dan memperbaharui nilai in menjadi 8. Direktori spooler sekarang secara internal konsisten, sehingga printer daemon tidak akan memberitahukan apa pun yang terjadi, tetapi poses B tidak akan mengambil output apa pun. Situasi seperti ini, dimana dua atau lebih proses melakukan proses reading atau writing beberapa shared data dan hasilnya bergantung pada ketepatan berjalan disebut race condition.


Critical Section

Bagaimana menghindari race conditions? Kunci untuk mencegah masalah ini dan di situasi yang lain yang melibatkan shared memori, shared berkas, and shared sumber daya yang lain adalah menemukan beberapa jalan untuk mencegah lebih dari satu proses untuk melakukan proses writing dan reading kepada shared data pada saat yang sama. Dengan kata lain kita memutuhkan mutual exclusion, sebuah jalan yang menjamin jika sebuah proses sedang menggunakan shared berkas, proses lain dikeluarkan dari pekerjaan yang sama. Kesulitan yang terjadi karena proses 2 mulai menggunakan variabel bersama sebelum proses 1 menyelesaikan tugasnya.

Masalah menghindari race conditions dapat juga diformulasikan secara abstrak. Bagian dari waktu, sebuah proses sedang sibuk melakukan perhitungan internal dan hal lain yang tidak menggiring ke kondisi race conditions. Bagaimana pun setiap kali sebuah proses mengakses shared memory atau shared berkas atau melakukan sesuatu yang kitis akan menggiring kepada race conditions. Bagian dari program dimana shaed memory diakses disebut Critical Section atau Critical Region.

Walau pun dapat mencegah race conditions, tapi tidak cukup untuk melakukan kerjasama antar proses secara pararel dengan baik dan efisien dalam menggunakan shared data. Kita butuh 4 kondisi agar menghasilkan solusi yang baik:

  1. Tidak ada dua proses secara bersamaan masuk ke dalam citical section.

  2. Tidak ada asumsi mengenai kecepatan atau jumlah cpu.

  3. Tidak ada proses yang berjalan di luar critical secion yang dapat mengeblok proses lain.

  4. Tidak ada proses yang menunggu selamamya untuk masuk critical section.

Critical Section adalah sebuah segmen kode di mana sebuah proses yang mana sumber daya bersama diakses. Terdiri dari:

Entry Section: kode yang digunakan untuk masuk ke dalam critical section

Critical Section: Kode di mana hanya ada satu proses yang dapat dieksekusi pada satu waktu

Exit Section: akhir dari critical section, mengizinkan proses lain

Remainder Section: kode istirahat setelah masuk ke critical section

Critical section harus melakukan ketiga aturan berikut:

Solusi yang diberikan harus memuaskan permintaaan berikut:

  • Mutual exclution

  • Deadlock free

  • Starvation free

Pendekatan yang mungkin untuk solusi proses sinkronisasi

  1. Solusi Piranti lunak (Software solution)

    • Tanpa Sinkronisasi.

    • Dengan Sinkronisasi.

      • Low-level primitives: semaphore

      • High-level primitives: monitors

  2. Solusi Piranti Keras (Hardware solution)


Solusi

Cara-cara memecahkan masalah


Semaphore

Jika kita ingin dapat melakukan proses tulis lebih rumit kita membutuhkan sebuah bahasa untuk melakukannya. Kita akhirnya medefinisikan semaphore yang kita asumsikan sebagai sebuah operasi atomik.

Semaphore adalah pendekatan yang diajukan oleh Djikstra, dengan prinsip bahwa dua proses atau lebih dapat bekerja sama dengan menggunakan penanda-penanda sederhana. Seperti proses dapat dipaksa berhenti pada suatu saat, sampai proses mendapatkan penanda tertentu itu. Sembarang kebutuhan koordinasi kompleks dapat dipenuhi dengan struktur penanda yang cocok untuk kebutuhan itu. Variabel khusus untuk penanda ini disebut semaphore.

Semaphore mempunyai dua sifat, yaitu:

  1. Semaphore dapat diinisialisasi dengan nilai non-negatif.

  2. Terdapat dua operasi terhadap semaphore, yaitu Down dan Up. Usulan asli yang disampaikan Djikstra adalah operasi P dan V.


Problem Klasik pada Sinkronisasi

Ada tiga hal yang selalu memjadi masalah pada proses sinkronisasi:

  1. Problem Bounded buffer.

  2. Problem Reades and Writer.

  3. Problem Dining Philosophers.


Problem Readers-Writers

Problem lain yang terkenal adalah readers-writer problem yang memodelkan proses yang mengakses database. Sebagai contoh sebuah sistem pemesanan sebuah perusahaan penerbangan, dimana banyak proses berkompetisi berharap untuk membaca (read) dan menulis (write). Hal ini dapat diterima bahwa banyak proses membaca database pada saat yang sama, tetapi jika suatu proses sedang menulis database, tidak boleh ada proses lain yang mengakses database tersebut, termasuk membaca database tersebut.

Dalam solusi ini, pertama-tama pembaca mengakses database kemudian melakukan DOWN pada semaphore db.. Langkah selanjutnya readers hanya menaikkkan nilai sebuah counter. Hasil dari pembaca nilai counter diturunkan dan nilai terakhir dilakukan UP pada semaphore, mengizinkan memblok writer.

Misalkan selama sebuah reader menggunakan database, reader lain terus berdatangan. Karena ada dua reader pada saat bersamaan bukanlah sebuah masalah, maka reader yang kedua diterima, reader yang ketiga juga dapat diterima jika terus berdatangan reader-reader baru.

Sekarang misalkan writer berdatangan terus menerus. Writer tidak dapat diterima ke database karena writer hanya bisa mengakses data ke database secara ekslusif, jadi writer ditangguhkan. Nanti penambahan reader akan menunjukkan peningkatan. Selama paling tidak ada satu reader yang aktif, reader berikutnya jika datang akan diterima.

Sebagai konsekuensi dari strategi ini, selama terdapat suplai reader yang terus-menerus, mereka akan dilayani segera sesuai kedatanga mereka. Writer akan ditunda sampai tidak ada reader lagi. Jika sebuah reader baru tiba, katakan, setiap dua detik, dan masing-masing reader mendapatkan lima detik untuk melakukan tugasnya, writer tudak akan pernah mendapatkan kesempatan.

Untuk mencegah situasi seperti itu, program dapat ditulis agak sedikit berbeda: Ketika reader tiba dan writer menunggu, reader ditunda dibelakang writer yang justru diterima dengan segera. Dengan cara ini, writer tidak harus menunggu reader yang sedang aktif menyelesaikan pekerjaannya, tapi tidak perlu menunggu reader lain yang datang berturut-turut setelah itu.


Problem Dining Philosopers

Pada tahun 1965, Djikstra menyelesaikan sebuah masalah sinkronisasi yang beliau sebut dengan dining philisophers problem. Dining philosophers dapat diuraikan sebagai berikut: Lima orang filosuf duduk mengelilingi sebuah meja bundar. Masing-masing filosof mempunyai sepiring spageti. Spageti-spageti tersebut sangat licin dan membutuhkan dua garpu untuk memakannya. Diantara sepiring spageti terdapat satu garpu.

Kehidupan para filosof terdiri dari dua periode, yaitu makan atau berpikir. Ketika seorang filosof lapar, dia berusaha untuk mendapatkan garpu kiri dan garpu kanan sekaligus. Jika sukses dalam mengambil dua garpu, filosof tersebut makan untuk sementara waktu, kemudian meletakkan kedua garpu dan melanjutkan berpikir.

Pertanyaan kuncinya adalah, dapatkah anda menulis program untuk masing-masing filosof yang melakukan apa yang harus mereka lakukan dan tidak pernah mengalami kebuntuan.

Prosedur take-fork menunggu sampai garpu-garpu yang sesuaididapatkan dan kemudian menggunakannya. Sayangnya dari solusi ini ternyata salah. Seharusnya lima orang filosof mengambil garpu kirinya secara bersamaan. Tidak akan mungkin mereka mengambil garpu kanan mereka, dan akan terjadi deadlock.

Kita dapat memodifikasi program sehingga setelah mengambil garpu kiri, program memeriksa apakah garpu kanan meungkinkan untuk diambil. Jika garpu kanan tidak mungkin diambil, filosof tersebut meletakkan kembali garpu kirinya, menunggu untuk beberapa waktu, kemudia mengulangi proses yang sama. Usulan tersebut juga salah, walau pun dengan alasan yang berbeda. Dengan sedikit nasib buruk, semua filosof dapat memulai algoritma secara bersamaan, mengambil garpu kiri mereka, melihat garpu kanan mereka yang tidak mungkin untuk diambil, meletakkan kembali garpu kiri mereka, menunggu, mengambil garpu kiri mereka lagi secara bersamaan, dan begitu seterusnya. Situasi seperti ini dimana semua program terus berjalan secara tidak terbatas tetapi tidak ada perubahan/kemajuan yang dihasilkan disebut starvation.

Sekarang anda dapat berpikir "jika filosof dapat saja menunggu sebuah waktu acak sebagai pengganti waktu yang sama setelah tidak dapat mengambil garpu kiri dan kanan, kesempatan bahwa segala sesuatau akan berlanjut dalam kemandegan untuk beberapa jam adalah sangat kecil." Pemikiran seperti itu adalah benar,tapi beberapa aplikasi mengirimkan sebuah solusi yang selalu bekerja dan tidak ada kesalahan tidak seperti hsk nomor acak yang selalu berubah.

Sebelum mulai mengambil garpu, seorang filosof melakukan DOWN di mutex. Setelah menggantikan garpu dia harus melakukan UP di mutex. Dari segi teori, solusi ini cukup memadai. Dari segi praktek, solusi ini tetap memiliki masalah. Hanya ada satu filosof yang dapat makan spageti dalam berbagai kesempatan. Dengan lima buah garpu, seharusnya kita bisa menyaksikan dua orang filosof makan spageti pada saat bersamaan.

Solusi yang diberikan diatas benar dan juga mengizinkan jumlah maksimum kegiatan paralel untuk sebuah jumlah filosf yang berubah-ubah ini menggunakan sebuah array, state, untuk merekam status seorang filosof apakah sedang makan (eating), berpikir (think), atau sedang lapar (hungry) karena sedang berusaha mengambil garpu. Seorang filosof hanya dapat berstatus makan (eating) jika tidak ada tetangganya yang sedang makan juga. Tetangga seorang filosof didefinisikan ole LEFT dan RIGHT.

Dengan kata lain, jika i = 2, maka tetangga kirinya (LEFT) = 1 dan tetangga kanannya (RIGHT) = 3. Program ini menggunakan sebuah array dari semaphore yang lapar (hungry) dapat ditahan jika garpu kiri atau kanannya sedang dipakai tetangganya. Catatan bahwa masing-masing proses menjalankan prosedur filosof sebagai kode utama, tetapi prosedur yang lain seperti take-forks, dan test adalah prosedur biasa dan bukan proses-proses yang terpisah.


Monitors

Solusi sinkronisasi ini dikemukakan oleh Hoare pada tahun 1974. Monitor adalah kumpulan prosedur, variabel dan struktur data di satu modul atau paket khusus. Proses dapat memanggil prosedur-prosedur kapan pun diinginkan. Tapi proses tak dapat mengakses struktur data internal dalam monitor secara langsung. Hanya lewat prosedur-prosedur yang dideklarasikan minitor untuk mengakses struktur internal.

Properti-properti monitor adalah sebagai berikut:

  1. Variabel-variabel data lokal, hanya dapat diakses oleh prosedur-prosedur dala monitor dan tidak oleh prosedur di luar monitor.

  2. Hanya satu proses yang dapat aktif di monitor pada satu saat. Kompilator harus mengimplementasi ini(mutual exclusion).

  3. Terdapat cara agar proses yang tidak dapat berlangsung di-blocked. Menambahkan variabel-variabel kondisi, dengan dua operasi, yaitu Wait dan Signal.

  4. Wait: Ketika prosedur monitor tidak dapat berkanjut (misal producer menemui buffer penuh) menyebabkan proses pemanggil diblocked dan mengizinkan proses lain masuk monitor.

  5. Signal: Proses membangunkan partner-nya yang sedang diblocked dengan signal pada variabel kondisi yang sedang ditunggu partnernya.

  6. Versi Hoare: Setelah signal, membangunkan proses baru agar berjalan dan menunda proses lain.

  7. Versi Brinch Hansen: Setelah melakukan signal, proses segera keluar dari monitor.

Dengan memaksakan disiplin hanya satu proses pada satu saat yang berjalan pada monitor, monitor menyediakan fasilitas mutual exclusion. Variabel-variabel data dalam monitor hanya dapat diakses oleh satu proses pada satu saat. Struktur data bersama dapat dilindungi dengan menempatkannya dalam monitor. Jika data pada monitor merepresentasikan sumber daya, maka monitor menyediakan fasilitas mutual exclusion dalam mengakses sumber daya itu.


Deadlock

Pada pembahasan di atas telah dikenal suatu istilah yang populer pada bagian semaphores, yaitu deadlock. Secara sederhana deadlock dapat terjadi dan menjadi hal yang merugikan, jika pada suatu saat ada suatu proses yang memakai sumber daya dan ada proses lain yang menunggunya. Bagaimanakah deadlock itu yang sebenarnya? Bagaimanakah cara penanggulangannya?


Latar Belakang

Misalkan pada suatu komputer terdapat dua buah program, sebuah tape drive dan sebuah printer. Program A mengontrol tape drive, sementara program B mengontrol printer. Setelah beberapa saat, program A meminta printer, tapi printer masih digunakan. Berikutnya, B meminta tape drive, sedangkan A masih mengontrol tape drive. Dua program tersebut memegang kontrol terhadap sumber daya yang dibutuhkan oleh program yang lain. Tidak ada yang dapat melanjutkan proses masing-masing sampai program yang lain memberikan sumber dayanya, tetapi tidak ada yang mengalah. Kondisi inilah yang disebut Deadlock atau pada beberapa buku disebut Deadly Embrace

Deadlock yang mungkin dapat terjadi pada suatu proses disebabkan proses itu menunggu suatu kejadian tertentu yang tidak akan pernah terjadi. Dua atau lebih proses dikatakan berada dalam kondisi deadlock, bila setiap proses yang ada menunggu suatu kejadian yang hanya dapat dilakukan oleh proses lain dalam himpunan tersebut.

Terdapat kaitan antara overhead dari mekanisme koreksi dan manfaat dari koreksi deadlock itu sendiri. Pada beberapa kasus, overhead atau ongkos yang harus dibayar untuk membuat sistem bebas deadlock menjadi hal yang terlalu mahal dibandingkan jika mengabaikannya. Sementara pada kasus lain, seperti pada real-time process control, mengizinkan deadlock akan membuat sistem menjadi kacau dan membuat sistem tersebut tidak berguna.

Contoh berikut ini terjadi pada sebuah persimpangan jalan. Beberapa hal yang dapat membuat deadlock pada suatu persimpangan, yaitu:


Strategi menghadapi Deadlock

Strategi untuk menghadapi deadlock dapat dibagi menjadi tiga pendekatan, yaitu:

  1. Mengabaikan adanya deadlock.

  2. Memastikan bahwa deadlock tidak akan pernah ada, baik dengan metode Pencegahan, dengan mencegah empat kondisi deadlock agar tidak akan pernah terjadi. Metode Menghindari deadlock, yaitu mengizinkan empat kondisi deadlock, tetapi menghentikan setiap proses yang kemungkinan mencapai deadlock.

  3. Membiarkan deadlock untuk terjadi, pendekatan ini membutuhkan dua metode yang saling mendukung, yaitu:

Dari penjabaran pendekatan diatas, terdapat empat metode untuk mengatasi deadlock yang akan terjadi, yaitu:


Mencegah Deadlock

Metode ini merupakan metode yang paling sering digunakan. Metode Pencegahan dianggap sebagai solusi yang bersih dipandang dari sudut tercegahnya deadlock. Tetapi pencgahan akan mengakibatkan kinerja utilisasi sumber daya yang buruk.

Metode pencegahan menggunakan pendekatan dengan cara meniadakan empat syarat yang dapat menyebabkan deadlock terjadi pada saat eksekusi Coffman (1971).

Syarat pertama yang akan dapat ditiadakan adalah Mutual Exclusion, jika tidak ada sumber daya yang secara khusus diperuntukkan bagi suatu proses maka tidak akan pernah terjadi deadlock. Namun jika membiarkan ada dua atau lebih proses mengakses sebuah sumber daya yang sama akan menyebabkan chaos. Langkah yang digunakan adalah dengan spooling sumber daya, yaitu dengan mengantrikan job-job pada antrian dan akan dilayani satu-satu.

Beberapa masalah yang mungkin terjadi adalah:

  1. Tidak semua dapat di-spool, tabel proses sendiri tidak mungkin untuk di-spool

  2. Kompetisi pada ruang disk untuk spooling sendiri dapat mengarah pada deadlock

Hal inilah yang menyebabkan mengapa syarat pertama tidak dapat ditiadakan, jadi mutual exclusion benar-benar tidak dapat dihilangkan.

Cara kedua dengan meniadakan kondisi hold and wait terlihat lebih menjanjikan. Jika suatu proses yang sedang menggunakan sumber daya dapat dicegah agar tidak dapat menunggu sumber daya yang lain, maka deadlock dapat dicegah. Langkah yang digunakan adalah dengan membuat proses agar meminta sumber daya yang mereka butuhkan pada awal proses sehingga dapat dialokasikan sumber daya yang dibutuhkan. Namun jika terdapat sumber daya yang sedang terpakai maka proses tersebut tidak dapat memulai prosesnya.

Masalah yang mungkin terjadi:

  1. Sulitnya mengetahui berapa sumber daya yang dibutuhkan pada awal proses

  2. Tidak optimalnya pengunaan sumber daya jika ada sumber daya yang digunakan hanya beberapa waktu dan tidak digunakan tapi tetap dimiliki oleh suatu proses yang telah memintanya dari awal.

Meniadakan syarat ketiga non preemptive ternyata tidak lebih menjanjikan dari meniadakan syarat kedua, karena dengan meniadakan syarat ketiga maka suatu proses dapat dihentikan ditengah jalan. Hal ini tidak dimungkinkan karena hasil dari suatu proses yang dihentikan menjadi tidak baik.

Cara terakhir adalah dengan meniadakan syarat keempat circular wait. Terdapat dua pendekatan, yaitu:

  1. Mengatur agar setiap proses hanya dapat menggunakan sebuah sumber daya pada suatu waktu, jika menginginkan sumber daya lain maka sumber daya yang dimiliki harus dilepas.

  2. Membuat penomoran pada proses-proses yang mengakses sumber daya. Suatu proses dimungkinkan untuk dapat meminta sumber daya kapan pun, tetapi permintaannya harus dibuat terurut.

Masalah yang mungkin terjadi dengan mengatur bahwa setiap proses hanya dapat memiliki satu proses adalah bahwa tidak semua proses hanya membutuhkan satu sumber daya, untuk suatu proses yang kompleks dibutuhkan banyak sumber daya pada saat yang bersamaan. Sedangkan dengan penomoran masalah yang dihadapi adalah tidak terdapatnya suatu penomoran yang dapat memuaskan semua pihak.

Secara ringkas pendekatan yang digunakan pada metode pencegahan deadlock dan masalah-masalah yang menghambatnya, terangkum dalam tabel dibawah ini.


Mendeteksi Deadlock dan Memulihkan Deadlock

Metode ini mengunakan pendekatan dengan teknik untuk menentukan apakah deadlock sedang terjadi serta proses-proses dan sumber daya yang terlibat dalam deadlock tersebut. Setelah kondisi deadlock dapat dideteksi, maka langkah pemulihan dari kondisi deadlock dapat segera dilakukan. Langkah pemulihan tersebut adalah dengan memperoleh sumber daya yang diperlukan oleh proses-proses yang membutuhkannya. Beberapa cara digunakan untuk mendapatkan sumber daya yang diperlukan, yaitu dengan terminasi proses dan pre-emption (mundur) suatu proses. Metode ini banyak digunakan pada komputer mainframe berukuran besar.


Kesimpulan

Untuk mengatasi problem critical section dapat digunakan berbagai solusi software. Namun masalah yang akan timbul dengan solusi software adalah solusi software tidak mampu menangani masalah yang lebih berat dari critical section. Tetapi Semaphores mampu menanganinya, terlebih jika hardware yang digunakan mendukung maka akan memudahkan dalam menghadapi problem sinkronisasi.

Berbagai contoh klasik problem sinkronisasi berguna untuk mengecek setiap skema baru sinkronisasi. Monitor termasuk ke dalam level tertinggi mekanisme sinkronisasi yang berguna untuk mengkoordinir aktivitas dari banyak thread ketika mengakses data melalui pernyataan yang telah disinkronisasi

Kondisi deadlock akan dapat terjadi jika terdapat dua atau lebih proses yang akan mengakses sumber daya yang sedang dipakai oleh proses yang lainnya. Pendekatan untuk mengatasi deadlock dipakai tiga buah pendekatan, yaitu:

Dari ketiga pendekatan diatas, dapat diturunkan menjadi empat buah metode untuk mengatasi deadlock, yaitu:

  • Pencegahan deadlock

  • Menghindari deadlock

  • Mendeteksi deadlock

  • Pemulihan deadlock

Namun pada sebagian besar Sistem Operasi dewasa ini mereka lebih condong menggunakan pendekatan untuk mengabaikan semua deadlock yang terjadi

Silberschatz (1994) merumuskan sebuah strategi penanggulangan deadlock terpadu yang dapat disesuaikan dengan kondisi dan situasi yang berbeda, strateginya sendiri berbunyi:

  1. Kelompokkan sumber daya kedalam kelas yang berbeda

  2. Gunakan strategi pengurutan linear untuk mencegah kondisi circular waityang nantinya akan mencegah deadlock diantara kelas sumber daya

  3. Gunakan algoritma yang paling cocok untuk suatu kelas sumber daya yang berbeda satu dengan yang lain


Latihan

  1. Proses dapat meminta berbagai kombinasi dari sumber daya dibawah ini: CDROM, soundcard dan floppy. Jelaskan tiga macam pencegahan deadlock skema yang meniadakan:

  2. Diasumsikan proses P0 memegang sumber daya R2 dan R3, meminta sumber daya R4; P1 menggunakan R4 dan meminta R1; P2 menggunakan R1 dan meminta R3 . Gambarkan Wait-for Graph. Apakah sistem terjebak dalam deadlock? Jika ya, tunjukkan proses mana yang menyebabkan deadlock. Jika tidak, tunjukkan urutan proses untuk selesai.

  3. User x telah menggunakan 7 printer dan harus menggunakan 10 printer. User y telah menggunakan 1 printer dan akan memerlukan paling banyak 4 printer. User z telah menggunakan 2 printer dan akan menggunakan paling banyak 4 printer. Setiap user pada saat ini meminta 1 printer. Kepada siapakah OS akan memberikan grant printer tersebut dan tunjukkan "safe sequence" yang ada sehingga tidak terjadi deadlock.

  4. Pernyataan manakah yang benar mengenai deadlock:

    1. Pencegahan deadlock lebih sulit dilakukan (implementasi) daripada menghindari deadlock.

    2. Deteksi deadlock dipilih karena utilisasi dari resources dapat lebih optimal.

    3. Salah satu prasyarat untuk melakukan deteksi deadlock adalah: hold and wait.

    4. Algoritma Banker's (Djikstra) tidak dapat menghindari terjadinya deadlock.

    5. Suatu sistem jika berada dalam keadaan tidak aman: "unsafe", berarti telah terjadi deadlock.

  5. User 1 sedang menggunakan x printers dan memerlukan total n printers. Kondisi umum adalah: y < -12, n < -12, x < -y, m < -n. State ini safe jika dan hanya jika:

    1. x+n<-12 dan y+m<-12 dan x+m<-12

    2. x+n<-12 dan y+m<12 dan x+m<-12

    3. x+n<-12 atau(or) y+m<-12 dan x+m<-12

    4. x+m<-12

    5. Semua statement diatas menjamin: safe state


Bab 4. Memori

Latar Belakang

Memori merupakan inti dari sistem komputer modern. CPU mengambil instruksi dari memori sesuai yang ada pada program counter. Instruksi dapat berupa menempatkan/ menyimpan dari/ ke alamat di memori, penambahan, dan sebagainya. Dalam managemen memori ini, kita akan membahas bagaimana urutan alamat memori yang dibuat oleh program yang berjalan.


Perhubungan Dinamis dan Berbagi Library

Pada proses dengan banyak langkah, ditemukan juga perhubungan-perhubungan library yang dinamis. Beberapa sistem operasi hanya mendukung perhubungan yang dinamis, dimana sistem bahasa library diperlakukan seperti objek modul yang lain, dan disatukan oleh pemuat kedalam tampilan program biner. Konsep perhubungan dinamis, serupa dengan konsep penempatan dinamis. Penempatan lebih banyak ditunda selama waktu eksekusi, dari pada lama penundaan oleh perhubungan dinamis. Keistimewaan ini biasanya digunakan dalam library sistem, seperti library bahasa sub-rutin. Tanpa fasilitas ini, semua program dalam sebuah sistem, harus mempunyai kopi dari libary bahasa mereka (atau setidaknya referensi rutin oleh program) termasuk dalam tampilan yang dapat dieksekusi. Kebutuhan ini sangat boros baik untuk disk, mau pun memori utama. Dengan penempatan dinamis, sebuah potongan dimasukkan kedalam tampilan untuk setiap rujukan library subrutin. Potongan ini adalah sebuah bagian kecil dari kode yang menunjukan bagaimana mealokasikan libary rutin di memori denga tepat, atau bagaimana menempatkan library jika rutin belum ada.

Ketika potongan ini dieksekusi, dia akan memeriksa dan melihat apakah rutin yang dibutuhkan sudah ada di memory. Jika rutin yang dibutuhkan tidak ada di memori, program akan menempatkannya ke memori. Jika rutin yang dibutuhkan ada dimemori, maka potongan akan mengganti dirinya dengan alamat dari rutin, dan mengeksekusi rutin. Demikianlah, berikutnya ketika segmentasi kode dicapai, rutin library dieksekusi secara langsung, dengan begini tidak ada biaya untuk penghubungan dinamis. Dalam skema ini semua proses yang menggunakan sebuah library bahasa, mengeksekusi hanya satu dari kopi kode library.

Fasilitas ini dapat diperluas menjadi pembaharuan library (seperti perbaikan bugs). Sebuah libary dapat ditempatkan lagi dengan versi yang lebih baru dan semua program yang merujuk ke library akan secara otomatis menggunakan versi yang baru. Tanpa penempatan dinamis, semua program akan akan membutuhkan penempatan kembali, untuk dapat mengakses library yang baru. Jadi semua program tidak secara sengaja mengeksekusi yang baru, perubahan versi library, informasi versi dapat dimasukkan kedalam memori, dan setiap program menggunakan informasi versi untuk memutuskan versi mana yang akan digunakan dari kopi library. Sedikit perubahan akan tetap meggunakan nomor versi yang sama, sedangkan perubhan besar akan menambah satu versi seblumnya. Karenanya program yang dikompile dengan versi yang baru akan dipengaruhi dengan perubahan yang terdapat di dalamnya. Program lain yang berhubungan sebelum library baru diinstal, akan terus menggunakan library lama. Sistem ini juga dikenal sebagai berbagi library.


Lapisan Atas

Karena proses dapat lebih besar daripada memori yang dialokasikan, kita gunakan lapisan atas. Idenya untuk menjaga agar di dalam memori berisi hanya instruksi dan data yang dibutuhkan dalam satuan waktu. Ketika instruksi lain dibutuhkan instruksi akan dimasukkan kedalam ruang yang ditempati sebelumnya oleh oleh instruksi yang tidak lagi dibutuhkan.

Sebagai contoh, sebuah two-pass assembler. selama pass1 dibangun sebuah tabel simbol, kemudian selama pass2, akan membuat kode bahasa mesin. kita dapat mempartisi sebuah assembler menjadi kode pass1, kode pass2, dan simbol tabel. dan rutin biasa digunakan untuk kedua pass1 dan pass2.

Untuk menempatkan semuanya sekaligus, kita akan membutuhkan 200K memori. Jika hanya 150K yang tersedia, kita tidak dapat menjalankan proses. Bagaimana pun perhatikan bahwa pass1 dan pass2 tidak harus berada di memori pada saat yang sama. Kita mendefinisikan dua lapisan atas. Lapisan atas A untuk pass1, tabel simbol dan rutin, lapisan atas 2 untuk simbol tabel, rutin, dan pass2.

Kita menambahkan sebuah driver lapisan atas (10K) dan mulai dengan lapisan atas A di memori. Ketika selesai pass1, lompat ke driver, dan membaca lapisan atas B kedalam memori, meniban lapisan atas A, dan mengirim kontrol ke pass2. Lapisan atas A butuh hanya 120K, dan B membutuhkan 150K memori. Kita sekarang dapat menjalankan assembler dalam 150K memori. Penempatan akan lebih cepat, karena lebih sedikit data yang ditransfer sebelum eksekusi dimulai. Jalan program akan lebih lambat, karena ekstra I/O dari kode lapisan atas B melalui kode lapisan atas A.

Seperti dalam penempatan dinamis, lapisan atas tidak membutuhkan dukungan tertentu dari sistem operasi. Implementasi dapat dilakukan secara lengkap oleh user dengan berkas struktur yang sederhana, membasa dari berkas ke memori, dan lompat dari memori tersebut, dan mengeksekusi instruksi yang baru dibaca. Sistem operasi hanya memperhatikan jika ada lebih banyak I/O dari biasanya.

Di sisi lain programmer harus mendesain program dengan struktur lapisan atas yang layak. Tugas ini membutuhkan pengetahuan yang komplit tentang struktur dari program, kode dan struktur data.

Pemakaian dari lapisan atas, dibatasi oleh mikrokomputer, dan sistem lain yang mempunyai batasan jumlah memori fisik, dan kurangnya dukungan perangkat keras, untuk teknik yang lebih maju. Teknik otomatis menjalankan program besar dalam dalam jumlah memori fisik yang terbatas, lebih diutamakan.


Penukaran (Swap)

Sebuah proses membutuhkan memori untuk dieksekusi. Sebuah proses dapat ditukar sementara keluar memori ke backing store (disk), dan kemudian dibawa masuk lagi ke memori untuk dieksekusi. Sebagai contoh, asumsi multiprogramming, dengan penjadualan algoritma CPU Round-Robin. Ketika kuantum habis, manager memori akan mulai menukar keluar proses yang selesai, dan memasukkan ke memori proses yang bebas. Sementara penjadualan CPU akan mangalokasikan waktu untuk proses lain di memori. Ketika tiap proses menghabiskan waktu kuantumnya, proses akan ditukar dengan proses lain. Idealnya memori manager, dapat menukar proses-proses cukup cepat, sehingga selalu ada proses dimemori, siap dieksekusi, ketika penjadual CPU ingin menjadual ulang CPU. Besar kuantum juga harus cukup besar, sehingga jumlah perhitungan yang dilakukan antar pertukaran masuk akal.

Variasi dari kebijakan swapping ini, digunakan untuk algoritma penjadualan berdasarkan prioritas. Jika proses yang lebih tinggi tiba, dan minta dilayani, memori manager dapat menukar keluar proses dengan prioritas yang lebih rendah, sehingga dapat memasukkan dan mengeksekusi proses dengan prioritas yang lebih tinggi. Ketika proses dengan prioritas lebih tinggi selesai, proses dengan prioritas yang lebih rendah, dapat ditukar masuk kembali, dan melanjutkan. Macam-macam pertukaran ini kadang disebut roll out, dan roll in.

Normalnya, sebuah proses yang ditukar keluar, akan dimasukkan kembali ke tempat memori yang sama dengan yang digunakan sebelumnya. Batasan ini dibuat oleh method pengikat alamat. Jika pengikatan dilakukan saat assemble atau load time, maka proses tidak bisa dipindahkan ke lokasi yang berbeda. Jika menggunakan pengikatan waktu eksekusi, maka akan mungkin menukar proses kedalam tempat memori yang berbeda. Karena alamat fisik dihitung selama proses eksekusi.

Pertukaran membutuhkan sebuah backing store. Backing store biasanya adalah sebuah disk yang cepat. Cukup besar untuk mengakomodasi semua kopi tampilan memori. Sistem memelihara ready queue terdiri dari semua proses yang mempunyai tampilan memori yang ada di backing store, atau di memori dan siap dijalankan. Ketika penjadual CPU memutuskan untuk mengeksekusi sebuah proses, dia akan memanggil dispatcher, yang mengecek dan melihat apakah proses berikutnya ada diantrian memori. Jika proses tidak ada, dan tidak ada ruang memori yang kosong, dispatcher menukar keluar sebuah proses dan memaasukan proses yang diinginkan. Kemudian memasukkan ulang register dengan normal, dan mentransfer pengendali ke proses yang diinginkan.

Konteks waktu pergantian pada sistem swapping, lumayan tinggi. Untuk efisiensi kegunaan CPU, kita ingin waktu eksekusi untuk tiap proses lebih lama dari waktu pertukaran. Karenanya digunakan CPU penjadualan roun-robin, dimana kuantumnya harus lebih besar dari waktu pertukaran.

Perhatikan bahwa bagian terbesar dari waktu pertukaran, adalah waktu pengiriman. Total waktu pengiriman langsung didapat dari jumlah pertukaran memori.

Proses dengan kebutuhan memori dinamis, akan membutuhkan system call (meminta dan melepaskan memori), untuk memberi tahu sistem operasi tentang perubahan kebutuhan memori.

Ada beberapa keterbatasan swapping. Jika kita ingin menukar sebuah proses kita harus yakin bahwa proses sepenuhnya diam. Konsentrasi lebih jauh, jika ada penundaan I/O. Sebuah proses mungkin menunggu I/O, ketika kita ingin menukar proses itu untuk mengosongkan memori. Jika I/O secara asinkronus, mengakses memori dari I/O buffer, maka proses tidak bisa ditukar. Misalkan I/O operation berada di antrian, karena device sedang sibuk. Maka bila kita menukar keluar proses P1 dan memasukkan P2, mungkin saja operasi I/O akan berusaha masuk ke memori yang sekarang milik P2. Dua solusi utama masalah ini adalah

  1. Jangan pernah menukar proses yang sedang menunggu I/O.

  2. Untuk mengeksekusi operasi I/O hanya pada buffer sistem operasi.

Secara umum, ruang pertukaran dialokasikan sebagai potongan disk, terpisah dari sistem berkas, sehingga bisa digunakan secepat mungkin.

Belakangan pertukaran standar pertukaran digunakan dibeberapa sistem. Ini membutuhkan terlalu banyak waktu untuk menukar dari pada untuk mengeksekusi untuk solusi managemen memori yang masuk akal. Modifikasi swapping digunakan dibanyak versi di UNIX. Pertukaran awalnya tidak bisa, tapi akan mulai bila banyak proses yang jalan dan menggunakan batas jumlah memori.


Alokasi Memori Yang Berdampingan

Memori biasanya dibagi menjadi dua bagian, yakni:

  1. Sistem Operasi (Operating System).

  2. Proses Pengguna (User Processes).

Sistem Operasi dapat dialokasikan pada memori bagian bawah (low memory) mau pun memori bagian atas (high memory). Hal ini tergantung pada letak vektor interupsi (interrupt vector) pada memori tersebut. Jika vektor interupsi lebih sering berada pada memori bawah, maka sistem operasi juga biasanya diletakkan pada memori bawah.

Memori memerlukan suatu perlindungan yang disebut dengan istilah memory protection yakni perlindungan memori terhadap:

  1. Sistem operasi dari proses pengguna;

  2. Proses pengguna yang satu dari proses pengguna lainnya.

Perlindungan memori tersebut dapat diakomadasikan menggunakan suatu register pengalokasian kembali (relocation register) dengan suatu register batasan (limit register).

Register batasan berisi jarak dari alamat logik (logical address), sementara register pengalokasian kembali berisi nilai dari alamat fisik (physical address) yang terkecil. Dengan adanya register pengalokasian kembali dan register batasan ini, mengakibatkan suatu alamat logik harus lebih kecil dari register batas an dan memori akan memetakan (mapping) alamat logik secara dinamik dengan menambah nilai dalam register pengalokasian kembali.

Sebagaimana telah diketahui, bahwa pengatur jadual prosesor (CPU scheduler) bertugas mengatur dan menyusun jadual dalam proses eksekusi proses yang ada. Dalam tugasnya, pengatur jadual prosesor akan memilih suatu proses yang telah menunggu di antrian proses (process queue) untuk dieksekusi. Saat memilih satu proses dari proses yang ada di antrian tersebut, dispatcher akan mengambil register pengalokasian kembali dan register batasan dengan nilai yang benar sebagai bagian dari skalar alih konteks.

Oleh karena setiap alamat yang ditentukan oleh prosesor diperiksa berlawanan dengan register-register ini, kita dapat melindungi sistem operasi dari program pengguna lainnya dan data dari pemodifikasian oleh proses yang sedang berjalan.

Metode yang paling sederhana dalam mengalokasikan memori ke proses-proses adalah dengan cara membagi memori menjadi partisi tertentu. Secara garis besar, ada dua metode khusus yang digunakan dalam membagi-bagi lokasi memori:

  1. Alokasi partisi tetap (Fixed Partition Allocation) yaitu metode membagi memori menjadi partisi yang telah berukuran tetap.

    Kriteria-kriteria utama dalam metode ini antara lain:

  2. Alokasi partisi variabel (Variable Partition Allocation) yaitu metode dimana sistem operasi menyimpan suatu tabel yang menunjukkan partisi memori yang tersedia dan yang terisi dalam bentuk s.

    Suatu proses yang telah dialokasikan memori akan dimasukkan ke memori dan selanjutnya dia akan bersaing dalam mendapatkan prosesor untuk pengeksekusiannya.

    • Jika suatu proses tersebut telah selesai, maka dia akan melepaskan kembali semua memori yang digunakan dan sistem operasi dapat mengalokasikannya lagi untuk proses lainnya yang sedang menunggu di antrian masukan.

    • Apabila memori sudah tidak mencukupi lagi untuk kebutuhan proses, sistem operasi akan menunggu sampai ada lubang yang cukup untuk dialokasikan ke suatu proses dalam antrian masukan.

    • Jika suatu lubang terlalu besar, maka sistem operasi akan membagi lubang tersebut menjadi dua bagian, dimana satu bagian untuk dialokasikan ke proses tersebut dan satu lagi dikembalikan ke set lubang lainnya.

    • Setelah proses tersebut selesai dan melepaskan memori yang digunakannya, memori tersebut akan digabungkan lagi ke set lubang.

Fragmentasi luar mempunyai kriteria antara lain:

Perbandingan kompleksitas waktu dan ruang tiga kebijakan alokasi memori.

Sesuai yang pertama merupakan kebijakan alokasi memori paling baik secara praktis.


Pemberian Halaman

Solusi lain yang mungkin untuk permasalahan pemecahan luar adalah dengan membuat ruang alamat fisik dari sebuah proses menjadi tidak bersebelahan, jadi membolehkan sebuah proses untuk dialokasikan memori fisik bilamana nantinya tersedia. Satu cara mengimplementasikan solusi ini adalah melalui penggunaan dari skema pemberian halaman. Pemberian halaman mencegah masalah penting dari mengepaskan the ukuran bongkahan memori yang bervariasi ke dalam penyimpanan cadangan, yang mana diderita oleh kebanyakan dari skema managemen memori sebelumnya. Ketika beberapa pecahan kode dari data yang tersisa di memori utama perlu untuk di tukar keluar, harus ditemukan ruang di penyimpanan cadangan. Masalah pemecahan didiskusikan dengan kaitan bahwa meori utama juga lazim dengan penyimpanan cadangan, kecuali bahwa pengaksesanny lebih lambat, jadi kerapatan adalah tidak mungkin. Karena keuntungannya pada metode-metode sebelumnya, pemberian halaman dalam berbagai bentuk biasanya digunakan pada banyak sistem operasi.


Metode Dasar

Memori fisik dipecah menjadi blok-blok berukuran tetap disebut sebagai frame. Memori logis juga dipecah menjadi blok-blok dengan ukuran yang sama disebut sebagai halaman. Ketika proses akan dieksekusi, halamannya akan diisi ke dalam frames memori mana saja yang tersedia dari penyimpanan cadangan. Penyimpanan cadangan dibagi-bagi menjadi blok-blok berukuran tetap yang sama besarnya dengan frames di memori.

Dukungan perangkat keras untuk pemberian halaman diilustrasikan pada gambar Gambar 4-3. Setiap alamat yang dihasilkan oleh CPU dibagi-bagi menjadi 2 bagian: sebuah nomor halaman (p) dan sebuah offset halaman (d). Nomor halaman digunakan sebagai indeks untuk tabel halaman. Tabel halaman mengandung basis alamat dari tiap-tiap halaman di memori fisik. Basis ini dikombinasikan dengan offset halaman untuk menentukan alamat memori fisik yang dikirim ke unit memori.

Ukuran halaman (seperti halnya ukuran frame) didefinisikan oleh perangkat keras. Khasnya ukuran dari sebuah halaman adalah pangkat 2 yang berkisar antara 512 byte dan 8192 byte per halamannya, tergantung dari arsitektur komputernya. Penentuan pangkat 2 sebagai ukuran halaman akan memudahkan penterjemahan dari memori logis ke nomor halaman dan offset halaman. Jika ukuran ruang dari memori logis adalah 2 pangkat m, dan ukuran sebuah halaman adalah 2 pangkat n unit pengalamatan (byte atau word), maka pangkat tinggi m-n bit dari alamat logis manandakan offset dari halaman. Jadi, alamat logisnya adalah: dimana p merupakan index ke tabel halaman dan d adalah pemindahan dalam halaman.

Untuk konkritnya, walau kecil sekali, contoh, lihat memori Gambar 4-4. Menggunakan ukuran halaman 4 byte dan memori fisik 32 byte (8 halaman), kami menunjukan bagaimana pandangan pengguna terhadap memori dapat dipetakan kedalam memori fisik. Alamat logis 0 adalah halaman 0, offset 0. Pemberian index menjadi tabel halaman, kita dapati bahwa halaman 0 berada pada frame 5. Jadi, alamat logis 0 memetakan ke alamat fisik 20 (=(5x4)+0). Alamat logis 3 (page 0, offset 3) memetakan ke alamat fisik 23 (=(5x4)+3). Alamat logis 4 adalah halaman 1, offset; menurut tabel halaman, halaman 1 dipetakan ke frame 6. Jadi, alamat logis 4 memetakan ke alamat fisik 24 (=(6x4)+0). Alamat logis 13 memetakan ke alamat fisik 9.

Pembentukan pemberian halaman itu sendiri adalah suatu bentuk dari penampungan dinamis. Setiap alamat logis oleh perangkat keras untuk pemberian halaman dibatasi ke beberapa alamat fisik. Pembaca yang setia akan menyadari bahwa pemberian halaman sama halnya untuk menggunakan sebuah tabel dari basis register, satu untuk setiap frame di memori.

Ketika kita menggunakan skema pemberian halaman, kita tidak memiliki pemecah-mecahan luar: sembarang frame kosong dapat dialokasikan ke proses yang membutuhkan. Bagaimana pun juga kita mungkin mempunyai beberapa pemecahan di dalam. Mengingat bahwa frame-frame dialokasikan sebagai unit. Jika kebutuhan memori dari sebuah proses tidak menurun pada batas halaman, frame terakhir yang dialokasikan mungkin tidak sampai penuh. Untuk contoh, jika halamannya 2048 byte, proses 72.766 byte akan membutuhkan 35 halaman tambah 1086 byte. Alokasinya menjadi 36 frame, menghasilkan fragmentasi internal dari 2048 - 1086 = 962 byte. Pada kasus terburuknya, proses akan membutuhkan n halaman tambah satu byte. Sehingga dialokasikan n + 1 frame, menghasilkan fragmentasi internal dari hampir semua frame. Jika ukuran proses tidak bergantung dari ukuran halaman, kita mengharapkan fragmentasi internal hingga rata-rata setengah halaman per prosesnya. Pertimbangan ini memberi kesan bahwa ukuran halaman yang kecil sangat diperlukan sekali. Bagaimana pun juga, ada sedikit pemborosan dilibatkan dalam masukan tabel halaman, dan pemborosan ini dikurangi dengan ukuran halaman meningkat. Juga disk I/O lebih efisien ketika jumlah data yang dipindahkan lebih besar. Umumnya, ukuran halaman bertambah seiring bertambahnya waktu seperti halnya proses, himpunan data, dan memori utama telah menjadi besar. Hari ini, halaman umumnya berukuran 2 atau 4 kilobyte.

Ketika proses tiba untuk dieksekusi, ukurannya yang diungkapkan di halaman itu diperiksa. Setiap pengguna membutuhkan satu frame. Jadi, jika proses membutuhkan n halaman, maka pasti ada n frame yang tersedia di memori. Jika ada n frame yang tersedia, maka mereka dialokasikan di proses ini. Halamn pertama dari proses diisi ke salah satu frame yang sudah teralokasi, dan nomor frame-nya diletakkan di tabel halaman untuk proses ini. Halaman berikutnya diisikan ke frame yang lain, dan nomor frame-nya diletakkan ke tabel halaman, dan begitu seterusnya (gambar Gambar 4-4).

Aspek penting dari pemberian halaman adalah pemisahan yang jelas antara pandangan pengguna tentang memori dan fisik memori sesungguhnya. Program pengguna melhiat memori sebagai satu ruang berdekatan yang tunggal, hanya mengandung satu program itu. Faktanya, program pengguna terpencar-pencar didalam memori fisik, yang juga menyimpan program lain. Perbedaan antara pandangan pengguna terhadap memori dan fisik memori sesungguhnya disetarakan oleh perangkat keras penterjemah alamat. Alamat logis diterjemahkan ke alamat fisik. Pemetaan ini tertutup bagi pengguna dan dikendalikan oleh sistem operasi. Perhatikan bahwa proses pengguna dalam definisi tidak dapat mengakses memori yang bukan haknya. Tidak ada pengalamatan memori di luar tabel halamannya, dan tabelnya hanya melingkupi halaman yang proses itu miliki.

Karena sistem operasi mengatur memori fisik, maka harus waspada dari rincian alokasi memori fisik: frame mana yang dialokasikan, frame mana yang tersedia, berapa banyak total frame yang ada, dan masih banyak lagi. Informasi ini umumnya disimpan di struktur data yang disebut sebagai tabel frame. Tabel frame punya satu masukan untuk setiap fisik halaman frame, menandakan apakah yang terakhir teralokasi ataukah tidak, jika teralokasi maka kepada halaman mana dari proses mana.

Tambahan lagi sistem operasi harus waspada bahwa proses-proses pengguna beroperasi di ruang pengguna, dan semua logis alamat harus dipetakan untuk menghasilkan alamat fisik. Jika pengguna melakukan pemanggilan sistem (contohnya melakukan I/O) dan mendukung alamat sebagai parameter (contohnya penyangga), alamatnya harus dipetakan untuk menghasilkan alamat fisik yang benar. Sistem operasi mengatur salinan tabel halaman untuk tiap-tiap proses, seperti halnya ia mengatur salinan dari counter instruksi dan isi register. Salinan ini digunakan untuk menterjemahkan alamat fisik ke alamat logis kapan pun sistem operasi ingin memetakan alamat logis ke alamat fisik secara manual. Ia juga digunakan oleh dispatcher CPU untuk mendefinisikan tabel halaman perangkat keras ketika proses dialokasikan ke CPU. Oleh karena itu pemberian halaman meningkatkan waktu alih konteks.


Struktur Tabel Halaman

Setiap sistem operasi mempunyai metodenya sendiri untuk menyimpan tabel-tabel halaman. Sebagian besar mengalokasikan tabel halaman untuk setiap proses. Penunjuk ke tabel halaman disimpan dengan nilai register yang lain (seperti counter instruksi) di blok kontrol proses. Ketika pelaksana dispatcher mengatakan untuk memulai proses, maka harus disimpan kembali register-register pengguna dan mendefinisikan nilai tabel halaman perangkat keras yang benar dari tempat penyimpanan tabel halaman pengguna.


Pemberian Halaman Secara Multilevel

Banyak sistem komputer moderen mendukung ruang alamat logis yang sangat luas (2 pangkat 32 sampai 2 pangkat 64). Pada lingkungan seperti itu tabel halamanya sendiri menjadi sangat-sangat besat sekali. Untuk contoh, misalkan suatu sistem dengan ruang alamat logis 32-bit. Jika ukuran halaman di sistem seperti itu adalah 4K byte (2 pangkat 12), maka tabel halaman mungkin berisi sampai 1 juta masukan ((2^32)/(2^12)). Karena masing-masing masukan terdiri atas 4 byte, tiap-tiap proses mungkin perlu ruang alamat fisik sampai 4 megabyte hanya untuk tabel halamannya saja. Jelasnya, kita tidak akan mau mengalokasi tabel halaman secara berdekatan di dalam memori. Satu solusi sederhananya adalah dengan membagi tabel halaman menjadi potongan-potongan yang lebih kecil lagi. Ada beberapa cara yang berbeda untuk menyelesaikan ini.


Berbagi Halaman

Keuntungan lain dari pemberian halaman adalah kemungkinannya untuk berbagi kode yang sama. Pertimbangan ini terutama sekali penting pada lingkungan yang berbagi waktu. Pertimbangkan sebuah sistem yang mendukung 40 pengguna, yang masing-masing menjalankan aplikasi pengedit teks. Jika editor teks tadi terdiri atas 150K kode dan 50K ruang data, kita akan membutuhkan 8000K untuk mendukung 40 pengguna. Jika kodenya dimasukan ulang, bagaimana pun juga dapat dibagi-bagi, seperti pada gambar Gambar 4-9. Disini kita lihat bahwa tiga halaman editor (masing-masing berukuran 50K; halaman ukuran besar digunakan untuk menyederhanakan gambar) sedang dibagi-bagi diantara tiga proses. Masing-masing proses mempunyai halaman datanya sendiri.

Kode pemasukan kembali (juga disebut kode murni) adalah kode yang bukan self-modifying. Jika kodenya dimasukan kembali, maka ia tidak akan berubah selama eksekusi. Jadi, dua atau lebih proses dapat mengeksekusi kode yang sama pada saat bersamaan. Tiap-tiap proses mempunyai register salinannya sendiri dan penyimpan data untuk menahan data bagi proses bereksekusi. Data untuk dua proses yang berbeda akan bervariasi pada tiap-tiap proses.

Hanya satu salinan editor yang dibutuhkan untuk menyimpan di memori fisik. Setiap tabel halaman pengguna memetakan ke salinan fisik yang sama dari editor, tapi halaman-halaman data dipetakan ke frame yang berbeda. Jadi, untuk mendukung 40 pengguna, kita hanya membutuhkan satu salinannya editor (150K), ditambah 40 salinan 50K dari ruang data per pengguna. Total ruang yang dibutuhkan sekarang 2150K, daripada 8000K, penghematan yang signifikan.

Program-program lain pun juga dapat dibagi-bagi: compiler, system window database system, dan masih banyak lagi. Agar dapat dibagi-bagi, kodenya harus dimasukan kembali.

System yang menggunakan tabel halaman yang dibalik mempunyai kesulitan dalam mengimplementasikan berbagi memori. Berbagi memori biasanya diimplementasikan sebagai dua alamat maya yang dipetakan ke satu alamat fisik. Metode standar ini tidak dapat digunakan, bagaimana pun juga selama di situ hanya ada satu masukan halaman maya untuk setiap halaman fisik, jadi satu alamat fisik tidak dapat mempunyai dua atau lebih alamat maya yang dibagi-bagi.


Segmentasi

Salah satu aspek penting dari managemen memori yang tidak dapat dihindari dari pemberian halaman adalah pemisahan cara pandang pengguna dengan tentang bagaimana memori dipetakan dengan keadaan yang sebenarnya. Pada kenyataannya pemetaan tersebut memperbolehkan pemisahan antara memori logis dan memori fisik.


Metode Dasar

Bagaimanakah cara pandang pengguna tentang bagaimana memori dipetakan? Apakah pengguna menganggap bahwa memori dianggap sebagai sebuah kumpulan dari byte-byte, yang mana sebagian berisi instruksi dan sebagian lagi merupakan data, atau apakah ada cara pandang lain yang lebih layak digunakan? Ternyata programmer dari sistem tidak menganggap bahwa memori adalah sekumpulan byte-byte yang linear. Akan tetapi, mereka lebih senang dengan menganggap bahwa memori adalah sebagai kumpulan dari segmen-segmen yang berukuran beragam tanpa adanya pengurutan penempatan dalam memori fisik.

Ketika kita menulis suatu program, kita akan menganggapnya sebagai sebuah program dengan sekumpulan dari subrutin, prosedur, fungsi, atau variabel. mungkin juga terdapat berbagai macam struktur data seperti: tabel, array, stack, variabel, dsb. Tiap-tiap modul atau elemen-elemen dari data ini dapat di-referensikan dengan suatu nama, tanpa perlu mengetahui dimana alamat sebenarnya elemen-elemen tersebut disimpan di memori. dan kita juga tidak perlu mengetahui apakah terdapat urutan penempatan dari program yang kita buat. Pada kenyataannya, elemen-elemen yang terdapat pada sebuah segmen dapat ditentukan lokasinya dengan menambahkan offset dari awal alamat segmen tersebut.

Segmentasi adalah sebuah bagian dari managemen memori yang mengatur pengalamatan dari memori yang terdiri dari segmen-segmen. logical address space adalah kumpulan dari segmen-segmen yang mana tiap-tiap segmen mempunyai nama dan panjang. alamat tersebut menunjukkan alamat dari segmen tersebut dan offset-nya didalam segmen-segmen tersebut. pengguna kemudian menentukan pengalamatan dari setiap segmen menjadi dua bentuk, nama segmen dan offset dari segmen tersebut (Hal ini berbeda dengan pemberian halaman, dimana pengguna hanya menentukan satu buah alamat, dimana pembagian alamat menjadi dua dilakukan oleh perangkat keras, semua ini tidak dapat dilihat oleh user).

Untuk kemudahan pengimplementasian, segmen-segmen diberi nomor dan direferensikan dengan menggunakan penomoran tersebut, daripada dengan menggunakan nama. maka, logical address space terdiri dari dua tuple yaitu: (nomor-segmen, offset) Pada umumnya, program dari pengguna akan dikompilasi, dan kompilator tersebut akan membuat segmen-segmen tersebut secara otomatis. Jika mengambil contoh kompilator dari Pascal, maka kemungkinan kompilator tersebut akan membuat beberapa segmen yang terpisah untuk

  1. Variabel Global;

  2. Prosedur dari pemanggilan stack, untuk menyimpan parameter dan pengembalian alamat;

  3. Porsi dari kode untuk setiap prosedur atau fungsi; dan

  4. Variabel lokal dari setiap prosedur dan fungsi.


Fragmentasi

Penjadwalan jangka-panjang harus mencari dan mengalokasikan memori untuk semua segmen dari program pengguna. Situasi ini mirip dengan pemberian halaman kecuali bahwa segmen-segmen ini mempunyai panjang yang variabel; sedangkan pada halaman, semua mempunyai ukuran yang sama. maka, masalah yang dihadapi adalah pengalamatan memori secara dinamis, hal ini biasanya dapat diselesaikan dengan menggunakan algoritma best-fit atau algoritma first-fit.

Segmentasi dapat menyebabkan terjadi fragmentasi eksternal, ini terjadi ketika semua blok memori yang dapat dapat dialokasikan terlalu sedikit untuk mengakomodasi sebuah segmen. Dalam kasus ini, proses hanya harus menunggu sampai terdapat cukup tempat untuk menyimpan segmen tersebut di memori, atau, melakukan suatu pemampatan dapat digunakan untuk membuat ruang kosong dalam memori menjadi lebih besar. Karena segmentasi pada dasarnya adalah algoritma penempatan secara dinamis, maka kita dapat melakukan pemampatan memori kapan saja kita mau. Jika CPU Scheduler harus menunggu untuk satu proses, karena masalah pengalokasian memori, ini mungkin akan dilewati untuk mencari proses yang berprioritas lebih kecil untuk dieksekusi lebih dulu untuk membebaskan ruang kosong dalam memori.

Seberapa seriuskah masalah fragmentasi eksternal dalam segmentasi? Jawaban dari pertanyaan ini tergantung kepada besarnya rata-rata segmen yang tersimpan didalam memori. Jika ukuran rata-rata dari segmen menggunakan sedikit tempat di memori, maka fragmentasi eksternal yang dilakukan juga akan sedikit terjadi.


Segmentasi Dengan Pemberian Halaman


Pengimplementasian Segmentasi dengan Pemberian Halaman Intel i386

Salah satu contoh prosesor yang menggunakan metode segmentasi dengan pemberian halaman ini diantaranya adalah Intel i386. Jumlah maksimum segmen tiap proses adalah 16 K dan besar tiap segmen adalah 4 GB. Dan ukuran halamannya adalah 4 KB.


Memori Virtual

Selama bertahun-tahun, pelaksanaan berbagai strategi managemen memori yang ada menuntut keseluruhan bagian proses berada di memori sebelum proses dapat mulai dieksekusi. Dengan kata lain, semua bagian proses harus memiliki alokasi sendiri pada memori fisiknya.

Pada nyatanya tidak semua bagian dari program tersebut akan diproses, misalnya:

  1. Terdapat pernyataan-pernyataan atau pilihan yang hanya akan dieksekusi jika kondisi tertentu dipenuhi. Apabila kondisi tersebut tidak dipenuhi, maka pilihan tersebut tak akan pernah dieksekusi/ diproses. Contoh dari pilihan itu adalah: pesan-pesan error yang hanya akan muncul bila terjadi kesalahan dalam eksekusi program.

  2. Terdapat fungsi-fungsi yang jarang digunakan, bahkan sampai lebih dari 100x pemakaian.

  3. Terdapat pealokasian memori lebih besar dari yang sebenarnya dibutuhkan. Contoh pada: array, list, dan tabel.

Hal-hal di atas telah menurunkan optimalitasi utilitas dari ruang memori fisik. Pada memori berkapasitas besar, hal ini mungkin tidak menjadi masalah. Akan tetapi, bagaimana jika memori yang disediakan terbatas?

Salah satu cara untuk mengatasinya adalah dengan overlay dan dynamic loading . Namun hal ini menimbulkan masalah baru karena implementasinya yang rumit dan penulisan program yang akan memakan tempat di memori. Tujuan semula untuk menghemat memori bisa jadi malah tidak tercapai apabila program untuk overlay dan dynamic loading . malah lebih besar daripada program yang sebenarnya ingin dieksekusi.

Maka sebagai solusi untuk masalah-masalah ini digunakanlah konsep memori virtual.


Permintaan Pemberian Halaman (Demand Paging)

Merupakan implementasi yang paling umum dari memori virtual.

Prinsip permintaan pemberian halaman (demand paging) hampir sama dengan sistem penomoran (paging) dengan menggunakan swapping. Perbedaannya adalah page pada permintaan pemberian halaman tidak akan pernah di-swap ke memori sampai ia benar-benar diperlukan. Untuk itu diperlukan adanya pengecekan dengan bantuan perangkat keras mengenai lokasi dari page saat ia dibutuhkan.


Skema Bit Valid - Tidak Valid

Dengan meminjam konsep yang sudah pernah dijelaskan dalam Bab 9, maka dapat ditentukan page mana yang ada di dalam memori dan mana yang tidak ada di dalam memori.

Konsep itu adalah skema bit valid - tidak valid, di mana di sini pengertian "valid" berarti bahwa page legal dan berada dalam memori (kasus 1), sedangkan "tidak valid" berarti page tidak ada (kasus 3) atau page ada tapi tidak ditemui di memori (kasus 2).

Pengesetan bit:
      Bit 1 --> 
      page berada di memori
      Bit 0 --> 
      page tidak berada di   
                memori.
      (Dengan inisialisasi: semua bit 
      di-set 0).

Apabila ternyata hasil dari translasi, bit page = 0, berarti page fault terjadi.


Pemindahan Halaman

Pada dasarnya, kesalahan halaman (page fault) sudah tidak lagi menjadi masalah yang terlalu dianggap serius. Hal ini disebabkan karena masing-masing halaman pasti akan mengalami paling tidak satu kali kesalahan dalam pemberian halaman, yakni ketika halaman ini ditunjuk untuk pertama kalinya. Representasi seperti ini sebenarnya tidaklah terlalu akurat. Berdasarkan pertimbangan tersebut, sebenarnya proses-proses yang memiliki 10 halaman hanya akan menggunakan setengah dari jumlah seluruh halaman yang dimilikinya. Kemudian demand paging akan menyimpan I/O yang dibutuhkan untuk mengisi 5 halaman yang belum pernah digunakan. Kita juga dapat meningkatkan derajat multiprogramming dengan menjalankan banyak proses sebanyak 2 kali.

Jika kita meningkatkan derajat multiprogramming, itu sama artinya dengan melakukan over-allocating terhadap memori. Jika kita menjalankan 6 proses, dengan masing-masing mendapatkan 10 halaman, walau pun sebenarnya yang digunakan hanya 5 halaman, kita akan memiliki utilisasi CPU dan throughput yang lebih tinggi dengan 10 frame yang masih kosong.

Lebih jauh lagi, kita harus mempertimbangkan bahwa sistem memori tidak hanya digunakan untuk menangani pengalamatan suatu program. Penyangga (buffer) untuk I/O juga menggunakan sejumlah memori. Penggunaan ini dapat meningkatkan pemakaian algoritma dalam penempatan di memori. Beberapa sistem mengalokasikan secara pasti beberapa persen dari memori yang dimilikinya untuk penyangga I/O, dimana keduanya, baik proses pengguna mau pun subsistem dari I/O saling berlomba untuk memanfaatkan seluruh sistem memori.


Skema Dasar

Pemindahan halaman mengambil pendekatan seperti berikut. Jika tidak ada frame yang kosong, kita mencari frame yang tidak sedang digunakan dan mengosongkannya. Kita dapat mengosongkan sebuah frame dengan menuliskan isinya ke ruang pertukaran (swap space), dan merubah tabel halaman (juga tabel-tabel lainnya) untuk mengindikasikan bahwa halaman tesebut tidak akan lama berada di memori. Sekarang kita dapat menggunakan frame yang kosong sebagai penyimpan halaman dari proses yang salah. Rutinitas pemindahan halaman:

  1. Cari lokasi dari halaman yang diinginkan pada disk

  2. Cari frame kosong:

    1. Jika ada frame kosong, gunakan.

    2. Jika tidak ada frame kosong, gunakan algoritma pemindahan halaman untuk menyeleksi frame yang akan digunakan.

    3. Tulis halaman yang telah dipilih ke disk, ubah tabel halaman dan tabel frame.

  3. Baca halaman yang diinginkan kedalam frame kosong yang baru, ubah tabel halaman dan tabel frame.

  4. Ulang dari awal proses pengguna.

Jika tidak ada frame yang kosong, pentransferan dua halaman (satu masuk, satu keluar) akan dilakukan. Situasi ini secara efektif akan menggandakan waktu pelayanan kesalahan halaman dan meningkatkan waktu akses efektif. Kita dapat mengurangi pemborosan ini dengan menggunakan bit tambahan. Masing- masing halaman atau frame mungkin memiliki bit tambahan yang diasosiasikan didalam perangkat keras.

Pemindahan halaman merupakan dasar dari demand paging. Yang menjembatani pemisahan antara memori lojik dan memori fisik. Dengan mekanisme seperti ini, memori virtual yang sangat besar dapat disediakan untuk programmer dalam bentuk memori fisik yang lebih kecil. Dengan nondemand paging, alamat dari user dipetakan kedalam alamat fisik, jadi 2 set alamat dapat berbeda. Seluruh halaman dari proses masih harus berada di memori fisik. Dengan demand paging, ukuran dari ruang alamat logika sudah tidak dibatasi oleh memori fisik.

Kita harus menyelesaikan 2 masalah utama untuk mengimplementasikan demand paging. Kita harus mengembangkan algoritma pengalokasian frame dan algoritma pemindahan halaman. Jika kita memiliki banyak proses di memori, kita harus memutuskan berapa banyak frame yang akan dialokasikan ke masing-masing proses. Lebih jauh lagi, saat pemindahan halaman diinginkan, kita harus memilih frame yang akan dipindahkan. Membuat suatu algoritma yang tepat untuk menyelesaikan masalah ini adalah hal yang sangat penting.

Ada beberapa algoritma pemindahan halaman yang berbeda. Kemungkinan setiap Sistem Operasi memiliki skema pemindahan yang unik. Algoritma pemindahan yang baik adalah yang memiliki tingkat kesalahan halaman terendah.

Kita mengevaluasi algoritma dengan menjalankannya dalam string khusus di memori acuan dan menghitung jumlah kesalahan halaman. String dari memori acuan disebut string acuan (reference string).

Sebagai contoh, jika kita memeriksa proses khusus, kita mungkin akan mencatat urutan alamat seperti dibawah ini:

0100, 0432, 0101, 0612, 0102, 0103, 0104, 0101, 0611, 0102, 0103, 0104, 0101, 0610, 0102, 0103, 0104, 0101, 0609, 0102, 0105,

dimana pada 100 bytes setiap halaman, diturunkan menjadi string acuan seperti berikut:

1, 4, 1, 6, 1, 6, 1, 6, 1, 6, 1

Perlu diperhatikan bahwa selama jumlah frame meningkat, jumlah kesalahan halaman menurun. Penambahan memori fisik akan meningkatkan jumlah frame.


Pemindahan Halaman Secara LRU

Jika algoritma optimal sulit untuk dilakukan, mungkin kita dapat melakukan pendekatan terhadap algoritma tersebut. Jika kita menggunakan waktu yang baru berlalu sebagai pendekatan terhadap waktu yang akan datang, kita akan memindahkan halaman yang sudah lama tidak digunakan dalam jangka waktu yang terlama. Pendekatan ini disebut algoritma LRU (Least Recently Used).

Algoritma LRU mengasosiasikan dengan masing-masing halaman waktu dari halaman yang terakhir digunakan. Ketika halaman harus dipindahkan, LRU memilih halaman yang paling lama tidak digunakan pada waktu yang lalu. Inilah algoritma LRU, melihat waktu yang telah lalu, bukan waktu yang akan datang. Sebagai contoh:

frame halaman

Dari contoh diatas, terdapat 12 kesalahan halaman. Meski pun algoritma ini menghasilkan 12 kesalahan halaman, algoritma ini masih lebih baik daripada algoritma FIFO, yang menghasilkan 15 kesalahan halaman. Untuk mengimplementasikan algoritma LRU, terdapat 2 implementasi yang dapat digunakan, yaitu dengan counter dan stack.

Selain algoritma optimal, algoritma LRU juga dapat terhindar dari anomali Beladi. Salah satu kelas dari algoritma pemindahan halaman adalah algoritma stack, yang juga tidak akan pernah mengalami anomali Beladi. Algoritma stack ini menyimpan nomor-nomor halaman pada stack. Kapan pun suatu halaman ditunjuk, halaman ini dikeluarkan dari stack dan diletakkan di blok paling atas dari stack. Dengan cara seperti ini, blok paling atas dari stack selalu berisi halaman yang baru digunakan, sedangkan blok terbawah dari stack selalu berisi halaman yang sudah lama tidak digunakan. Karena suatu halaman dalam stack dapat dikeluarkan meski pun berada ditengah-tengah stack, maka implementasi terbaik untuk algoritma ini adalah dengan daftar mata rantai ganda (doubly linked list), dengan kepala dan ekor sebagai penunjuk. Pendekatan ini sangat tepat untuk perangkat lunak atau implementasi kode mikro dari algoritma LRU. Sebagai contoh:

frame halaman.


Pemindahan Halaman Secara Perkiraan LRU

Hanya sedikit sistem komputer yang menyediakan perangkat lunak yang memberikan cukup dukungan terhadap algoritma pemindahan halaman secara LRU. Banyak sistem yang tidak menyediakan perangkat lunak yang memberikan dukungan terhadap algoritma LRU, sehingga terpaksa menggunakan algoritma lain, seperti FIFO. Banyak sistem menyediakan bantuan untuk menangani masalah ini, misalnya dengan bit acuan. Bit acuan untuk halaman diset oleh perangkat lunak kapan pun halaman tersebut ditunjuk. Bit acuan diasosiasikan dengan masing-masing isi dari tabel halaman.

Awalnya, seluruh bit dikosongkan oleh sistem operasi. Selama proses pengguna dijalankan, bit yang diasosiasikan ke masing-masing halaman acuan diset menjadi 1 oleh perangkat keras. Setelah beberapa waktu, kita dapat menentukan halaman mana yang sudah digunakan dan halaman mana yang belum digunakan dengan menguji bit-bit acuan. Informasi tersebut memberikan informasi penting untuk banyak algoritma pemindahan halaman yang memperkirakan halaman mana yang sudah lama tidak digunakan.


Alokasi Frame

Terdapat masalah dalam alokasi frame dalam penggunaan memori virtual, masalahnya yaitu bagaimana kita membagi memori yang bebas kepada berbagai proses yang sedang dikerjakan? Jika ada sejumlah frame bebas dan ada dua proses, berapakah frame yang didapatkan tiap proses?

Kasus paling mudah dari memori virtual adalah sistem satu pemakai. Misalkan sebuah sistem mempunyai memori 128K dengan ukuran halaman 1K, sehingga ada 128 frame. Sistem operasinya menggunakan 35K sehingga ada 93 frame yang tersisa untuk proses tiap user. Untuk pure demand paging, ke-93 frame tersebut akan ditaruh pada daftar frame bebas. Ketika sebuah proses user mulai dijalankan, akan terjadi sederetan page fault. Sebanyak 93 page fault pertama akan mendapatkan frame dari daftar frame bebas. Saat frame bebas sudah habis, sebuah algoritma pergantian halaman akan digunakan untuk memilih salah satu dari 93 halaman di memori yang diganti dengan yang ke 94, dan seterusnya. Ketika proses selesai atau diterminasi, sembilan puluh tiga frame tersebut akan disimpan lagi pada daftar frame bebas.

Terdapat macam-macam variasi untuk strategi sederhana ini, kita bisa meminta sistem operasi untuk mengalokasikan seluruh buffer dan ruang tabel-nya dari daftar frame bebas. Saat ruang ini tidak digunakan oleh sistem operasi, ruang ini bisa digunakan untuk mendukung paging dari user. Kita juga dapat menyimpan tiga frame bebas yang dari daftar frame bebas, sehingga ketika terjadi page fault, ada frame bebas yang dapat digunakan untuk paging. Saat pertukaran halaman terjadi, penggantinya dapat dipilih, kemudian ditulis ke disk, sementara proses user tetap berjalan.

Variasi lain juga ada, tetapi ide dasarnya tetap yaitu proses pengguna diberikan frame bebas yang mana saja. Masalah lain muncul ketika demand paging dikombinasikan dengan multiprogramming. Hal ini terjadi karena multiprogramming menaruh dua (atau lebih) proses di memori pada waktu yang bersamaan.


Jumlah Frame Minimum

Tentu saja ada berbagai batasan pada strategi kita untuk alokasi frame. Kita tidak dapat mengalokasikan lebih dari jumlah total frame yang tersedia (kecuali ada page sharing). Ada juga jumlah minimal frame yang dapat di alokasikan. Jelas sekali, seiring dengan bertambahnya jumlah frame yang dialokasikan ke setiap proses berkurang, tingkat page fault bertambah dan mengurangi kecepatan eksekusi proses.

Selain hal tersebut di atas, ada jumlah minimum frame yang harus dialokasikan. Jumlah minimum ini ditentukan oleh arsitektur set instruksi. Ingat bahwa ketika terjadi page fault, sebelum eksekusi instruksi selesai, instruksi tersebut harus diulang. Sehingga kita harus punya jumlah frame yang cukup untuk menampung semua halaman yang dirujuk oleh sebuah instruksi tunggal.

Jumlah minimum frame ditentukan oleh arsitektur komputer. Sebagai contoh, instruksi move pada PDP-11 adalah lebih dari satu kata untuk beberapa modus pengalamatan, sehingga instruksi tersebut bisa membutuhkan dua halaman. Sebagai tambahan, tiap operannya mungkin merujuk tidak langsung, sehingga total ada enam frame. Kasus terburuk untuk IBM 370 adalah instruksi MVC. Karena instruksi tersebut adalah instruksi perpindahan dari penyimpanan ke penyimpanan, instruksi ini butuh 6 bit dan dapat memakai dua halaman. Satu blok karakter yang akan dipindahkan dan daerah tujuan perpindahan juga dapat memakai dua halaman, sehingga situasi ini membutuhkan enam frame.

Kesimpulannya, jumlah minimum frame yang dibutuhkan per proses tergantung dari arsitektur komputer tersebut, sementara jumlah maksimumnya ditentukan oleh jumlah memori fisik yang tersedia. Di antara kedua jumlah tersebut, kita punya pilihan yang besar untuk alokasi frame.


Algoritma Alokasi

Cara termudah untuk membagi m frame terhadap n proses adalah untuk memberikan bagian yang sama, sebanyak m/n frame untuk tiap proses. Sebagai contoh ada 93 frame tersisa dan 5 proses, maka tiap proses akanmendapatkan 18 frame. Frame yang tersisa, sebanyak 3 buah dapat digunakan sebagai frame bebas cadangan. Strategi ini disebut equal allocation.

Sebuah alternatif yaitu pengertian bahwa berbagai proses akan membutuhkan jumlah memori yang berbeda. Jika ada sebuah proses sebesar 10K dan sebuah proses basis data 127K dan hanya kedua proses ini yang berjalan pada sistem, maka ketika ada 62 frame bebas, tidak masuk akal jika kita memberikan masing-masing proses 31 frame. Proses pertama hanya butuh 10 frame, 21 frame lain akan terbuang percuma.

Untuk menyelesaikan masalah ini, kita menggunakan proportional allocation. Kita mengalokasikan memori yang tersedia kepada setiap proses tergantung pada ukurannya.

Let the size of the virtual memory for process pi be si, and define S = si.

Lalu, jika jumlah total dari frame yang tersedia adalah m, kita mengalokasikan proses ai ke proses pi, dimana ai mendekati

ai = si / S x m

Dalam kedua strategi ini, tentu saja, alokasi untuk setiap proses bisa bervariasi berdasarkan multiprogramming level-nya. Jika multiprogramming level-nya meningkat, setiap proses akan kehilangan beberapa frame guna menyediakan memori yang dibutuhkan untuk proses yang baru. Di sisi lain, jika multiprogramming level-nya menurun, frame yang sudah dialokasikan pada bagian process sekarang bisa disebar ke proses-proses yang masih tersisa.

Mengingat hal itu, dengan equal atau pun proportional allocation, proses yang berprioritas tinggi diperlakukan sama dengan proses yang berprioritas rendah. Berdasarkan definisi tersebut, bagaimanapun juga, kita ingin memberi memori yang lebih pada proses yang berprioritas tinggi untuk mempercepat eksekusi-nya, to the detriment of low-priority processes.

Satu pendekatan adalah menggunakan proportional allocation scheme dimana perbandingan frame-nya tidak tergantung pada ukuran relatif dari proses, melainkan lebih pada prioritas proses, atau tergantung kombinasi dari ukuran dan prioritas.


Alokasi Global lawan Local

Faktor penting lain dalam cara-cara pengalokasian frame ke berbagai proses adalah penggantian halaman. Dengan proses-proses yang bersaing mendapatkan frame, kita dapat mengklasifikasikan algoritma penggantian halaman kedalam dua kategori broad: Penggantian Global dan Penggantian Lokal. Penggantian Global memperbolehkan sebuah proses untuk menyeleksi sebuah frame pengganti dari himpunan semua frame, meski pun frame tersebut sedang dialokasikan untuk beberapa proses lain; satu proses dapat mengambil sebuah frame dari proses yang lain. Penggantian Lokal mensyaratkan bahwa setiap proses boleh menyeleksi hanya dari himpunan frame yang telah teralokasi pada proses itu sendiri.

Untuk contoh, pertimbangkan sebuah skema alokasi dimana kita memperbolehkan proses berprioritas tinggi untuk meyeleksi frame dari proses berprioritas rendah untuk penggantian. Sebuah proses dapat menyeleksi sebuah pengganti dari frame-nya sendiri atau dari frame-frame proses yang berprioritas lebih rendah. Pendekatan ini memperbolehkan sebuah proses berprioritas tinggi untuk meningkatkan alokasi frame-nya pada expense proses berprioritas rendah.

Dengan strategi Penggantian Lokal, jumlah frame yang teralokasi pada sebuah proses tidak berubah. Dengan Penggantian Global, ada kemungkinan sebuah proses hanya menyeleksi frame-frame yang teralokasi pada proses lain, sehingga meningkatkan jumlah frame yang teralokasi pada proses itu sendiri (asumsi bahwa proses lain tidak memilih frame proses tersebut untuk penggantian).

Masalah pada algoritma Penggantian Global adalah bahwa sebuah proses tidak bisa mengontrol page-fault-nya sendiri. Himpunan halaman dalam memori untuk sebuah proses tergantung tidak hanya pada kelakuan paging dari proses tersebut, tetapi juga pada kelakuan paging dari proses lain. Karena itu, proses yang sama dapat tampil berbeda (memerlukan 0,5 detik untuk satu eksekusi dan 10,3 detik untuk eksekusi berikutnya) due to totally external circumstances. Dalam Penggantian Lokal, himpunan halaman dalam memori untuk sebuah proses hanya dipengaruhi kelakuan paging proses itu sendiri. Penggantian Lokal dapat menyembunyikan sebuah proses dengan membuatnya tidak tersedia bagi proses lain, menggunakan halaman yang lebih sedikit pada memori. Jadi, secara umum Penggantian Global menghasilkan sistem throughput yang lebih bagus, maka itu artinya metode yang paling sering digunakan.


Thrashing

Jika suatu proses tidak memiliki frame yang cukup, walau pun kita memiliki kemungkinan untuk mengurangi banyaknya frame yang dialokasikan menjadi minimum, tetap ada halaman dalam jumlah besar yang memiliki kondisi aktif menggunakannya. Maka hal ini akan mengakibatkan kesalahan halaman. Pada kasus ini, kita harus mengganti beberapa halaman menjadi halaman yang dibutuhkan walau pun halaman yang diganti pada waktu dekat akan dibutuhkan lagi. Hal ini mengakibatkan kesalahan terus menerus.

Aktivitas yang tinggi dari paging disebut thrashing. Suatu proses dikatakan thrashing jika proses menghabiskan waktu lebih banyak untuk paging daripada eksekusi (proses sibuk untuk melakukan swap-in swap-out).


Penyebab Thrashing

Penyebab dari thrashing adalah utilisasi CPU yang rendah. Jika utilisasi CPU terlalu rendah, kita menambahkan derajat dari multiprogramming dengan menambahkan proses baru ke sistem.

Sejalan dengan bertambahnya derajat dari multiprogramming, utilisasi CPU juga bertambah dengan lebih lambat sampai maksimumnya dicapai. Jika derajat dari multiprogramming ditambah terus menerus, utilisasi CPU akan berkurang dengan drastis dan terjadi thrashing. Untuk menambah utilisasi CPU dan menghentikan thrashing, kita harus mengurangi derajat dari multiprogramming.

Kita dapat membatasi efek dari thrashing dengan menggunakan algoritma penggantian lokal atau prioritas. Dengan penggantian lokal, jika satu proses mulai thrashing, proses tersebut tidak dapat mencuri frame dari proses yang lain dan menyebabkan proses tersebut tidak langsung mengalami thrashing. Jika proses thrashing, proses tersebut akan berada di antrian untuk melakukan paging yang mana hal ini memakan banyak waktu. Rata-rata waktu layanan untuk kesalahan halaman akan bertambah seiring dengan makin panjangnya rata-rata antrian untuk melakukan paging. Maka, waktu akses efektif akan bertambah walau pun untuk suatu proses yang tidak thrashing.

Untuk menghindari thrashing, kita harus menyediakan sebanyak mungkin frame sesuai dengan kebutuhan suatu proses. Cara untuk mengetahui berapa frame yang dibutuhkan salah satunya adalah dengan strategi Working Set yang akan dibahas pada bagian 10.5.2 yang mana strategi tersebut dimulai dengan melihat berapa banyak frame yang sesungguhnya digunakan oleh suatu proses. Ini merupakan model lokalitas dari suatu eksekusi proses.

Selama suatu proses dieksekusi, model lokalitas berpindah dari satu lokalitas ke lokalitas lainnya. Lokalitas adalah kumpulan halaman yang secara aktif digunakan bersama. Suatu program pada umumnya dibuat pada beberapa lokalitas, sehingga ada kemungkinan dapat terjadi overlap. Thrashing dapat muncul bila ukuran lokalitas lebih besar dari ukuran memori total.


Model Working Set

Model Working Set didasarkan pada asumsi lokalitas. Model ini menggunakan parameter (delta) untuk mendefinisikan jendela Working Set. Idenya adalah untuk menentukan halaman yang dituju yang paling sering muncul. Kumpulan dari halaman dengan halaman yang dituju yang paling sering muncul disebut Working Set. Working Set adalah pendekatan dari program lokalitas.

Keakuratan Working Set tergantung pemilihan dari :

  • Jika terlalu kecil, tidak akan dapat mewakilkan keseluruhan dari lokalitas.

  • Jika terlalu besar, akan menyebabkan overlap beberapa lokalitas.

  • Jika tidak terbatas, Working Set adalah kumpulan halaman sepanjang eksekusi proses.

Jika kita menghitung ukuran dari Working Set, WWSi, untuk setiap proses pada sistem, kita hitung dengan D = WSSi, dimana D merupakan total demand untuk frame.

Jika total demand lebih dari total banyaknya frame yang tersedia (D > m), thrashing dapat terjadi karena beberapa proses akan tidak memiliki frame yang cukup. Jika hal tersebut terjadi, dilakukan satu pengeblokan dari proses-proses yang sedang berjalan.

Strategi Working Set menangani thrashing dengan tetap mempertahankan derajat dari multiprogramming setinggi mungkin.

Kesulitan dari model Working Set ini adalah menjaga track dari Working Set. Jendela Working Set adalah jendela yang bergerak. Suatu halaman berada pada Working Set jika halaman tersebut mengacu ke mana pun pada jendela Working Set. Kita dapat mendekati model Working Set dengan fixed interval timer interrupt dan reference bit.

Contoh: = 10000 reference, Timer interrupt setiap 5000 reference.

Ketika kita mendapat interrupt, kita kopi dan hapus nilai reference bit dari setiap halaman. Jika kesalahan halaman muncul, kita dapat menentukan current reference bit dan 2 pada bit memori untuk memutuskan apakah halaman itu digunakan dengan 10000 ke 15000 reference terakhir.

Jika digunakan, paling sedikit satu dari bit-bit ini akan aktif. Jika tidak digunakan, bit ini akan menjadi tidak aktif.

Halaman yang memiliki paling sedikit 1 bit aktif, akan berada di working-set.

Hal ini tidaklah sepenuhnya akurat karena kita tidak dapat memberitahukan dimana pada interval 5000 tersebut, reference muncul. Kita dapat mengurangi ketidakpastian dengan menambahkan sejarah bit kita dan frekuensi dari interrupt.

Contoh: 20 bit dan interrupt setiap 1500 reference.


Contoh Pada Sistem Operasi

Pada bagian ini kita akan membahas beberapa contoh dalam penggunaan memori virtual.


Windows NT

Windows NT mengimplementasikan memori virtual dengan menggunakan demand paging melalui clustering. Clustering menanganani page fault dengan menambahkan tidak hanya page yang terkena fault, tetapi juga beberapa page yang ada dekat pagetersebut. Saat proses pertama dibuat, dia diberikan Working Set minimum yaitu jumlah minimum page yang dijamin akan dimiliki oleh proses tersebut dalam memori. Jika memori yang cukup tersedia, proses dapat diberikan page sampai sebanyak Working Set maximum. Manager memori virtual akan menyimpan daftar dari frame page yang bebas. Terdapat juga sebuah nilai batasan yang diasosiasikan dengan daftar ini untuk mengindikasikan apakah memori yang tersedia masih mencukupi. Jika proses tersebut sudah sampai pada Working Set maximum-nya dan terjadi page fault, maka dia harus memilih page pengganti dengan menggunakan kebijakan penggantian page lokal FIFO.

Saat jumlah memori bebas jatuh di bawah nilai batasan, manager memori virtual menggunakan sebuah taktik yang dikenal sebagai automatic working set trimming untuk mengembalikan nilai tersebut di atas batasan. Hal ini bekerja dengan mengevaluasi jumlah page yang dialokasikan kepada proses. Jika proses telah mendapat alokasi page lebih besar daripada Working Set minimum-nya, manager memori virtual akan menggunakan algoritma FIFO untuk mengurangi jumlah page-nya sampai working-set minimum. Jika memori bebas sudah tersedia, proses yang bekerja pada working set minimum dapat mendapatkan page tambahan.


Linux

Seperti pada solaris 2, linux juga menggunakan variasi dari algoritma clock. Thread dari kernel linux (kswapd) akan dijalankan secara periodik (atau dipanggil ketika penggunaan memori sudah berlebihan). Jika jumlah page yang bebas lebih sedikit dari batas atas page bebas, maka thread tersebut akan berusaha untuk membebaskan tiga page. Jika lebih sedikit dari batas bawah page bebas, thread tersebut akan berusaha untuk membebaskan 6 page dan 'tidur' untuk beberapa saat sebelum berjalan lagi. Saat dia berjalan, akan memeriksa mem_map, daftar dari semua page yang terdapat di memori. Setiap page mempunyai byte umur yang diinisialisasikan ke 3. Setiap kali page ini diakses, maka umur ini akan ditambahkan (hingga maksimum 20), setiap kali kswapd memeriksa page ini, maka umur akan dikurangi. Jika umur dari sebuah page sudah mencapai 0 maka dia bisa ditukar. Ketika kswapd berusaha membebaskan page, dia pertama akan membebaskan page dari cache, jika gagal dia akan mengurangi cache sistim berkas, dan jika semua cara sudah gagal, maka dia akan menghentikan sebuah proses. Alokasi memori pada linux menggunakan dua buah alokasi yang utama, yaitu algoritma buddy dan slab. Untuk algoritma buddy, setiap rutin pelaksanaan alokasi ini dipanggil, dia memeriksa blok memori berikutnya, jika ditemukan dia dialokasikan, jika tidak maka daftar tingkat berikutnya akan diperiksa. Jika ada blok bebas, maka akan dibagi jadi dua, yang satu dialokasikan dan yang lain dipindahkan ke daftar yang di bawahnya.


Pertimbangan Lain

Pemilihan algoritma penggantian dan aturan alokasi adalah keputusan-keputusan utama yang kita buat untuk sistem pemberian halaman. Masih banyak pertimbangan lain.


Ukuran Halaman

Para perancang sistem operasi untuk mesin yang ada kini jarang memiliki pilihan terhadap ukuran halaman. Bagaimana pun, saat mesin-mesin baru sedang dibuat, pemilihan terhadap ukuran halaman terbaik harus dibuat. Seperti yang kau mungkin harapkan, tidak ada sebuah ukuran halaman yang terbaik. Namun, ada himpunan faktor-faktor yang mendukung ukuran-ukuran yang bervariasi. Ukuran-ukuran halaman selalu dengan pangkat 2, secara umum berkisar dari 4.096 (2^12) ke 4.194.304 (2^22) bytes

Bagaimana kita memilih sebuah ukuran halaman? Sebuah perhatian adalah ukuran dari tabel halaman. Untuk sebuah memori virtual dengan ukuran 4 megabytes (2^22), akan ada 4.096 halaman 1.024 bytes, tapi hanya 512 halaman 8.192 bytes. Sebab setiap proses aktif harus memiliki salinan dari tabel halamannya, sebuah halaman yang besar diinginkan.

Di sisi lain, memori lebih baik digunakan dengan halaman yang lebih kecil. Jika sebuah proses dialokasikan di memori mulai dari lokasi 00000, melanjutkan sampai memiliki sebanyak yang dibutuhkan, itu mungkin tidak akan berakhir secara tepat di batas halaman. Kemudian, sebuah bagian dari halaman terakhir harus dialokasikan (sebab halaman-halaman adalah unit-unit dari alokasi) tapi tidak digunakan (pemecahan bagian dalam). Asumsikan ketergantungan antara ukuran proses dan ukuran halaman, kita dapat mengharapkan bahwa, dalam rata-rata, satu-setengah dari halaman terakhir dari setiap proses akan dibuang. Kehilangan ini hanya 256 bytes dari sebuah halaman 512 bytes, tapi akan 4.096 bytes dari halaman 8.192 bytes. Untuk meminimalkan pemecahan bagian dalam, kita membutuhkan ukuran halaman yang kecil.

Masalah lain adalah waktu yang dibutuhkan untuk membaca atau menulis halaman. Waktu I/O terdiri dari mencari, keterlambatan dan waktu pemindahan. Waktu transfer proporsional terhadap jumlah yang dipindahkan (yaitu, ukuran tabel). Sebuah fakta bahwa yang mungkin terasa janggal untuk ukuran tabel yang kecil. Ingat kembali dari Bab 2, bagaimana pun, keterlambatan dan waktu pencarian normalnya membuat waktu pemindahan menjadi kecil. Pada saat laju pemindahan 2 megabytes per detik, hanya menghabiskan 0.2 millidetik untuk memindahkan 512 bytes. Keterlambatan, di sisi lain, kira-kira 8 millidetik dan waktu pencarian 20 millidetik. Dari total waktu I/O (28.2 millidetik), untuk itulah, 1 persen dapat dihubungkan dengan pemindahan sebenarnya. Menggandakan ukuran halaman meningkatkan waktu I/O hingga 28.4 millidetik. Menghabiskan 28.4 millidetik untuk membaca halaman tunggal dari dari 1.024 bytes, tapi 56.4 millidetik untuk jumlah yang sama sebesar dua halaman masing-masing 512 bytes. Kemudian, keinginan untuk meminimalisir waktu I/O untuk ukuran halaman yang lebih besar


Tabel Halaman yang Dibalik

Kegunaan dari bentuk manajemen halaman adalah untuk mengurangi jumlah memori fisik yang dibutuhkan untuk melacak penerjemahan alamat virtual-to-physical. Kita menyelesaikan metode penghematan ini dengan membuat tabel yang memiliki hanya satu masukan tiap halaman memori fisik, terdaftar oleh pasangan (pengenal proses, nomor halaman).

Karena mereka tetap menjaga informasi tentang halaman memori virtual yang mana yang disimpan di setiap frame fisik, tabel halaman yang terbalik mengurangi jumlah fisik memori yang dibutuhkan untuk menyimpan informasi ini. Bagaimana pun, tabel halaman yang dibalik tidak lagi mengandung informasi yang lengkap tentang alamat ruang logical dari sebuah proses, dan informasi itu dibutuhkan jika halaman yang direferensikan tidak sedang berada di memori. Demand paging membutuhkan informasi ini untuk memproses page faults. Agar informasi ini tersedia, sebuah tabel halaman luar (satu tiap proses) harus tetap dijaga. Setiap tabel tampak seperti tabel halaman tiap proses tradisional, mengandung informasi dimana setiap halaman virtual berada.

Tetapi, melakukan tabel halaman luar menegasikan kegunaan tabel halaman yang dibalik? Sejak tabel-tabel ini direferensikan hanya saat page fault terjadi, mereka tidak perlu untuk tersedia secara cepat. Namun, mereka masing-masing diberikan atau dikeluarkan halaman dari memori sesuai kebutuhan. Sayangnya, sebuah page fault mungkin sekarang muncul di manager memori virtual menyebabkan halaman lain fault seakan-akan halaman ditabel halaman luar perlu untuk mengalokasikan virtual page di bantuan penyimpanan. Ini merupakan kasus spesial membutuhkan penanganan di kernel dan delay di proses melihat halaman.


Pemrosesan Waktu Nyata

Diskusi-diskusi di bab ini telah dikonsentrasikan dalam menyediakan penggunaan yang terbaik secara menyeluruh dari sistem komputer dengan meningkatkan penggunaan memori. Dengan menggunakan memori untuk data yang aktif, dan memindahkan data yang tidak aktif ke disk, kita meningkatkan throughput. Bagaimana pun, proses individual dapat menderita sebagai hasilnya, sebab mereka sekarang dapat menyebabkan page faults tambahan selama eksekusi mereka.

Pertimbangkan sebuah proses atau thread waktu-nyata. Sebuah proses mengharapkan untuk memperoleh kendali CPU, dan untuk menjalankan penyelesaian dengan delay yang minimum. Memori virtual adalah saingan yang tepat untuk perhitungan waktu-nyata, sebab dapat menyebabkan delay jangka panjang, yang tidak diharapkan pada eksekusi sebuah proses saat halaman dibawa ke memori. Untuk itulah, sistem-sistem waktu-nyata hampir tidak memiliki memori virtual.

Pada kasus Solaris 2, para pengembang di Sun Microsystems ingin mengizinkan baik time-sharing dan perhitungan waktu nyata pada sebuah sistem. Untuk memecahkan masalah page-fault, mereka memiliki Solaris 2 mengizinkan sebuah proses untuk memberitahu bagian halaman mana yang penting untuk proses itu. Sebagai tambahan untuk mengizinkan petunjuk-petunjuk akan halaman yang digunakan, sistem operasi mengizinkan pemakai-pemakai yang berhak dapat mengunci halaman yang dibutuhkan di memori. Jika, disalah-gunakan, mekanisme ini dapat mengunci semua proses lain keluar dari sistem. Adalah perlu untuk mengizinkan proses-proses waktu-nyata untuk dapat dibatasi low-dispatch latency


Bab 5. Sistem Berkas


Berkas


Konsep Dasar

Seperti yang telah kita ketahui, komputer dapat menyimpan informasi ke beberapa media penyimpanan yang berbeda, seperti magnetic disks, magnetic tapes, dan optical disks. Agar komputer dapat digunakan dengan nyaman, sistem operasi menyediakan sistem penyimpanan dengan sistematika yang seragam. Sistem Operasi mengabstraksi properti fisik dari media penyimpanannya dan mendefinisikan unit penyimpanan logis, yaitu berkas. Berkas dipetakan ke media fisik oleh sistem operasi. Media penyimpanan ini umumnya bersifat non-volatile, sehingga kandungan di dalamnya tidak akan hilang jika terjadi gagal listrik mau pun system reboot.

Berkas adalah kumpulan informasi berkait yang diberi nama dan direkam pada penyimpanan sekunder. Dari sudut pandang pengguna, berkas merupakan bagian terkecil dari penyimpanan logis, artinya data tidak dapat ditulis ke penyimpanan sekunder kecuali jika berada di dalam berkas. Biasanya berkas merepresentasikan program (baik source mau pun bentuk objek) dan data. Data dari berkas dapat bersifat numerik, alfabetik, alfanumerik, atau pun biner. Format berkas juga bisa bebas, misalnya berkas teks, atau dapat juga diformat pasti. Secara umum, berkas adalah urutan bit, byte, baris, atau catatan yang didefinisikan oleh pembuat berkas dan pengguna.

Informasi dalam berkas ditentukan oleh pembuatnya. Ada banyak beragam jenis informasi yang dapat disimpan dalam berkas. Hal ini disebabkan oleh struktur tertentu yang dimiliki oleh berkas, sesuai dengan jenisnya masing-masing. Contohnya:


Atribut Pada Berkas

Berkas diberi nama, untuk kenyamanan bagi pengguna, dan untuk acuan bagi data yang terkandung di dalamnya. Nama berkas biasanya berupa string atau karakter. Beberapa sistem membedakan penggunaan huruf besar dan kecil dalam penamaan sebuah berkas, sementara sistem yang lain menganggap kedua hal di atas sama.Ketika berkas diberi nama, maka berkas tersebut akan menjadi mandiri terhadap proses, pengguna, bahkan sistem yang membuatnya. Atribut berkas terdiri dari:

Data tersebut dapat berguna untuk proteksi, keamanan, dan monitoring penggunaan dari berkas.

Informasi tentang seluruh berkas disimpan dalam struktur direktori yang terdapat pada penyimpanan sekunder. Direktori, seperti berkas, harus bersifat non-volatile, sehingga keduanya harus disimpan pada sebuah device dan baru dibawa bagian per bagian ke memori pada saat dibutuhkan.


Operasi Pada Berkas

Sebuah berkas adalah jenis data abstrak. Untuk mendefinisikan berkas secara tepat, kita perlu melihat operasi yang dapat dilakukan pada berkas tersebut. Sistem operasi menyediakan system calls untuk membuat, membaca, menulis, mencari, menghapus, dan sebagainya. Berikut dapat kita lihat apa yang harus dilakukan sistem operasi pada keenam operasi dasar pada berkas.

Enam operasi dasar ini sudah mencakup operasi minimum yang di butuhkan. Operasi umum lainnya adalah menyambung informasi baru di akhir suatu berkas, mengubah nama suatu berkas, dan lain-lain. Operasi dasar ini kemudian digabung untuk melakukan operasi lainnya. Sebagai contoh misalnya kita menginginkan salinan dari suatu berkas, atau menyalin berkas ke peralatan I/O lainnya seperti printer, dengan cara membuat berkas lalu membaca dari berkas lama dan menulis ke berkas yang baru.

Hampir semua operasi pada berkas melibatkan pencarian berkas pada direktori. Untuk menghindari pencarian yang lama, kebanyakan sistem akan membuka berkas apabila berkas tersebut digunakan secara aktif. Sistem operasi akan menyimpan tabel kecil yang berisi informasi semua berkas yang dibuka yang disebut "tabel berkas terbuka". Ketika berkas sudah tidak digunakan lagi dan sudah ditutup oleh yang menggunakan, maka sistem operasi mengeluarkan berkas tersebut dari tabel berkas terbuka.

Beberapa sistem terkadang langsung membuka berkas ketika berkas tersebut digunakan dan otomatis menutup berkas tersebut jika program atau pemakainya dimatikan. Tetapi pada sistem lainnya terkadang membutuhkan pembukaan berkas secara tersurat dengan system call (open) sebelum berkas dapat digunakan.

Implementasi dari buka dan tutup berkas dalam lingkungan dengan banyak perngguna seperti UNIX, lebih rumit. Dalam sistem seperti itu pengguna yang membuka berkas mungkin lebih dari satu dan pada waktu yang hampir bersamaan. Umumnya sistem operasi menggunakan tabel internal dua level. Ada tabel yang mendata proses mana saja yang membuka berkas tersebut, kemudian tabel tersebut menunjuk ke tabel yang lebih besar yang berisi informasi yang berdiri sendiri seperti lokasi berkas pada disk, tanggal akses dan ukuran berkas. Biasanya tabel tersebut juga memiliki data berapa banyak proses yang membuka berkas tersebut.

Jadi, pada dasarnya ada beberapa informasi yang terkait dengan pembukaan berkas yaitu:

  • Penunjuk Berkas: Pada sistem yang tidak mengikutkan batas berkas sebagai bagian dari system call baca dan tulis, sistem tersebut harus mengikuti posisi dimana terakhir proses baca dan tulis sebagai penunjuk. Penunjuk ini unik untuk setiap operasi pada berkas, maka dari itu harus disimpan terpisah dari atribut berkas yang ada pada disk.

  • Penghitung berkas yang terbuka: Setelah berkas ditutup, sistem harus mengosongkan kembali tabel berkas yang dibuka yang digunakan oleh berkas tadi atau tempat di tabel akan habis. Karena mungkin ada beberapa proses yang membuka berkas secara bersamaan dan sistem harus menunggu sampai berkas tersebut ditutup sebelum mengosongkan tempatnya di tabel. Penghitung ini mencatat banyaknya berkas yang telah dibuka dan ditutup, dan menjadi nol ketika yang terakhir membaca berkas menutup berkas tersebut barulah sistem dapat mengosongkan tempatnya di tabel.

  • Lokasi berkas pada disk: Kebanyakan operasi pada berkas memerlukan sistem untuk mengubah data yang ada pada berkas. Informasi mengenai lokasi berkas pada disk disimpan di memori agar menghindari banyak pembacaan pada disk untuk setiap operasi.

Beberapa sistem operasi menyediakan fasilitas untuk memetakan berkas ke dalam memori pada sistem memori virtual. Hal tersebut mengizinkan bagian dari berkas ditempatkan pada suatu alamat di memori virtual. Operasi baca dan tulis pada memori dengan alamat tersebut dianggap sebagai operasi baca dan tulis pada berkas yang ada di alamat tersebut. Menutup berkas mengakibatkan semua data yang ada pada alamat memori tersebut dikembalikan ke disk dan dihilangkan dari memori virtual yang digunakan oleh proses.


Jenis Berkas

Pertimbangan utama dalam perancangan sistem berkas dan seluruh sistem operasi, apakah sistem operasi harus mengenali dan mendukung jenis berkas. Jika suatu sistem operasi mengenali jenis dari berkas, maka ia dapat mengoperasikan berkas tersebut. Contoh apabila pengguna mencoba mencetak berkas yang merupakan kode biner dari program yang pasti akan menghasilkan sampah, hal ini dapat dicegah apabila sistem operasi sudah diberitahu bahwa berkas tersebut merupakan kode biner.

Teknik yang umum digunakan dalam implementasi jenis berkas adalah menambahkan jenis berkas dalam nama berkas. Nama dibagi dua, nama dan akhiran (ekstensi), biasanya dipisahkan dengan karakter titik. Sistem menggunakan akhiran tersebut untuk mengindikasikan jenis berkas dan jenis operasi yang dapat dilakukan pada berkas tersebut. Sebagai contoh hanya berkas yang berakhiran .bat, .exe atau .com yang bisa dijalankan (eksekusi). Program aplikasi juga menggunakan akhiran tersebut untuk mengenal berkas yang dapat dioperasikannya. Akhiran ini dapat ditimpa atau diganti jika diperbolehkan oleh sistem operasi.

Beberapa sistem operasi menyertakan dukungan terhadap akhiran, tetapi beberapa menyerahkan kepada aplikasi untuk mengatur akhiran berkas yang digunakan, sehingga jenis dari berkas dapat menjadi petunjuk aplikasi apa yang dapat mengoperasikannya.

Sistem UNIX tidak dapat menyediakan dukungan untuk akhiran berkas karena menggunakan angka ajaib yang disimpan di depan berkas untuk mengenali jenis berkas. Tidak semua berkas memiliki angka ini, jadi sistem tidak bisa bergantung pada informasi ini. Tetapi UNIX memperbolehkan akhiran berkas tetapi hal ini tidak dipaksakan atau tergantung sistem operasi, kebanyakan hanya untuk membantu pengguna mengenali jenis isi dari suatu berkas.


Struktur Berkas

Kita juga dapat menggunakan jenis berkas untuk mengidentifikasi struktur dalam dari berkas. Berkas berupa source dan objek memiliki struktur yang cocok dengan harapan program yang membaca berkas tersebut. Suatu berkas harus memiliki struktur yang dikenali oleh sistem operasi. Sebagai contoh, sistem operasi menginginkan suatu berkas yang dapat dieksekusi memiliki struktur tertentu agar dapat diketahui dimana berkas tersebut akan ditempatkan di memori dan di mana letak instruksi pertama berkas tersebut. Beberapa sistem operasi mengembangkan ide ini sehingga mendukung beberapa struktur berkas, dengan beberapa operasi khusus untuk memanipulasi berkas dengan struktur tersebut.

Kelemahan memiliki dukungan terhadap beberapa struktur berkas adalah: Ukuran dari sistem operasi dapat menjadi besar, jika sistem operasi mendefinisikan lima struktur berkas yang berbeda maka ia perlu menampung kode untuk yang diperlukan untuk mendukung semuanya. Setiap berkas harus dapat menerapkan salah satu struktur berkas tersebut. Masalah akan timbul ketika terdapat aplikasi yang membutuhkan struktur informasi yang tidak didukung oleh sistem operasi tersebut.

Beberapa sistem operasi menerapkan dan mendukung struktur berkas sedikit struktur berkas. Pendekatan ini digunakan pada MS-DOS dan UNIX. UNIX menganggap setiap berkas sebagai urutan 8-bit byte, tidak ada interpretasi sistem operasi terhadap dari bit-bit ini. Skema tersebut menawarkan fleksibilitas tinggi tetapi dukungan yang terbatas. Setiap aplikasi harus menambahkan sendiri kode untuk menerjemahkan berkas masukan ke dalam struktur yang sesuai. Walau bagaimana pun juga sebuah sistem operasi harus memiliki minimal satu struktur berkas yaitu untuk berkas yang dapat dieksekusi sehingga sistem dapat memuat berkas dalam memori dan menjalankannya.

Sangat berguna bagi sistem operasi untuk mendukung struktur berkas yang sering digunakan karena akan menghemat pekerjaan pemrogram. Terlalu sedikit struktur berkas yang didukung akan mempersulit pembuatan program, terlalu banyak akan membuat sistem operasi terlalu besar dan pemrogram akan bingung.


Struktur Berkas Pada Disk

Menempatkan batas dalam berkas dapat menjadi rumit bagi sistem operasi. Sistem disk biasanya memiliki ukuran blok yang sudah ditetapkan dari ukuran sektor. Semua I/O dari disk dilakukan dalam satuan blok dan semua blok ('physical record') memiliki ukuran yang sama. Tetapi ukuran dari 'physical record' tidak akan sama dengan ukuran 'logical record'. Ukuran dari 'logical record' akan bervariasi. Memuatkan beberapa 'logical record' ke dalam 'physical record' merupakan solusi umum dari masalah ini.

Sebagai contoh pada sistem operasi UNIX, semua berkas didefinisikan sebagai kumpulan byte. Setiap byte dialamatkan menurut batasnya dari awal berkas sampai akhir. Pada kasus ini ukuran 'logical record' adalah 1 byte. Sistem berkas secara otomatis memuatkan byte-byte tersebut kedalam blok pada disk.

Ukuran 'logical record', ukuran blok pada disk, dan teknik untuk memuatkannya menjelaskan berapa banyak 'logical record' dalam tiap-tiap 'physical record'. Teknik memuatkan dapat dilakukan oleh aplikasi pengguna atau oleh sistem operasi.

Berkas juga dapat dianggap sebagai urutan dari beberapa blok pada disk. Konversi dari 'logical record' ke 'physical record' merupakan masalah perangkat lunak.

Tempat pada disk selalu berada pada blok, sehingga beberapa bagian dari blok terakhir yang ditempati berkas dapat terbuang. Jika setiap blok berukuran 512 byte, sebuah berkas berukuran 1.949 byte akan menempati empat blok (2.048 byte) dan akan tersisa 99 byte pada blok terakhir. Byte yang terbuang tersebut dipertahankan agar ukuran dari unit tetap blok bukan byte disebut fragmentasi dalam disk. Semua sistem berkas pasti mempunyai fragmentasi dalam disk, semakin besar ukuran blok akan semakin besar fragmentasi dalam disknya.


Metode Akses


Struktur Direktori


Proteksi Berkas

Ketika kita menyimpan informasi dalam sebuah sistem komputer, ada dua hal yang harus menjadi perhatian utama kita. Hal tersebut adalah:

  1. Reabilitas dari sebuah sistem

    Maksud dari reabilitas sistem adalah kemampuan sebuah sistem untuk melindungi informasi yang telah disimpan agar terhindar dari kerusakan, dalam hal ini adalah perlindungan secara fisik pada sebuah berkas. Reabilitas sistem dapat dijaga dengan membuat cadangan dari setiap berkas secara manual atau pun otomatis, sesuai dengan layanan yang dari sebuah sistem operasi. Reabilitas Sistem akan dibahas lebih lanjut pada bagian berjudul Kehandalan Disk di Bab 6.

  2. Proteksi (Perlindungan) terhadap sebuah berkas

    Perlindungan terhadap berkas dapat dilakukan dengan berbagai macam cara. Pada bagian ini, kita akan membahas secara detil mekanisme yang diterapkan dalam melindungi sebuah berkas.


Akses List dan Group

Hal yang paling umum dari sistem proteksi adalah membuat akses tergantung pada identitas pengguna yang bersangkutan. Implementasi dari akses ini adalah dengan membuat daftar akses yang berisi keterangan setiap pengguna dan keterangan akses berkas dari pengguna yang bersangkutan. Daftar akses ini akan diperiksa setiap kali seorang pengguna meminta akses ke sebuah berkas. Jika pengguna tersebut memiliki akses yang diminta pada berkas tersebut, maka diperbolehkan untuk mengakses berkas tersebut. Proses ini juga berlaku untuk hal yang sebaliknya. Akses pengguna terhadap berkas akan ditolak, dan sistem operasi akan mengeluarkan peringatan Protection Violation.

Masalah baru yang timbul adalah panjang dari daftar akses yang harus dibuat. Seperti telah disebutkan, kita harus mendaftarkan semua pengguna dalam daftar akses tersebut hanya untuk akses pada satu berkas saja. Oleh karena itu, teknik ini mengakibatkan 2 konsekuensi yang tidak dapat dihindarkan:

  1. Pembuatan daftar yang sangat panjang ini dapat menjadi pekerjaan yang sangat melelahkan sekaligus membosankan, terutama jika jumlah pengguna dalam sistem tidak dapat diketahui secara pasti.

  2. Manajemen ruang harddisk yang lebih rumit, karena ukuran sebuah direktori dapat berubah-ubah, tidak memiliki ukuran yang tetap.

Kedua konsekuensi diatas melahirkan sebuah teknik daftar akses yang lebih singkat. Teknik ini mengelompokkan pengguna berdasarkan tiga kategori:

  1. Owner: User yang membuat berkas.

  2. Group: Sekelompok pengguna yang memiliki akses yang sama terhadap sebuah berkas, atau men-share sebuah berkas.

  3. Universe: Seluruh pengguna yang terdapat dalam sistem komputer.

Dengan adanya pengelompokkan pengguna seperti ini, maka kita hanya membutuhkan tiga field untuk melindungi sebuah berkas. Field ini diasosiasikan dengan 3 buah bit untuk setiap kategori. Dalam sistem UNIX dikenal bit rwx dengan bit r untuk mengontrol akses baca, bit w sebagai kontrol menulis dan bit x sebagai bit kontrol untuk pengeksekusian. Setiap field dipisahkan dengan field separator. Dibawah ini adalah contoh dari sistem proteksi dengan daftar akses pada sistem UNIX.


Struktur Sistem Berkas

Disk menyediakan sebagian besar tempat penyimpanan dimana sistem berkas dikelola dikelola. Untuk meningkatkan efisiensi I/O, pengiriman data antara memori dan disk dilakukan dalam setiap blok. Setiap blok merupakan satu atau lebih sektor. Setiap disk memiliki ukuran yang berbeda-beda, biasanya berukuran 512 bytes. Disk memiliki dua karakteristik penting yang menjadikan disk sebagai media yang tepat untuk menyimpan berbagai macam berkas, yaitu:


Metode Alokasi Berkas

Kemudahan dalam mengakses langsung suatu disk memberikan fleksibilitas dalam mengimplementasikan sebuah berkas. Masalah utama dalam implementasi adalah bagaimana mengalokasikan berkas-berkas ke dalam disk, sehingga disk dapat terutilisasi dengan efektif dan berkas dapat diakses dengan cepat. Ada tiga metode utama, menurut buku "Applied Operating System Concepts: First Edition" oleh Avi Silberschatz, Peter Galvin dan Greg Gagne untuk mengalokasi ruang disk yang digunakan secara luas yaitu, contiguous, linked, dan indexed.


Alokasi Secara Berdampingan (Contiguous Allocation)

Metode ini menempatkan setiap berkas pada satu himpunan blok yang berurut di dalam disk. Alamat disk menyatakan sebuah urutan linier. Dengan urutan linier ini maka head disk hanya bergerak jika mengakses dari sektor terakhir suatu silinder ke sektor pertama silinder berikutnya. Waktu pencarian (seek time) dan banyak disk seek yang dibutuhkan untuk mengakses berkas yang di alokasi secara berdampingan ini sangat minimal. Contoh dari sistem operasi yang menggunakan contiguous allocation adalah IBM VM/ CMS karena pendekatan ini menghasilkan performa yang baik.

Contiguous allocation dari suatu berkas diketahui melalui alamat dan panjang disk (dalam unit blok) dari blok pertama. Jadi, misalkan ada berkas dengan panjang n blok dan mulai dari lokasi b maka berkas tersebut menempati blok b, b+1, b+2, ..., b+n-1. Direktori untuk setiap berkas mengindikasikan alamat blok awal dan panjang area yang dialokasikan untuk berkas tersebut. Terdapat dua macam cara untuk mengakses berkas yang dialokasi dengan metode ini, yaitu:

Kesulitan dari metode alokasi secara berdampingan ini adalah menemukan ruang untuk berkas baru. Masalah pengalokasian ruang disk dengan metode ini merupakan aplikasi masalah dari dynamic storage-allocation (alokasi tempat penyimpanan secara dinamik), yaitu bagaimana memenuhi permintaan ukuran n dari daftar ruang kosong. Strategi-strategi yang umum adalah first fit dan best fit. Kedua strategi tersebut mengalami masalah fragmentasi eksternal, dimana jika berkas dialokasi dan dihapus maka ruang kosong disk terpecah menjadi kepingan-kepingan kecil. Hal ini akan menjadi masalah ketika banyak kepingan kecil tidak dapat memenuhi permintaan karena kepingan-kepingan kecil tidak cukup besar untuk menyimpan berkas, sehingga terdapat banyak ruang yang terbuang.

Masalah yang lain adalah menentukan berapa banyak ruang yang diperlukan untuk suatu berkas. Ketika berkas dibuat, jumlah dari ruang berkas harus ditentukan dan dialokasikan. Jika ruang yang dialokasikan terlalu kecil maka berkas tidak dapat diperbesar dari yang telah dialokasikan. Untuk mengatasi hal ini ada dua kemungkinan. Pertama, program pengguna dapat diakhiri dengan pesan error yang sesuai. Lalu, pengguna harus mengalokasikan tambahan ruang dan menjalankan programnya lagi, tetapi hal ini cost yang dihasilkan lebih mahal. Untuk mengatasinya, pengguna dapat melakukan estimasi yang lebih terhadap ruang yang harus dialokasikan pada suatu berkas tetapi hal ini akan membuang ruang disk. Kemungkinan yang kedua adalah mencari ruang kosong yang lebih besar, lalu menyalin isi dari berkas ke ruang yang baru dan mengkosongkan ruang yang sebelumnya. Hal ini menghabiskan waktu yang cukup banyak. Walau pun jumlah ruang yang diperlukan untuk suatu berkas dapat diketahui, pengalokasian awal akan tidak efisien. Ukuran berkas yang bertambah dalam periode yang lama harus dapat dialokasi ke ruang yang cukup untuk ukuran akhirnya, walau pun ruang tersebut tidak akan digunakan dalam waktu yang lama. Hal ini akan menyebabkan berkas dengan jumlah fragmentasi internal yang besar.

Untuk menghindari hal-hal tersebut, beberapa sistem operasi memodifikasi skema metode alokasi secara berdampingan, dimana kepingan kecil yang berurut dalam ruang disk diinisialisasi terlebih dahulu, kemudian ketika jumlah ruang disk kurang besar, kepingan kecil yang berurut lainnya, ditambahkan pada alokasi awal. Kejadian seperti ini disebut perpanjangan. Fragmentasi internal masih dapat terjadi jika perpanjangan-perpanjangan ini terlalu besar dan fragmentasi eksternal masih menjadi masalah begitu perpanjangan-perpanjangan dengan ukuran yang bervariasi dialokasikan dan didealokasi.


Alokasi Secara Berangkai (Linked Allocation)

Metode ini menyelesaikan semua masalah yang terdapat pada contiguous allocation. Dengan metode ini, setiap berkas merupakan linked list dari blok-blok disk, dimana blok-blok disk dapat tersebar di dalam disk. Setiap direktori berisi sebuah penunjuk (pointer) ke awal dan akhir blok sebuah berkas. Setiap blok mempunyai penunjuk ke blok berikutnya. Untuk membuat berkas baru, kita dengan mudah membuat masukan baru dalam direktori. Dengan metode ini, setiap direktori masukan mempunyai penunjuk ke awal blok disk dari berkas. Penunjuk ini diinisialisasi menjadi nil (nilai penunjuk untuk akhir dari list) untuk menandakan berkas kosong. Ukurannya juga diset menjadi 0. Penulisan suatu berkas menyebabkan ditemukannya blok yang kosong melalui sistem manajemen ruang kosong (free-space management system), dan blok baru ini ditulis dan disambungkan ke akhir berkas. Untuk membaca suatu berkas, cukup dengan membaca blok-blok dengan mengikuti pergerakan penunjuk.

Metode ini tidak mengalami fragmentasi eksternal dan kita dapat menggunakan blok kosong yang terdapat dalam daftar ruang kosong untuk memenuhi permintaan pengguna. Ukuran dari berkas tidak perlu ditentukan ketika berkas pertama kali dibuat, sehingga ukuran berkas dapat bertambah selama masih ada blok-blok kosong.

Metode ini tentunya mempunyai kerugian, yaitu metode ini hanya dapat digunakan secara efektif untuk pengaksesan berkas secara sequential (sequential-access file). Untuk mencari blok ke-i dari suatu berkas, harus dimulai dari awal berkas dan mengikuti penunjuk sampai berada di blok ke-i. Setiap akses ke penunjuk akan membaca disk dan kadang melakukan pencarian disk (disk seek). Hal ini sangat tidak efisien untuk mendukung kemampuan akses langsung (direct-access) terhadap berkas yang menggunakan metode alokasi link. Kerugian yang lain dari metode ini adalah ruang yang harus disediakan untuk penunjuk. Solusi yang umum untuk masalah ini adalah mengumpulkan blok-blok persekutuan terkecil dinamakan clusters dan mengalokasikan cluster-cluster daripada blok. Dengan solusi ini maka, penunjuk menggunakan ruang disk berkas dengan persentase yang sangat kecil. Metode ini membuat mapping logikal ke fisikal blok tetap sederhana, tetapi meningkatkan disk throughput dan memperkecil ruang yang diperlukan untuk alokasi blok dan management daftar kosong (free-list management). Akibat dari pendekatan ini adalah meningkatnya fragmentasi internal, karena lebih banyak ruang yang terbuang jika sebuah cluster sebagian penuh daripada ketika sebuah blok sebagian penuh. Alasan cluster digunakan oleh kebanyakan sistem operasi adalah kemampuannya yang dapat meningkatkan waktu akses disk untuk berbagai macam algoritma.

Masalah yang lain adalah masalah daya tahan metode ini. Karena semua berkas saling berhubungan dengan penunjuk yang tersebar di semua bagian disk, apa yang terjadi jika sebuah penunjuk rusak atau hilang. Hal ini menyebabkan berkas menyambung ke daftar ruang kosong atau ke berkas yang lain. Salah satu solusinya adalah menggunakan linked list ganda atau menyimpan nama berkas dan nomor relatif blok dalam setiap blok, tetapi solusi ini membutuhkan perhatian lebih untuk setiap berkas.

Variasi penting dari metode ini adalah penggunaan file allocation table (FAT), yang digunakan oleh sistem operasi MS-DOS dan OS/2. Bagian awal disk pada setiap partisi disingkirkan untuk menempatkan tabelnya. Tabel ini mempunyai satu masukkan untuk setiap blok disk, dan diberi indeks oleh nomor blok. Masukkan direktori mengandung nomor blok dari blok awal berkas. Masukkan tabel diberi indeks oleh nomor blok itu lalu mengandung nomor blok untuk blok berikutnya dari berkas. Rantai ini berlanjut sampai blok terakhir, yang mempunyai nilai akhir berkas yang khusus sebagai masukkan tabel. Blok yang tidak digunakan diberi nilai 0. Untuk mengalokasi blok baru untuk suatu berkas hanya dengan mencari nilai 0 pertama dalam tabel, dan mengganti nilai akhir berkas sebelumnya dengan alamat blok yang baru. Metode pengalokasian FAT ini dapat menghasilkan jumlah pencarian head disk yang signifikan, jika berkas tidak di cache. Head disk harus bergerak dari awal partisi untuk membaca FAT dan menemukan lokasi blok yang ditanyakan, lalu menemukan lokasi blok itu sendiri. Kasus buruknya, kedua pergerakan terjadi untuk setiap blok. Keuntungannya waktu random akses meningkat, akibat dari head disk dapat mencari lokasi blok apa saja dengan membaca informasi dalam FAT.


Alokasi Dengan Indeks (Indexed Allocation)

Metode alokasi dengan berangkai dapat menyelesaikan masalah fragmentasi eksternal dan pendeklarasian ukuran dari metode alokasi berdampingan. Bagaimana pun tanpa FAT, metode alokasi berangkai tidak mendukung keefisiensian akses langsung, karena penunjuk ke bloknya berserakan dengan bloknya didalam disk dan perlu didapatkan secara berurutan. Metode alokasi dengan indeks menyelesaikan masalah ini dengan mengumpulkan semua penunjuk menjadi dalam satu lokasi yang dinamakan blok indeks (index block). Setiap berkas mempunyai blok indeks, yang merupakan sebuah larik array dari alamat-alamat disk-blok. Direktori mempunyai alamat dari blok indeks. Ketika berkas dibuat, semua penunjuk dalam blok indeks di set menjadi nil. Ketika blok ke-i pertama kali ditulis, sebuah blok didapat dari pengatur ruang kosong free-space manager dan alamatnya diletakkan ke dalam blok indeks ke-i.

Metode ini mendukung akses secara langsung, tanpa mengalami fragmentasi eksternal karena blok kosong mana pun dalam disk dapat memenuhi permintaan ruang tambahan. Tetapi metode ini dapat menyebabkan ada ruang yang terbuang. Penunjuk yang berlebihan dari blok indeks secara umum lebih besar dari yang terjadi pada metode alokasi berangkai.

Mekanisme untuk menghadapi masalah berapa besar blok indeks yang diperlukan sebagai berikut:


Kinerja Sistem Berkas

Salah satu kesulitan dalam membandingkan performa sistem adalah menentukan bagaimana sistem tersebut akan digunakan. Sistem yang lebih banyak menggunakan akses sekuensial (berurutan) akan memakai metode yang berbeda dengan sistem yang lebih sering menggunakan akses random (acak). Untuk jenis akses apa pun, alokasi yang berdampingan hanya memerlukan satu akses untuk mendapatkan sebuah blok disk. Karena kita dapat menyimpan initial address dari berkas di dalam memori, maka alamat disk pada blok ke-i dapat segera dikalkulasi dan dibaca secara langsung.

Untuk alokasi berangkai (linked list), kita juga dapat menyimpan alamat dari blok selanjutnya ke dalam memori, lalu membacanya secara langsung. Metode ini sangat baik untuk akses sekuensial, namun untuk akses langsung, akses menuju blok ke-ikemungkinan membutuhkan pembacaan disk sebanyak i kali. Masalah ini mengindikasikan bahwa alokasi berangkai sebaiknya tidak digunakan untuk aplikasi yang membutuhkan akses langsung.

Oleh sebab itu, beberapa sistem mendukung akses langsung dengan menggunakan alokasi berdampingan (contiguous allocation), serta akses berurutan dengan alokasi berangkai. Untuk sistem-sistem tersebut, jenis akses harus dideklarasikan pada saat berkas dibuat. Berkas yang dibuat untuk akses sekuensial (berurutan) akan dirangkaikan dan tidak dapat digunakan untuk akses langsung. Berkas yang dibuat untuk akses langsung akan berdampingan dan dapat mendukung baik akses langsung mau pun akses berurutan, dengan mendeklarasikan jarak maksimum. Perhatikan bahwa sistem operasi harus mendukung struktur data dan algoritma yang sesuai untuk mendukung kedua metode alokasi di atas.

Alokasi dengan menggunakan indeks lebih rumit lagi. Jika blok indeks telah terdapat dalam memori, akses dapat dilakukan secara langsung. Namun, menyimpan blok indeks dalam memori memerlukan ruang (space) yang besar. Jika ruang memori tidak tersedia, maka kita mungkin harus membaca blok indeks terlebih dahulu, baru kemudian blok data yang diinginkan. Untuk indeks dua tingkat, pembacaan dua blok indeks mungkin diperlukan. Untuk berkas yang berukuran sangat besar, mengakses blok di dekat akhir suatu berkas akan membutuhkan pembacaan seluruh blok indeks agar dapat mengikuti rantai penunjuk sebelum blok data dapat dibaca. Dengan demikian, performa alokasi dengan menggunakan indeks ditentukan oleh: struktur indeks, ukuran berkas, dan posisi dari blok yang diinginkan.

Beberapa sistem mengkombinasikan alokasi berdampingan dengan alokasi indeks. Caranya adalah dengan menggunakan alokasi berdampingan untuk berkas berukuran kecil (3-4 blok), dan beralih secara otomatis ke alokasi indeks jika berkas semakin membesar.


Managemen Ruang Kosong (Free Space)

Semenjak hanya tersedia tempat yang terbatas pada disk maka sangat berguna untuk menggunakan kembali tempat dari berkas yang dihapus untuk berkas baru, jika dimungkinkan,karena pada media yang sekali tulis (media optik) hanya dimungkinkan sekali menulis dan menggunakannyanya kembali secara fisik tidak mungkin. Untuk mencatat tempat kosong pada disk, sistem mempunyai daftar tempat kosong (free space list). Daftar ini menyimpan semua blok disk yang kosong yang tidak dialokasikan pada sebuah berkas atau direktori. Untuk membuat berkas baru, sistem mencari ke daftar tersebut untuk mencarikan tempat kosong yang di butuhkan, lalu tempat tersebut dihilangkan dari daftar. Ketika berkas dihapus, alamat berkas tadi ditambahkan pada daftar.


Implementasi Direktori

Pemilihan dalam algoritma alokasi direktori dan manajemen direktori mempunyai efek yang besar dalam efisiensi, performa, dan kehandalan dari sistem berkas.


Linear List

Metode paling sederhana dalam mengimplementasikan sebuah direktori adalah dengan menggunakan linear list dari nama berkas dengan penunjuk ke blok data. Linear list dari direktori memerlukan pencarian searah untuk mencari suatu direktori didalamnya. Metode sederhana untuk di program tetapi memakan waktu lama ketika dieksekusi. Untuk membuat berkas baru kita harus mencari di dalam direktori untuk meyakinkan bahwa tidak ada berkas yang bernama sama. Lalu kita tambahkan sebuah berkas baru pada akhir direktori. Untuk menghapus sebuah berkas, kita mencari berkas tersebut dalam direktori, lalu melepaskan tempat yang dialokasikan untuknya. Untuk menggunakan kembali suatu berkas dalam direktori kita dapat melakukan beberapa hal. Kita dapat menandai berkas tersebut sebagai tidak terpakai (dengan menamainya secara khusus, seperti nama yang kosong, atau bit terpakai atau tidak yang ditambahkan pada berkas), atau kita dapat menambahkannya pada daftar direktori bebas. Alternatif lainnya kita dapat menyalin ke tempat yang dikosongkan pada direktori. Kita juga bisa menggunakan linked list untuk mengurangi waktu untuk menghapus berkas. Kelemahan dari linear list ini adalah percarian searah untuk mencari sebuah berkas. Direktori yang berisi informasi sering digunakan, implementasi yang lambat pada cara aksesnya akan menjadi perhatian pengguna. Faktanya, banyak sistem operasi mengimplementasikan 'software cache' untuk menyimpan informasi yang paling sering digunakan. Penggunaan 'cache' menghindari pembacaan informasi berulang-ulang pada disk. Daftar yang telah diurutkan memperbolehkan pencarian biner dan mengurangi waktu rata-rata pencarian. Bagaimana pun juga penjagaan agar daftar tetap terurut dapat merumitkan operasi pembuatan dan penghapusan berkas, karena kita perlu memindahkan sejumlah direktori untuk mengurutkannya. Tree yang lebih lengkap dapat membantu seperti B-tree. Keuntungan dari daftar yang terurut adalah kita dapatkan daftar direktori yang terurut tanpa pengurutan yang terpisah.


Hash Table

Struktur data lainnya yang juga digunakan untuk direktori berkas adalah hash table. Dalam metode ini linear list menyimpan direktori, tetapi struktur data hash juga digunakan. Hash table mengambil nilai yang dihitung dari nama berkas dan mengembalikan sebuah penunjuk ke nama berkas yang ada di-linear list. Maka dari itu dapat memotong banyak biaya pencarian direktori. Memasukkan dan menghapus berkas juga lebih mudah dan cepat. Meski demikian beberapa aturan harus dibuat untuk mncegah tabrakan, situasi dimana dua nama berkas pada hash mempunyai tempat yang sama. Kesulitan utama dalam hash table adalah ukuran tetap dari hash table dan ketergantungan dari fungsi hash dengan ukuran hash table. Sebagai contoh, misalkan kita membuat suatu linear-probing hash table yang dapat menampung 64 data. Fungsi hash mengubah nama berkas menjadi nilai dari 0 sampai 63. Jika kita membuat berkas ke 65 maka ukuran tabel hash harus diperbesar sampai misalnya 128 dan kita membutuhkan suatu fungsi hash yang baru yang dapat memetakan nama berkas dari jangkauan 0 sampai 127, dan kita harus mengatur data direktori yang sudah ada agar memenuhi fungsi hash yang baru. Sebagai alternatif dapat digunakan chained-overflow hash table, setiap hash table mempunyai daftar yang terkait (linked list) dari pada nilai individual dan kita dapat mengatasi tabrakan dengan menambah tempat pada daftar terkait tersebut. Pencarian dapat menjadi lambat, karena pencarian nama memerlukan tahap pencarian pada daftar terkait. Tetapi operasi ini lebih cepat dari pada pencarian linear terhadap seluruh direktori.


Efisiensi dan Unjuk Kerja

Setelah kita membahas alokasi blok dan pilihan manajemen direktori maka dapat dibayangkan bagaimana efek mereka dalam keefisiensian dan unjuk kerja penggunaan disk. Hal ini dikarenakan disk selalu menjadi "bottle-neck" dalam unjuk kerja sistem.


Kinerja

Ketika metode dasar disk telah dipilih, maka masih ada beberapa cara untuk meningkatkan unjuk kerja. Salah satunya adalah dengan mengguna kan cache, yang merupakan memori lokal pada pengendali disk, dimana cache cukup besar untuk menampung seluruh track pada satu waktu. Beberapa sistem mengatur seksi terpisah dari memori utama untuk disk-cache, yang diasumsikan bahwa blok-blok disimpan karena mereka akan digunakan dalam waktu dekat. Ada juga sistem yang menggunakan memori fisik yang tidak digunakan sebagai penyangga yang dibagi atas sistem halaman (paging) dan sistem disk-blok cache. Suatu sistem melakukan banyak operasi I/O akan menggunakan sebagian banyak memorinya sebagai blok cache, dimana suatu sistem mengeksekusi banyak program akan menggunakan sebagian besar memori-nya untuk ruang halaman.

Beberapa sistem mengoptimalkan disk-cache nya dengan menggunakan berbagai macam algoritma penempatan ulang (replacement algorithms), tergantung dari macam tipe akses dari berkas. Pada akses yang sekuen sial dapat dioptimasi dengan teknik yang dikenal dengan nama free-behind dan read-ahead. Free-behind memindahkan sebuah blok dari penyangga secepatnya ketika blok berikutnya diminta. Hal ini dilakukan karena blok sebelumnya tidak lagi digunakan sehingga akan membuang ruang yang ada di penyangga. Sedangkan dengan read ahead, blok yang diminta dan beberapa blok berikutnya dibaca dant ditempatkan pada cache. Hal ini dilakukan karena kemungkinan blok-blok berikutnya akan diminta setelah blok yang sedang diproses. Hal ini juga mem beri dampak pada waktu yang digunakan akan lebih cepat.

Metode yang lain adalah dengan membagi suatu seksi dari memori untuk disk virtual atau RAM disk. Pada RAM disk terdapat operasi-operasi standar yang terdapat pada disk, tetapi semua operasi tersebut terjadi di dalam suatu seksi memori, bukan pada disk. Tetapi, RAM disk hanya berguna untuk penyimpanan sementara, karena jika komputer di boot ulang atau listrik mati maka isi dalam RAM disk akan terhapus.

Perbedaan antara RAM disk dan disk cache adalah dalam masalah siapa yang mengendalikan disk tersebut. RAM disk dikendalikan oleh peng guna sepenuhnya, sedangkan disk cache dikendalikan oleh sistem operasi.


Recovery

Karena semua direktori dan berkas disimpan di dalam memori utama dan disk, maka kita perlu memastikan bahwa kegagalan pada sistem tidak menyebabkan hilangnya data atau data menjadi tidak konsiten.


Back Up and Restore

Karena kadang-kadang magnetik disk gagal, kita harus memastikan bahwa datanya tidak hilang selamanya. Karena itu, kita menggunakan program sistem untuk mem-back up data dari disk ke alat penyimpanan yang lain seperti floopy disk, magnetic tape, atau optical disk. Pengembalian berkas-berkas yang hilang hanya masalah menempatkan lagi data dari back up data yang telah dilakukan.

Untuk meminimalisir penyalinan, kita dapat menggunakan informasi dari setiap masukan direktori berkas. Umpamanya, jika program back up mengetahui bahwa back up terakhir dari berkas sudah selesai dan penulisan terakhir pada berkas dalam direktori menandakan berkas tidak terjadi perubahan maka berkas tidak harus disalin lagi. Penjadualan back up yang umum sebagai berikut:

Keuntungan dari siklus backup ini adalah kita dapat menempatkan kembali berkas mana pun yang tidak sengaja terhapus pada waktu siklus dengan mendapatkannya dari back up hari sebelumnya. Panjang dari siklus disetujui antara banyaknya tempat penyimpanan backup yang diperlukan dan jumlah hari kebelakang dari penempatan kembali dapat dilakukan.

Ada juga kebiasaan untuk mem-backup keseluruhan dari waktu ke waktu untuk disimpan selamanya daripada media backupnya digunakan kembali. Ada bagusnya menyimpan backup-backup permanent ini di lokasi yang jauh dari backup yang biasa, untuk menghindari kecelakaan seperti kebakaran dan lain-lain. Dan jangan menggunakan kembali media backup terlalu lama karena media tersebut akan rusak jika terlalu sering digunakan kembali.


Macam-macam Sistem Berkas


Sistem Berkas Pada Windows

Direktori dan Berkas

Sistem operasi Windows merupakan sistem operasi yang telah dikenal luas. Sistem operasi ini sangat memudahkan para penggunanya dengan membuat struktur direktori yang sangat user-friendly. Para pengguna Windows tidak akan menemui kesulitan dalam menggunakan sistem direktori yang telah dibuat oleh Microsoft. Windows menggunakan sistem drive letter dalam merepresentasikan setiap partisi dari disk. Sistem operasi secara otomatis akan terdapat dalam partisi pertama yang diberi label drive C. Sistem operasi Windows dibagi menjadi dua keluarga besar, yaitu keluarga Windows 9x dan keluarga Windows NT (New Technology).

Direktori yang secara otomatis dibuat dalam instalasi Windows adalah:

  1. Direktori C:\WINDOWS

    Direktori ini berisikan sistem dari Windows. Dalam direktori ini terdapat pustaka-pustaka yang diperlukan oleh Windows, device driver, registry, dan program-program esensial yang dibutuhkan oleh Windows untuk berjalan dengan baik.

  2. Direktori C:\Program Files

    Direktori ini berisikan semua program yang diinstal ke dalam sistem operasi. Semua program yang diinstal akan menulis entry ke dalam registry agar program tersebut dapat dijalankan dalam sistem Windows.

  3. Direktori C:\My Documents

    Direktori ini berisikan semua dokumen yang dimiliki oleh pengguna sistem.

Sistem operasi Windows dapat berjalan diatas beberapa macam sistem berkas. Setiap sistem berkas memiliki keunggulan dan kekurangan masing-masing. Semua keluarga Windows yang berbasis Windows NT dapat mendukung sistem berkas yang digunakan oleh keluarga Windows 9x, namun hal tersebut tidak berlaku sebaliknya.

Sistem Berkas yang terdapat dalam sistem operasi Windows adalah:

  1. FAT 16: Sistem berkas ini digunakan dalam sistem operasi DOS dan Windows 3.1

  2. FAT 32: Sistem ini digunakan oleh keluarga Windows 9x.

  3. NTFS: Merupakan singkatan dari New Technology File System. Sistem berkas ini adalah sistem berkas berbasis journaling dan dapat digunakan hanya pada keluarga Windows NT. Keunggulan dari sistem berkas ini adalah fasilitas recovery yang memungkinkan dilakukannya penyelamatan data saat terjadi kerusakan pada sistem operasi.


Sistem Berkas pada UNIX (dan turunannya)

Ketika kita login ke UNIX, kita akan ditempatkan di direktori root kita. Direktori root kita dikenal sebagai direktori home kita dan dispesifikasi dengan environment variable yang dinamakan HOME. Environment variable ini menentukan karakteristik dari shell kita dan interaksi pengguna dengan shell tersebut. Environment variable yang umum adalah variabel PATH, yang mendefinisikan dimana shell akan mencari ketika perintah dari pengguna. Untuk melihat daftar environment variable, gunakan saja perintah printenv. Sedangkan untuk mengatur environment variable, gunakan setenv.

Ada beberapa direktori yang umum terdapat dalam instalasi UNIX:

  1. Direktori "/" (root)

    Direktori ini terletak pada level teratas dari struktur direktori UNIX. Biasanya direktori root ini diberi tanda / atau slash. Direktori ini biasanya hanya terdiri dari direktori-direktori lainnya yang terletak pada level dibawah level direktori root. Berkas-berkas dapat disimpan pada direktori root tetapi usahakan tidak menyimpan berkas-berkas biasa sehingga direktori ini tetap terjaga keteraturannya.

    Perubahan penamaan direktori-direktori yang ada pada direktori root akan menyebabkan sebagian besar dari sistem menjadi tidak berguna. Karena sebagian besar dari direktori-direktori ini berisi fungsi-fungsi yang sifatnya kritikal yang dimana sistem operasi dan semua aplikasi memerlukan direktori-direktori ini dengan nama yang sudah diberikan pada awal instalasi. Tetapi kita bisa membuat direktori lain pada level ini. Direktori home juga bisa ditemukan pada level ini hasil pembuatan oleh administrator sistem.

  2. Direktori "/bin"

    Direktori ini berisi program-program yang esensial agar sistem operasi dapat bekerja dengan benar. Dalam direktori ini dapat ditemukan perintah-perintah navigasi, program-program shell, perintah pencarian dan lain-lainnya. bin adalah singkatan dari kata binary. Di UNIX, sebuah binary adalah berkas yang dapat dieksekusi. Sebagian besar dari perintah dalam UNIX merupakan binary, perintah-perintah tersebut merupakan program-program kecil yang dapat dieksekusi oleh pengguna. Ada beberapa perintah yang disebut perintah built-in dimana fungsi mereka dikendalikan oleh program shell sehingga mereka tidak beroperasi sebagai binary yang terpisah.

    Terkadang direktori bin terhubung ke direktori lain yang dinamakan /usr/bin. Direktori /usr/bin biasanya adalah lokasi sebenarnya dari binary-binary pengguna disimpan.Dalam hal ini, /bin adalah gerbang untuk mencapai /usr/bin.

  3. Direktori "/dev"

    Direktori ini berisi berkas-berkas alat atau alat I/O. Sistem UNIX menganggap semua hal sebagai berkas. Hal-hal seperti monitor, CD-ROM, printer dan lain-lainnya dianggap hanya sebagai berkas saja oleh sistem operasi. Jika UNIX memerlukan perangkat-perangkat tersebut maka UNIX akan mencarinya ke direktori dev.

  4. Direktori "/etc"

    Direktori yang dibaca et-see ini berisi beberapa konfigurasi berkas pengguna dan sistem, dan berkas yang ditunjuk sistem sebagai operasi normal seperti berkas kata sandi, pesan untuk hari ini, dan lain-lainnya.

  5. Direktori "/lib"

    Direktori ini berisi pustaka-pustaka (libraries) yang dibagi (shared). Pustaka ini adalah rutin perangkat lunak (software routines) yang digunakan lebih dari satu bagian dari sistem operasi. Ketika kita menginstalasi perangkat lunak yang baru maka ada pustaka-pustaka baru yang ditambahkan ke direktori lib. Jika pada waktu berusaha menjalankan aplikasi terdapat pesan error, hal ini diakibatkan ada pustaka yang hilang dari direktori lib. Aplikasi-aplikasi di UNIX biasanya memeriksa lib ketika menginstalasi untuk memeriksa apakah pustaka-pustaka yang diperlukan oleh aplikasi sudah tersedia atau belum. Jika sudah tersedia, UNIX biasanya tidak menimpa pustaka tersebut.

  6. Direktori "/sbin"

    Direktori ini berisi binary-binary juga seperti pada direktori bin.Tetapi,bedanya adalah binary-binary pada direktori ini berhubungan dengan fungsi-fungsi sistem administrasi pada sistem operasi UNIX. Binary-binary ini bukan yang biasa digunakan oleh pengguna tetapi digunakan agar komputer dapat beroperasi secara efisien.

  7. Direktori "/usr"

    Direktori ini terdiri dari banyak direktori seperti pada direktori root. Direktori ini berisi berkas-berkas yang dapat diakses oleh para pengguna biasa. Struktur dari direktori ini mirip dengan struktur direktori "/". Beberapa direktori yang terdapat dalam direktori ini berhubungan dengan direktori yang ada di direktori /.

  8. Direktori "/var"

    Direktori ini berisi data yang bermacam-macam (vary). Perubahan data dalam sistem yang aktif sangatlah cepat. Data-data seperti ini ada dalam waktu yang singkat. Karena sifatnya yang selalu berubah tidak memungkinkan disimpan dalam direktori seperti "/etc". Oleh karena itu, data-data seperti ini disimpan di direktori var.


Perbandingan antara Windows dan UNIX

Sistem berkas UNIX berbeda dengan sistem berkas Windows (DOS) karena sistem berkas UNIX lebih hebat dan mudah diatur daripada Windows (DOS). Penamaan dalam UNIX dan Windows berbeda. Karena sistem Windows ingin memudahkan pengguna maka sistem mereka mengubah nama menjadi nama yang lebih mudah bagi para pengguna. Contohnya adalah nama folder dalam adalah perubahan dari directory yang masih digunakan oleh UNIX. Penggunaan back slash (\) digunakan untuk memisahkan direktori-direktori dalam Windows, tetapi hal ini tidak ada dalam UNIX. Sistem UNIX menggunakan case sensitive, yang artinya nama suatu berkas yang sama jika dibaca, tetapi penulisan namanya berbeda dalam hal ada satu file yang menggunakan huruf kapital dalam penamaan dan satu tidak akan berbeda dalam UNIX. Contohnya ada berkas bernama berkasdaku.txt dan BerkasDaku.txt, jika dibaca nama berkasnya sama tetapi dalam UNIX ini merupakan dua berkas yang jauh berbeda. Jika berkas-berkas ini berada di sistem Windows, mereka menunjuk ke berkas yang sama yang berarti Windows tidak case sensitive.

Hal lain yang membedakan sistem berkas UNIX dengan Windows adalah UNIX tidak menggunakan drive letter seperti C:, D: dalam Windows. Tetapi semua partisi dan drive ekstra di mount didalam sub-direktori di bawah direktori root. Jadi pengguna tidak harus bingung di drive letter mana suatu berkas berada sehingga seluruh sistem seperti satu sistem berkas yang berurutan dari direktori root menurun secara hierarki.


Kesimpulan

Sistem berkas merupakan mekanisme penyimpanan on-line serta untuk akses, baik data mau pun program yang berada dalam Sistem Operasi. Terdapat dua bagian penting dalam sistem berkas, yaitu:

  1. Kumpulan berkas, sebagai tempat penyimpanan data, serta

  2. Struktur direktori, yang mengatur dan menyediakan informasi mengenai seluruh berkas dalam sistem.

Berkas adalah kumpulan informasi berkait yang diberi nama dan direkam pada penyimpanan sekunder. Atribut berkas terdiri dari:

  1. Nama; merupakan satu-satunya informasi yang tetap dalam bentuk yang bisa dibaca oleh manusia (human-readable form)

  2. Type; dibutuhkan untuk sistem yang mendukung beberapa type berbeda

  3. Lokasi; merupakan pointer ke device dan ke lokasi berkas pada device tersebut

  4. Ukuran (size); yaitu ukuran berkas pada saat itu, baik dalam byte, huruf, atau pun blok

  5. Proteksi; adalah informasi mengenai kontrol akses, misalnya siapa saja yang boleh membaca, menulis, dan mengeksekusi berkas

  6. Waktu, tanggal dan identifikasi pengguna; informasi ini biasanya disimpan untuk:

    - pembuatan berkas

    - modifikasi terakhir yang dilakukan pada berkas, dan

    - modifikasi terakhir yang dilakukan pada berkas, dan

    - modifikasi terakhir yang dilakukan pada berkas, dan

    - penggunaan terakhir berkas

Operasi Pada Berkas

  1. Membuat sebuah berkas.

  2. Menulis pada sebuah berkas.

  3. Membaca sebuah berkas.

  4. Menempatkan kembali sebuah berkas.

  5. Menghapus sebuah berkas.

  6. Memendekkan berkas.

Metode Akses

  1. Akses Berurutan.

  2. Akses Langsung.

  3. Akses menggunakan Indeks.

Operasi Pada Direktori

Operasi-operasi yang dapat dilakukan pada direktori adalah:

  1. Mencari berkas.

  2. Membuat berkas.

  3. Menghapus berkas.

  4. Menampilkan isi direktori.

  5. Mengganti nama berkas.

  6. Melintasi sistem berkas.

Macam-macam Direktori

  1. Direktori Satu Tingkat.

  2. Direktori Dua Tingkat.

  3. Direktori Dengan Struktur "Tree".

  4. Direktori Dengan Struktur "Acyclic-Graph".

  5. Direktori Dengan Struktur Graph.

Metode Alokasi Berkas

  1. Alokasi Secara Berdampingan (Contiguous Allocation).

  2. Alokasi Secara Berangkai (Linked Allocation).

  3. Alokasi Dengan Indeks (Indexed Allocation).

Manajemen Free Space

  1. Menggunakan Bit Vektor.

  2. Linked List.

  3. Grouping.

  4. Counting.

Implementasi Direktori

  1. Linear List.

  2. Hash Table.

Sistem Berkas pada Windows

Direktori yang secara otomatis dibuat dalam instalasi Windows adalah:

  1. Direktori C:\WINDOWS

  2. Direktori C:\Program Files

  3. Direktori C:\My Documents

Sistem Berkas yang terdapat dalam sistem operasi Windows adalah:

  1. FAT 16

    Sistem berkas ini digunakan dalam sistem operasi DOS dan Windows 3.1

  2. FAT 32

    Sistem ini digunakan oleh keluarga Windows 9x

  3. NTFS

    Merupakan singkatan dari New Technology File System. Sistem berkas ini adalah sistem berkas berbasis journaling dan dapat digunakan hanya pada keluarga Windows NT. Keunggulan dari sistem berkas ini adalah fasilitas recovery yang memungkinkan dilakukannya penyelamatan data saat terjadi kerusakan pada sistem operasi.

Sistem Berkas pada UNIX (dan turunannya)

Ada beberapa direktori yang umum terdapat dalam instalasi UNIX:

  1. Direktori /root.

  2. Direktori /bin.

  3. Direktori /dev.

  4. Direktori /etc.

  5. Direktori /lib.

  6. Direktori /sbin.

  7. Direktori /usr.

  8. Direktori /var.

Macam-macam Sistem Berkas di UNIX

  1. EXT2.

  2. EXT3.

  3. JFS (Journaling File System).

  4. ReiserFS.

  5. Dan Lain-lain.


Bab 6. I/O dan Disk

Perangkat Keras I/O

Secara umum, terdapat beberapa jenis seperti device penyimpanan (disk, tape), transmission device (network card, modem), dan human-interface device (screen, keyboard, mouse). Device tersebut dikendalikan oleh instruksi I/O. Alamat-alamat yang dimiliki oleh device akan digunakan oleh direct I/O instruction dan memory-mapped I/O.

Beberapa konsep yang umum digunakan ialah port, bus (daisy chain/ shared direct access), dan controller (host adapter). Port adalah koneksi yang digunakan oleh device untuk berkomunikasi dengan mesin. Bus adalah koneksi yang menghubungkan beberapa device menggunakan kabel-kabel. Controller adalah alat-alat elektronik yang berfungsi untuk mengoperasikan port, bus, dan device.

Langkah yang ditentukan untuk device adalah command-ready, busy, dan error. Host mengeset command-ready ketika perintah telah siap untuk dieksekusi oleh controller. Controller mengeset busy ketika sedang mengerjakan sesuatu, dan men clear busy ketika telah siap untuk menerima perintah selanjutnya. Error diset ketika terjadi kesalahan.


Interupsi


DMA


Transfer DMA

Untuk memulai sebuah transfer DMA, host akan menuliskan sebuah DMA command block yang berisi pointer yang menunjuk ke sumber transfer, pointer yang menunjuk ke tujuan/ destinasi transfer, dan jumlah byte yang ditransfer, ke memori. CPU kemudian menuliskan alamat command block ini ke DMA controller, sehingga DMA controller dapat kemudian mengoperasikan bus memori secara langsung dengan menempatkan alamat-alamat pada bus tersebut untuk melakukan transfer tanpa bantuan CPU. Tiga langkah dalam transfer DMA:

  1. Prosesor menyiapkan DMA transfer dengan menyedia kan data-data dari device, operasi yang akan ditampilkan, alamat memori yang menjadi sumber dan tujuan data, dan banyaknya byte yang di transfer.

  2. DMA controller memulai operasi (menyiapkan bus, menyediakan alamat, menulis dan membaca data), sampai seluruh blok sudah di transfer.

  3. DMA controller meng-interupsi prosesor, dimana selanjutnya akan ditentukan tindakan berikutnya.

Pada dasarnya, DMA mempunyai dua metode yang berbeda dalam mentransfer data. Metode yang pertama adalah metode yang sangat baku dan simple disebut HALT, atau Burst Mode DMA, karena DMA controller memegang kontrol dari sistem bus dan mentransfer semua blok data ke atau dari memori pada single burst. Selagi transfer masih dalam progres, sistem mikroprosessor di-set idle, tidak melakukan instruksi operasi untuk menjaga internal register. Tipe operasi DMA seperti ini ada pada kebanyakan komputer.

Metode yang kedua, mengikut-sertakan DMA controller untuk memegang kontrol dari sistem bus untuk jangka waktu yang lebih pendek pada periode dimana mikroprosessor sibuk dengan operasi internal dan tidak membutuhkan akses ke sistem bus. Metode DMA ini disebut cycle stealing mode. Cycle stealing DMA lebih kompleks untuk diimplementasikan dibandingkan HALT DMA, karena DMA controller harus mempunyai kepintaran untuk merasakan waktu pada saat sistem bus terbuka.


Interface Aplikasi I/O

Ketika suatu aplikasi ingin membuka data yang ada dalam suatu disk, sebenarnya aplikasi tersebut harus dapat membedakan jenis disk apa yang akan diaksesnya. Untuk mempermudah pengaksesan, sistem operasi melakukan standarisasi cara pengaksesan pada peralatan I/O. Pendekatan inilah yang dinamakan interface aplikasi I/O.

Interface aplikasi I/O melibatkan abstraksi, enkapsulasi, dan software layering. Abstraksi dilakukan dengan membagi-bagi detail peralatan-peralatan I/O ke dalam kelas-kelas yang lebih umum. Dengan adanya kelas-kelas yang umum ini, maka akan lebih mudah untuk membuat fungsi-fungsi standar (interface) untuk mengaksesnya. Lalu kemudian adanya device driver pada masing-masing peralatan I/O, berfungsi untuk enkapsulasi perbedaan-perbedaan yang ada dari masing-masing anggota kelas-kelas yang umum tadi. Device driver mengenkapsulasi tiap -tiap peralatan I/O ke dalam masing-masing 1 kelas yang umum tadi (interface standar). Tujuan dari adanya lapisan device driver ini adalah untuk menyembunyikan perbedaan-perbedaan yang ada pada device controller dari subsistem I/O pada kernel. Karena hal ini, subsistem I/O dapat bersifat independen dari hardware.

Karena subsistem I/O independen dari hardware maka hal ini akan sangat menguntungkan dari segi pengembangan hardware. Tidak perlu menunggu vendor sistem operasi untuk mengeluarkan support code untuk hardware-hardware baru yang akan dikeluarkan oleh vendor hardware.


Kernel I/O Subsystem

Kernel menyediakan banyak service yang berhubungan dengan I/O. Pada bagian ini, kita akan mendeskripsikan beberapa service yang disediakan oleh kernel I/O subsystem, dan kita akan membahas bagaimana caranya membuat infrastruktur hardware dan device-driver. Service yang akan kita bahas adalah I/O scheduling, buffering, caching, spooling, reservasi device, error handling.


I/O Scheduling

Untuk menjadualkan sebuah set permintaan I/O, kita harus menetukan urutan yang bagus untuk mengeksekusi permintaan tersebut. Scheduling dapat meningkatkan kemampuan sistem secara keseluruhan, dapat membagi device secara rata di antara proses-proses, dan dapat mengurangi waktu tunggu rata-rata untuk menyelesaikan I/O. Ini adalah contoh sederhana untuk menggambarkan definisi di atas. Jika sebuah arm disk terletak di dekat permulaan disk, dan ada tiga aplikasi yang memblokir panggilan untuk membaca untuk disk tersebut. Aplikasi 1 meminta sebuah blok dekat akhir disk, aplikasi 2 meminta blok yang dekat dengan awal, dan aplikasi 3 meminta bagian tengah dari disk. Sistem operasi dapat mengurangi jarak yang harus ditempuh oleh arm disk dengan melayani aplikasi tersebut dengan urutan 2, 3, 1. Pengaturan urutan pekerjaan kembali dengan cara ini merupakan inti dari I/O scheduling. Sistem operasi mengembangkan implementasi scheduling dengan menetapkan antrian permintaan untuk tiap device. Ketika sebuah aplikasi meminta sebuah blocking sistem I/O, permintaan tersebut dimasukkan ke dalam antrian untuk device tersebut. Scheduler I/O mengatur urutan antrian untuk meningkatkan efisiensi dari sistem dan waktu respon rata-rata yang harus dialami oleh aplikasi. Sistem operasi juga mencoba untuk bertindak secara adil, seperti tidak ada aplikasi yang menerima service yang buruk, atau dapat seperti memberi prioritas service untuk permintaan penting yang ditunda. Contohnya, pemintaan dari subsistem mungkin akan mendapatkan prioritas lebih tinggi daripada permintaan dari aplikasi. Beberapa algoritma scheduling untuk disk I/O akan dijelaskan ada bagian Disk Scheduling.

Satu cara untuk meningkatkan efisiensi I/O subsistem dari sebuah komputer adalah dengan mengatur operasi I/O. Cara lain adalah dengan menggunakan tempat penyimpanan pada memori utama atau pada disk, melalui teknik yang disebut buffering, caching, dan spooling.


Buffering

Buffer adalah area memori yang menyimpan data ketika mereka sedang dipindahkan antara dua device atau antara device dan aplikasi. Buffering dilakukan untuk tiga buah alasan. Alasan pertama adalah untuk men-cope dengan kesalahan yang terjadi karena perbedaan kecepatan antara produsen dengan konsumen dari sebuah stream data. Sebagai contoh, sebuah file sedang diterima melalui modem dan ditujukan ke media penyimpanan di hard disk. Kecepatan modem tersebut kira-kira hanyalah 1/1000 daripada hard disk. Jadi buffer dibuat di dalam memori utama untuk mengumpulkan jumlah byte yang diterima dari modem. Ketika keseluruhan data di buffer sudah sampai, buffer tersebut dapat ditulis ke disk dengan operasi tunggal. Karena penulisan disk tidak terjadi dengan instan dan modem masih memerlukan tempat untuk menyimpan data yang berdatangan, maka dipakai 2 buah buffer. Setelah modem memenuhi buffer pertama, akan terjadi request untuk menulis di disk. Modem kemudian mulai memenuhi buffer kedua sementara buffer pertama dipakai untuk penulisan ke disk. Pada saat modem sudah memenuhi buffer kedua, penulisan ke disk dari buffer pertama seharusnya sudah selesai, jadi modem akan berganti kembali memenuhi buffer pertama dan buffer kedua dipakai untuk menulis. Metode double buffering ini membuat pasangan ganda antara produsen dan konsumen sekaligus mengurangi kebutuhan waktu di antara mereka.

Alasan kedua dari buffering adalah untuk menyesuaikan device-device yang mempunyai perbedaan dalam ukuran transfer data. Hal ini sangat umum terjadi pada jaringan komputer, dimana buffer dipakai secara luas untuk fragmentasi dan pengaturan kembali pesan-pesan yang diterima. Pada bagian pengirim, sebuah pesan yang besar akan dipecah ke paket-paket kecil. Paket-paket tersebut dikirim melalui jaringan, dan penerima akan meletakkan mereka di dalam buffer untuk disusun kembali.

Alasan ketiga untuk buffering adalah untuk mendukung copy semantics untuk aplikasi I/O. Sebuah contoh akan menjelaskan apa arti dari copy semantics. Jika ada sebuah aplikasi yang mempunyai buffer data yang ingin dituliskan ke disk. Aplikasi tersebut akan memanggil sistem penulisan, menyediakan pointer ke buffer, dan sebuah integer untuk menunjukkan ukuran bytes yang ingin ditulis. Setelah pemanggilan tersebut, apakah yang akan terjadi jika aplikasi tersebut merubah isi dari buffer, dengan copy semantics, keutuhan data yang ingin ditulis sama dengan data waktu aplikasi ini memanggil sistem untuk menulis, tidak tergantung dengan perubahan yang terjadi pada buffer. Sebuah cara sederhana untuk sistem operasi untuk menjamin copy semantics adalah membiarkan sistem penulisan untuk mengkopi data aplikasi ke dalam buffer kernel sebelum mengembalikan kontrol kepada aplikasi. Jadi penulisan ke disk dilakukan pada buffer kernel, sehingga perubahan yang terjadi pada buffer aplikasi tidak akan membawa dampak apa-apa. Mengcopy data antara buffer kernel data aplikasi merupakan sesuatu yang umum pada sistem operasi, kecuali overhead yang terjadi karena operasi ini karena clean semantics. Kita dapat memperoleh efek yang sama yang lebih efisien dengan memanfaatkan virtual-memori mapping dan proteksi copy-on-wire dengan pintar.


Caching

Sebuah cache adalah daerah memori yang cepat yang berisikan data kopian. Akses ke sebuah kopian yang di-cached lebih efisien daripada akses ke data asli. Sebagai contoh, instruksi-instruksi dari proses yang sedang dijalankan disimpan ke dalam disk, dan ter-cached di dalam memori physical, dan kemudian dicopy lagi ke dalam cache secondary and primary dari CPU. Perbedaan antara sebuah buffer dan ache adalah buffer dapat menyimpan satu-satunya informasi datanya sedangkan sebuah cache secara definisi hanya menyimpan sebuah data dari sebuah tempat untuk dapat diakses lebih cepat.

Caching dan buffering adalah dua fungsi yang berbeda, tetapi terkadang sebuah daerah memori dapat digunakan untuk keduanya. sebagai contoh, untuk menghemat copy semantics dan membuat scheduling I/O menjadi efisien, sistem operasi menggunakan buffer pada memori utama untuk menyimpan data. Buffer ini juga digunakan sebagai cache, untuk meningkatkan efisiensi I/O untuk file yang digunakan secara bersama-sama oleh beberapa aplikasi, atau yang sedang dibaca dan ditulis secara berulang-ulang. Ketika kernel menerima sebuah permintaan file I/O, kernel tersebut mengakses buffer cacheuntuk melihat apakah daerah memori tersebut sudah tersedia dalam memori utama. Jika iya, sebuah physical disk I/O dapat dihindari atau tidak dipakai. penulisan disk juga terakumulasi ke dalam buffer cache selama beberapa detik, jadi transfer yang besar akan dikumpulkan untuk mengefisiensikan schedule penulisan. Cara ini akan menunda penulisan untuk meningkatkan efisiensi I/O akan dibahas pada bagian Remote File Access.


Spooling dan Reservasi Device

Sebuah spool adalah sebuah buffer yang menyimpan output untuk sebuah device, seperti printer, yang tidak dapat menerima interleaved data streams. Walau pun printer hanya dapat melayani satu pekerjaan pada waktu yang sama, beberapa aplikasi dapat meminta printer untuk mencetak, tanpa harus mendapatkan hasil output mereka tercetak secara bercampur. Sistem operasi akan menyelesaikan masalah ini dengan meng-intercept semua output kepada printer. Tiap output aplikasi sudah di-spooled ke disk file yang berbeda. Ketika sebuah aplikasi selesai mengeprint, sistem spooling akan melanjutkan ke antrian berikutnya. Di dalam beberapa sistem operasi, spooling ditangani oleh sebuah sistem proses daemon. Pada sistem operasi yang lain, sistem ini ditangani oleh in-kernel thread. Pada kedua kasus, sistem operasi menyediakan interfacekontrol yang membuat users and system administrator dapat menampilkan antrian tersebut, untuk mengenyahkan antrian-antrian yang tidak diinginkan sebelum mulai di-print.

Untuk beberapa device, seperti drive tapedan printer tidak dapat me-multiplex permintaan I/O dari beberapa aplikasi. Spooling merupakan salah satu cara untuk mengatasi masalah ini. Cara lain adalah dengan membagi koordinasi untuk multiple concurrent ini. Beberapa sistem operasi menyediakan dukungan untuk akses device secara eksklusif, dengan mengalokasikan proses ke device idledan membuang device yang sudah tidak diperlukan lagi. Sistem operasi lainnya memaksakan limit suatu file untuk menangani device ini. Banyak sistem operasi menyediakan fungsi yang membuat proses untuk menangani koordinat exclusive akses diantara mereka sendiri.


Kernel Data Structure

Kernel membutuhkan informasi state tentang penggunakan komponen I/O. Kernel menggunakan banyak struktur yang mirip untuk melacak koneksi jaringan, komunikasi karakter-device, dan aktivitas I/O lainnya.

UNIX menyediakan akses sistem file untuk beberapa entiti, seperti file user, raw devices, dan alamat tempat proses. Walau pun tiap entiti ini didukung sebuah operasi baca, semantics-nya berbeda untuk tiap entiti. Seperti untuk membaca file user, kernel perlu memeriksa buffer cache sebelum memutuskan apakah akan melaksanakan I/O disk. Untuk membaca sebuah raw disk, kernel perlu untuk memastikan bahwa ukuran permintaan adalah kelipatan dari ukuran sektor disk, dan masih terdapat di dalam batas sektor. Untuk memproses citra, cukup perlu untuk mengkopi data ke dalam memori. UNIX mengkapsulasikan perbedaan-perbedaan ini di dalam struktur yang uniform dengan menggunakan teknik object oriented.

Beberapa sistem operasi bahkan menggunakan metode object oriented secara lebih extensif. Sebagai contoh, Windows NT menggunakan implementasi message-passing untuk I/O. Sebuah permintaan I/O akan dikonversikan ke sebuah pesan yang dikirim melalui kernel kepada I/O manager dan kemudian ke device driver, yang masing-masing bisa mengubah isi pesan. Untuk output, isi message adalah data yang akan ditulis. Untuk input, message berisikan buffer untuk menerima data. Pendekatan message-passing ini dapat menambah overhead, dengan perbandingan dengan teknik prosedural yang men-share struktur data, tetapi akan mensederhanakan struktur dan design dari sistem I/O tersebut dan menambah fleksibilitas.

Kesimpulannya, subsistem I/O mengkoordinasi kumpulan-kumpulan service yang banyak sekali, yang tersedia dari aplikasi mau pun bagian lain dari kernel. Subsistem I/O mengawasi:

  1. Manajemen nama untuk file dan device.

  2. Kontrol akses untuk file dan device.

  3. Kontrol operasi, contoh: model yang tidak dapat dikenali.

  4. Alokasi tempat sistem file.

  5. Alokasi device.

  6. Buffering, caching, spooling.

  7. I/O scheduling

  8. Mengawasi status device, error handling, dan kesalahan dalam recovery.

  9. Konfigurasi dan utilisasi driver device.


Penanganan Permintaan I/O

Di bagian sebelumnya, kita mendeskripsikan handshaking antara device driver dan device controller, tapi kita tidak menjelaskan bagaimana Sistem Operasi menyambungkan permintaan aplikasi untuk menyiapkan jaringan menuju sektor disk yang spesifik.

Sistem Operasi yang modern mendapatkan fleksibilitas yang signifikan dari tahapan-tahapan tabel lookup di jalur diantara permintaan dan physical device controller. Kita dapat mengenalkan device dan driver baru ke komputer tanpa harus meng-compile ulang kernelnya. Sebagai fakta, ada beberapa sistem operasi yang mampu untuk me-load device drivers yang diinginkan. Pada waktu boot, sistem mula-mula meminta bus piranti keras untuk menentukan device apa yang ada, kemudian sistem me-load ke dalam driver yang sesuai; baik sesegera mungkin, mau pun ketika diperlukan oleh sebuah permintaan I/O.

UNIX Sistem V mempunyai mekanisme yang menarik, yang disebut streams, yang membolehkan aplikasi untuk men-assemble pipeline dari kode driver secara dinamis. Sebuah stream adalah sebuah koneksi full duplex antara sebuah device driver dan sebuah proses user-level. Stream terdiri atas sebuah stream head yang merupakan antarmuka dengan user process, sebuah driver end yang mengontrol device, dan nol atau lebih stream modules diantara mereka. Modules dapat didorong ke stream untuk menambah fungsionalitas di sebuah layered fashion. Sebagai gambaran sederhana, sebuah proses dapat membuka sebuah alat port serial melalui sebuah stream, dan dapat mendorong ke sebuah modul untuk memegang edit input. Stream dapat digunakan untuk interproses dan komunikasi jaringan. Faktanya, di Sistem V, mekanisme soket diimplementasikan dengan stream.

Berikut dideskripsikan sebuah lifecycle yang tipikal dari sebuah permintaan pembacaan blok.

  1. Sebuah proses mengeluarkan sebuah blocking read system call ke sebuah file deskriptor dari berkas yang telah dibuka sebelumnya.

  2. Kode system-call di kernel mengecek parameter untuk kebenaran. Dalam kasus input, jika data telah siap di buffer cache, data akan dikembalikan ke proses dan permintaan I/O diselesaikan.

  3. Jika data tidak berada dalam buffer cache, sebuah physical I/O akan bekerja, sehingga proses akan dikeluarkan dari antrian jalan (run queue) dan diletakkan di antrian tunggu (wait queue) untuk alat, dan permintaan I/O pun dijadwalkan. Pada akhirnya, subsistem I/O mengirimkan permintaan ke device driver. Bergantung pada sistem operasi, permintaan dikirimkan melalui call subrutin atau melalui pesan in-kernel.

  4. Device driver mengalokasikan ruang buffer pada kernel untuk menerima data, dan menjadwalkan I/O. Pada akhirnya, driver mengirim perintah ke device controller dengan menulis ke register device control.

  5. Device controller mengoperasikan piranti keras device untuk melakukan transfer data.

  6. Driver dapat menerima status dan data, atau dapat menyiapkan transfer DMA ke memori kernel. Kita mengasumsikan bahwa transfer diatur oleh sebuah DMA controller, yang meggunakan interupsi ketika transfer selesai.

  7. Interrupt handler yang sesuai menerima interupsi melalui tabel vektor-interupsi, menyimpan sejumlah data yang dibutuhkan, menandai device driver, dan kembali dari interupsi.

  8. Device driver menerima tanda, menganalisa permintaan I/O mana yang telah diselesaikan, menganalisa status permintaan, dan menandai subsistem I/O kernel yang permintaannya telah terselesaikan.

  9. Kernel mentransfer data atau mengembalikan kode ke ruang alamat dari proses permintaan, dan memindahkan proses dari antrian tunggu kembali ke antrian siap.

  10. Proses tidak diblok ketika dipindahkan ke antrian siap. Ketika penjadwal (scheduler) mengembalikan proses ke CPU, proses meneruskan eksekusi pada penyelesaian dari system call.


Kinerja I/O


Implementasi Fungsi I/O

Pada dasarnya kita mengimplementasikan algoritma I/O pada level aplikasi. Hal ini dikarenakan kode aplikasi sangat fleksible, dan bugs aplikasi tidak mudah menyebabkan sebuah sistem crash. Lebih lanjut, dengan mengembangkan kode pada level aplikasi, kita akan menghindari kebutuhan untuk reboot atau reload device driver setiap kali kita mengubah kode. Implementasi pada level aplikasi juga bisa sangat tidak efisien. Tetapi, karena overhead dari alih konteks dan karena aplikasi tidak bisa mengambil keuntungan dari struktur data kernel internal dan fungsionalitas dari kernel (misalnya, efisiensi dari kernel messaging, threading dan locking.

Pada saat algoritma pada level aplikasi telah membuktikan keuntungannya, kita mungkin akan mengimplementasikannya di kernel. Langkah ini bisa meningkatkan kinerja tetapi perkembangannya dari kerja jadi lebih menantang, karena besarnya kernel dari sistem operasi, dan kompleksnya sistem sebuah perangkat lunak. Lebih lanjut , kita harus men-debug keseluruhan dari implementasi in-kernel untuk menghindari korupsi sebuah data dan sistem crash.

Kita mungkin akan mendapatkan kinerja yang optimal dengan menggunakan implementasi yang special pada perangkat keras, selain dari device atau controller. Kerugian dari implementasi perangkat keras termasuk kesukaran dan biaya yang ditanggung dalam membuat kemajuan yang lebih baik dalam mengurangi bugs, perkembangan waktu yang maju dan fleksibilitas yang meningkat. Contohnya, RAID controller pada perangkat keras mungkin tidak akan menyediakan sebuah efek pada kernel untuk mempengaruhi urutan atau lokasi dari individual block reads dan write, meski pun kernel tersebut mempunyai informasi yang spesial mengenai workload yang dapat mengaktifkan kernel untuk meningkatkan kinerja dari I/O.


Struktur Disk

Disk menyediakan penyimpanan sekunder bagi sistem komputer modern. Magnetic tape sebelumnya digunakan sebagai media penyimpanan sekunder, tetapi waktu aksesnya lebih lambat dari disk. Oleh karena itu, sekarang tape digunakan terutama untuk backup, untuk penyimpanan informasi yang tidak sering, sebagai media untuk mentransfer infromasi dari satu sistem ke sistem yang lain, dan untuk menyimpan sejumlah data yang terlalu besar untuk sistem disk.

Disk drive modern dialamatkan sebagai suatu array satu dimensi yang besar dari blok lojik, dimana blok lojik merupakan unit terkecil dari transfer. Ukuran dari blok lojik biasanya adalah 512 bytes, walau pun sejumlah disk dapat diformat di level rendah (low level formatted) untuk memilih sebuah ukuran blok lojik yang berbeda, misalnya 1024 bytes.

Array satu dimensi dari blok lojik dipetakan ke bagian dari disk secara sekuensial. Sektor 0 adalah sektor pertama dari trek pertama di silinder paling luar (outermost cylinder). Pemetaan kemudian memproses secara berurutan trek tersebut, kemudian melalui trek selanjutnya di silinder tersebut, dan kemudian sisa silinder dari yang paling luar sampai yang paling dalam.

Dengan menggunakan pemetaan, kita dapat minimal dalam teori mengubah sebuah nomor blok logikal ke sebuah alamat disk yang bergaya lama (old-style disk address) yang terdiri atas sebuah nomor silinder, sebuah nomor trek di silinder tersebut, dan sebuah nomor sektor di trek tersebut. Dalam prakteknya, adalah sulit untuk melakukan translasi ini, dengan 2 alasan. Pertama, kebanyakan disk memiliki sejumlah sektor yang rusak, tetapi pemetaan menyembunyikan hal ini dengan mensubstitusikan dengan sektor yang dibutuhkan dari mana-mana di dalam disk. Kedua, jumlah dari sektor per trek tidaklah konstan. Semakin jauh sebuah trek dari tengah disk, semakin besar panjangnya, dan juga semakin banyak sektor yang dipunyainya. Oleh karena itu, disk modern diatur menjadi zona-zona silinder. Nomor sektor per trek adalah konstan dalam sebuah zona. Tetapi seiring kita berpindah dari zona dalam ke zona luar, nomor sektor per trek bertambah. Trek di zona paling luar tipikalnya mempunyai 40 persen sektor lebih banyak daripada trek di zona paling dalam.

Nomor sektor per trek telah meningkat seiring dengan peningkatan teknologi disk, dan adalah lazim untuk mempunyai lebih dari 100 sektor per trek di zona yang lebih luar dari disk. Dengan analogi yang sama, nomor silinder per disk telah meningkat, dan sejumlah ribuan silinder adalah tak biasa.


Penjadualan Disk

Salah satu tanggung jawab sistem operasi adalah menggunakan hardware dengan efisien. Khusus untuk disk drives, efisiensi yang dimaksudkan di sini adalah dalam hal waktu akses yang cepat dan aspek bandwidth disk. Waktu akses memiliki dua komponen utama yaitu waktu pencarian dan waktu rotasi disk. Waktu pencarian adalah waktu yang dibutuhkan disk arm untuk menggerakkan head ke bagian silinder disk yang mengandung sektor yang diinginkan. Waktu rotasi disk adalah waktu tambahan yang dibutuhkan untuk menunggu rotasi atau perputaran disk, sehingga sektor yang diinginkan dapat dibaca oleh head. Pengertian Bandwidth adalah total jumlah bytes yang ditransfer dibagi dengan total waktu antara permintaan pertama sampai seluruh bytes selesai ditransfer. Untuk meningkatkan kecepatan akses dan bandwidth, kita dapat melakukan penjadualan pelayanan atas permintaan I/O dengan urutan yang tepat.

Sebagaimana kita ketahui, jika suatu proses membutuhkan pelayanan I/O dari atau menuju disk, maka proses tersebut akan melakukan system call ke sistem operasi. Permintaan tersebut membawa informasi-informasi antara lain:

  1. Apakah operasi input atau output.

  2. Alamat disk untuk proses tersebut.

  3. Alamat memori untuk proses tersebut

  4. Jumlah bytes yang akan ditransfer

Jika disk drive beserta controller tersedia untuk proses tersebut, maka proses akan dapat dilayani dengan segera. Jika ternyata disk drive dan controller tidak tersedia atau sedang sibuk melayani proses lain, maka semua permintaan yang memerlukan pelayanan disk tersebut akan diletakkan pada suatu antrian penundaan permintaan untuk disk tersebut. Dengan demikian, jika suatu permintaan telah dilayani, maka sistem operasi memilih permintaan tertunda dari antrian yang selanjutnya akan dilayani.


Penjadualan SSTF

Sangat beralasan jika kita menutup semua pelayanan pada posisi head saat ini, sebelum menggerakkan head ke tempat lain yang jauh untuk melayani suatu permintaan. Asumsi ini mendasari algoritma penjadualan kita yang kedua yaitu shortest-seek-time-first (SSTF). Algoritma ini memilih permintaan dengan berdasarkan waktu pencarian atau seek time paling minimum dari posisi head saat itu. Karena waktu pencarian meningkat seiring dengan jumlah silinder yang dilewati oleh head, maka SSTF memilih permintaan yang paling dekat posisinya di disk terhadap posisi head saat itu.

Perhatikan contoh antrian permintaan yang kita sajikan pada penjadualan FCFS, permintaan paling dekat dengan posisi head saat itu (53) adalah silinder 65. Jika kita penuhi permintaan 65, maka yang terdekat berikutnya adalah silinder 67. Dari 67, silinder 37 letaknya lebih dekat ke 67 dibandingkan silinder 98, jadi 37 dilayani duluan. Selanjutnya, dilanjutkan ke silinder 14, 98, 122, 124, dan terakhir adalah 183. Metode penjadualan ini hanya menghasilkan total pergerakan head sebesar 236 silinder -- kira-kira sepertiga dari yang dihasilkan penjadualan FCFS. Algoritma SSTF ini memberikan peningkatan yang cukup signifikan dalam hal pendayagunaan atau performance sistem.

Penjadualan SSTF merupakan salah satu bentuk dari penjadualan shortest-job-first (SJF), dan karena itu maka penjadualan SSTF juga dapat mengakibatkan starvation pada suatu saat tertentu. Kita ketahui bahwa permintaan dapat datang kapan saja. Anggap kita memiliki dua permintaan dalam antrian, yaitu untuk silinder 14 dan 186. Selama melayani permintaan 14, kita anggap ada permintaan baru yang letaknya dekat dengan 14. Karena letaknya lebih dekat ke 14, maka permintaan ini akan dilayani dulu sementara permintaan 186 menunggu gilirannya. Jika kemudian berdatangan lagi permintaan-permintaan yang letaknya lebih dekat dengan permintaan terakhir yang dilayani jika dibandingkan dengan 186, maka permintaan 186 bisa saja menunggu sangat lama. Kemudian jika ada lagi permintaan yang lebih jauh dari 186, maka juga akan menunggu sangat lama untuk dapat dilayani.

Walau pun algoritma SSTF secara substansial meningkat jika dibandingkan dengan FCFS, tetapi algoritma SSTF ini tidak optimal. Seperti contoh diatas, kita dapat menggerakkan head dari 53 ke 37, walau pun bukan yang paling dekat, kemudian ke 14, sebelum menuju 65, 67, 98, 122, dan 183. Strategi ini dapat mengurangi total gerakan head menjadi 208 silinder.


Penjadualan SCAN

Pada algoritma SCAN, pergerakan disk arm dimulai dari salah satu ujung disk, kemudian bergerak menuju ujung yang lain sambil melayani permintaan setiap kali mengunjungi masing-masing silinder. Jika telah sampai di ujung disk, maka disk arm bergerak berlawanan arah, kemudian mulai lagi melayani permintaan-permintaan yang muncul. Dalam hal ini disk arm bergerak bolak-balik melalui disk.

Kita akan menggunakan contoh yang sudah dibarikan diatas. Sebelum melakukan SCAN untuk melayani permintaan-permintaan 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, dan 67, kita harus mengetahui terlebih dahulu pergerakan head sebagai langkah awal dari 53. Jika disk arm bergerak menuju 0, maka head akan melayani 37 dan kemudian 14. Pada silinder 0, disk arm akan bergerak berlawanan arah dan bergerak menuju ujung lain dari disk untuk melayani permintaan 65, 67, 98, 122, 124, dan 183. Jika permintaan terletak tepat pada head saat itu, maka akan dilayani terlebih dahulu, sedangkan permintaan yang datang tepat dibelakang head harus menunggu dulu head mencapai ujung disk, berbalik arah, baru kemudian dilayani.

Algoritma SCAN ini disebut juga algoritma lift/ elevator, karena kelakuan disk arm sama seperti elevator dalam suatu gedung, melayani dulu orang-orang yang akan naik ke atas, baru kemudian berbalik arah untuk melayani orang-orang yang ingin turun ke bawah.

Kelemahan algoritma ini adalah jika banyak permintaan terletak pada salah satu ujung disk, sedangkan permintaan yang akan dilayani sesuai arah arm disk jumlahnya sedikit atau tidak ada, maka mengapa permintaan yang banyak dan terdapat pada ujung yang berlawanan arah dengan gerakan disk arm saat itu tidak dilayani duluan? Ide ini akan mendasari algoritma penjadualan berikut yang akan kita bahas.


Pemilihan Algoritma Penjadualan Disk

Dari algoritma-algoritma diatas, bagaimanakah kita memilih algoritma terbaik yang akan digunakan? SSTF lebih umum dan memiliki prilaku yang lazim kita temui. SCAN dan C-SCAN memperlihatkan kemampuan yang lebih baik bagi sistem yang menempatkan beban pekerjaan yang berat kepada disk, karena algoritma tersebut memiliki masalah starvation yang paling sedikit. Untuk antrian permintaan tertentu, mungkin saja kita dapat mendefinisikan urutan akses dan pengambilan data dari disk yang optimal, tapi proses komputasi membutuhkan penjadualan optimal yang tidak kita dapatkan pada SSTF atau SCAN.

Dengan algoritma penjadualan yang mana pun, kinerja sistem sangat tergantung pada jumlah dan tipe permintaan. Sebagai contoh, misalnya kita hanya memiliki satu permintaan, maka semua algoritma penjadualan akan dipaksa bertindak sama, karena algoritma-algoritma tersebut hanya punya satu pilihan dari mana menggerakkan disk head: semuanya berprilaku seperti algoritma penjadualan FCFS.

Perlu diperhatikan pula bahwa pelayanan permintaan disk dapat dipengaruhi pula oleh metode alokasi file. Sebuah program yang membaca alokasi file secara terus menerus mungkin akan membuat beberapa permintaan yang berdekatan pada disk, menyebabkan pergerakan head menjadi terbatas. File yang memiliki link atau indeks, dilain pihak, mungkin juga memasukkan blok-blok yang tersebar luas pada disk, menyebabkan pergerakan head yang sangat besar.

Lokasi blok-blok indeks dan directory juga tidak kalah penting. Karena file harus dibuka sebelum digunakan, proses pembukaan file membutuhkan pencarian pada struktur directory, dengan demikian directory akan sering diakses. Kita anggap catatan directory berada pada awal silinder, sedangkan data file berada pada silinder terakhir. Pada kasus ini, disk head harus bergerak melewati sepanjang lebar disk. Membuat tempat penyimpanan sementara dari blok-blok indeks dan directory ke dalam memori dapat membantu mengurangi pergerakan disk arm, khususnya untuk permintaan membaca disk.

Karena kerumitan inilah, maka algoritma penjadualan disk harus ditulis dalam modul terpisah dari sistem operasi, jadi dapat saling mengganti dengan algoritma lain jika diperlukan. Baik SSTF mau pun LOOK keduanya merupakan pilihan yang paling masuk akal sebagai algoritma yang paling dasar.


Managemen Disk

Memformat Disk

Sebuah disk magnetik yang baru sebenarnya hanyalah sebuah slate kosong yang berupa piringan magnetik untuk menyimpan sesuatu. Sebelum disk tersebut dapat menyimpan data, harus dilakukan proses low-level formatting/ physical formatting, yaitu membagi disk menjadi beberapa sektor dan mengisinya dengan struktur data tertentu (biasanya header, area data, dan trailer) agar dapat dibaca dan ditulis oleh disk controller.

Salah satu informasi yang dibutuhkan oleh disk controller adalah error-correcting code (ECC). Disebut seperti itu karena jika terdapat satu atau dua bit data yang corrupt, controller dapat mengidentifikasi bit mana yang berubah dan mengoreksi nya. Proses ini otomatis dilakukan oleh controller setiap membaca atau menulis pada disk.

Low-level formatting berfungsi agar pihak manufaktur dapat mengetes disk dan menginisialisasi mapping dari lojikal nomor blok ke pendeteksi sektor kosong. Semakin besar ukuran sektor yang diformat, semakin sedikit sektor yang dapat diisi pada masing-masing track dan semakin sedikit header dan trailer yang ditulis pada setiap track. Hal ini berarti ruang yang dapat digunakan untuk data semakin besar.

Agar disk dapat menggunakan suatu berkas, sistem operasi membutuhkan untuk menyimpan struktur datanya pada disk. Langkah pertama adalah membagi disk menjadi satu/ lebih silinder (partition), sehingga sistem operasi dapat memperlakukannya sebagai disk yang terpisah. Langkah kedua adalah logical formatting, atau membuat sistem berkas. Pada langkah ini, sistem operasi menyimpan struktur data yang telah diinisialisasi ke disk.

Raw I/O adalah array pada blok lojikal yang memiliki kemampuan untuk menggunakan suatu partisi disk tanpa struktur data dari sistem berkas. Dengan partisi raw ini, untuk beberapa aplikasi tertentu akan lebih efisien dari segi penyimpanan. Tetapi kebanyakan aplikasi akan berjalan lebih baik dengan servis sistem berkas biasa.


Penanganan Swap-Space

Penanganan (management) swap-space (tempat pertukaran; tetapi karena istilah swap-space sudah umum dipakai, maka untuk seterusnya kita tetap memakai istilah swap-space) adalah salah satu dari low-level task pada sebuah sistem operasi. Memori Virtual menggunakan disk space sebagai perpanjangan (atau space tambahan) dari memori utama. Karena kecepatan akses disk lebih lambat daripada kecepatan akses memori, menggunakan swap-space akan mengurangi performa sistem secara signifikan. Tujuan utama dari perancangan dan implementasi swap-space adalah untuk menghasilkan kinerja memori virtual yang optimal. Dalam sub-bab ini, kita akan membicarakan bagaimana swap-space digunakan, dimana letak swap-space pada disk, dan bagaimana penanganan swap-space.


Lokasi Swap-Space

Ada dua tempat dimana swap-space bisa berada: swap-space bisa diletakkan pada partisi yang sama dengan sistem operasi, atau pada partisi yang berbeda. Apabila swap-space yang dipakai hanya berupa sebuah berkas yang besar di dalam sistem berkas, maka sistem berkas yang dipakai bisa digunakan untuk membuat, menamakan, dan mengalokasikan tempat swap-space. Maka dari itu, pendekatan seperti ini mudah untuk diimplementasikan. Sayangnya, juga tidak efisien. Menelusuri struktur direktori dan struktur data alokasi disk memakan waktu, dan berpotensi untuk mengakses disk lebih banyak dari yang diperlukan. Fragmentasi eksternal bisa membuat swapping lebih lama dengan memaksakan pencarian sekaligus banyak (multiple seeks) ketika sedang membaca atau menulis sebuah proses. Kita bisa meningkatkan performa dengan meng-cache informasi lokasi blok pada physical memory, dan dengan menggunakan aplikasi khusus untuk mengalokasikan blok-blok yang contiguous (tidak terputus) untuk berkas swap-nya, dengan waktu tambahan untuk menelusuri struktur data file-system masih tetap ada.

Metode yang lebih umum adalah untuk membuat swap-space di partisi yang terpisah. Tidak ada sistem file atau struktur direktori di dalam partisi ini. Justru sebuah swap-space storage manager yang terpisah digunakan untuk mengalokasikan dan melepaskan blok-blok yang digunakan. Manager ini menggunakan algoritma yang dioptimalkan untuk kecepatan, daripada efisiensi tempat. Fragmentasi internal mungkin akan meningkat, tetapi ini bisa diterima karena data dalam swap-space biasanya umurnya lebih singkat daripada data-data di sistem file, dan swap area-nya diakses lebih sering. Pendekatan ini membuat besar swap-space yang tetap selagi mempartisi disk. Menambah jumlah swap-space bisa dilakukan hanya me lalui mempartisi ulang disk (dimana juga termasuk memindahkan atau menghancurkan dan mengembalikan partisi file-system lainnya dari backup), atau dengan menambahkan swap-space di tempat lain.

Beberapa sistem operasi cukup fleksibel dan bisa swapping baik di partisi mentah (raw, belum di-format) dan di file-system. Contohnya Solaris 2. Policy dan implementasinya terpisah, sehingga administrator mesinnya (komputernya) bisa memutus kan mana yang akan digunakan. Pertimbangannya adalah antara kemu dahan alokasi dan pengelolaan file-system, dan performa dari swapping pada partisi yang raw.


Pengelolaan Swap-Space

Untuk mengilustrasikan metode-metode yang digunakan untuk mengelola swap-space, kita sekarang akan mengikuti evolusi dari swapping dan paging pada GNU/ Linux. Seperti yang akan dibahas sepenuhnya pada Bab 7, GNU/ Linux memulai dengan implemen tasi swapping yang menyalin seluruh proses antara daerah disk yang contiguous (tidak terputus) dan memori. UNIX berevolusi menjadi kombinasi dari swapping dan paging dengan tersedianya hardware untuk paging.

Dalam 4.3BSD, swap-space dialokasikan untuk proses ketika sebuah proses dimulai. Tempat yang cu kup disediakan untuk menampung program, yang juga dikenal sebagai halaman-halaman teks (text pages) atau segmen teks, dan segmen data dari proses itu. Alokasi dini tempat yang dibutuhkan dengan cara seperti ini umumnya mencegah sebuah proses untuk kehabisan swap-space selagi proses itu dikerjakan. Ketika proses mulai, teks di dalamnya di-page dari file system. Halaman-halaman (pages) ini akan ditaruh di swap bila perlu, dan dibaca kembali dari sana, jadi sistem file akan diakses sekali untuk setiap text page. Halaman-halaman dari segmen data dibaca dari sistem file, atau dibuat (bila belum sebelumnya), dan ditaruh di swap space dan di-page kembali bila perlu. Satu contoh optimisasi (sebagai contoh, ketika dua pengguna menggunakan editor yang sama) adalah proses-proses dengan text page yang identik membagi halaman-halaman (pages) ini, baik di memori mau pun di swap-space.

Dua peta swap untuk setiap proses digunakan oleh kernel untuk melacak penggunaan swap-space. Segmen teks besarnya tetap, maka swap space yang dialokasikan sebesar 512K setiap potong (chunks), kecuali untuk potongan terakhir, yang menyimpan sisa halaman-halaman (pages) tadi, dengan kenaikan (increments) sebesar 1K.

Peta swap dari Segmen data lebih rumit, karena segmen data bisa mem besar setiap saat. Petanya sendiri besarnya tetap, tapi menyimpan a lamat-alamat swap untuk blok-blok yang besarnya bervariasi. Misalkan ada index i, bla-bla-bla, dengan besar maksimun 2 megabytes. Data struktur ini ditunjukkan oleh gambar 13.8. (Besar minimum dan maksi mum blok bervariasi, dan bisa diubah ketika me-reboot sistem.) Keti ka sebuah proses mencoba untuk memperbesar segmen datanya melebihi blok yang dialokasikan di tempat swap, sistem operasi mengalokasikan blok lain lagi, dua kali besarnya yang pertama. Skema ini menyebab kan proses-proses yang kecil menggunakan blok-blok kecil. Ini juga meminimalisir fragmentasi. Blok-blok dari proses yang besar bisa di temukan dengan cepat, dan peta swap tetap kecil.

Pada Solaris 1 (SunOS 4), para pembuatnya membuat perubahan pada me tode standar UNIX untuk meningkatkan efisiensi dan untuk mencermin kan perubahan teknologi. Ketika sebuah proses berjalan, halaman-hala man (pages) dari segmen teks dibawa kembali dari sistem berkas, diak ses di memori utama, dan dibuang bila diputuskan untuk di-pageout. A kan lebih efisien untuk membaca ulang sebuah halaman (page) dari sis tem berkas daripada menaruhnya di swap-space dan membacanya ulang dari sana.

Lebih banyak lagi perubahan pada Solaris 2. Perubahan terbesar ada lah Solaris 2 mengalokasikan swap-space hanya ketika sebuah halaman (page) dipaksa keluar dari memori, daripada ketika halaman (page) da ri memori virtual pertama kali dibuat. Perubahan ini memberikan per forma yang lebih baik pada komputer-komputer modern, yang sudah mem punyai memori lebih banyak daripada komputer-komputer dengan sistem yang sudah lama, dan lebih jarang melakukan paging.


Kehandalan Disk

Disk memiliki resiko untuk mengalami kerusakan. Kerusakan ini dapat berakibat turunnya performa atau pun hilangnya data. Meski pun terdapat backup data, tetap saja ada kemungkinan data yang hilang karena adanya perubahan setelah terakhir kali data di-backup. Karenanya reliabilitas dari suatu disk harus dapat terus ditingkatkan.

Berikut adalah beberapa macam penyebab terjadinya hilangnya data:

  1. Ketidaksengajaan dalam menghapus.

    Bisa saja pengguna secara tidak sengaja menghapus suatu berkas, hal ini dapat dicegah seminimal mungkin dengan cara melakukan backup data secara reguler.

  2. Hilangnya tenaga listrik

    Hilangnya tenaga listrik dapat mengakibatkan adanya corrupt data.

  3. Blok rusak pada disk.

    Rusaknya blok pada disk dapat saja disebabkan dari umur disk tersebut. Seiring dengan waktu, banyaknya blok pada disk yang rusak dapat terus terakumulasi. Blok yang rusak pada disk, tidak akan dapat dibaca.

  4. Rusaknya Disk.

    Bisa saja karena suatu kejadian disk rusak total. Sebagai contoh, dapat saja disk jatuh atau pun ditendang ketika sedang dibawa.

  5. System Corrupt.

    Ketika komputer sedang dijalankan, bisa saja terjadi OS error, program error, dan lain sebagainya. Hal ini tentu saja dapat menyebabkan hilangnya data.

Berbagai macam cara dilakukan untuk meningkatkan kinerja dan juga reliabilitas dari disk. Biasanya untuk meningkatkan kinerja, dilibatkan banyak disk sebagai satu unit penyimpanan. Tiap-tiap blok data dipecah ke dalam beberapa subblok, dan dibagi-bagi ke dalam disk-disk tersebut. Ketika mengirim data disk-disk tersebut bekerja secara pararel. Ditambah dengan sinkronisasi pada rotasi masing-masing disk, maka kinerja dari disk dapat ditingkatkan. Cara ini dikenal sebagai RAID (Redundant Array of Independent Disks). Selain masalah kinerja RAID juga dapat meningkatkan reabilitas dari disk dengan jalan melakukan redundansi data.

Salah satu cara yang digunakan pada RAID adalah dengan mirroring atau shadowing, yaitu dengan membuat duplikasi dari tiap-tiap disk. Pada cara ini, berarti diperlukan media penyimpanan yang dua kali lebih besar daripada ukuran data sebenarnya. Akan tetapi, dengan cara ini pengaksesan disk yang dilakukan untuk membaca dapat ditingkatkan dua kali lipat. Hal ini dikarenakan setengah dari permintaan membaca dapat dikirim ke masing-masing disk. Cara lain yang digunakan pada RAID adalah block interleaved parity. Pada cara ini, digunakan sebagian kecil dari disk untuk penyimpanan parity block. Sebagai contoh, dimisalkan terdapat 10 disk pada array. Karenanya setiap 9 data block yang disimpan pada array, 1 parity block juga akan disimpan. Bila terjadi kerusakan pada salah satu block pada disk maka dengan adanya informasi pada parity block ini, ditambah dengan data block lainnya, diharapkan kerusakan pada disk tersebut dapat ditanggulangi, sehingga tidak ada data yang hilang. Penggunaan parity block ini juga akan menurunkan kinerja sama seperti halnya pada mirroring. Pada parity block ini, tiap kali subblock data ditulis, akan terjadi perhitungan dan penulisan ulang pada parity block.


Implementasi Stable-Storage

Pada bagian sebelumnya, kita sudah membicarakan mengenai write-ahead log, yang membutuhkan ketersediaan sebuah storage yang stabil. Berdasarkan definisi, informasi yang berada di dalam stable storage tidak akan pernah hilang. Untuk mengimplementasikan storage seperti itu, kita perlu mereplikasi informasi yang dibutuhkan ke banyak peralatan storage (biasanya disk-disk) dengan failure modes yang independen. Kita perlu mengkoordinasikan penulisan update-update dalam sebuah cara yang menjamin bila terjadi kegagalan selagi meng-update tidak akan membuat semua kopi yang ada menjadi rusak, dan bila sedang recover dari sebuah kegagalan, kita bisa memaksa semua kopi yang ada ke dalam keadaan yang bernilai benar dan konsisten, bahkan bila ada kegagalan lain yang terjadi ketika sedang recovery. Untuk selanjutnya, kita akan membahas bagaimana kita bisa mencapai kebutuhan kita.

Sebuah disk write menyebabkan satu dari tiga kemungkinan:

  1. Successful completion.

    Data disimpan dengan benar di dalam disk.

  2. Partial failure.

    Kegagalan terjadi di tengah-tengah transfer, menyebabkan hanya bebe rapa sektor yang diisi dengan data yang baru, dan sektor yang diisi ketika terjadi kegagalan menjadi rusak.

  3. Total failure.

    Kegagalan terjadi sebelum disk write dimulai, jadi data yang sebe lumnya ada pada disk masih tetap ada.

Kita memerlukan, kapan pun sebuah kegagalan terjadi ketika sedang me nulis ke sebuah blok, sistem akan mendeteksinya dan memanggil sebuah prosedur recovery untuk me-restore blok tersebut ke sebuah keadaan yang konsisten. Untuk melakukan itu, sistem harus menangani dua blok physical untuk setiap blok logical. Sebuah operasi output dieksekusi seperti berikut:

  1. Tulis informasinya ke blok physical yang pertama.

  2. Ketika penulisan pertama berhasil, tulis informasi yang sama ke blok physical yang kedua.

  3. Operasi dikatakan berhasil hanya jika penulisan kedua berhasil.

Pada saat recovery dari sebuah kegagalan, setiap pasang blok physi cal diperiksa. Jika keduanya sama dan tidak terdeteksi adanya kesa lahan, tetapi berbeda dalam isi, maka kita mengganti isi dari blok yang pertama dengan isi dari blok yang kedua. Prosedur recovery se perti ini memastikan bahwa sebuah penulisan ke stable storage akan sukses atau tidak ada perubahan sama sekali.

Kita bisa menambah fungsi prosedur ini dengan mudah untuk memboleh kan penggunaan dari kopi yang banyak dari setiap blok pada stable storage. Meski pun sejumlah besar kopi semakin mengurangi kemungkin an untuk terjadinya sebuah kegagalan, maka biasanya wajar untuk men simulasi stable storage hanya dengan dua kopi. Data di dalam stable storage dijamin aman kecuali sebuah kegagalan menghancurkan semua ko pi yang ada.


Tertiary-Storage Structure

Ciri-ciri Tertiary-Storage Structure:


Macam-macam Tertiary-Strorage Structure


Interface Aplikasi

Kebanyakan sistem operasi menangani removable media hampir sama dengan fixed disk, yaitu cartridge di format dan dibuat file sistem yang kosong pada disk.

Tapes ditampilkan sebagai media raw storage dan aplikasi tidak membuka file pada tape, tetapi tapes dibuka kesemuanya sebagai raw device. Biasanya tape drive disediakan untuk penggunaan khusus dari suatu aplikasi sampai aplikasi berakhir atau menutup tape drive. Penggunaan khusus ini dikarenakan random access tape membutuhkan waktu yang lama. Jadi, interleaving random access oleh tape oleh beberapa aplikasi akan menyebabkan thrashing.

Sistem operasi tidak menyediakan file system sehingga aplikasi harus memutuskan bagaimana cara menggunakan array dari blok-blok. Sebagai contoh, program yang mem-backup hardisk ke tape akan mendaftar nama file dan kapasitas file pada permulaan tape. Kemudian, program meng-copy data file ke tape.

Setiap aplikasi mempunyai caranya masing-masing untuk mengatur tape sehingga tape yang telah penuh terisi data hanya dapat digunakan oleh program yang membuatnya.

Operasi dasar tape drive berbeda dengan operasi dasar disk drive. Contoh operasi dasar tape drive:

Kapasitas blok ditentukan pada saat blok ditulis. Apabila terdapat area yang rusak pada saat blok ditulis, maka area yang rusak itu tidak dipakai dan penulisan blok dilanjutkan setelah daerah yang rusak tersebut.

Tape drive "append-only" devices, maksudnya adalah apabila kita meng-update blok yang ada di tengah berarti kita akan menghapus semua data sebelumnya pada blok tersebut. Oleh karena itu, meng-update blok tidak diperbolehkan.

Untuk mencegah hal tadi digunakan tanda EOT (end-of-tape). Tanda EOT ditaruh setelah sebuah blok ditulis. Drive menolak ke lokasi sebelum tanda EOT, tetapi drive tidak menolak ke lokasi tanda EOT kemudian drive mulai menulis data. Setelah selesai menulis data, tanda EOT ditaruh setelah blok yang baru ditulis tadi.


Rangkuman


Disk

Disk drives adalah major secondary-storage I/O device pada kebanyakan komputer. Permintaan untuk disk I/O digenerate oleh sistem file dan sistem virtual memori. Setiap permintaan menspesifikasikan alamat pada disk untuk dapat direferensikan pada form di logical block number.

Algoritma disk schedulling dapat meningkatkan efektifitas bandwith, average response time, dan variance response time. Algoritma seperti SSTF, SCAN, C-SCAN, LOOK dan C-LOOK didesain untuk membuat perkembangan dengan menyusun ulang antrian disk untuk meningkatkan total waktu pencarian.

Kinerja dapat rusak karena external fragmentation. Satu cara untuk menyusun ulang disk untuk mengurangi fragmentasi adalah untuk back up dan restore seluruh disk atau partisi. Blok-blok dibaca dari lokasi yang tersebar, me-restore tulisan mereka secara berbeda. Beberapa sistem mempunyai kemampuan untuk men-scan sistem file untuk mengidentifikasi file terfragmentasi, lalu menggerakan blok-blok mengelilingi untuk meningkatkan fragmentasi. Men-defragmentasi file yang sudah di fragmentasi (tetapi hasilnya kurang optimal) dapat secara signifikan meningkatkan kinerja, tetapi sistem ini secara umum kurang berguna selama proses defragmentasi sedang berjalan. Sistem operasi me-manage blok-blok pada disk. Pertama, disk baru di format secara low level untuk menciptakan sektor pada perangkat keras yang masih belum digunakan. Lalu, disk dapat di partisi dan sistem file diciptakan, dan blok-blok boot dapat dialokasikan. Terakhir jika ada blok yang terkorupsi, sistem harus mempunyai cara untuk me-lock out blok tersebut, atau menggantikannya dengan cadangan.

Tertiary storage di bangun dari disk dan tape drives yang menggunakan media yang dapat dipindahkan. Contoh dari tertiary storage adalah magnetic tape, removable magnetic, dan magneto-optic disk.

Untuk removable disk, sistem operasi secara general menyediakan servis penuh dari sistem file interface, termasuk space management dan request-queue schedulling. Untuk tape, sistem operasi secara general hanya menyediakan interface yang baru. Banyak sistem operasi yang tidak memiliki built-in support untuk jukeboxes. Jukebox support dapat disediakan oleh device driver.


Soal Latihan

Perangkat Keras I/O

  1. Gambarkan diagram dari Interrupt Driven I/O Cycle.

  2. Sebutkan langkah-langkah dari transfer DMA!

  3. Apakah perbedaan dari polling dan interupsi?

  4. Apa hubungan arsitektur kernel yang di-thread dengan implemen tasi interupsi?

Interface Aplikasi I/O

  1. Kenapa dibutuhkan interface pada aplikasi I/O?

  2. Apa tujuan adanya device driver? Berikan contoh keuntungan yang kita dapatkan dengan adanya hal ini!

Kernel I/O Subsystem

  1. Apakah yang dimaksud dengan proses pooling? (jelaskan dengan jelas)

  2. Mengapa diperlukan proses pooling?

  3. Apakah yang dimaksud dengan buffer?

  4. Jelaskan dengan singkat mengenai I/O Scheduling!

Penanganan Permintaan I/O

  1. Apakah kegunaan dari Streams pada Sistem V UNIX?

  2. Jelaskan lifecycle dari permintaan pembacaan blok!

Performa I/O

  1. Gambarkan bagan mengenai komunikasi antar komputer

  2. Bagaimana cara meningkatkan efisiensi performa I/O

  3. Jelaskan mengenai implementasi dari fungsi I/O

Struktur Disk

  1. Sebutkan bagian-bagian dari disk

  2. Apa keuntungan penggunaan pemetaan pada disk?

Penjadualan Disk

  1. Buatlah dengan pemikiran Anda sendiri, strategi penjadualan disk yang tepat dan efisien menurut Anda

  2. Menurut Anda, diantara algoritma-algoritma penjadualan disk diatas manakah yang paling cepat, manakah yang paling efisien (hemat/tidak mahal), dan manakah yang paling lambat dan tidak efisien? Jelaskan!

Managemen Disk

  1. Bagaimana cara disk SCSI me-recovery blok yang rusak? Jelaskan selengkap mungkin!

Penanganan Swap-Space

  1. Bagaimana penanganan swap space pada disk?

  2. Bagaimana pengelolaan swap space pada disk?

Reabilitas Disk

  1. Terangkan bagaimana RAID dapat meningkatkan reabilitas dari disk?

  2. Adakah batas waktu hidup suatu disk? Jika ada, berapa lama? Jika tidak, kenapa?

Implementasi Stable-Storage

  1. Sebutkan kemungkinan-kemungkinan dari disk write!

  2. Bagaimanakah suatu operasi output dieksekusi?

Tertiary-Storage Structure

  1. Sebutkan kelebihan tertiary storage structure?

  2. Apakah kegunaan EOT pada tapes? Jelaskan cara kerjanya?

  3. Jelaskan tugas sistem operasi terhadap tertiary-storage structure?


Daftar Istilah

I/O = I/O (Input/Output)

hardware -> perangkat keras

device = device

storage device -> device penyimpanan

disk = disk

transmission = transmission

processor -> prosesor

human-interface device = human-interface device

instruction -> instruksi

direct I/O instruction = direct I/O instruction

memory-mapped I/O = memory-mapped I/O

port = port (perangkat keras)

bus = bus (perangkat keras)

daisy chain = daisy chain

shared direct access = shared direct access

controller = controller

host adapter = host adapter

command-ready =command-ready

busy = busy

error = error

host = host

polling = polling

looping = looping

status register -> register status

service = service

CPU processing = CPU processing

Interrupt -> Interupsi

request line = request line

pointer = pointer

interrupt handler/ing = interrupt handler/ing

interrupt controller = interrupt controller

critical state = critical state, efisiensi

interrupt priority level system = interrupt priority level system

interrupt request line = interrupt request line

nonmaskable interrupt = nonmaskable interrupt

maskable interrupt = maskable interrupt

critical instruction sequence = critical instruction sequence

interrupt vector = interrupt vector

interrupt chaining = interrupt chaining

offset = offset

overhead = overhead

exception = exception

page fault = page fault

system call = system call

software interrupt = software interrupt

trap = trap

DMA = Direct Memory Access

command block = command block

transfer destination -> destinasi transfer

address -> alamat (istilah komputer dalam penunjukkan lokasi)

block -> blok

burst mode = burst mode

single burst = single burst

microprocessor -> mikroprosesor

idle = idle

cycle stealing mode = cycle stealing mode

handshaking = handshaking

DMA request = DMA request

DMA acknowledge = DMA acknowledge

memory-address -> alamat memori

cycle stealing = cycle stealing

virtual address -> alamat virtual

physical memory -> memori fisik

performance -> performa

device driver = device driver

memory bus -> bus memori

controller = controller

physical memory = physical memory

application space data = application space data

context switch = alih konteks

device = device

interrupt -> interupsi

smart controller = smart controller

polling = polling

concurrency = concurrency

channel = channel

memory subsystem = memory subsystem

bus = bus

application code = kode aplikasi

bugs = bugs

reboot = reboot

reload = reload

overhead = overhead

internal kernel -> kernel internal

messaging = messaging

threading = threading

locking = locking

debug = debug

crash = crash

block reads = block reads

write = write

workload = workload

secondary storage -> penyimpanan sekunder

magnetic tape = magnetic tape

tape = tape

backup = backup

disk drive = disk drive

logic block -> blok lojik

bytes = bytes

low level formatted = low level formatted

logical block number -> nomor blok lojikal

disk address -> alamat disk

sector -> sektor

hardware = hardware

disk drives = disk drives

bandwith disk = bandwith disk

seek time -> waktu pencarian

disk arm = disk arm

head = head

disk = disk

bandwith = bandwith

bytes = bytes

input = input

output = output

controller = controller

memory address = alamat memori

First-come First-serve = First-com First-serve

shortest-seek-time-first = shortest-seek-time-first

shortest-job-first = shortest-job-first

starvation = starvation

schedulling -> penjadwalan

disk arm = disk arm

Circular-SCAN = Circular-SCAN

variance -> varian

index -> indeks

directory = directory

disk head = disk head

magnetic disk = disk magnetik

slate = slate

low-level formatting = low-level formatting

physical formatting = physical formatting

trailer = trailer

disk controller = disk controller

partition = partition

I/O = I/O

logical block -> blok lojikal

raw I/O = raw I/O

main memory = memori utama

bootstrap = boostrap

boot disk = boot disk

bad blocks = bad blocks

sector slipping = sector slipping

interface = interface

I/O Application -> aplikasi I/O

software layering = software layering

device driver = device driver

layer -> lapisan

disk drive = disk drive

block device = block device

random-access = random-access

stream character -> karakter stream

library = library

network device -> peralatan jaringan

interface socket = interface socket

local socket = local socket

remote socket = remote socket

clock -> jam

timer = timer

trigger = trigger

programmable interval timer = programmable interval timer

scheduler = scheduler

timer request = timer request

hardware timer = hardware timer

blocking (application) = blocking (application)

nonblocking (application) = nonblocking (application)

wait queue = wait queue

run queue = run queue

physical action = physical action

asynchronous = asynchronous


Bab 7. LINUX

Sejarah

Linux sangat mirip dengan sistem-sistem UNIX, hal ini dikarenakan kompatibilitas dengan UNIX merupakan tujuan utama desain dari proyek Linux. Perkembangan Linux dimulai pada tahun 1991, ketika mahasiswa Finlandia bernama Linus Torvalds menulis Linux, sebuah kernel untuk prosesor 80386, prosesor 32-bit pertama dalam kumpulan CPU intel yang cocok untuk PC.

Pada awal perkembangannya, source code Linux disediakan secara bebas melalui Internet. Hasilnya, sejarah Linux merupakan kolaborasi banyak user dari seluruh dunia, semuanya dilakukan secara eksklusif melalui Internet. Dari kernel awal yang hanya mengimplementasikan subset kecil dari sistem UNIX, sistem Linux telah bertumbuh dimana sudah mampu memasukkan banyak fungsi UNIX.

Kernel Linux perlu dibedakan dari sebuah sistem Linux: kernel Linux merupakan sebuah perangkat lunak orisinil yang dibuat oleh komunitas Linux sedangkan sistem Linux, yang diketahui saat ini, mengandung banyak komponen yang dibuat sendiri atau dipinjam dari proyek lain.


Kernel Linux

Kernel Linux pertama yang dipublikasikan adalah versi 0.01, pada tanggal 14 Maret, 1991. Sistem berkas yang didukung hanya sistem berkas Minix - kernel pertama dibuat berdasarkan kerangka Minix. Tetapi, kernel tersebut sudah mengimplementasi proses UNIX secara tepat.

Tanggal 14 Maret, 1994, versi yang merupakan tonggak sejarah Linux yaitu versi 1.0 keluar. Rilis ini adalah kulminasi dari tiga tahun perkembangan yang cepat dari kernel Linux. Fitur baru terbesar yang disediakan adalah jaringan: 1.0 mampu mendukung protokol standar jaringan TCP/IP. Kernel 1.0 juga memiliki sistem berkas yang lebih baik tanpa batasan-batasan sistem berkas Minix. Sejumlah dukungan perangkat keras ekstra juga dimasukkan ke dalam rilis ini. Dukungan perangkat keras telah berkembang termasuk diantaranya floppy-disk, CD-ROM, sound card, berbagai mouse, dan keyboard internasional. Dukungan buat modul kernel yang dynamically loadable dan unloadable juga diberikan.

Satu tahun setelah dirilis versi 1.0, kernel 1.2 keluar. Kernel versi 1.2 mendukung variasi perangkat keras yang lebih luas. Pengembang telah memperbaharui networking stack untuk menyediakan support bagi protokol IPX, dan membuat implementasi IP lebih komplit dengan memberikan fungsi accounting dan firewalling. Kernel 1.2 juga merupakan kernel Linux terakhir yang PC-only. Konsentrasi lebih diberikan pada dukungan perangkat keras dan memperbanyak implementasi lengkap pada fungsi-fungsi yang ada.

Akhirnya pada bulan Juni 1996, Linux 2.0 dirilis. Versi 2.0 memiliki dua kemampuan baru yang penting, yaitu: dukungan terhadap multiple architectures dan multiprocessor architectures. Kode untuk manajemen memori telah diperbaiki sehingga performa sistem berkas dan memori virtual meningkat. Untuk pertama kalinya, file system caching dikembangkan ke networked file systems, writable memory mapped regions juga sudah didukung. Kernel 2.0 sudah memberikan performa TCP/IP yang lebih baik, ditambah dengan sejumlah protokol jaringan baru. Kemampuan untuk memakai remote Netware dan SMB (Microsoft LanManager) network volumes juga telah ditambahkan pada versi terbaru ini. Tambahan lain adalah dukungan internal kernel threads, penanganan dependencies antara modul-modul loadable, dan loading otomatis modul berdasarkan permintaan (on demand). Konfigurasi dinamis dari kernel pada run time telah diperbaiki melalui konfigurasi interface yang baru dan standar.


Sistem Linux

Dalam banyak hal, kernel Linux merupakan inti dari proyek Linux, tetapi komponen lainlah yang membentuk secara komplit sistem operasi Linux. Dimana kernel Linux terdiri dari kode-kode yang dibuat khusus untuk proyek Linux, kebanyakan perangkat lunak pendukungnya tidak eksklusif terhadap Linux, melainkan biasa dipakai dalam beberapa sistem operasi yang mirip UNIX. Contohnya, sistem operasi BSD dari Berkeley, X Window System dari MIT, dan proyek GNU dari Free Software Foundation.

Pembagian (sharing) alat-alat telah bekerja dalam dua arah. Sistem perpustakaan utama Linux awalnya dimulai oleh proyek GNU, tetapi perkembangan perpustakaannya diperbaiki melalui kerjasama dari komunitas Linux terutama pada pengalamatan, ketidak efisienan, dan bugs. Komponen lain seperti GNU C Compiler, gcc, kualitasnya sudah cukup tinggi untuk dipakai langsung dalam Linux. Alat-alat administrasi network dibawah Linux berasal dari kode yang dikembangkan untuk 4.3BSD, tetapi BSD yang lebih baru , salah satunya FreeBSD, sebaliknya meminjam kode dari Linux, contohnya adalah perpustakaan matematika Intel floating-point-emulation.

Sistem Linux secara keseluruhan diawasi oleh network tidak ketat yang terdiri dari para pengembang melalui internet, dengan grup kecil atau individu yang memiliki tanggung jawab untuk menjaga integritas dari komponen- komponen khusus. Dokumen 'File System Hierarchy Standard' juga dijaga oleh komunitas Linux untuk memelihara kompatibilitas keseluruh komponen sistem yang berbeda-beda. Aturan ini menentukan rancangan keseluruhan dari sistem berkas Linux yang standar.


Distribusi Linux

Siapa pun dapat menginstall sistem Linux, ia hanya perlu mengambil revisi terakhir dari komponen sistem yang diperlukan melalui situs ftp lalu di-compile. Pada awal keberadaan Linux, operasi seperti di atas persis seperti yang dilaksanakan oleh pengguna Linux. Namun, dengan semakin dewasanya Linux, berbagai individu dan kelompok berusaha membuat pekerjaan tersebut lebih mudah dengan cara menyediakan sebuah set bingkisan yang standar dan sudah di-compile terlebih dahulu supaya dapat diinstall secara mudah.

Koleksi atau distribusi ini, mengandung lebih dari sistem Linux dasar. Mereka mengandung instalasi sistem ekstra dan utilitas manajemen, juga paket yang sudah di compile dan siap diinstall dari banyak alat UNIX yang biasa, seperti news servers, web browsers, text-processing dan alat mengedit, termasuk juga games.

Distribusi pertama mengatur paket-paket ini secara sederhana menyediakan sebuah sarana untuk memindahkan seluruh file ke tempat yang sesuai. Salah satu kontribusi yang penting dari distribusi modern adalah manajemen/ pengaturan paket-paket yang lebih baik. Distribusi Linux pada saat sekarang ini melibatkan database packet tracking yang memperbolehkan suatu paket agar dapat diinstal, di upgrade, atau dihilangkan tanpa susah payah.

Distribusi SLS (Soft Landing System adalah koleksi pertama dari bingkisan Linux yang dikenal sebagai distribusi komplit. Walau pun SLS dapat diinstall sebagai entitas tersendiri, dia tidak memiliki alat-alat manajemen bingkisan yang sekarang diharapkan dari distribusi Linux. Distribusi Slackware adalah peningkatan yang besar dalam kualitas keseluruhan (walau pun masih memiliki manajemen bingkisan yang buruk); Slackware masih merupakan salah satu distribusi yang paling sering diinstall dalam komunitas Linux.

Sejak dirilisnya Slackware, sejumlah besar distribusi komersil dan non-komersil Linux telah tersedia. Red Hat dan Debian adalah distribusi yang terkenal dari perusahaan pendukung Linux komersil dan perangkat lunak bebas komunitas Linux. Pendukung Linux komersil lainnya termasuk distribusi dari Caldera, Craftworks, dan Work- Group Solutions. Contoh distribusi lain adalah SuSE dan Unifix yang berasal dari German.


Linux Saat Ini

Saat ini, Linux merupakan salah satu sistem operasi yang perkembangannya paling cepat. Kehadiran sejumlah kelompok pengembang, tersebar di seluruh dunia, yang selalu memperbaiki segala fiturnya, ikut membantu kemajuan sistem operasi Linux. Bersamaan dengan itu, banyak pengembang yang sedang bekerja untuk memindahkan berbagai aplikasi ke Linux (dapat berjalan di Linux).

Masalah utama yang dihadapi Linux dahulu adalah interface yang berupa teks (text based interface). Ini membuat orang awam tidak tertarik menggunakan Linux karena harus dipelajari terlebih dahulu untuk dapat dimengerti cara penggunaannya (tidak user-friendly). Tetapi keadaan ini sudah mulai berubah dengan kehadiran KDE dan GNOME. Keduanya memiliki tampilan desktop yang menarik sehingga mengubah persepsi dunia tentang Linux.

Linux di negara-negara berkembang mengalami kemajuan yang sangat pesat. Harga perangkat lunak (misalkan sebuah sistem operasi) bisa mencapai US $100 atau lebih. Di negara yang rata-rata penghasilan per tahun adalah US $200-300, US $100 sangatlah besar. Dengan adanya Linux, semua berubah. Karena Linux dapat digunakan pada komputer yang kuno, dia menjadi alternatif cocok bagi komputer beranggaran kecil. Di negara-negara Asia, Afrika, dan Amerika Latin, Linux adalah jalan keluar bagi penggemar komputer.

Pemanfaatan Linux juga sudah diterapkan pada supercomputer. Diberikan beberapa contoh:

Jika melihat ke depan, kemungkinan Linux akan menjadi sistem operasi yang paling dominan bukanlah suatu hal yang mustahil. Karena semua kelebihan yang dimilikinya, setiap hari semakin banyak orang di dunia yang mulai berpaling ke Linux.


Prinsip Rancangan

Dalam rancangan keseluruhan, Linux menyerupai implementasi UNIX non-microkernel yang lain. Ia adalah sistem yang multi-user, multi-tasking dengan alat-alat UNIX-compatible yang lengkap. Sistem berkas Linux mengikuti semantik tradisional UNIX, dan model jaringan standar UNIX diimplementasikan secara keseluruhan. Ciri internal desain Linux telah dipengaruhi oleh sejarah perkembangan sistem operasi ini.

Walau pun Linux dapat berjalan pada berbagai macam platform, pada awalnya dia dikembangkan secara eksklusif pada arsitektur PC. Sebagian besar dari pengembangan awal tersebut dilakukan oleh peminat individual, bukan oleh fasilitas riset yang berdana besar, sehingga dari awal Linux berusaha untuk memasukkan fungsionalitas sebanyak mungkin dengan dana yang sangat terbatas. Saat ini, Linux dapat berjalan baik pada mesin multi-prosesor dengan main memory yang sangat besar dan ukuran disk space yang juga sangat besar, namun tetap mampu beroperasi secara berguna dengan jumlah RAM yang lebih kecil dari 4 MB.


Prinsip Desain Linux

Akibat semakin berkembangnya teknologi PC, kernel Linux juga semakin lengkap dalam mengimplementasikan fungsi UNIX. Cepat dan efisien merupakan tujuan desain yang penting, tetapi akhir-akhir ini konsentrasi perkembangan Linux lebih pada tujuan desain yang ketiga yaitu standarisasi. Standar POSIX terdiri dari kumpulan spesifikasi dari aspek berbeda kelakuan sistem operasi. Ada dokumen POSIX untuk fungsi sistem operasi biasa dan untuk ekstensi seperti proses untuk thread dan operasi real-time. Linux di desain supaya sesuai dengan dokumen POSIX yang relevan; sedikitnya ada dua distribusi Linux yang sudah memperoleh sertifikasi ofisial POSIX.

Karena Linux memberikan interface standar ke programmer dan pengguna, Linux tidak membuat banyak kejutan kepada siapa pun yang sudah terbiasa dengan UNIX. Namun interface pemrograman Linux merujuk pada semantik SVR4 UNIX daripada kelakuan BSD. Kumpulan perpustakaan yang berbeda tersedia untuk mengimplementasi semantik BSD di tempat dimana kedua kelakuan sangat berbeda.

Ada banyak standar lain di dunia UNIX, tetapi sertifikasi penuh Linux terhadap standar lain UNIX terkadang menjadi lambat karena lebih sering tersedia dengan harga tertentu (tidak secara bebas), dan ada harga yang harus dibayar jika melibatkan sertifikasi persetujuan atau kecocokan sebuah sistem operasi terhadap kebanyakan standar. Mendukung aplikasi yang luas penting untuk semua sistem operasi sehingga implementasi dari standar merupakan tujuan utama pengembangan Linux walau pun implementasinya tidak sah secara formal. Selain standar POSIX, Linux saat ini mendukung ekstensi thread POSIX dan subset dari ekstensi untuk kontrol proses real-time POSIX.


Komponen Sistem Linux

Sistem Linux terdiri dari tiga bagian kode penting:

  1. Kernel: Bertanggung jawab memelihara semua abstraksi penting dari sistem operasi, termasuk hal seperti proses- proses dan memori virtual.

  2. Perpustakaan sistem: menentukan kumpulan fungsi standar dimana aplikasi dapat berinteraksi dengan kernel, dan mengimplementasi hampir semua fungsi sistem operasi yang tidak memerlukan hak penuh atas kernel.

  3. Utilitas Sistem: adalah program yang melakukan pekerjaan manajemen secara individu dan khusus.


Kernel

Walau pun berbagai sistem operasi modern telah mengadopsi sebuah arsitektur message-passing buat kernel internal mereka, Linux memakai model historis UNIX: kernel diciptakan sebagai biner yang tunggal dan monolitis. Alasan utama adalah untuk meningkatkan performa: Karena semua struktur data dan kode kernel disimpan dalam satu address space, alih konteks tidak diperlukan ketika sebuah proses memanggil sebuah fungsi sistem operasi atau ketika interupsi perangkat keras dikirim. Tidak hanya scheduling inti dan kode memori virtual menempati address space ini; semua kode kernel, termasuk semua device drivers, sistem berkas, dan kode jaringan, hadir dalam satu address space yang sama.

Kernel Linux membentuk inti dari sistem operasi Linux. Dia menyediakan semua fungsi yang diperlukan untuk menjalankan proses, dan disediakan servis sistem untuk memberikan pengaturan dan proteksi akses ke sumber daya (resource) perangkat keras. Kernel mengimplementasi semua fitur yang diperlukan supaya dapat bekerja sebagai sistem operasi. Namun, jika sendiri, sistem operasi yang disediakan oleh kernel Linux sama sekali tidak mirip dengan sistem UNIX. Dia tidak memiliki banyak fitur ekstra UNIX, dan fitur yang disediakan tidak selalu dalam format yang diharapkan oleh aplikasi UNIX. Interface dari sistem operasi yang terlihat oleh aplikasi yang sedang berjalan tidak dipelihara secara langsung oleh kernel. Melainkan, aplikasi membuat panggilan (calls) ke perpustakaan sistem, yang kemudian memanggil servis sistem operasi yang dibutuhkan.


Modul Kernel Linux


Managemen Modul Kernel Linux

Managemen modul akan mengatur pemanggilan modul ke dalam memori dan berkomunikasi dengan bagian lainnya dari kernel. Memanggil sebuah modul tidak hanya memasukkan isi binarinya ke dalam memori kernel, namun juga harus dipastikan bahwa setiap rujukan yang dibuat oleh modul ke simbol kernel atau pun titik masukan diperbaharui untuk menunjuk ke lokasi yang benar di alamat kernel. Linux membuat tabel simbol internal di kernel. Tabel ini tidak memuat semua simbol yang didefinisikan di kernel saat kompilasi, namun simbol-simbol tersebut harus diekspor secara eksplisit oleh kernel. Semua hal ini diperlukan untuk penanganan rujukan yang dilakukan oleh modul terhadap simbol-simbol.

Pemanggilan modul dilakukan dalam dua tahap. Pertama, utilitas pemanggil modul akan meminta kernel untuk mereservasi tempat di memori virtual kernel untuk modul tersebut. Kernel akan memberikan alamat memori yang dialokasikan dan utilitas tersebut dapat menggunakannya untuk memasukkan kode mesin dari modul tersebut ke alamat pemanggilan yang tepat. Berikutnya system calls akan membawa modul, berikut setiap tabel simbol yang hendak diekspor, ke kernel. Dengan demikian modul tersebut akan berada di alamat yang telah dialokasikan dan tabel simbol milik kernel akan diperbaharui.

Komponen managemen modul yang lain adalah peminta modul. Kernel mendefinisikan antarmuka komunikasi yang dapat dihubungi oleh program managemen modul. Saat hubungan tercipta, kernel akan menginformasikan proses managemen kapan pun sebuah proses meminta device driver, sistem berkas, atau layanan jaringan yang belum terpanggil dan memberikan manajer kesempatan untuk memanggil layanan tersebut. Permintaan layanan akan selesai saat modul telah terpanggil. Manajer proses akan memeriksa secara berkala apakah modul tersebut masih digunakan, dan akan menghapusnya saat tidak diperlukan lagi.


Manajemen Proses


Deskriptor Proses

Guna keperluan manajemen proses, kernel memelihara informasi tentang setiap proses di sebuah deskriptor proses dengan tipe task_struct. Setiap deskriptor proses mengandung informasi antara lain status proses, ruang alamat, daftar berkas yang dibuka, prioritas proses, dan sebagainya. Berikut gambaran isinya:

Setiap proses di Linux memiliki status. Status proses merupakan array dari flag yang mutually exclusive. Setiap proses memiliki tepat satu keadaan (status) pada suatu waktu. Status tersebut adalah:

  • TASK_RUNNING

    Pada status ini, proses sedang atau pun siap dieksekusi oleh CPU.

  • TASK_INTERRUPTIBLE

    Pada status ini, proses sedang menunggu sebuah kondisi. Interupsi, sinyal, atau pun pelepasan sumber daya akan membangunkan proses.

  • TASK_UNINTERRUPTIBLE

    Pada status ini, proses sedang tidur dan tidak dapat dibangunkan oleh suatu sinyal.

  • TASK_STOPPED

    Pada status ini proses sedang dihentikan, misalnya oleh sebuah debugger.

  • TASK_ZOMBIE

    Pada status ini proses telah berhenti, namun masih memiliki struktur data task_struct di task vector dan masih memegang sumber daya yang sudah tidak digunakan lagi.

Setiap proses atau pun eksekusi yang terjadwal secara independen memiliki deskriptor prosesnya sendiri. Alamat dari deskriptor proses digunakan untuk mengindentifikasi proses. Selain itu, nomor ID proses (PIDs) juga digunakan untuk keperluan tersebut. PIDs adalah 32-bit bilangan yang mengidentifikasikan setiap proses dengan unik. Linux membatasi PIDs berkisar 0-32767 untuk menjamin kompatibilitas dengan sistem UNIX tradisional.

Karena proses merupakan sesuatu yang dinamis, maka deskriptor proses disimpan dalam memori yang dinamis pula. Untuk itu dialokasikan juga memori sebesar 8KB untuk setiap proses untuk menyimpan proses deskriptornya dan stack proses dari modus kernel. Keuntungan dari dal ini adalah pointer dari deskriptor proses dari proses yang sedang berjalan (running) dapat diakses dengan cepat menggunakan stack pointer. Selain itu, 8KB (EXTRA_TASK_STRUCT) dari memori akan di-cache untuk mem-bypass pengalokasi memori kernel ketika sebuah proses dihapus dan sebuah proses baru dibuat. Kedua perintah free_task_struct() dan alloc_task_struct() akan digunakan untuk melepaskan atau mengalokasikan memori seukuran 8KB sebagai cache.

Deskriptor proses juga membangun sebuah daftar proses dari semua proses yang ada di sistem. Daftar proses tersebut merupakan sebuah doubly-linked list yang dibangun oleh bagian next_task dan prev_task dari deskriptor proses. Deskriptor init_task(mis:swapper) berada di awal daftar tersebut dengan prev_task-nya menunjuk ke deskriptor proses yang paling akhir masuk dalam daftar. Sedangkan makro for_each_task() digunakan untuk memindai seluruh daftar.

Proses yang dijadwalkan untuk dieksekusi dari doubly-linked list dari proses dengan status TASK_RUNNING disebut runqueue. Bagian prev_run dan next_run dari deskriptor proses digunakan untuk membangun runqueue, dengan init_task mengawali daftar tersebut. Sedangkan untuk memanipulasi daftar di deskriptor proses tersebut, digunakan fungsi-fungsi: add_to_runqueue(), del_from_runqueue(), move_first_runqueue(), move_last_runqueue(). Makro NR_RUNNING digunakan untuk menyimpan jumlah proses yang dapat dijalankan, sedangkan fungsi wake_up_process membuat sebuah proses menjadi dapat dijalankan.

Untuk menjamin akurasinya, array task akan diperbarui setiap kali ada proses baru dibuat atau pun dihapus. Sebuah daftar terpisah akan melacak elemen bebas dalam array task itu. Ketika suatu proses dihapus, entrinya ditambahkan di bagian awal dari daftar tersebut.

Proses dengan status task_interruptible dibagi ke dalam kelas-kelas yang terkait dengan suatu event tertentu. Event yang dimaksud misalnya: waktu kadaluarsa, ketersediaan sumber daya. Untuk setiap event atau pun kelas terdapat antrian tunggu yang terpisah. Proses akan diberi sinyal bangun ketika event yang ditunggunya terjadi. Berikut contoh dari antrian tunggu tersebut:

Fungsi sleep_on() akan memasukkan suatu proses ke dalam antrian tunggu yang diinginkan dan memulai penjadwal. Ketika proses itu mendapat sinyal untuk bangun, maka proses tersebut akan dihapus dari antrian tunggu.

Bagian lain konteks eksekusi proses adalah konteks perangkat keras, misalnya: isi register. Konteks dari perangkat keras akan disimpan oleh task state segment dan stack modus kernel. Secara khusus tss akan menyimpan konteks yang tidak secara otomatis disimpan oleh perangkat keras tersebut. Perpindahan antar proses melibatkan penyimpanan konteks dari proses yang sebelumnya dan proses berikutnya. Hal ini harus dapat dilakukan dengan cepat untuk mencegah terbuangnya waktu CPU. Versi baru dari Linux mengganti perpindahan konteks perangkat keras ini menggunakan piranti lunak yang mengimplementasikan sederetan instruksi mov untuk menjamin validasi data yang disimpan serta potensi untuk melakukan optimasi.

Untuk mengubah konteks proses digunakan makro switch_to(). Makro tersebut akan mengganti proses dari proses yang ditunjuk oleh prev_task menjadi next_task. Makro switch_to() dijalankan oleh schedule() dan merupakan salah satu rutin kernel yang sangat tergantung pada perangkat keras (hardware-dependent). Lebih jelas dapat dilihat pada kernel/sched.c dan include/asm-*/system.h.


Pembuatan Proses Dan Thread

Linux menggunakan representasi yang sama untuk proses dan thread. Secara sederhana thread dapat dikatakan sebuah proses baru yang berbagi alamat yang sama dengan induknya. Perbedaannnya terletak pada saat pembuatannya. Thread baru dibuat dengan system call clone yang membuat proses baru dengan identitas sendiri, namun diizinkan untuk berbagi struktur data dengan induknya.

Secara tradisional, sumber daya yang dimiliki oleh proses induk akan diduplikasi ketika membuat proses anak. Penyalinan ruang alamat ini berjalan lambat, sehingga untuk mengatasinya, salinan hanya dibuat ketika salah satu dari mereka hendak menulis di alamat tersebut. Selain itu, ketika mereka akan berbagi alamat tersebut ketika mereka hanya membaca. Inilah proses ringan yang dikenal juga dengan thread.

Thread dibuat dengan __clone(). __clone() merupakan rutin dari library system call clone(). __clone memiliki 4 buah argumen yaitu:

clone() mengambil argumen flags dan child_stack yang dimiliki oleh __clone kemudian menentukan id dari proses anak yang akan mengeksekusi fn dengan argumen arg.

Pembuatan anak proses dapat dilakukan dengan fungsi fork() dan vfork(). Implementasi fork() sama seperti system call clone() dengan sighandler SIGCHLD di-set, semua bendera clone di-clear yang berarti tidak ada sharing dan child_stack dibuat 0 yang berarti kernel akan membuat stack untuk anak saat hendak menulis. Sedangkan vfork() sama seperti fork() dengan tambahan bendera CLONE_VM dan CLONE_VFORK di-set. Dengan vfork(), induk dan anak akan berbagi alamat, dan induk akan di-block hingga anak selesai.

Untuk memulai pembuatan proses baru, clone() akan memanggil fungsi do_fork(). Hal yang dilakukan oleh do_fork() antara lain:

  • memanggil alloc_task_struct() yang akan menyediakan tempat di memori dengan ukuran 8KB untuk deskriptor proses dan stack modus kernel.

  • memeriksa ketersediaan sumber daya untuk membuat proses baru.

  • find_empty_procees() memanggil get_free_taskslot() untuk mencari sebuah slot di array task untuk pointer ke deskriptor proses yang baru.

  • memanggil copy_files/fm/sighand/mm() untuk menyalin sumber daya untuk anak, berdasarkan nilai flags yang ditentukan clone().

  • copy_thread() akan menginisialisasi stack kernel dari proses anak.

  • mendapatkan PID baru untuk anak yang akan diberikan kembali ke induknya ketika do_fork() selesai.

Beberapa proses sistem hanya berjalan dalam modus kernel di belakang layar. Untuk proses semacam ini dapat digunakan thread kernel. Thread kernel hanya akan mengeksekusi fungsi kernel, yaitu fungsi yang biasanya dipanggil oleh proses normal melalui system calls. Thread kernel juga hanya dieksekusi dalam modus kernel, berbeda dengan proses biasa. Alamat linier yang digunakan oleh thread kernel lebih besar dari PAGE_OFFSET proses normal yang dapat berukuran hingga 4GB. Thread kernel dibuat sebagai berikut: int kernel_thread(int (*fn) (void *), void *arg, unsigned long flags); flags=CLONE_SIGHAND, CLONE_FILES, etc


Penjadual

Penjadual adalah suatu pekerjaan yang dilakukan untuk mengalokasikan CPU time untuk tasks yang berbeda-beda dalam sistem operasi. Pada umumnya, kita berfikir penjadualan sebagai menjalankan dan menginterupsi suatu proses, untuk linux ada aspek lain yang penting dalam penjadualan: seperti menjalankan dengan berbagai kernel tasks. Kernel tasks meliputi task yang diminta oleh proses yang sedang dijalankan dan tasks yand dieksekusi internal menyangkut device driver yang berkepentingan.


Sinkronisasi Kernel

Cara penjadualan kernel pada operasinya secara mendasar berbeda dengan cara penjadualan suatu proses. Terdapat dua cara agar sebuah permintaan akan eksekusi kernel-mode dapat terjadi. Sebuah program yang berjalan dapat meminta service sistem operasi, dari system call atau pun secara implisit (untuk contoh:ketika page fault terjadi). Sebagai alternatif, device driver dapat mengirim interupsi perangkat keras yang menyebabkan CPU memulai eksekusi kernel-define handler untuk suatu interupsi.

Problem untuk kernel muncul karena berbagai tasksmungkin mencoba untuk mengakses struktur data internal yang sama. Jika hanya satu kernel task ditengah pengaksesan struktur data ketika interupsi service routine dieksekusi, maka service routine tidak dapat mengakses atau merubah data yang sama tanpa resiko mendapatkan data yang rusak. Fakta ini berkaitan dengan ide dari critical section (baca sinkronisasi proses).

Sehagai hasilnya, sinkronisasi kernel melibatkan lebih banyak dari hanya penjadualan proses saja. sebuah framework dibutuhkan untuk memperbolehkan kernel's critical sections berjalan tanpa diinterupsi oleh critical section yang lain.

Solusi pertama yang diberikan oleh linux adalah membuat normal kernel code nonpreemptible (baca proses). Biasanya, ketika sebuah timer interrupt diterima oleh kernel, membuat penjadualan proses, kemungkinan besar akan menunda eksekusi proses yang sedang berjalan pada saat itu dan melanjutkan menjalankan proses yang lain. Biar bagaimana pun, ketika timer interrupt diterima ketika sebuah proses mengeksekusi kernel-system service routine, penjadualan ulang tidak dilakukan secara mendadak; cukup, kernel need_resched flag terset untuk memberitahu kernel untuk menjalankan penjadualan kembali setelah system call selesai dan control dikembalikan ke user mode.

Sepotong kernel code mulai dijalankan, akan terjamin bahwa itu adalah satu-satunya kernel code yang dijalankan sampai salah satu dari aksi dibawah ini muncul:

Interupsi adalah suatu masalah bila mengandung critical section-nya sendiri. Timer interrupt tidak secara langsung menyebabkan terjadinya penjadualan ulang suatu proses; hanya meminta suatu jadual untuk dilakukan kemudian, jadi kedatangan suatu interupsi tidak mempengaruhi urutan eksekusi dari noninterrupt kernel code. Sekali interrupt serviceselesai, eksekusi akan menjadi lebih simpel untuk kembali ke kernel code yang sedang dijalankan ketika interupsi mengambil alih.

Page faults adalah suatu masalah yang potensial; jika sebuah kernel routine mencoba untuk membaca atau menulis ke user memory, akan menyebabkan terjadinya page fault yang membutuhkan I/O diskuntuk selesai, dan proses yang berjalan akan di tunda sampai I/O selesai. Pada kasus yang hampir sama, jika system call service routine memanggil penjadualan ketika sedang berada di mode kernel, mungkin secara eksplisit dengan membuat direct call pada code penjadualan atau secara implisit dengan memanggil sebuah fungsi untuk menunggu I/O selesai, setelah itu proses akan menunggu dan penjadualan ulang akan muncul. Ketika proses jalan kembali, proses tersebut akan melanjutkan untuk mengeksekusi dengan mode kernel, melanjutkan intruksi setelah call (pemanggilan) ke penjadualan.

Kernel code dapat terus berasumsi bahwa ia tidak akan diganggu (pre-empted) oleh proses lainnya dan tidak ada tindakan khusus dilakukan untuk melindungi critical section. Yang diperlukan adalah critical section tidak mengandung referensi ke user memory atau menunggu I/O selesai.

Teknik kedua yang di pakai Linux untuk critical section yang muncul pada saat interrupt service routines. Alat dasarnya adalah perangkat keras interrupt-control pada processor. Dengan meniadakan interupsi pada saat critical section, maka kernel menjamin bahwa ia dapat melakukan proses tanpa resiko terjadinya ketidak-cocokan akses dari struktur data yang di share.

Untuk meniadakan interupsi terdapat sebuah pinalti. Pada arsitektur perangkat keras kebanyakan, pengadaan dan peniadaan suatu interupsi adalah sesuatu yang mahal. Pada prakteknya, saat interupsi ditiadakan, semua I/O ditunda, dan device yang menunggu untuk dilayani akan menunggu sampai interupsi diadakan kembali, sehingga kinerja meningkat. Kernel Linux menggunakan synchronization architecture yang mengizinkan critical section yang panjang dijalankan untuk seluruh durasinya tanpa mendapatkan peniadaan interupsi. Kemampuan secara spesial berguna pada networking code: Sebuah interupsi pada network device driver dapat memberikan sinyal kedatangan dari keseluruhan paket network, dimana akan menghasilkan code yang baik dieksekusi untuk disassemble, route, dan forward paket ditengah interrupt service routine.

Linux mengimplementasikan arsitektur ini dengan memisahkan interrupt service routine menjadi dua seksi: the top half dan the bottom half. The top half adalah interupsi yang normal, dan berjalan dengan rekursive interupt ditiadakan (interupsi dengan prioritas yang lebih tinggi dapat menginterupsi routine, tetapi interupsi dengan prioritas yang sama atau lebih rendah ditiadakan). The bottom half service routine berjalan dengan semua interupsi diadakan, oleh miniatur penjadualan yang menjamin bahwa bottom halves tidak akan menginterupsi dirinya sendiri. The bottom half scheduler dilakukan secara otomatis pada saat interupt service routine ada.

Pemisahan itu berarti bahwa kegiatan proses yang komplek dan harus selesai diberi tanggapan untuk suatu interupsi dapat diselesaikan oleh kernel tanpa kecemasan tentang diinterupsi oleh interupsi itu sendiri. Jika interupsi lain muncul ketika bottom half dieksekusi, maka interupsi dapat meminta kepada bottom half yang sama untuk dieksekusi, tetapi eksekusinya akan dilakukan setelah proses yang sedang berjalan selesai. Setiap eksekusi dari bottom half dapat di interupsi oleh top half tetapi tidak dapat diinterupsi dengan bottom half yang mirip.

Arsitektur Top-half bottom-half komplit dengan mekanisme untuk meniadakan bottom halver yang dipilih ketika dieksekusi secara normal, foreground kernel code. Kernel dapat meng-codekan critical section secara mudah dengan mengunakan sistem ini: penanganan interupsi dapat meng-codekan critical section-nya sebagai bottom halves, dan ketika foreground kernel ingin masuk ke critical section, setiap bottom halves ditiadakan untuk mencegah critical section yang lain diinterupsi. Pada akhir dari critical section, kernel dapat kembali mengadakan bottom halves dan menjalankan bottom half tasks yang telah di masukkan kedalam queue oleh top half interrupt service routine pada saat critical section.


Penjadualan Proses

Ketika kernel telah mencapai titik penjadualan ulang, entah karena terjadi interupsi penjadualan ulang mau pun karena proses kernel yang sedang berjalan telah diblokir untuk menunggu beberapa signal bangun, harus memutuskan proses selanjutnya yang akan dijalankan. Linux telah memiliki dua algoritma penjadualan proses yang terpisah satu sama lain. Algoritma yang pertama adalah algoritma time-sharing untuk penjadualan preemptive yang adil diantara sekian banyak proses. Sedangkan algoritma yang kedua didesain untuk tugas real-time dimana proritas mutlak lebih utama daripada keadilan mendapatkan suatu pelayanan.

Bagian dari tiap identitas proses adalah kelas penjadualan, yang akan menentukan algoritma yang digunakan untuk tiap proses. Kelas penjadualan yang digunakan oleh Linux, terdapat dalam standar perluasan POSIX untuk sistem komputer waktu nyata.

Untuk proses time-sharing, Linux menggunakan teknik prioritas, sebuah algoritma yang berdasarkan pada kupon. Tiap proses memiliki sejumlah kupon penjadualan; dimana ketika ada kesempatan untuk menjalankan sebuah tugas, maka proses dengan kupon terbanyaklah yang mendapat giliran. Setiap kali terjadi interupsi waktu, proses yang sedang berjalan akan kehilangan satu kupon; dan ketika kupon yang dimiliki sudah habis maka proses itu akan ditunda dan proses yang lain akan diberikan kesempatan untuk masuk.

Jika proses yang sedang berjalan tidak meiliki kupon sama sekali, linux akan melakukan operasi pemberian kupon, memberikan kupon kepada tiap proses dalam sistem, dengan aturan main: kupon = kupon / 2 + prioritas Algoritma ini cenderung untuk menggabungkan dua faktor yang ada: sejarah proses dan prioritas dari proses itu sendiri. Satu setengah dari kupon yang dimiliki sejak operasi pembagian kupon terakhir akan tetap dijaga setelah algoritma telah dijalankan, menjaga beberapa sejarah sikap proses. Proses yang berjalan sepanjang waktu akan cenderung untuk menghabiskan kupon yang dimilikinya dengan cepat, tapi proses yang lebih banyak menunggu dapat mengakumulasi kuponnya dari. Sistem pembagian kupon ini, akan secara otomatis memberikan proritas yang tinggi ke proses I/O bound atau pun interaktif, dimana respon yang cepat sangat diperlukan.

Kegunaan dari proses pemberian prioritas dalam menghitung kupon baru, membuat prioritas dari suatu proses dapat ditingkatkan. Pekerjaan background batch dapat diberikan prioritas yang rendah; proses tersebut akan secara otomatis menerima kupon yang lebih sedikit dibandingkan dengan pekerjaan yang interaktif, dan juga akan menerima persentase waktu CPU yang lebih sedikit dibandingan dengan tugas yang sama dengan prioritas yang lebih tinggi. Linux menggunakan sistem prioritas ini untuk menerapkan mekanisme standar pembagian prioritas proses yang lebih baik.

Penjadualan waktu nyata Linux masih tetap lebih sederhana. Linux, menerapkan dua kelas penjadualan waktu nyata yang dibutuhkan oleh POSIX 1.b: First In First Out dan round-robin. Pada keduanya, tiap proses memiliki prioritas sebagai tambahan kelas penjadualannya. Dalam penjadualan time-sharing, bagaimana pun juga proses dengan prioritas yang berbeda dapat bersaing dengan beberapa pelebaran; dalam penjadualan waktu nyata, si pembuat jadual selalu menjalankan proses dengan prioritas yang tinggi. Diantara proses dengan prioritas yang sama, maka proses yang sudah menunggu lama, akan dijalankan. Perbedaan satu - satunya antara penjadualan FIFO dan round-robin adalah proses FIFO akan melanjutkan prosesnya sampai keluar atau pun diblokir, sedangkan proses round-robin akan di-preemptive-kan setelah beberapa saat dan akan dipindahkan ke akhir antrian, jadi proses round-robin dengan prioritas yang sama akan secara otomatis membagi waktu jalan antar mereka sendiri.

Perlu diingat bahwa penjadualan waktu nyata di Linux memiliki sifat yang lunak. Pembuat jadual Linux menawarkan jaminan yang tegas mengenai prioritas relatif dari proses waktu nyata, tapi kernel tidak menjamin seberapa cepat penjadualan proses waktu-nyata akan dijalankan pada saat proses siap dijalankan. Ingat bahwa kode kernel Linux tidak akan pernah bisa dipreemptive oleh kode mode pengguna. Apabila terjadi interupsi yang membangunkan proses waktu nyata, sementara kernel siap untuk mengeksekusi sebuah sistem call sebagai bagian proses lain, proses waktu nyata harus menunggu sampai sistem call yang sedang dijalankan selesai atau diblokir.


Managemen Memori di Linux


Memori Virtual

Memori fisik dan memori virtual dibagi menjadi bagian-bagian yang disebut page. Page ini memiliki ukuran yang sama besar. Tiap page ini punya nomor yang unik, yaitu Page Frame Number (PFN). Untuk setiap instruksi dalam program, CPU melakukan mapping dari alamat virtual ke memori fisik yang sebenarnya.

Penerjemahan alamat di antara virtual dan memori fisik dilakukan oleh CPU menggunakan tabel page untuk proses x dan proses y. Ini menunjukkan virtial PFN 0 dari proses x dimap ke memori fisik PFN 1. Setiap anggota tabel page mengandung informasi berikut ini:

  1. Virtual PFN

  2. PFN fisik

  3. informasi akses page dari page tersebut

Untuk menerjemahkan alamat virtual ke alamat fisik, pertama-tama CPU harus menangani alamat virtual PFN dan offsetnya di virtual page. CPU mencari tabel page proses dan mancari anggota yang sesuai degan virtual PFN. Ini memberikan PFN fisik yang dicari. CPU kemudian mengambil PFN fisik dan mengalikannya dengan besar page untuk mendapat alamat basis page tersebut di dalam memori fisik. Terakhir, CPU menambahkan offset ke instruksi atau data yang dibutuhkan. Dengan cara ini, memori virtual dapat dimap ke page fisik dengan urutan yang teracak.


Demand Paging

Cara untuk menghemat memori fisik adalah dengan hanya meload page virtual yang sedang digunakan oleh program yang sedang dieksekusi. Tehnik dimana hanya meload page virtual ke memori hanya ketika program dijalankan disebut demand paging.

Ketika proses mencoba mengakses alamat virtual yang tidak ada di dalam memori, CPU tidak dapat menemukan anggota tabel page. Contohnya, dalam gambar, tidak ada anggota tabel page untuk proses x untuk virtual PFN 2 dan jika proses x ingin membaca alamat dari virtual PFN 2, CPU tidak dapat menterjemahkan alamat ke alamat fisik. Saat ini CPU bergantung pada sistem operasi untuk menangani masalah ini. CPU menginformasikan kepada sistem operasi bahwa page fault telah terjadi, dan sistem operasi membuat proses menunggu selama sistem operasi menagani masalah ini.

CPU harus membawa page yang benar ke memori dari image di disk. Akses disk membutuhkan waktu yang sangat lama dan proses harus menunggu sampai page selesai diambil. Jika ada proses lain yang dapat dijalankan, maka sistem operai akan memilihnya untuk kemudian dijalankan. Page yang diambil kemudian dituliskan di dalam page fisik yang masih kosong dan anggota dari virtual PFN ditambahkan dalam tabel page proses. Proses kemudian dimulai lagi pada tempat dimana page fault terjadi. Saat ini terjadi pengaksesan memori virtual, CPU membuat penerjemahan dan kemudian proses dijalankan kembali.

Demand paging terjadi saat sistem sedang sibuk atau saat image pertama kali diload ke memori. Mekanisme ini berarti sebuah proses dapat mengeksekusi image dimana hanya sebagian dari image tersebut terdapat dalam memori fisik.


Sistem Berkas Linux

Sistem Berkas Virtual

Objek dasar dalam layer-layer virtual file system

  1. File

    File adalah sesuatu yang dapat dibaca dan ditulis. File ditempatkan pada memori. Penempatan pada memori tersebut sesuai dengan konsep file deskriptor yang dimiliki unix.

  2. Inode

    Inode merepresentasikan objek dasar dalam file sistem. Inode bisa saja file biasa, direktori, simbolik link dan lain sebagainya. Virtual file sistem tidak memiliki perbedaan yang jelas di antara objek, tetapi mengacu kepada implementasi file sistem yang menyediakan perilaku yang sesuai. Kernel tingkat tinggi menangani objek yang berbeda secara tidak sama.

    File dan inode hampir mirip diantara keduanya. Tetapi terdapat perbedaan yang penting diantara keduanya. Ada sesuatu yang memiliki inode tetapi tidak memiliki file, contohnya adalah simbolik link. Ada juga file yang tidak memiliki inode seperti pipes dan socket.

  3. File sistem

    File system adalah kumpulan dari inode-inode dengan satu inode pembeda yaitu root. Inode lainnya diakses mulai dari root inode dan pencarian nama file untuk menuju ke inode lainnya.

    File sistem mempunyai beberapa karakteristik yang mencakup seluruh inode dalam file sistem. Salah satu yang terpenting adalah blocksize.

  4. Nama inode

    Semua inode dalam file sistem diakses melalui namanya. Walau pun pencarian nama inode bisa menjadi terlalu berat untuk beberapa sistem, virtual file sistem pada linux tetap memantau cache dan nama inode yang baru saja terpakai agar kinerja meningkat. Cache terdapat di memori sebagai tree, ini berarti jika sembarang inode dari file terdapat di dalam cache, maka parent dari inode tersebut juga terdapat di dalam cache.

Virtual file system layer menangani semua pengaturan nama path dari file dan mengubahnya menjadi masukan di dalam cache sebelum mengizinkan file sistem untuk mengaksesnya. Ada pengecualian pada target dari simbolik link, akan diakses file sistem secara langsung. File sistem diharapkan untuk menginterpretasikannya.


Sistem Berkas Linux

Sistem Berkas EXT2

  1. Keterangan

    EXT2 adalah file sistem yang ampuh di linux. EXT2 juga merupakan salah satu file sistem yang paling ampuh dan menjadi dasar dari segala distribusi linux. Pada EXT2 file sistem, file data disimpan sebagai data blok. Data blok ini mempunyai panjang yang sama dan meski pun panjangnya bervariasi diantara EXT2 file sistem, besar blok tersebut ditentukan pada saat file sistem dibuat dengan perintah mk2fs. Jika besar blok adalah 1024 bytes, maka file dengan besar 1025 bytes akan memakai 2 blok. Ini berarti kita membuang setengah blok per file.

    EXT2 mendefinisikan topologi file sistem dengan memberikan arti bahwa setiap file pada sistem diasosiasiakan dengan struktur data inode. Sebuah inode menunjukkan blok mana dalam suatu file tentang hak akses setiap file, waktu modifikasi file, dan tipe file. Setiap file dalam EXT2 file sistem terdiri dari inode tunggal dan setiap inode mempunyai nomor identifikasi yang unik. Inode-inode file sistem disimpan dalam tabel inode. Direktori dalam EXT2 file sistem adalah file khusus yang mengandung pointer ke inode masing-masing isi direktori tersebut.

  2. Inode dalam EXT2

    Inode adalah kerangka dasar yang membangun EXT2. Inode dari setiap kumpulan blok disimpan dalam tabel inode bersama dengan peta bit yang menyebabkan sistem dapat mengetahui inode mana yang telah teralokasi dana inode mana yang belum. MODE: mengandung dia informasi, inode apa dan izin akses yang dimiliki user. OWNER INFO: user atau grop yang memiliki file atau direktori SIZE: besar file dalam bytes TIMESTAMPS: kapan waktu pembuatan inode dan waktu terakhir dimodifikasi. DATABLOKS: pointer ke blok yang mengandung data.

    EXT2 inode juga dapat menunjuk pada device khusus, yang mana device khusus ini bukan merupakan file, tatapi dapat menangani program sehingga program dapat mengakses ke device. Semua file device di dalam drektori /dev dapat membantu program mengakses device.

  3. Superblok dalam EXT2

    Superblok mengandung informasi tentang ukuran dasar dan bentuk file sistem. Informasi di dalamnya memungkinkan file sistem manager untuk menggunakan dan merawat file sistem. Biasanya, hanya superblok di blok group 0 saat file sistem di-mount tetapi setiap blok grup mengandung duplikatnya untuk menjaga jika file sistem menjadi rusak. Informasi yang dikandung adalah:

    1. Magic Number

      meyakinkan software bahwa ini adalah superblok dari EXT2 file sistem.

    2. Revision Level

      menunjukkan revisi mayor dan minor dari file sistem.

    3. Mount Count dan Maksimum Mount Count

      menunjukkan pada sistem jika harus dilakukan pengecekan dan maksimum mount yang diijikan sebelum e2fsck dijalankan.

    4. Blocks per Size

      besar blok dalam file sistem, contohnya 1024 bytes.

    5. Blocks per Group

      benyaknya blok per group.

    6. Block Group Number

      nomor blok group yang mengadung copy dari superblok.

    7. Free Blocks

      banyaknya blok yang kosong dalam file sistem.

    8. Free Inode

      banyak inode kosong dalam file sistem.

    9. First Inode

      nomor inode dalam inode pertama dalam file sistem, inode pertama dalam EXT2 root file sistem adalah direktori "/".


Sistem Berkas EXT3

EXT3 adalah peningkatan dari EXT2 file sistem. Peningkatan ini memiliki beberapa keuntungan, diantaranya:

  1. Setelah kegagalan sumber daya, "unclean shutdown", atau kerusakan sistem, EXT2 file sistem harus melalui proses pengecekan dengan program e2fsck. Proses ini dapat membuang waktu sehingga proses booting menjadi sangat lama, khususnya untuk disk besar yang mengandung banyak sekali data. Dalam proses ini, semua data tidak dapat diakses.

    Jurnal yang disediakan oleh EXT3 menyebabkan tidak perlu lagi dilakukan pengecekan data setelah kegagalan sistem. EXT3 hanya dicek bila ada kerusakan hardware seperti kerusakan hard disk, tetapi kejadian ini sangat jarang. Waktu yang diperlukan EXT3 file sistem setelah terjadi "unclean shutdown" tidak tergantung dari ukuran file sistem atau banyaknya file, tetapi tergantung dari besarnya jurnal yang digunakan untuk menjaga konsistensi. Besar jurnal default memerlukan waktu kira-kira sedetik untuk pulih, tergantung kecepatan hardware.

  2. Integritas data

    EXT3 menjamin adanya integritas data setelah terjadi kerusakan atau "unclean shutdown". EXT3 memungkinkan kita memilih jenis dan tipe proteksi dari data.

  3. Kecepatan

    Daripada menulis data lebih dari sekali, EXT3 mempunyai throughput yang lebih besar daripada EXT2 karena EXT3 memaksimalkan pergerakan head hard disk. Kita bisa memilih tiga jurnal mode untuk memaksimalkan kecepatan, tetapi integritas data tidak terjamin.

  4. Mudah dilakukan migrasi

    Kita dapat berpindah dari EXT2 ke sistem EXT3 tanpa melakukan format ulang.


I/O Linux

Salah satu tujuan OS adalah menyembunyikan kerumitan device hardware dari sistem penggunanya. Contohnya, Sistem Berkas Virtual menyamakan tampilan sistem berkas yang dimount tanpa memperdulikan devices fisik yang berada di bawahnya. Bab ini akan menjelaskan bagaimana kernel Linux mengatur device fisik di sistem.

Salah satu fitur yang mendasar adalah kernel mengabstraksi penanganan device. Semua device hardware terlihat seperti berkas pada umumnya: mereka dapat dibuka, ditutup, dibaca, dan ditulis menggunakan calls sistem yang sama dan standar untuk memanipulasi berkas. Setiap device di sistem direpresentasikan oleh sebuah file khusus device, contohnya disk IDE yang pertama di sistem direpresentasikan dengan /dev/hda. Devices blok (disk) dan karakter dibuat dengan perintah mknod dan untuk menjelaskan device tersebut digunakan nomor devices besar dan kecil. Devices jaringan juga direpresentasikan dengan berkas khusus device, tapi berkas ini dibuat oleh Linux setelah Linux menemukan dan menginisialisasi pengontrol-pengontrol jaringan di sistem. Semua device yang dikontrol oleh driver device yang sama memiliki nomor device besar yang umum. Nomor devices kecil digunakan untuk membedakan antara device-device yang berbeda dan pengontrol-pengontrol mereka, contohnya setiap partisi di disk IDE utama punya sebuah nomor device kecil yang berbeda. Jadi, /dev/hda2, yang merupakan partisi kedua dari disk IDE utama, punya nomor besar 3 dan nomor kecil yaitu 2. Linux memetakan berkas khusus device yang diteruskan ke system call (katakanlah melakukan mount ke sistem berkas device blok) pada driver si device dengan menggunakan nomor device besar dan sejumlah tabel sistem, contohnya tabel device karakter, chrdevs.

Linux membagi devices ke tiga kelas: devices karakter, devices blok dan devices jaringan.


Device Karakter

Device karakter, device paling sederhana dari Linux, diakses sebagai berkas. Aplikasi menggunakan system calls standar untuk membukanya, membacanya dan menulisnya dan menutupnya persis seolah devices adalah berkas. Memang benar, meski pun devices ini merupakan modem yang sedang digunakan oleh PPP daemon untuk menghubungkan sistem Linux ke jaringan. Saat sebuah device karakter diinisialisasi, driver devicenya mendaftarkan sang device pada kernel Linux dengan menambahkan sebuah entry ke vektor chrdevs dari struk data device_struct. Pengenal utama devicenya digunakan sebagai indeks ke vektor ini. Pengenal utama untuk suatu device tidak pernah berubah.

Setiap entry di vektor chrdevs, sebuah struk data device_struct, mengandung dua elemen: sebuah penunjuk nama dari driver devices yang terdaftar dan sebuah penunjuk ke operasi-operasi berkas seperti buka, baca, tulis, dan tutup. Isi dari /proc/devices untuk devices karakter diambil dari vektor chrdevs.

Saat sebuah berkas khusus karakter yang merepresentasikan sebuah devices karakter (contohnya /dev/cua0) dibuka, kernelnya harus mengatur beberapa hal sehingga routine operasi berkas yang benar dari driver devices karakter akan terpanggil.

Seperti sebuah berkas atau direktori pada umumnya, setiap berkas khusus device direpresentasikan dengan sebuah inode VFS. Inode VFS untuk sebuah berkas khusus karakter tersebut, sebenarnya untuk semua berkas yang berada dibawahnya, contohnya EXT2. Hal ini terlihat dari informasi di berkas yang sebenarnya ketika nama berkas khusus device dilihat.

Setiap inode VFS memiliki keterkaitan dengan seperangkat operasi berkas dan operasi-operasi ini berbeda tergantung pada objek sistem berkas yang direpresentasikan oleh inode tersebut. Kapan pun sebuah VFS yang merepsentasikan berkas khusus karakter dibuat, operasi-operasi berkasnya diset ke operasi device karakter default.

VFS inode memiliki hanya satu operasi berkas, yaitu operasi membuka berkas. Saat berkas khusus karakter dibuka oleh sebuah aplikasi, operasi buka berkas yang umum atau generik menggunakan pengenal utama dari device tersebut. Pengenal ini digunakan sebagai index ke vektor chrdevs untuk memperoleh blok operasi berkas untuk device tertentu ini. Ia juga membangun struk data berkas yang menjelaskan berkas khusus karakter ini, yang membuat penunjuk operasi berkas menunjuk ke driver device itu. Setelah itu semua aplikasi dari operasi-operasi berkas aplikasi akan dipetakan untuk memanggil perangkat devices karakter dari operasi berkas itu.


Device Blok

Device ini pun diakses seperti berkas. Mekanisme untuk menyediakan perangkat operasi berkas yang benar bagi berkas khusus blok yang terbuka sama seperti devices karakter. Linux memelihara operasi dari perangkat device blok yang terdaftar sebagai vektor blkdevs. Vektor ini, seperti halnya vektor chrdevs, diindeks dengan menggunakan nomor device besar dari sang device. Entrynya juga merupakan struk data device_struct. Tidak seperti devices karakter, ada sejumlah kelas yang dimiliki device blok. Device-device SCSI adalah salah satu kelasnya dan device IDE adalah kelas lainnya. Kelaslah yang mendaftarkan dirinya sendiri pada kernel Linux dan menyediakan operasi berkas kepada kernel. Driver-driver device untuk sebuah kelas device blok menyediakan interface khusus kelas kepada kelas tersebut. Jadi, contohnya, sebuah driver device SCSI harus menyediakan interface untuk subsistem SCSI agar dapat menyediakan operasi berkas bagi devices ini ke kernel.

Setiap driver device blok harus menyediakan sebuah interface ke cache buffernya, demikian pula interface operasi umum berkas. Setiap driver device blok mengisi entrynya di vektor blk_dev dari struk data blk_dev_struct. Indeksnya ke vektor ini, lagi-lagi, nomor utama devicenya. Struk data blk_dev_struct mengandung alamat routine permintaan dan sebuah penunjuk ke sekumpulan struk data request,yang masing-masingnya merepresentasikan sebuah request dari cache buffernya untuk driver untuk membaca atau menulis atau menulis satu blok data.

Setiap kali cache buffer ingin membaca dari, atau pun menuliskan satu blok data ke device terdaftar, ia menambahkan struk data request kedalam blk_dev_struct nya. Gambar di atas ini menunjukkan bahwa setiap request memiliki pointer (penunjuk) ke satu atau lebih struk data buffer_head. Masing-masingnya merupakan suatu request untuk membaca atau menulis sebuah blok data. Struk buffer_head tersebut dikunci (oleh cache buffer) dan mungkin ada suatu proses yang menunggu buffer ini selesai di operasi blok tersebut. Setiap struk request dialokasikan dari suatu daftar yang statik, yaitu daftar all_request. Jika proses tersebut sedang dimasukkan sebuah ke list request yang kosong, fungsi request dari drivernya akan dipanggil agar memulai proses antrian request. Jika tidak driver tersebut hanya akan memproses setiap request di daftar request.

Sekali driver device telah menyelesaikan sebuah request, ia harus membuang setiap stuk buffer_request dari struk requestnya, kemudian mencapnya up to date dan membuka kuncinya. Pembukaan kunci buffer_head akan membangunkan proses apa pun yang tidur akibat menunggu operasi blok selesai. Contoh dari kasus ini misalnya dimana sebuah nama berkas sedang ditangani dan sistem berkas EXT2 harus membaca blok data yang mengandung entry direktori EXT2 berikutnya dari device blok yang menyimpan sistem berkas tersebut. Proses ini tidur di buffer_head yang akan mengandung entri direktorinya sampai driver devicenya membangunkannya. Struk data request tersebut ditandai bebas sehingga ia dapat digunakan di request blok lainnya.


Device Jaringan

Device jaringan merupakan sebuah entity yang mengirimkan dan menerima paket-paket data. Biasanya ia merupakan device fisik seperti kartu ethernet. Beberapa devices jaringan bagaimana pun hanyalah software, seperti device loopback yang digunakan untuk mengirimkan data ke Anda. Setiap device direpresentasikan dengan struk data device. Driver device jaringan mendaftarkan device-device yang ia kontrol pada Linux selama inisialisasi jaringan yaitu saat kernel melakukan booting. Struk data device tersebut berisi informasi mengenai device dan alamat fungsi-fungsi yang memungkinkan bermacam-macam protokol jaringan menggunakan layanan dari device tersebut. Fungsi-fungsi ini kebanyakan terkait dengan mentransmisikan data dengan menggunakan device jaringan. Device tersebut menggunakan mekanisme pendukung jaringan standar untuk melewatkan data yang diterima sampai ke lapisan protokol yang semestinya. Semua data jaringan atau paket yang ditransmisikan dan diterima, direpresentasikan dengan struk-struk data sk_buff. Struk-struk data yang bersifat fleksibel ini memungkinkan header-header protokol jaringan menjadi mudah ditambahkan dan dibuang. Bagian ini hanya memfokuskan pada struk data device serta bagaimana jaringan ditemukan dan diinsialisasi.

Struk data device ini mengandung informasi tentang device jaringan:


Komunikasi Antar Proses

Untuk mengatur kegiatan proses mereka perlu saling berkomunikasi. Linux mendukung berbagai mekanisme komunikasi antar proses (KAP). Sinyal dan pemipaan merupakan dua di antaranya, tapi linux juga mendukung system sistem ke lima mekanisme KAP.


Sinyal

Sinyal merupakan salah satu metode KAP tertua sistem Unix. Sinyal digunakan untuk memberitahukan kejadian yang asinkronus pada satu atau lebih proses. misalnya sinyal yang dihasilkan oleh keyboard saat ditekan oleh pemakai. Sinyal juga dapat dihasilkan oleh kondisi yang menyatakan error, misalnya saat suatu proses mencoba mengakses lokasi yang tidak pernah ada di dalam memori utama. Sinyal pun digunakan oleh shells untuk memberitahu perintah kontrol kerja kepada proses child.


Penerapan Sinyal

Linux menerapkan sinyal dengan menggunakan informasi yang disimpan dalam task_struct untuk proses tersebut. Jumlah sinyal yang didukung terbatas pada ukuran word prosesornya. Proses dengan ukuran word 32 bit dapat memiliki 32 sinyal sementara prosesor 64 bit seperti Alpha AXP dapat memiliki sampai 64 sinyal. Sinyal-sinyal yang tertunda saat ini disimpan dalam field sinyal dengan sebuah mask dari sinyal-sinyal terblokir yang disimpan di blocked. Dengan pengecualian SIGTOP dan SIGKILL, semua sinyal dapat diblokir. Bila sinyal yang diblokir digenerate, maka sinyal itu akan tetap tertahan sampai ia tidak diblokir lagi.

Linux juga menyimpan informasi tentang bagaimana setiap proses menangani sinyal-sinyal yang mungkin terjadi. Informasi ini disimpan dalam suatu array stuktur data sigaction yang ditunjuk oleh task_struct untuk setiap proses. Di antara hal-hal yang lain, informasi ini mengandung baik alamat routin yang nantinya menangani sinyal atau flag, yang memberitahu Linux bahwa proses tersebut ingin mengabaikan sinyal ini atau membiarkan kernel menanganinya. Proses tersebut memodifikasi penanganan default sinyal dengan membuat system call ,dan call ini mengubah sigaction untuk sinyal yang sesuai dan juga mask daripada blocked.

Tidak semua proses di dalam sistem dapat mengirimkan sinyal ke proses lainnya. Kernel dapat melakukannya demikian pula super users. Proses-proses biasa hanya dapat mengirim sinyal pada proses-proses yang memiliki uid dan gid yang sama atau pun pada kelompok proses yang sama. Sinyal digenerate dengan mengatur bit yang sesuai di dalam field signal task_struct. Jika proses tersebut belum memblokir sinyal dan sedang menunggu (namun dapat diinterrupt di status Interruptible), maka ia akan dibangunkan dengan mengubah statusnya ke Running dan memastikan bahwa proses ini berada pada antrian run. Dengan cara itu scheduler akan menganggapnya sebagai suatu yang akan running pada jadwal sistem berikutnya. Jika penanganan default diperlukan, maka Linux dapat mengoptimalkan penganganan sinyal tersebut. Sebagai contoh, jika sinyal SIGWINCH (fokus yang berubah dari jendela X) dan penangan default sedang digunakan, maka tidak ada yang perlu dilakukan.

Sinyal-sinyal tidak diberikan ke proses segera saat mereka digenerate. Sinyal-sinyal ini harus menunggu sampai proses tersebut berjalan kembali. Setiap kali sebuah proses keluar dari suatu system calls, field signals dan blocked dicek dan bila ada sinyal-sinyal apa pun yang tidak terblokir, sekarang sinyal-sinyal ini dapat disampaikan. Kelihatannya cara ini bukanlah cara yang dapat diandalkan, namun setiap proses di dalam sistem pasti membuat system calls, sebagai contoh, untuk menulis suatu karakter ke terminal sepanjang waktu. Proses dapat memilih untuk menunggu sinyal bila ia mau, kemudian dapat disuspend di status Interruptible sampai sinyal itu datang. Kode pemrosesan sinyal Linux melihat pada struktur sigaction untuk setiap sinyal yang saat ini belum diblokir.

Jika sebuah penangan sinyal diset ke tindakan default, maka kernel akan mengatasinya. Penangan default sinyal SIGSTOP akan mengubah status proses saat ini ke status Stopped dan selanjutnya menjalankan scheduler untuk memilih sebuah proses baru untuk berjalan. Tindakan default untuk sinyal SIGFPE akan core dump proses dan menyebabkannya keluar. Cara lainnya, proses tersebut dapat menentukan handler sinyalnya sendiri. Penangan ini merupakan suatu routine yang akan dipanggil kapan pun sinyal digenerate dan struktur sigactionnya menyimpan alamat routine ini. Kernel tersebut harus memanggil routine penangan sinyal proses tersebut dan bagaimana ini terjadi adalah kekhususan masing-masing prosesor tetapi intinya semua CPU harus berhasil mengatasi kenyataan bahwa proses saat ini sedang berjalan di mode kernel dan mengembalikan proses yang tadi memanggil kernel atau system routine di mode user. Masalah ini terpecahkan dengan memanipulasi stack dan register daripada proses tersebut. Program counter dari proses diset ke alamat sinyalnya, yang menangani routine, dan parameter-parameter ke routine dimasukkan ke frame callnya atau dilewatkan di register. Ketika proses tersebut menerima operasi, proses ini terlihat seolah-olah routine penangan sinyalnya dipanggil secara normal.

Linux bersifat POSIX compatible dan oleh karena itu prosesnya dapat menentukan sinyal-sinyal mana yang diblokir saat routine tertentu penangan sinyal dipanggil. Hal ini berarti mengubah mask blocked tersebut selama pemanggilan penangan sinyal proses-proses tersebut. mask blocked harus dikembalikan ke nilai aslinya ketika routine penangan routine tersebut telah selesai. Oleh karena itu Linux menambahkan suatu call pada sebuah routine perapih yang akan mengembalikan mask asli daripada blocked ke dalam stack call dari proses yang disinyal. Linux juga mengoptimalkan kasus di mana beberapa routine penangan sinyal perlu dipanggil dengan stacking routine-routine ini sehingga setiap saat sebuah routine penangan ada, routine penangan berikutnya dipanggil sampai routine perapih dipanggil.


Pipa

Semua shells Linux yang biasa, membolehkan redirection. Sebagai contoh

$ ls | pr | lpr

memipakan output dari perintah ls, yang melist file yang ada di dalam direktori, sampai standar input dari perintah pr yang mempaginasi file tersebut. Pada akhirnya standard output dari perintah pr dipipakan ke standar input dari perintah lpr yang mencetak hasil-hasilnya ke printer default. Pipa-pipa berikutnya adalah unidirectional byte streams yang menghubungkan standard output dari suatu proses ke standar input dari proses lainnya. Proses tidak peduli terhadap redirection ini dan berperilaku seolah-olah ia berjalan normal saja. Adalah shell yang membangun pipa-pipa yang bersifat sementara ini di antara dua proses tersebut.


Struktur Jaringan

Ide pokok dari jaringan mungkin sudah setua usia telekomunikasi itu sendiri. Coba anda bayangkan ketika anda harus tinggal di jaman batu, yang ketika itu gendang digunakan sebagai alat untuk berkomunikasi satu dengan lainnya. Andaikan manusia gua A ingin mengundang manusia gua B untuk bermain, tapi jarak B terlalu jauh dari A untuk mendengar suara gendang yang dibunyikannya. Apa yang akan dilakukan oleh A? Mungkin si A akan datang langsung ke tempat B, membunyikan gendang yang lebih besar, atau meminta C yang tinggal di antara A dan B untuk menyampaikan pesan ke B. Pilihan terakhir inilah yang merupakan dasar dari jaringan.

Terlepas dari masalah jaman batu, sekarang kita memiliki komputer yang canggih. Dimana komputer yang kita miliki sekarang dapat berkomunikasi dengan komputer lainnya melalui kabel tembaga, kabel optik, gelombang microwave, dan medium komunikasi lainnya.

Sebagai hasil dari usaha para programmer dari seluruh dunia, Linux tidak akan tercipta tanpa Internet. Jadi tidaklah mengherankan apabila pada tahap awal pengembangan, beberapa orang mulai mengerjakan kemampuan jaringan di Linux. implementasi UUCP di Linux sudah ada sejak awal dan jaringan dengan basis TCP/IP mulai dikerjakan sejak musim gugur 1992, ketika Ross Biro dan yang lainnya mengerjakan sesuatu yang kini disebut dengan Net-1.

Setelah Ross berhenti dalam pengembangan pada Mei 1993, Fred Van Kempen mulai bekerja pada implementasi yang baru, menulis ulang bagian terbesar dalam kode. Proyek ini dikenal dengan Net-2. Peluncuran yang pertama adalah Net-2d, dibuat pada musim panas 1993, dan telah dibantu kembangkan oleh beberapa orang, terutama Alan Cox. Hasil pekerjaan Alan dikenal dengan nama Net-3 setelah Linux 1.0 diluncurkan. Kode Net-3 masih dikembangkan lebih lanjut untuk Linux 1.2 dan Linux 2.0. Kernel 2.2 dan seterusnya menggunakan versi Net-4 untuk mendukung jaringan, yang masih tetap menjadi standar sampai saat ini.

Kode untuk jaringan Linux Net-4 menawarkan berbagai macam driver dan kemampuan khusus. Protokol standar Net-4 mencakup :

Sedangkan kemampuan standar Net-4 mencakup firewall IP, penghitungan IP, dan IP masquerade. IP tunneling dalam berbagai sudut dan kebijaksanaan routing juga didukung. Dukungan untuk berbagai macam tipe perlatan ethernet, untuk mendukung FDDI, Token Ring, Frame Relay, ISDN, dan kartu ATM.

Sebagai tambahan ada beberapa kemampuan yang sangat mendukung fleksibilitas dari Linux. Kemampuan ini termasuk implementasi sistem berkas SMB, yang bekerja bersama dengan aplikasi seperti lanmanager dan Ms. Windows, yang disebut Samba, yang diciptakan oleh Andrew Tridgell, dan sebuah implementasi Novell NCP (Protokol Inti Netware).

Implementasi jaringan Net-4 sekarang cukup matang dan digunakan dalam banyak situs di seluruh dunia. Banyak waktu yang tersita untuk meningkatkan kemampuan implementasi Net-4. Linux juga seringkali digunakan dalam lingkungan penyedia jasa Internet (ISP).

Sedangkan kemampuan standar Net-4 mencakup firewall IP, penghitungan IP, dan IP masquerade. IP tunneling dalam berbagai sudut dan kebijaksanaan routing juga didukung. Dukungan untuk berbagai macam tipe perlatan ethernet, untuk mendukung FDDI, Token Ring, Frame Relay, ISDN, dan kartu ATM.

Sebagai tambahan ada beberapa kemampuan yang sangat mendukung fleksibilitas dari Linux. Kemampuan ini termasuk implementasi sistem berkas SMB, yang bekerja bersama dengan aplikasi seperti lanmanager dan Ms. Windows, yang disebut Samba, yang diciptakan oleh Andrew Tridgell, dan sebuah implementasi Novell NCP (Protokol Inti Netware).

Implementasi jaringan Net-4 sekarang cukup matang dan digunakan dalam banyak situs di seluruh dunia. Banyak waktu yang tersita untuk meningkatkan kemampuan implementasi Net-4. Linux juga seringkali digunakan dalam lingkungan penyedia jasa Internet (ISP). Linux digunakan untuk membangun World Wide Web (WWW) server, mail server, dan news server yang murah dan terjamin. Sekarang ini sudah ada pengembangan yang cukup besar dalam Linux, dan beberapa versi kernel Linux saat ini menawarkan generasi terbaru IPv6 sebagai suatu standar.

Mengingat besarnya peran timbal balik antara pengembangan Linux dan jaringan, mungkin akan sulit bagi kita untuk membayangkan Linux tanpa dukungan jaringan yang standar.

Kita akan membahas tiga macam tipe jaringan, tapi fokus utama akan diarahkan pada TCP/IP karena protokol inilah yang paling populer digunakan baik dalam jaringan lokal (LAN) maupun jaringan yang lebih besar (WAN), seperti Internet. Kita juga akan mempelajari UUCP dan IPX. Dahulu kala UUCP banyak digunakan untuk mengirim berita (news) dan pesan (mail) melalui koneksi telepon dialup. Memang saat ini UUCP sudah jarang digunakan, tapi tetap masih berguna dalam situasi tertentu. Sedangkan protokol IPX banyak digunakan dalam lingkungan Novell Netware dan di bagian belakang akan dijelaskan lebih lanjut cara mengkoneksikan mesin Linux anda dengan jaringan Novell. Ketiganya merupakan protokol jaringan dan digunakan untuk medium pengiriman data antar komputer.

Kita mendefinisikan jaringan sebagai kumpulan host yang dapat berkomunikasi satu dengan lainnya, yang seringkali bergantung pada pelayanan (service) dari beberapa host komputer yang dikhususkan fungsinya sebagai relay data antar komputer. Host biasanya berupa komputer, tapi tidak selalu, X terminal dan printer cerdas juga bisa dianggap sebagai suatu host. Sekelompok kecil host disebut sebagai situs.

Komunikasi adalah mustahil tanpa bahasa atau kode yang dapat digunakan untuk komunikasi. Dalam jaringan komputer, bahasa ini seringkali dianalogikan protokol. Tapi perlu diingat, anda tidak bisa membayangkan protokol ini adalah suatu aturan yang tertulis, tapi lebih sebagai kode yang telah diformat sedemikian hingga. Dalam bahasa yang sama, protokol digunakan dalam jaringan komputer adalah bukan apa-apa melainkan suatu aturan tegas untuk pertukaran pesan antara dua atau lebih host.


Protokol Internet (IP)

Tentu, anda tidak menginginkan jaringan dibatasi hanya untuk satu ethernet atau satu koneksi data point to point. Secara ideal, anda ingin bisa berkomunikasi dengan host komputer diluar tipe jaringan yang ada. Sebagai contoh, dalam instalasi jaringan yang besar, biasanya anda memiliki beberapa jaringan terpisah yang harus disambung dengan motode tertentu.

Koneksi ini ditangani oleh host yang dikhususkan sebagai gateway yang menangani paket yang masuk dan keluar dengan mengkopinya antara dua ethernet dan kabel optik. Gateway akan bertindak sebagai forwarder. Tata kerja dengan mengirimkan data ke sebuah remote host disebut routing, dan paket yang dikirim seringkali disebut sebagai datagram dalam konteks ini. Untuk memfasilitasisasi hal ini, pertukaran datagram diatur oleh sebuah protokol yang independen dari perangkat keras yang digunakan, yaitu IP (Internet Protocol).

Keuntungan utama dari IP adalah IP mengubah jaringan yang tidak sejenis menjadi jaringan yag homogen. Inilah yang disebut sebagai Internetworking, dan sebagai hasilnya adalah internet. Perlu dibedakan antara sebuah internet dan Internet, karena Internet adalah definisi resmi dari internet secara global.

Tentu saja, IP juga membutuhkan sebuah perangkat keras dengan cara pengalamatan yang independen. Hal ini diraih dengan memberikan tiap host sebuah 32 bit nomor yang disebut alamat IP. Sebuah alamat IP biasanya ditulis sebagai empat buah angka desimal, satu untuk tiap delapan bit, yang dipisahkan oleh koma. Pengalamatan dengan nama IPv4 (protokol internet versi 4)ini lama kelamaan menghilang karena standar baru yang disebut IPv6 menawarkan pengalamatan yang lebih fleksibel dan kemampuan baru lainnya.

Setelah apa yang kita pelajari sebelumnya, ada tiga tipe pengalamatan, yaitu ada nama host, alamat IP dan alamat perangkat keras, seperti pengalamatan pada alamat enam byte pada ethernet.

Untuk menyederhanakan peralatan yang akan digunakan dalam lingkungan jaringan, TCP/IP mendefinisikan sebuah antar muka abstrak yang melaluinya perangkat keras akan diakses. Antar muka menawarkan satu set operasi yang sama untuk semua tipe perangkat keras dan secara mendasar berkaitan dengan pengiriman dan penerimaan paket.

Sebuah antar muka yang berkaitan harus ada di kernel, untuk setiap peralatan jaringan. Sebagai contoh, antar muka ethernet di Linux, memiliki nama eth0 dan eth1, antar muka PPP memiliki nama ppp0 dan ppp1, sedangkan antar muka FDDI memiliki nama fddi0 dan fddi1. Semua nama antar muka ini bertujuan untuk konfigurasi ketika anda ingin mengkonfigurasinya, dan mereka tidak memiliki arti lain dibalik fungsinya.

Sebelum digunakan oleh jaringan TCP/IP, sebuah antar muka harus diberikan sebuah alamat IP yang bertugas sebagai tanda pengenal ketika berkomunikasi dengan yang lain. Alamat ini berbeda dengan nama antar muka yang telah disebutkan sebelumnya; jika anda menganalogikan sebuah antar muka dengan pintu, alamat IP seperti nomor rumah yang tergantung di pintu tersebut.

Paramater peralatan yang lain, mungkin sekali untuk diatur, misalnya ukuran maksimum datagram yang dapat diproses oleh sebuah nomor port keras, yang biasanya disebut Unit Transfer Maksimum atau Maximum Transfer Unit (MTU). Protokol Internet (IP) mengenali alamat dengan 32 bit nomor. Tiap mesin diberikan sebuah nomor yang unik dalam jaringan. Jika anda menjalankan sebuah jaringan lokal yang tidak memiliki route TCP/IP dengan jaringan lain, anda harus memberikan nomor tersebut menurut keinginan anda sendiri. Ada beberapa alamat IP yang sudah ditetapkan untuk jaringan khusus. Sebuah domain untuk situs di Internet, alamatnya diatur oleh badan berotoritas, yaitu Pusat Informasi Jaringan atau Network Information Center(NIC).

Alamat IP terbagi atas 4 kelompok 8 bit nomor yang disebut oktet untuk memudahkan pembacaan. Sebagai contoh quark.physics.groucho.edu memiliki alamat IP 0x954C0C04, yang dituliskan sebagai 149.76.12.4. Format ini seringkali disebut notasi quad bertitik. Alasan lain untuk notasi ini adalah bahwa alamat IP terbagi atas nomor jaringan, yang tercantum dalam oktet pertama, dan nomor host, pada oktet sisanya. Ketika mendaftarkan alamat IP ke NIC, anda tidak akan diberikan alamat untuk tiap host yang anda punya. Melainkan, anda hanya diberikan nomor jaringan, dan diizinkan untuk memberikan alamat IP dalam rentang yang sudah ditetapkan untuk tiap host sesuai dengan keinginan anda sendiri.

Banyaknya host yang ada akan ditentukan oleh ukuran jaringan itu sendiri. Untuk mengakomodasikan kebutuhan yang berbeda-beda, beberapa kelas jaringan ditetapkan untuk memenuhinya, antara lain:

  1. Kelas A

    Terdiri atas jaringan 1.0.0.0 sampai 127.0.0.0. Nomor jaringan ada pada oktet pertama. Kelas ini menyediakan alamat untuk 24 bit host, yang dapat menampung 1,6 juta host per jaringan.

  2. Kelas B

    Terdiri atas jaringan 128.0.0.0 sampai 191.255.0.0. Nomor jaringan ada pada dua oktet yang pertama. Kelas ini menjangkau sampai 16.320 jaringan dengan masing-masing 65024 host.

  3. Kelas C

    Terdiri atas jaringan 192.0.0.0 sampai 223.255.255.0. Nomor jaringan ada pada tiga oktet yang pertama. Kelas ini menjangkau hingga hampir 2 juta jaringan dengan masing-masing 254 host.

  4. Kelas D, E, dan F

    Alamat jaringan berada dalam rentang 224.0.0.0 sampia 254.0.0.0 adalah untuk eksperimen atau disediakan khusus dan tidak merujuk ke jaringan manapun juga. IP muliticast, yang adalah service yang mengizinkan materi untuk dikirim ke banyak tempat di Internet pada suatu saat yang sama, sebelumnya telah diberikan alamat dalam rentang ini.

Oktet 0 dan 255 tidak dapat digunakan karena telah dipesan sebelumnya untuk kegunaan khusus. Sebuah alamat yang semua bagian bit host-nya adalah 0 mengacu ke jaringan, sedang alamat yang semua bit host-nya adalah 1 disebut alamat broadcast. Alamat ini mengacu pada alamat jaringan tertentu secara simultan. Sebagai contoh alamat 149.76.255.255 bukanlah alamat host yang sah, karena mengacu pada semua host di jaringan 149.76.0.0.

Sejumlah alamat jaringan dipesan untuk kegunaan khusus. 0.0.0.0 dan 127.0.0.0 adalah contohnya. Alamat yang pertama disebut default route, sedangkan yang kedua adalah alamat loopback.

Jaringan 127.0.0.0 dipesan untuk lalu lintas IP lokal menuju ke host anda. Biasanya alamat 127.0.0.1 akan diberikan ke suatu antar muka khusus pada host anda, yaitu antar muka loopback, yang bertindak seperti sebuah sirkuit tertutup. Paket IP yang dikirim ke antar muka ini dari TCP atau UDP akan dikembalikan lagi. Hal ini akan membantu anda untuk mengembangkan dan mengetes perangkat lunak jaringan tanpa harus menggunakan jaringan yang sesungguhnya. Jaringan loopback juga memberikan anda kemudahan menggunakan perangkat lunak jaringan pada sebuah host yang berdiri sendiri. Proses ini tidak seaneh seperti kedengarannya. Sebagai contoh banyak situs UUCP yang tidak memiliki konektivitas sama sekali, tapi tetap ingin menggunakan sistem news INN. Supaya dapat beroperasi dengan baik di Linux, INN membutuhkan antar muka loopback.

Beberapa rentang alamat dari tiap kelas jaringan telah diatur dan didesain 'pribadi' atau 'dipesan'. Alamat ini dipesan untuk kepentingan jaringan pribadi dan tidak ada di rute internet. Biasanya alamat ini digunakan untuk organisasi untuk menciptakan intranet untuk mereka sendiri, bahkan jaringan yang kecil pun akan merasakan kegunaan dari alamat itu.

Rentang Alamat IP untuk fungsi khusus

Kelas jaringan

  • A 10.0.0.0 sampai 10.255.255.255

  • B 172.16.0.0 sampai 172.31.0.0

  • C 192.168.0.0 sampai 192.168.255.0


Protokol Pengontrol Transmisi (TCP)

Mengirimkan datagram dari satu host ke host bukanlah segalanya. Jika anda login, informasi yang dikirim harus dibagi menjadi beberapa paket oleh si pengirim dan digabungkan kembali menjadi sebuah karakter stream oleh si penerima. Proses ini memang tampaknya sederhana tapi sebenarnya tidak sesederhana kelihatannya.

Sebuah hal penting yang harus anda ingat adalah bahwa IP tidak menjamin. Asumsikan bahwa ada sepuluh orang dalam ethernet yang mulai men-download, maka jumlah lalu lintas data yang tercipta mungkin akan terlalu besar bagi sebuah gateway untuk menanganinya dengan segala keterbatasan yang ada. IP menyelesaikan masalah ini dengan membuangnya. Paket yang dikirim akan hilang tanpa bisa diperbaiki. Karenanya host harus bertanggungjawab untuk memeriksa integritas dan kelengkapan data yang dikirim dan pengiriman ulang data jika terjadi error.

Proses ini dilakukan oleh protokol lain, TCP (Transmision Control Protocol), yang menciptakan pelayanan yang terpercaya di atas IP. Karakteristik inti dari TCP adalah bahwa TCP menggunakan IP untuk memberikan anda ilusi dari koneksi sederhana antara dua proses di host dan remote machine. Jadi anda tidak perlu khawatir tentang bagaimana dan route mana yang ditempuh oleh data. Sebuah koneksi TCP bekerja seperti sebuah pipa dua arah dimana proses dari kedua arah bisa menulis dan membaca. Pikirkan hal ini seperti halnya sebuah pembicaraan melalui telepon.

TCP mengidentifikasikan titik ujung dari sebuah koneksi dengan alamat IP dari kedua host yang terlibat dan jumlah port yang dimiliki oleh tiap-tiap host. Port dapat dilihat sebagai sebuah titik attachment untuk tiap koneksi jaringan. Jika kita lebih mendalami contoh telepon sebelumnya, dan anda dapat membayangkan kota sebagai suatu host, kita dapat membandingkan alamat IP dengan kode area (dimana nomor IP akan dipetakan ke kota), dan nomor port dengan kode lokal (dimana nomor port dipetakan ke nomor telepon). Sebuah host tunggal bisa mendukung berbagai macam service, yang masing-masing dibedakan dari nomor port-nya.

Dalam contoh login, aplikasi client membuka port dan terhubung ke port di server dimana dia login. Tindakan ini akan membangun sebuah koneksi TCP. Dengan menggunakan koneksi ini, login service akan menjalankan prosedur autorisasi dan memunculkan shell. Standar masukan dan keluaran dari shell akan disambungkan ke koneksi TCP, jadi apapun yang anda ketik ke login service, akan dikirimkan melalui TCP stream dan dikirimkan ke shell sebagai standar masukan.


Protokol Pengontrol Pesan di Internet (ICMP)

IP memiliki protokol lain yang mendampinginya yang belum pernah kita bahas sebelumnya, yaitu ICMP (Internet Control Message Protocol). ICMP digunakan oleh kode jaringan di kernel untuk mengkomunikasikan pesan error ke host lainnya. Sebagai contoh, anda ingin melakukan telnet, tapi tidak ada proses yang menangkap pesan tersebut di port. Ketika paket TCP pertama untuk port tersebut tiba, lapisan jaringan akan mengenalinya dan kemudian akan langsung mengembalikan sebuah pesan ICMP yang menyatakan bahwa port tidak dapat dijangkau.

Protokol ICMP menyediakan beberapa pesan yang berbeda, dimana banyak dari pesan tersebut berhubungan dengan kondisi error. Tapi bagaimana pun juga, ada suatu pesan yang menarik yang disebut pesan redirect. Pesan ini dihasilkan oleh modul routing ketika tertedeteksi bahwa ada host lain yang menggunkannya sebagai gateway, walaupun ada rute yang lebih pendek. Sebagai contoh, setelah melakukan booting, tabel routingnya kemungkinan tidak lengkap. Tabel ini mungkin berisi rute ke jaringan lain. Sehingga paket yang dikirim tidak sampai ke tujuannya, malah sampai ke jaringan lain. Ketika menerima sebuah datagram, maka server yang menerimanya akan menyadari bahwa rute tersebut adalah pilihan rute yang buruk dan meneruskannya ke jaringan lain.

Hal ini sepertinya jalan terbaik untuk menghindari pengaturan seting secara manual, kecuali setingan dasarnya saja. Tapi bagaimana pun juga, waspadalah selalu untuk tidak terlalu bergantung pada skema routing yang dinamis, baik itu RIP ataupun pesan indirect ICMP. Indirect ICMP dan RIP menawarkan anda sedikit atau tidak sama sekali pilihan untuk memverifikasi bahwa beberapa informasi routing memerlukan autentifikasi. Sebagai konsekuensi, kode jaringan Linux mengancam pesan indirect jaringan seakan-akan mereka adalah indirect host . Hal ini akan meminimalkan kerusakan yang diakibatkan oleh serangan dan membatasinya hanya ke satu host saja, daripada keseluruhan jaringan. Pada sisi yang lain, ini berarti sedikit lalu lintas dihasilkan dalam kejadian dari suatu kondisi yang masuk akal, seakan-akan tiap host menyebabkan terbentuknya pesan indirect ICMP. Sebenarnya ketergantungan pada ICMP tidak langsung dianggap sebagai suatu yang buruk.


Protokol Datagram Pengguna (UDP)

Tentu saja, TCP bukanlah satu-satunya protokol dalam jaringan TCP/IP. Walaupun TCP cocok untuk aplikasi untuk login, biaya yang dibutuhkan terbatas untuk aplikasi semacam NFS, dimana lebih baik kita menggunakan saudara sepupu dari TCP yang disebut UDP ( User Datagram Protocol. Seperti halnya TCP, UDP memperbolehkan sebuah aplikasi untuk menghubungi sebuah service pada port tertentu dari remote machine, tapi untuk itu tidak diperlukan koneksi apa pun juga. Sebaliknya, anda bisa mengirimkan paket tunggal ke pelayanan tujuan, apa pun juga namanya.

Asumsikan bahwa anda ingin menggunakan sejumlah kecil data dari server basis data. Pengambilan data tersebut membutuhkan minimal tiga datagram untuk membangun sebuah koneksi TCP, tiga lainnya untuk mengirim dan mengkonfirmasikan sejumlah kecil data tiap kali jalan, sedangkan tiga lainnya dibutuhkan untuk menutup koneksi. UDP menyediakan kita pelayanan yang sama dengan hanya menggunakan dua datagram. UDP bisa dikatakan hanya membutuhkan sedikit koneksi, dan tidak menuntut kita untuk membangun dan menutup koneksi. Kita hanya perlu untuk meletakkan data kita pada datagram dan mengirimkannya ke server. server akan memformulasikan balasannya, meletakkan data balasan ke dalam datagram yang dialamatkan kembali ke kita, dan mengirimkan balik. Walaupun UDP lebih cepat dan efisien daripada TCP untuk transaksi yang sederhana, UDP tidak didesain untuk menghadapi hilangnya datagram pada saat pengiriman. Semuanya tergantung pada aplikasi, sebagai contoh mungkin nama server, untuk menangani hal ini.


IPX dan Sistem Berkas NCP

Sejarah dan Latar Belakang Xerox dan Novell

Lama sebelum Microsoft mempelajari jaringan, dan bahkan sebelum Internet dikenal di luar lingkup kehidupan akademis, perusahaan membagi sumber daya untuk berkas dan printer berdasarkan sistem operasi Novel NetWare dan protokol yang berkaitan. Banyak dari penggunanya masih menggunakan protokol ini dan ingin mengintegrasikannya dengan dukungan dari TCP/IP.

Linux tidak hanya mendukung protokol TCP/IP, tapi juga seperangkat protokol yang digunakan oleh sistem operasi Novel NetWare. Protokol ini masih merupakan saudara sepupu dari TCP/IP, dan sementara mereka menjalankan fungsi yang relatif sama, tapi dari segi cara yang digunakan, berbeda dan tidak kompatibel. Linux tidak hanya menyediakan perangkat lunak gratis tapi juga yang komersial untuk menyediakan dukungan pelayanan untuk diintegrasikan dengan produk Novell. Kita akan memberikan deskripsi ringkas mengenai protokol yang digunakan.

Pertama-lama, mari kita lihat darimana protokol tersebut berasal dan seperti apakah bentuknya? Pada akhir tahun 1970, perusahaan Xerox mengembangkan dan menerbitkan sebuah standar terbuka yang disebut Xerox Network Specification (XNS). Standar tersebut menjelaskan mengenai seperangkat protokol yang didesain untuk internetworking secara umum, dengan kegunaan utama pada jaringan lokal. Ada dua protokol jaringan yang terlibat: Internet Datagram Protocol, yang menyediakan pengiriman datagram yang tidak terjamin dan tanpa koneksi dari satu host ke host lain dan Sequenced Packet Protokol (SPP), yang merupakan modifikasi dari IDP yang berbasiskan koneksi dan lebih terjamin. Datagram pada jaringan XNS diberikan alamat secara individual. Skema pengalamatan menggunakan kombinasi dari 4 byte alamat jaringan IDP dan 6 byte alamat node (alamat dari kartu jaringan). Router adalah alat yang mengatur perpindahan datagram antar dua atau lebih jaringan IDP. IDP tidak memiliki sub jaringan; Kumpulan dari host yang baru membutuhkan alamat jaringan yang lain untuk dipergunakan. Alamat jaringan dipilih sedemikian rupa sehingga alamat tersebut unik dalam internetwork. Terkadang administrator mengembangkan konvensi dengan aturan tiap byte men-encode beberapa informasi lain, seperti lokasi geografik, sehingga alamat jaringan dialokasikan secara sistematik; walaupun begitu, hal ini bukanlah merupakan suatu syarat mutlak dari protokol jaringan.

Perusahaan Novell memilih untuk mendasarkan paket jaringam mereka pada paket XNS. Novell menciptakan sedikit perubahan ke IDP dan SPP, dan menamakannya Paket Pertukaran di Internet atau Internet Packet Xchange (IPX) dan pertukaran Paket yang Berurut atau Sequenced Packet Xchange (SPX). Novell menambahkan beberapa protokol baru, seperti NetWare Core Protocol (NCP), yang menyediakan kemampuan untuk berbagi sumber daya berkas dan printer yang dapat berjalan melalui IPX, dan Service Advertisement Protocol (SAP). Dimana SAP memungkinkan host dalam jaringan Novell untuk mengetahui persis host yang menyediakan masing-masing service.

Berikut ini disajikan data relasi antara XNS, Novell, dan perangkat TCP/IP dalam hal fungsi. Relasi ini hanya perkiraan saja, tapi sedikit banyak akan membantu anda untuk memahami apa yang sebenarnya terjadi ketika kita merujuk ke protokol tersebut.

===================================================================

XNS Novell TCP/IP Kemampuan

===================================================================

IDP -IPX-- UDP/IP Sedikit koneksi, pengiriman tidak terjamin

SPP -SPX-- -TCP-- Banyak menggunakan koneksi, pengiriman terjamin

--- -NCP-- -NFS-- Pelayanan berkas

--- -RIP-- -RIP-- Pertukaran informasi routing

--- -SAP-- ------ Pelayanan pengadaan pertukaran informasi

===================================================================


Keamanan

Pendahuluan


Seberapa Aman?

Sekarang kita akan mempelajari lebih jauh mengenai seberapa tinggi tingkat kemanan yang kita miliki, atau pun kita perlukan. Satu hal yang perlu diingat adalah tidak ada satu sistem komputer pun yang memiliki sistem keamanan yang sempurna. Hal yang dapat anda lakukan hanya mencoba meminimalisir celah keamanan yang ada. Untuk pengguna Linux rumahan yang hanya menggunakannya untuk keperluan pribadi saja di rumah, mungkin tidak perlu memikirkan terlalu banyak tindakan pencegahan. Tetapi untuk pengguna Linux yang termasuk dalam skala besar, seperti bank dan perusahaan telekomunikasi, banyak usaha ekstra keras yang harus dilakukan.

Hal lain yang perlu diingat adalah semakin aman sistem yang anda miliki, maka sistem komputer akan menjadi semakin merepotkan. Anda harus menyeimbangkan antara kenyamanan pemakaian sistem dan proteksi demi alasan keamanan. Sebagai contoh, anda bisa saja memaksa orang lain yang ingin masuk ke dalam sistem anda untuk menggunakan call-back modem untuk melakukan panggilan balik melalui nomor telepon rumah mereka. Cara ini kelihatannya memang lebih aman, tapi jika tidak ada seorang pun di rumah, akan menyulitkan mereka untuk login. Anda juga dapat mengatur konfigurasi sistem Linux anda tanpa jaringan atau koneksi ke Internet, tapi pembatasan ini akan membatasi kegunaan jaringan itu sendiri.

Jika anda memiliki situs dengan ukuran menengah sampai besar, anda harus membangun seperangkat kebijakan dalam hal keamanan yang menyatakan tingkat keamanan yang diperlukan. Anda dapat menemukan berbagai informasi mengenai contoh kebijakan dalam hal keamanan yang umum digunakan di http://www.faqs.org/rfcs/rfc2196.html. Informasi ini sering diperbarui, dan berisi lingkup kerja yang bagus untuk mengembangkan kebijakan keamanan untuk perusahaan anda.


Apa yang Anda Coba Lindungi?

Sebelum anda berusaha melakukan pengamanan terhadap sistem yang anda miliki, anda harus menentukan terlebih dahulu beberapa hal. Hal - hal yang perlu dipikirkan, yaitu tingkat ancaman yang harus anda antisipasi, resiko yang harus diambil, dan seberapa kebal sistem anda sebagai hasil usaha yang telah anda lakukan. Anda harus menganalisa sistem anda untuk mengetahui apa yang anda lindungi, kenapa anda melindunginya, seberapa besar nilai data yang anda lindungi, dan siapa yang bertanggung jawab terhadap data dan aset lain dalam sistem anda.

Resiko adalah kemungkinan dimana seorang penyusup mungkin bisa berhasil dalam usahanya untuk mengakses komputer anda. Dapatkah seorang penyusup membaca atau menulis berkas, atau pun mengeksekusi program yang dapat menyebabkan kerusakan? Dapatkah mereka menghapus data yang penting? Sebagai tambahan, memiliki account yang tidak aman dalam sistem anda dapat berakibat kecurian pada jaringan anda. Anda harus memutuskan siapa yang anda percaya untuk mengakses sistem dan siapa yang dapat menimbulkan ancaman bagi sistem anda.

Ada beberapa tipe penyusup yang karakteristiknya berbeda satu dengan lainnya, diantaranya:

  1. The Curious Penyusup tipe ini pada dasarnya tertarik mencari tahu tipe sistem dan data yang anda miliki.

  2. The Malicious Penyusup tipe ini, mengganggu sistem sehingga tidak dapat bekerja dengan optimal, merusak halaman situs web anda, atau pun memaksa anda untuk menghabiskan banyak uang dan waktu untuk memperbaiki kerusakan yang dibuatnya.

  3. The High-Profile Intruder Penyusup tipe ini mencoba menyusup ke dalam sistem anda untuk mendapatkan ketenaran dan pengakuan. Kemungkinan dia akan menggunakan sistem anda yang canggih sebagai sarana untuk membuatnya terkenal karena telah berhasil menyusup sistem kemanan komputer anda.

  4. The Competition Penyusup tipe ini tertarik pada data yang dimiliki oleh sistem anda. Penyusup ini mungkin adalah seseorang yang berpikir ada sesuatu yang berharga yang dapat memberikan keuntungan baginya.

  5. The Borrowers Penyusup tipe ini akan menggunakan sumber daya yang kita miliki untuk kepentingan mereka sendiri. Biasanya penyusup ini akan menjalankannya sebagai server chatting (irc), situs porno, atau bahkan server DNS.

  6. The Leapfrogger Penyusup tipe ini hanya tertarik menggunakan sistem yang anda miliki untuk masuk ke dalam sistem lain. Jika sistem anda terhubung atau merupakan sebuah gateway ke sejumlah host internal, anda akan menyaksikan penyusup tipe ini sedang berusaha untuk berkompromi dengan sistem yang anda miliki.


Keamanan Fisik

Lapisan kemanan pertama yang harus anda perhitungkan adalah keamanan secara fisik dalam sistem komputer anda. Siapa saja yang memiliki akses secara langsung ke sistem? Apakah mereka memang berhak? Dapatkah anda melindungi sistem anda dari maksud dan tujuan mereka? Apakah hal tersebut perlu anda lakukan?

Berapa banyak keamanan fisik yang berada dalam sistem anda memiliki ketergantungan terhadap situasi yang anda hadapi, dan tentu saja anggaran. Apabila anda adalah pengguna rumahan, maka kemungkinan anda tidak membutuhkan banyak. Tapi jika anda berada di laboratorium, atau pun jaringan komputer tempat anda bekerja, banyak yang harus anda pikirkan. Secara nyata dan jelas, metode keamanan secara fisik yang bisa dilakukan antara lain dengan mngunci pintu, kabel, laci, tapi semuanya itu diluar pembahasan dalam bagian ini.


Kunci Komputer

Banyak komputer pribadi saat ini yang memiliki kemampuan mengunci. Biasanya kunci ini berupa soket pada bagian depan casing yang bisa dimasukkan kunci untuk mengunci mau pun membukanya, Kunci casing dapat membantu mencegah seseorang untuk mencuri dari komputer, atau membukanya secara langsung untuk memanipulasi atau pun mencuri perangkat keras yang anda miliki. Kunci ini juga berguna untuk mencegah orang tertentu untuk mereboot komputer anda dari disket mau pun perangkat keras lainnya.

Kunci casing ini melakukan hal-hal yang berbeda menurut fasilitas yang ditawarkan oleh motherboard dan bagaimana struktur casing itu sendiri. Pada banyak komputer pribadi, perusahaan pembuat menciptakan casing tersebut sedemikian rupa sehingga anda harus menghancurkannya untuk membukanya. Sedangkan pada tipe casing yang lain, keyboard mau pun mouse baru tidak dapat dipasangkan ke dalamnya. Periksalah mainboard anda, mau pun instruksinya untuk informasi lebih lanjut. Kadang - kadang hal ini bisa menjadi sangat berguna, walau pun kunci yang digunakan seringkali berkualitas rendah dan dapat dengan mudah dikalahkan oleh si penyerang dengan metode pembukaan kunci yang dimilikinya.

Beberapa mesin terutama SPARC dan Mac punya pengaman di bagian belakangnya, sehingga jika ada yang memasukkan kabel ke dalamnya, si penyerang harus memotong kabelnya atau merusak casing untuk masuk ke dalamnya. Dengan meletakkan padlock atau combo lock akan menjadi pengamanan yang cukup baik untuk mencegah orang lain mencuri mesin anda.


Keamanan BIOS

BIOS adalah tingkatan terendah dari perangkat lunak yang mengkonfigurasi atau memanipulasi perangkat keras anda. BIOS adalah singkatan dari Basic Input Output System. LILO dan berbagai metode boot Linux lainnya mengakses BIOS untuk menentukan cara untuk memboot mesin Linux anda. Perangkat keras lain yang dijalankan dengan Linux memiliki perangkat lunak yang mirip (Open Firmware di Mac dan new Suns, Sun boot PROM, dll). Anda dapat menggunakan BIOS untuk mencegah penyerang untuk mem-boot komputer dan memanipulasi sistem Linux anda.

Banyak BIOS komputer yang bisa diset kata kuncinya. Walau pun begitu, keamanan belum terjamin karena seseorang bisa saja menset ulang BIOS atau pun membuangnya jika ada orang yang mampu memasuki casing-nya. Mirip dengan itu, EEPROM S/Linux dapat diset untuk memenuhi sebuah kata kunci boot. Hal ini mungkin dapat memperlambat gerak si penyerang. Resiko lainnya dari mempercayai kata kunci BIOS untuk mengamankan sistem anda adalah masalah kata kunci yang digunakan. Kebanyakan pembuat BIOS tidak berharap pembeli untuk membuka komputernya dan mencabut baterai untuk menghilangkan kata kuncinya apabila mereka lupa. Pembuat BIOS ini seringkali melengkapi BIOS mereka dengan kata kunci standar dari pembuatnya.

Banyak BIOS dari komputer dengan sistem Intel i386 memberikan kemudahan untuk mengatur berbagai macam seting keamanan. Periksalah manual BIOS anda atau lihatlah pada saat anda akan melakukan boot up lagi. Sebagai contoh, beberapa BIOS tidak mengizinkan anda untuk mem- boot dari disket dan menuntut kata kunci untuk mengakses fasilitas tertentu dari BIOS. Sebagai catatan, jika anda memiliki mesin server, dan anda mengeset sebuah kata kunci boot, mesin anda tidak akan melakukan boot tanpa sepengetahuan dari anda sendiri. Ingatlah bahwa anda harus masuk ke ruangan server dan menyediakan kata kunci setiap kali terjadi penurunan daya listrik.


Keamanan Lokal

Hal berikutnya yang akan kita perhatikan lebih lanjut adalah keamanan sistem terhadap serangan dari pengguna lokal. Mendapatkan akses ke account pengguna lokal adalah hal pertama yang dilakukan oleh penyusup sistem untuk memperoleh account root. Dengan sistem keamanan yang lemah, seorang pengguna biasa dapat menjadi root dengan menggunakan berbagai macam bug yang ada dan service dari localhost yang rentan. Jika anda yakin, bahwa sistem keamanan anda cukup baik, maka si penyusup akan mencari jalan lain untuk menyusup ke sistem anda.


Keamanan Root

Account root memiliki akses penuh terhadap keseluruhan sistem. Ingat jangan menggunakan account root dengan sembarangan. Gunakan account root hanya untuk mengerjakan suatu pekerjaan khusus saja dan lakukan dalam jangka waktu yang tidak terlalu lama. Biasakan untuk menggunakan account pengguna biasa untuk menjalankan aplikasi sehari - hari. Bahkan kesalahan terkecil yang dilakukan pada saat login sebagai root dapat menyebabkan kekacauan yang fatal.

Beberapa trik untuk menghindari kekacauan ketika login sebagai root:


Perangkat Lunak Bebas

Serba-Serbi PLB

Perangkat lunak bebas merupakan suatu bentuk pengembangan perangkat lunak yang dikembangkan melalui proyek GNU (GNU's Not Unix, GNU Bukan Unix). Proyek ini mulai dirintis pada tahun 1980-an dipicu dengan mulainya masa perangkat lunak berpemilik (perangkat lunak berlisensi). Pihak-pihak pengembang perangkat lunak berpemilik Menekankan bahwa penggunaan perangkat lunak tanpa lisensi merupakan suatu bentuk pelanggaran Hak atas Kekayaan Intelektual (HKI) dan merupakan suatu tindakan kriminal. Konsep yang ditekankan oleh pihak pengembang diatas tidak diterima oleh semua orang, terdapat orang-orang seperti Richard Stallman (perintis proyek GNU) yang memiliki pendapat bahwa perangkat lunak merupakan milik masyarakat sehingga diperbolehkan untuk dimodifikasi dan disebarluaskan secara bebas. Pengembangan perangkat lunak bebas memiliki tujuan agar setiap orang dapat mendapatkan manfaat dari perangkat lunak secara bebas sehingga setiap orang dapat menjalankan, menggandakan, menyebarluaskan, mempelajari, mengubah dan meningkatkan kinerja perangkat lunak.

Kata bebas pada perangkat lunak bebas sering diartikan sebagai gratis (free), arti sesungguhnya bebas pada perangkat lunak bebas lebih merupakan kebebasan untuk mempergunakan perangkat lunak, melakukan penyalinan, dan perubahan pada kode sumber. Arti bebas yang salah, telah menimbulkan persepsi masyarakat bahwa perangkat lunak bebas merupakan perangkat lunak yang gratis.

Perangkat lunak bebas ialah perihal kebebasan, bukan harga. Konsep kebebasan yang dapat diambil dari kata bebas pada perangkat lunak bebas adalah seperti kebebasan berbicara bukan seperti bir gratis. Maksud dari bebas seperti kebebasan berbicara adalah kebebasan untuk menggunakan, menyalin, menyebarluaskan, mempelajari, mengubah, dan meningkatkan kinerja perangkat lunak.

Suatu perangkat lunak dapat dimasukkan dalam kategori perangkat lunak bebas bila setiap orang memiliki kebebasan tersebut. Hal ini berarti, setiap pengguna perangkat lunak bebas dapat meminjamkan perangkat lunak yang dimilikinya kepada orang lain untuk dipergunakan tanpa perlu melanggar hukum dan disebut pembajak.

Kebebasan yang diberikan perangkat lunak bebas dijamin oleh copyleft, suatu cara yang dijamin oleh hukum untuk melindungi kebebasan para pengguna perangkat lunak bebas. Dengan adanya copyleft maka suatu perangkat lunak bebas beserta hasil perubahan dari kode sumbernya akan selalu menjadi perangkat lunak bebas. Kebebasan yang diberikan melalui perlindungan copyleft inilah yang membuat suatu program dapat menjadi perangkat lunak bebas.

Keuntungan yang diperoleh dari penggunaan perangkat lunak bebas adalah karena serbaguna dan efektif dalam keanekaragaman jenis aplikasi. Dengan pemberian source code-nya, perangkat lunak bebas dapat disesuaikan secara khusus untuk kebutuhan pemakai. Sesuatu yang tidak mudah untuk terselesaikan dengan perangkat lunak berpemilik Selain itu, perangkat lunak bebas didukung oleh milis-milis pengguna yang dapat menjawab pertanyaan yang timbul karena permasalahan pada penggunaan perangkat lunak bebas.


Pembagian Perangkat Lunak


Perangkat Lunak Bebas

Perangkat lunak bebas ialah perangkat lunak yang mengizinkan siapa pun untuk menggunakan, menyalin, dan mendistribusikan, baik dimodifikasi atau pun tidak, secara gratis atau pun dengan biaya. Perlu ditekankan, bahwa source code dari program harus tersedia. ``Jika tidak ada kode program, berarti bukan perangkat lunak bebas.'' Yang tersebut di atas merupakan definisi sederhananya; lihat juga definisi lengkapnya.

Terdapat berbagai cara untuk membuat suatu program bebas--- banyak pertanyaan rinci, yang dapat ditentukan dalam banyak cara dan masih menjadikan program tersebut bebas. Beberapa kemungkinan variasi akan dijelaskan di bawah ini.

Perangkat lunak bebas menyangkut masalah kebebasan, bukan harga. Tapi beberapa perusahaan perangkat lunak berpemilik terkadang menggunakan istilah perangkat lunak bebas untuk menunjukkan harga. Terkadang maksud mereka ialah anda dapat memperoleh salinan biner tanpa biaya; terkadang maksud mereka ialah suatu salinan disertakan dalam komputer yang anda beli. Ini tidak ada hubungannya sama sekali dengan apa yang di maksud dengan perangkat lunak bebas pada proyek GNU.

Karena hal ini dapat membingungkan, ketika sebuah perusahaan perangkat lunak menyatakan bahwa produknya adalah perangkat lunak bebas, selalu periksa ketentuan distribusinya untuk melihat apakah pengguna memiliki kebebasan yang dimaksudkan oleh istilah perangkat lunak bebas. Terkadang memang benar-benar perangkat lunak bebas; namun terkadang tidak.

Banyak bahasa memiliki dua kata yang berbeda untuk menyatakan ``bebas'' sebagai kebebasan dan ``bebas'' sebagai tanpa biaya. Sebagai contoh, bahasa Perancis memiliki kata ``libre'' dan ``gratuit''. Dalam bahasa Inggris terdapat kata ``gratis'' yang menyatakan tentang harga tanpa membingungkan. Tapi tidak ada kata sifat yang menyatakan kebebasan tanpa membingungkan. Hal ini sangat disayangkan, karena kata semacam itu akan sangat berguna disini.

Perangkat lunak bebas seringkali lebih handal daripada perangkat lunak tidak bebas.


Perangkat Lunak Semi-Bebas

Perangkat lunak semi-bebas adalah perangkat lunak yang tidak bebas, tapi mengizinkan setiap orang untuk menggunakan, menyalin, mendistribusikan, dan memodifikasinya (termasuk distribusi dari versi yang telah dimodifikasi) untuk tujuan non-laba. PGP adalah salah satu contoh dari program semi-bebas.

Perangkat lunak semi-bebas jauh lebih baik dari perangkat lunak berpemilik, namun masih ada masalah, dan seseorang tidak dapat menggunakannya pada sistem operasi yang bebas.

Pembatasan dari copyleft dirancang untuk melindungi kebebasan bagi semua pengguna. Bagi pihak GNU, satu-satunya alasan untuk membatasi substantif dalam menggunakan program--ialah melarang orang lain untuk menambahkan batasan lain. Program semi-bebas memiliki batasan-batasan tambahan, yang dimotivasi oleh tujuan pribadi semata.

Sangat mustahil untuk menyertakan perangkat lunak semi-bebas pada sistem operasi bebas. Hal ini karena perjanjian distribusi untuk sistem operasi keseluruhan adalah gabungan dari perjanjian distribusi untuk semua program di dalamnya. Menambahkan satu program semi-bebas pada sistem akan membuat keseluruhan sistem menjadi semi-bebas. Terdapat dua alasan mengapa GNU tidak menginginkan hal ini:

Sudah seharusnya kita percaya bahwa perangkat lunak bebas seharusnya ditujukan bagi semuanya--termasuk pelaku bisnis, dan bukan hanya untuk sekolah dan sekedar hobi saja. GNU ingin mengundang kalangan bisnis untuk menggunakan keseluruhan sistem GNU, dan untuk itu kami tidak dapat menyertakan program semi-bebas di dalamnya.

Distribusi komersial dari sistem operasi bebas, termasuk Sistem GNU/Linux sangat penting, dan para pengguna menghargai kemampuan untuk dapat membeli distribusi CD-ROM komersial. Menyertakan satu program semi-bebas dalam sistem operasi dapat memotong distribusi CD-ROM komersial untuknya.

Free Software Foundation sendiri adalah organisasi nirlaba, dan karena itu, kami diizinkan secara hukum untuk menggunakan program semi-bebas secara ``internal''. Tapi GNU tidak melakukannya, karena hal itu akan melemahkan upaya yang telah dilakukan untuk memperoleh program yang dapat disertakan ke dalam GNU.

Jika ada pekerjaan yang berhubungan dengan perangkat lunak, maka sebelum kami memiliki program bebas untuk melakukan pekerjaan itu, sistem GNU memiliki kesenjangan. Kami harus memberitahukan kepada para sukarelawan, ``Kami belum memiliki program untuk melakukan pekerjaan ini di GNU, jadi kami berharap Anda menulisnya sendiri.'' Jika program semi-bebas digunakan untuk untuk melakukan pekerjaan itu, hal itu akan melemahkan apa yang telah dijelaskan diatas; hal itu akan menghancurkan motivasi (bagi pengembang GNU, dan orang lain yang memiliki pandangan yang sama) untuk menulis substitusi yang bebas.


Latihan

Soal Latihan

  1. Modul kernel yang dapat dipanggil terpisah memberikan fleksibilitas untuk menambahkan driver ke dalam kernel. Berikan contoh langkah pemanggilan modul di Linux!

  2. Jelaskan perbedaan antara proses dan thread di Linux!

  3. Jelaskan operasi-operasi dalam inode!

  4. Apa keuntungan reiser file sistem dibandingkan dengan file sistem lain?

  5. Apakah perbedaan shareable dan unshareable di dalam file sistem?

  6. Mengapa file sistem ext3 membutuhkan waktu recovery yang lebih sedikit daripada file sistem ext2 setelah terjadi "unclean shutdown"?

  7. Jelaskan pengertian proc file sistem!

  8. Soal manajemen memori linux

  9. Jelaskan pengertian page!

  10. Apakah perbedaan linking statis dan linking dinamis?

  11. Sebutkan empat keuntungan menguunakan memori virtual!

  12. Sebutkan beberapa cache dalam manajemen memori di linux!

  13. Jelaskan pengertian dari demand paging!

  14. Siapakah penemu Linux?

  15. Jabarkan fitur dan keunggulan/kekurangan dari kernel Linux v0.01, v1.0, v2.0.

  16. Jelaskan perbedaan antara kernel Linux dan sistem Linux.

  17. Sebutkan tiga komponen utama sistem Linux. Jelaskan.

  18. Sebutkan dua distribusi Linux dari Jerman.

  19. Bagaimanakah cara menseting lilo.conf di Linux supaya:

    a. Pada saat boot dan ingin memilih suatu OS user memasukkan password?

    b. Pada saat boot dan ingin menambahkan option di prompt lilo, user memasukkan password?

  20. Apakah hacker dan craker sama? Kalau beda/ sama sebutkan dalam hal apa?

  21. a. Alamat IP berapa yang tidak bisa digunakan pada golongan C?

    b. Mengapa tidak bisa digunakan?

  22. Apakah kelebihan dan kekurangan protokol IPX, TCP/IP, dan UDP?

  23. Bagaimanakah cara kerja protokol TCP/IP?

  24. - Jelaskan perbedaan yang mendasar dari device blok dengan device karakter!

    - Apakah yang membedakan device jaringan dengan device karakter dan device blok?

    - Bagaimana cara Linux mengakses IO?

  25. Komunikasi antar proses:

    - Jelaskan cara proses menyikapi proses!

    - Sebutkan sinyal-sinyal yang tidak dapat diabaikan!

    - Jelaskan sedikit mengenai pipa dan perbedaan yang khusus dari cara komunikasi yang lainnya


Rujukan Kernel Linux dan Perangkat Lunak Bebas

CATATAN: Situs (URL) rujukan ini pernah diakses pada pertengahan tahun 2003 yang lalu. Terdapat kemungkinan, bahwa situs tersebut sekaranga ini telah berubah, atau telah dihapus.


Rujukan

Buku

[Coffmanea1997] E G Coffman, Jr., M J Elphick, dan A Shoshani, 1971, System Deadlocks, Computing Surveys, Vol.3, No.2.

[Deitel1990] H M Deitek, 1990, Operating Systems, Massachusetts, Addison-Wesley, 2nd ed.

[Hariyanto1997] B Hariyanto, 1997, Sistem Operasi, Informatika, Bandung.

[Havender1968] J W Havender, 1968, Avoiding Deadlock in Multitasking Systems, IBM Systems Journal, Vol.7, No.2.

[Samik-Ibrahim2001] Rahmat Samik-Ibrahim, 2001, Ujian Mid Test 2001, Fakultas Ilmu Komputer, Universitas Indonesia.

[Silberschatz2000] Avi Silberschatz, Peter Galvin, dan Grag Gagne, 2000, Applied Operating Systems: First Edition, Edisi Pertama, John Wiley & Sons.

[Stallings2001] William Stallings, 2001, Operating Systems, Fourth Edition, Prentice Hall.

[Tanenbaum1992] Andrew S Tanenbaum, 1992, Modern Operating Systems, Englewood Cliffs, New Jersey.

[Walsh2002] Norman Walsch dan Leonard Muellner, Bob Stayton, 1999, 2000, 2001, 2002, DocBook: The Definitive Guide, Version 2.0.7, O'Reilly.


URLs

[DMA] DMA Interface, DMA Interface .

[History] History, History of Linux .

[IO] I/O Transfer Method, I/O Transfer Method .

[RAID] RAID, RAID and Data Protection Solutions for Linux .

[TUX] TUX, The story behind tux .

[FIXME1] FIXME1, http://www.risc.uni-linz.ac.at/people/schreine/papers/idimt97/multithread.gif .

[FIXME2] FIXME2, http://www.unet.univie.ac.at/aix/aixprggd/genprogc/figures/genpr68.jpg .

[FIXME3] FIXME3, http://www.unet.univie.ac.at/aix/aixprggd/genprogc/understanding_threads.htm .

[FIXME4] FIXME4, http://www.freeos.com/articles/4051/ .

[FIXME5] FIXME5, http://www.pdrs.com.au/pdrs/linuxfs.htm .

[FIXME6] FIXME6, http://www.cse.unsw.edu.au/~neilb/oss/linux-commentary/vfs.html .

[FIXME7] FIXME7, http://www.csc.uvic.ca/~mcheng/360/notes/NOTES2.html .

[FIXME8] FIXME8, http://www.sao.nrc.ca/imsb/rcsg/documents/basic/node30.html .

[FIXME9] FIXME9, http://www.isbiel.ch/~myf/opsys1/Exercises/Chap4/Problems1.html .

[FIXME10] FIXME10, http://www.chipcenter.com/circuitcellar/march02/c0302dc4.htm .

[FIXME11] FIXME11, http://www.etnus.com/Support/docs/rel5/html/cli_guide/images/procs_n_threads8a.gif .

[FIXME12] FIXME12, http://www.etnus.com/Support/docs/rel5/html/cli_guide/procs_n_threads5.html .

[FIXME13] FIXME13, http://www.linuxhq.com/guides/ .

[FIXME14] FIXME14, http://www.linuxhq.com/guides/TLK/tlk-toc.html .

[FIXME15] FIXME15, http://www.osdata.com/kind/history.htm .

[FIXME16] FIXME16, http://www.redhat.com/docs/manuals/linux/RHL-7.3-Manual/ref-guide .

[FIXME17] FIXME17, http://www.redhat.com/docs/manuals/linux/RHL-7.3-Manual/ref-guide/ch-proc.html .

[FIXME18] FIXME18, http://ctdp.tripod.com/os/linux/howlinuxworks/ .

[FIXME19] FIXME19, http://ctdp.tripod.com/os/linux/howlinuxworks/linux_hlprocess.html .

[FIXME20] FIXME20, http://cs-pub.bu.edu/fac/richwest/cs591_w1/ notes/linux_process_mgt.PDF .

[FIXME21] FIXME21, http://telemann.coda.cs.cmu.edu/doc/talks/linuxvfs/ .

[FIXME22] FIXME22, http://web.mit.edu/tytso/www/linux/ext2intro.html .

[FIXME23] FIXME23, http://www.cs.wm.edu/~dsn/444F02/lectures/linux_l1.pdf .

[FIXME24] FIXME24, http://www.imm.dtu.dk/courses/02220/OS/OH/week7.pdf .

[FIXME25] FIXME25, http://www.cs.nyu.edu/courses/spring02/v22.0202-002/lecture-03.html .

[FIXME26] FIXME26, http://www.mcsr.olemiss.edu/unixhelp/concepts/history.html .

[FIXME27] FIXME27, http://www.cs.panam.edu/fox/CSCI4334/ch3.ppt .

[FIXME28] FIXME28, http://lass.cs.umass.edu/~shenoy/courses/fall01/labs/talab2.html .

[FIXME29] FIXME29, http://www.cis.umassd.edu/~rbalasubrama/ .

[FIXME30] FIXME30, http://www.cs.umd.edu/projects/shrug/ppt/5-Oct-2001.ppt .

[FIXME31] FIXME31, http://legion.virginia.edu/presentations/sc2000/sld001.htm .

[FIXME32] FIXME32, http://www.cs.wisc.edu/~cao/cs537/midterm-answers1.txt .

[FIXME33] FIXME33, http://www.cs.wpi.edu/~cs502/s99/ .

[FIXME34] FIXME34, http://cs-www.cs.yale.edu/homes/avi/os-book/osc/slide-dir/ .

[FIXME35] FIXME35, http://www.hardware.fr/articles/338/page1.html .

[FIXME36] FIXME36, http://www.cs.ui.ac.id/kuliah/IKI20230/materi/week4/CPU-Scheduler.PDF .

[FIXME37] FIXME37, http://www.cs.ui.ac.id/kuliah/IKI20230/materi/week4/Proses.PDF .

[FIXME38] FIXME38, http://opensource.ucc.ie/icse2002/SchachOffutt.pdf .

[FIXME39] FIXME39, http://www.ignou.ac.in/virtualcampus/adit/course/index-tr1.htm .

[FIXME40] FIXME40, http://www.cs.technion.ac.il/~hagit/OSS98 .

[FIXME41] FIXME41, http://www.crackinguniversity2000.it/boooks/1575211025/ch6.htm .

[FIXME42] FIXME42, http://www.science.unitn.it/~fiorella/guidelinux/tlk/node5.html .

[FIXME43] FIXME43, http://www.science.unitn.it/~fiorella/guidelinux/tlk/node94.html .

[FIXME44] FIXME44, http://home.earthlink.net/~jknapka/linux-mm/vmoutline.html .

[FIXME45] FIXME45, http://kernelbook.sourceforge.net/ .

[FIXME46] FIXME46, http://www.techrescue.net/guides/insthware.asp .

[FIXME47] FIXME47, http://agt.buka.org/concept.html .

[FIXME48] FIXME48, http://kos.enix.org/pub/greenwald96synergy.pdf .

[FIXME49] FIXME49, Situs GNU .

[FIXME50] FIXME50, http://www.kernel.org/ .

[FIXME51] FIXME51, http://www.kernelnewbies.org/ .

[FIXME52] FIXME52, http://www.kernelnewbies.org/documents/ .

[FIXME53] FIXME53, http://www.reiserfs.org/ .

[FIXME54] FIXME54, http://en.tldp.org/guides.html .

[FIXME55] FIXME55, http://www.tldp.org/HOWTO/Linux+XFS-HOWTO/ .

[FIXME56] FIXME56, http://sdn.vlsm.org/share/LDP/intro/ .

[FIXME57] FIXME57, http://sdn.vlsm.org/share/LDP/lkmpg/ .

[FIXME58] FIXME58, http://en.tldp.org/LDP/intro-linux/Intro-Linux.pdf .

[FIXME59] FIXME59, http://en.tldp.org/LDP/lki/lki.pdf .

[FIXME60] FIXME60, http://en.tldp.org/LDP/lkmpg/lkmpg.pdf .

[FIXME61] FIXME61, http://www.cee.hw.ac.uk/courses/5nm1/Exercises/2.htm .

[FIXME54] FIXME54, http://www.cs.wits.ac.za/~adi/courses/linuxadmin/content/module2doc.html .


Lampiran A. GNU Free Documentation License

Version 1.1, March 2000

Copyright 2000 Free Software Foundation, Inc. 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA 02111-1307 USA Everyone is permitted to copy and distribute verbatim copies of this license document, but changing it is not allowed.


APPLICABILITY AND DEFINITIONS

This License applies to any manual or other work that contains a notice placed by the copyright holder saying it can be distributed under the terms of this License. The "Document", below, refers to any such manual or work. Any member of the public is a licensee, and is addressed as "you".

A "Modified Version" of the Document means any work containing the Document or a portion of it, either copied verbatim, or with modifications and/or translated into another language.

A "Secondary Section" is a named appendix or a front-matter section of the Document that deals exclusively with the relationship of the publishers or authors of the Document to the Document's overall subject (or to related matters) and contains nothing that could fall directly within that overall subject. (For example, if the Document is in part a textbook of mathematics, a Secondary Section may not explain any mathematics.) The relationship could be a matter of historical connection with the subject or with related matters, or of legal, commercial, philosophical, ethical or political position regarding them.

The "Invariant Sections" are certain Secondary Sections whose titles are designated, as being those of Invariant Sections, in the notice that says that the Document is released under this License.

The "Cover Texts" are certain short passages of text that are listed, as Front-Cover Texts or Back-Cover Texts, in the notice that says that the Document is released under this License.

A "Transparent" copy of the Document means a machine-readable copy, represented in a format whose specification is available to the general public, whose contents can be viewed and edited directly and straightforwardly with generic text editors or (for images composed of pixels) generic paint programs or (for drawings) some widely available drawing editor, and that is suitable for input to text formatters or for automatic translation to a variety of formats suitable for input to text formatters. A copy made in an otherwise Transparent file format whose markup has been designed to thwart or discourage subsequent modification by readers is not Transparent. A copy that is not "Transparent" is called "Opaque".

Examples of suitable formats for Transparent copies include plain ASCII without markup, Texinfo input format, LaTeX input format, SGML or XML using a publicly available DTD, and standard-conforming simple HTML designed for human modification. Opaque formats include PostScript, PDF, proprietary formats that can be read and edited only by proprietary word processors, SGML or XML for which the DTD and/or processing tools are not generally available, and the machine-generated HTML produced by some word processors for output purposes only.

The "Title Page" means, for a printed book, the title page itself, plus such following pages as are needed to hold, legibly, the material this License requires to appear in the title page. For works in formats which do not have any title page as such, "Title Page" means the text near the most prominent appearance of the work's title, preceding the beginning of the body of the text.


COPYING IN QUANTITY

If you publish printed copies of the Document numbering more than 100, and the Document's license notice requires Cover Texts, you must enclose the copies in covers that carry, clearly and legibly, all these Cover Texts: Front-Cover Texts on the front cover, and Back-Cover Texts on the back cover. Both covers must also clearly and legibly identify you as the publisher of these copies. The front cover must present the full title with all words of the title equally prominent and visible. You may add other material on the covers in addition. Copying with changes limited to the covers, as long as they preserve the title of the Document and satisfy these conditions, can be treated as verbatim copying in other respects.

If the required texts for either cover are too voluminous to fit legibly, you should put the first ones listed (as many as fit reasonably) on the actual cover, and continue the rest onto adjacent pages.

If you publish or distribute Opaque copies of the Document numbering more than 100, you must either include a machine-readable Transparent copy along with each Opaque copy, or state in or with each Opaque copy a publicly-accessible computer-network location containing a complete Transparent copy of the Document, free of added material, which the general network-using public has access to download anonymously at no charge using public-standard network protocols. If you use the latter option, you must take reasonably prudent steps, when you begin distribution of Opaque copies in quantity, to ensure that this Transparent copy will remain thus accessible at the stated location until at least one year after the last time you distribute an Opaque copy (directly or through your agents or retailers) of that edition to the public.

It is requested, but not required, that you contact the authors of the Document well before redistributing any large number of copies, to give them a chance to provide you with an updated version of the Document.


MODIFICATIONS

You may copy and distribute a Modified Version of the Document under the conditions of sections 2 and 3 above, provided that you release the Modified Version under precisely this License, with the Modified Version filling the role of the Document, thus licensing distribution and modification of the Modified Version to whoever possesses a copy of it. In addition, you must do these things in the Modified Version:

  1. Use in the Title Page (and on the covers, if any) a title distinct from that of the Document, and from those of previous versions (which should, if there were any, be listed in the History section of the Document). You may use the same title as a previous version if the original publisher of that version gives permission.

  2. List on the Title Page, as authors, one or more persons or entities responsible for authorship of the modifications in the Modified Version, together with at least five of the principal authors of the Document (all of its principal authors, if it has less than five).

  3. State on the Title page the name of the publisher of the Modified Version, as the publisher.

  4. Preserve all the copyright notices of the Document.

  5. Add an appropriate copyright notice for your modifications adjacent to the other copyright notices.

  6. Include, immediately after the copyright notices, a license notice giving the public permission to use the Modified Version under the terms of this License, in the form shown in the Addendum below.

  7. Preserve in that license notice the full lists of Invariant Sections and required Cover Texts given in the Document's license notice.

  8. Include an unaltered copy of this License.

  9. Preserve the section entitled "History", and its title, and add to it an item stating at least the title, year, new authors, and publisher of the Modified Version as given on the Title Page. If there is no section entitled "History" in the Document, create one stating the title, year, authors, and publisher of the Document as given on its Title Page, then add an item describing the Modified Version as stated in the previous sentence.

  10. Preserve the network location, if any, given in the Document for public access to a Transparent copy of the Document, and likewise the network locations given in the Document for previous versions it was based on. These may be placed in the "History" section. You may omit a network location for a work that was published at least four years before the Document itself, or if the original publisher of the version it refers to gives permission.

  11. In any section entitled "Acknowledgements" or "Dedications", preserve the section's title, and preserve in the section all the substance and tone of each of the contributor acknowledgements and/or dedications given therein.

  12. Preserve all the Invariant Sections of the Document, unaltered in their text and in their titles. Section numbers or the equivalent are not considered part of the section titles.

  13. Delete any section entitled "Endorsements". Such a section may not be included in the Modified Version.

  14. Do not retitle any existing section as "Endorsements" or to conflict in title with any Invariant Section.

If the Modified Version includes new front-matter sections or appendices that qualify as Secondary Sections and contain no material copied from the Document, you may at your option designate some or all of these sections as invariant. To do this, add their titles to the list of Invariant Sections in the Modified Version's license notice. These titles must be distinct from any other section titles.

You may add a section entitled "Endorsements", provided it contains nothing but endorsements of your Modified Version by various parties–for example, statements of peer review or that the text has been approved by an organization as the authoritative definition of a standard.

You may add a passage of up to five words as a Front-Cover Text, and a passage of up to 25 words as a Back-Cover Text, to the end of the list of Cover Texts in the Modified Version. Only one passage of Front-Cover Text and one of Back-Cover Text may be added by (or through arrangements made by) any one entity. If the Document already includes a cover text for the same cover, previously added by you or by arrangement made by the same entity you are acting on behalf of, you may not add another; but you may replace the old one, on explicit permission from the previous publisher that added the old one.

The author(s) and publisher(s) of the Document do not by this License give permission to use their names for publicity for or to assert or imply endorsement of any Modified Version.


FUTURE REVISIONS OF THIS LICENSE

The Free Software Foundation may publish new, revised versions of the GNU Free Documentation License from time to time. Such new versions will be similar in spirit to the present version, but may differ in detail to address new problems or concerns. See http://www.gnu.org/copyleft/.

Each version of the License is given a distinguishing version number. If the Document specifies that a particular numbered version of this License "or any later version" applies to it, you have the option of following the terms and conditions either of that specified version or of any later version that has been published (not as a draft) by the Free Software Foundation. If the Document does not specify a version number of this License, you may choose any version ever published (not as a draft) by the Free Software Foundation.


Indeks

Alamat
Alamat Virtual, Ruang Alamat Fisik dan Logik
Logical Address Space, Metode Dasar
Algoritma
Additional-Reference-Bit, Algoritma Additional-Reference-Bit
Bakery, Algoritma Bakery
Bankir, Algoritma Bankir
Best Fit, Fragmentasi
Evaluasi, Evaluasi Algoritma
First Fit, Fragmentasi
First In First Out (FIFO>, Pemindahan Halaman Secara FIFO
Least Recently Used -- LRU, Pemindahan Halaman Secara LRU
LFU, Dasar Perhitungan Pemindahan Halaman
LRU
Implementasi, Pemindahan Halaman Secara LRU
MFU, Dasar Perhitungan Pemindahan Halaman
Page Buffering, Algoritma Page-Buffering
Pemindahan Halaman, Skema Dasar
Pemindahan Optimal, Pemindahan Halaman Secara Optimal
Pengalokasian Frame, Skema Dasar
Penjadual, Penjadualan Proses
Second Chance, Algoritma Second-Chance
Alih Konteks, Alih Konteks, Metode Dasar
Alokasi, Alokasi Global lawan Local
Berlebihan, Pemindahan Halaman
Partisi Tetap, Alokasi Memori Yang Berdampingan
Proposional, Algoritma Alokasi
Setara, Algoritma Alokasi
Anomali Beladi, Pemindahan Halaman Secara FIFO
Antrian, Alokasi Memori Yang Berdampingan
Assembler
Two-pass, Lapisan Atas
Back Up and Restore, Back Up and Restore
Bad Blocks, Bad Blocks
Base Register, Proteksi Memori
Berbagi Halaman, Berbagi Halaman
BIOS, Keamanan BIOS
Biro, Ross, Struktur Jaringan
Bit Acuan, Pemindahan Halaman Secara Perkiraan LRU
Bit Referensi, Model Working Set
Boot, Keamanan BIOS
Boot Block, Boot Block
Brute Force, Mengamankan Situs Anda
Buddy, Linux
Bug, Keamanan Lokal
Cache, Logical Address, Efisiensi
Coherency, Storage Hierarchy
Local Cache, Storage Hierarchy
Call Back Modem, Seberapa Aman?
Casing, Kunci Komputer
Circular Wait, Mencegah Deadlock
Clock, Solaris 2
Clustering, Windows NT
Combo Lock, Kunci Komputer
Command-Interpreter System, Command-Interpreter System
Contiguous, Alokasi Memori Yang Berdampingan
Cox, Alan, Struktur Jaringan, IPX dan Linux
CPU Scheduller, Fragmentasi
Cracker, Mengapa Kita Perlu Pengamanan?
Critical Section, Critical Section
Deadlock, Deadlock
Decode, Penanganan Page Fault
Delay, Pemrosesan Waktu Nyata
Demand Paging, Demand Paging
Descriptor, Logical Address
Device Register, Memori Utama
Direktori
Hash Table, Hash Table
Implementasi, Implementasi Direktori
Linear List, Linear List
Disk
Format, Memformat Disk
Kehandalan, Kehandalan Disk
Lokasi Swap Space, Lokasi Swap-Space
Pengelolaan Swap Space, Pengelolaan Swap-Space
Penggunaan Swap Space, Penggunaan Swap-Space
Swap Space, Penanganan Swap-Space
Dispatcher, Pemeliharaan dan Pembagian
DMA, Definisi
Channel, Informasi Bus
Handshaking, Handshaking
Implementasi, Cara-cara Implementasi DMA
Struktur, Struktur DMA
Transfer, Transfer DMA
Dryak, Ales, IPX dan Linux
EEPROM, Keamanan BIOS
Efisiensi, Efisiensi
Error Handling, Error Handling
Fetching, Penanganan Page Fault
FIFO, Penjadualan Proses
Fitur pada Komputer Modern, Fitur Tambahan pada Komputer Modern
Fragmentasi
Eksternal, Alokasi Memori Yang Berdampingan, Fragmentasi
Internal, Alokasi Memori Yang Berdampingan
Frame, Metode Dasar, Algoritma Alokasi
Tabel, Metode Dasar
Free Frame, Penanganan Page Fault
Globbing, Keamanan Root
Greg Page, IPX dan Linux
Hold and Wait, Mencegah Deadlock
I/0
Interface Aplikasi, Interface Aplikasi I/O
I/O, Penyambungan Masukan dan Keluaran, Perangkat Keras I/O
Asynchronous, Interupsi I/O
Blocking I/O, Blocking dan Nonblocking I/O
Buffering, Buffering
Cache, Caching
Implementasi Fungsi, Implementasi Fungsi I/O
Interupsi, Interupsi I/O
Kinerja I/O, Pengaruh I/O pada Kinerja
Managemen, Managemen Sistem I/O
Meningkatkan Efisiensi, Cara Meningkatkan Efisiensi I/O
Nonblocking I/O, Blocking dan Nonblocking I/O
Permintaan I/O, Penanganan Permintaan I/O
Proteksi, Proteksi I/O
Scheduling, I/O Scheduling
Struktur, Struktur I/O
Subsistem Kernel, Kernel I/O Subsystem
Synchronous, Interupsi I/O
Intel i386, Keamanan BIOS
Global Descriptor Table, Pengimplementasian Segmentasi dengan Pemberian Halaman Intel i386
Local Descriptor Table, Pengimplementasian Segmentasi dengan Pemberian Halaman Intel i386
Logical Address, Pengimplementasian Segmentasi dengan Pemberian Halaman Intel i386
Interrupt Chaining, Interrupt Vector dan Interrupt Chaining
Interrupt Request Line, Interrupt Request Line
Interrupt Vector, Interrupt Vector dan Interrupt Chaining
IRQ, Informasi Bus
Jam dan Timer, Jam dan Timer
Jaringan, Jaringan, Struktur Jaringan
Appletalk, Struktur Jaringan
ATM, Struktur Jaringan
AX.25, Struktur Jaringan
Datagram, Jaringan TCP/IP, Protokol Internet (IP), Struktur Jaringan, Protokol Pengontrol Pesan di Internet (ICMP), Protokol Datagram Pengguna (UDP), Sejarah dan Latar Belakang Xerox dan Novell
Download, Struktur Jaringan
Ethernet, Nama, Protokol Internet (IP)
FDDI, Struktur Jaringan, Protokol Internet (IP)
Forwarder, Protokol Internet (IP)
Frame Relay, Struktur Jaringan
Gateway, Protokol Internet (IP), Struktur Jaringan, Protokol Pengontrol Pesan di Internet (ICMP)
ICMP, Struktur Jaringan, Protokol Pengontrol Pesan di Internet (ICMP)
IDP, Sejarah dan Latar Belakang Xerox dan Novell
Indirect, Protokol Pengontrol Pesan di Internet (ICMP)
INN, Protokol Internet (IP)
Internetworking, Protokol Internet (IP), Sejarah dan Latar Belakang Xerox dan Novell
IP, Protokol Internet (IP)
IPv6, Struktur Jaringan, Protokol Internet (IP)
IPX, Sejarah dan Latar Belakang Xerox dan Novell, IPX dan Linux
ISDN, Struktur Jaringan
LAN, Struktur Jaringan
Loopback, Protokol Internet (IP)
MTU, Protokol Internet (IP)
NCP, Struktur Jaringan, Sejarah dan Latar Belakang Xerox dan Novell, IPX dan Linux
NCPFS, NetWare Directory Service (NDS)
NDS, NetWare Directory Service (NDS)
Net-1, Struktur Jaringan
Net-2, Struktur Jaringan
Net-2d, Struktur Jaringan
Net-3, Struktur Jaringan
Net-4, Struktur Jaringan
NetRom, Struktur Jaringan
Netware, NetWare Directory Service (NDS)
NFS, Protokol Datagram Pengguna (UDP)
NIC, Protokol Internet (IP)
Novell, Sejarah dan Latar Belakang Xerox dan Novell, NetWare Directory Service (NDS)
NSF, IPX dan Linux
Packet Switching, Jaringan TCP/IP
PLIP, Struktur Jaringan
Point to Point, Protokol Internet (IP)
PPP, Struktur Jaringan, Protokol Internet (IP)
Redirect, Protokol Pengontrol Pesan di Internet (ICMP)
RIP, Protokol Pengontrol Pesan di Internet (ICMP)
Rose, Struktur Jaringan
SAP, Sejarah dan Latar Belakang Xerox dan Novell
Server
Mail Server, Struktur Jaringan
News Server, Struktur Jaringan
SLIP, Struktur Jaringan
SPP, Sejarah dan Latar Belakang Xerox dan Novell
SPX, Sejarah dan Latar Belakang Xerox dan Novell
TCP, Protokol Pengontrol Transmisi (TCP), Protokol Datagram Pengguna (UDP)
TCP/IP, Struktur Jaringan, Sejarah dan Latar Belakang Xerox dan Novell
Remote Host, Jaringan TCP/IP
Telnet, Struktur Jaringan
Token Ring, Struktur Jaringan
UDP, Protokol Datagram Pengguna (UDP)
UUCP, Struktur Jaringan
WAN, Struktur Jaringan
WWW, Struktur Jaringan
XEROX, Sejarah dan Latar Belakang Xerox dan Novell
XNS, Sejarah dan Latar Belakang Xerox dan Novell
JVM, JVM dan Sistem Operasi
Kernel, Solaris 2
Kernel Data Structure, Kernel Data Structure
Kernel Linux
alloc_task_struct(), Pembuatan Proses Dan Thread
Argumen Flags, Pembuatan Proses Dan Thread
Bottom Half, Sinkronisasi Kernel
Child Stack, Pembuatan Proses Dan Thread
CLENE_VM, Pembuatan Proses Dan Thread
Clone(), Pembuatan Proses Dan Thread
CLONE_VM, Pembuatan Proses Dan Thread
Deskriptor Proses, Deskriptor Proses
do_fork(), Pembuatan Proses Dan Thread
fork(), Pembuatan Proses Dan Thread
Identitas Proses, Penjadualan Proses
Interupsi, Sinkronisasi Kernel
Kode Program, Sinkronisasi Kernel
Komponen, Komponen Sistem Linux
Komponen Modul, Pengertian Modul Kernel Linux
Managemen Modul, Managemen Modul Kernel Linux
Modul, Pengertian Modul Kernel Linux
Page Fault, Sinkronisasi Kernel
Pemanggilan Modul, Managemen Modul Kernel Linux
Penjadual, Penjadual, Penjadualan Proses
Perpustakaan Sistem, Komponen Sistem Linux
Prinsip Desain, Prinsip Desain Linux
Real Time, Penjadualan Proses
Sejarah, Sistem Linux
Sinkronisasi Kernel, Sinkronisasi Kernel
Synchronization Architecture, Sinkronisasi Kernel
Time Sharing, Penjadualan Proses
Top Half, Sinkronisasi Kernel
Utilitas Sistem, Komponen Sistem Linux
Versi 0.01, Kernel Linux
Versi 1.0, Kernel Linux
Versi 1.2, Kernel Linux
Versi 2.0, Kernel Linux
Spinlock, Symmetric Multiprocessing
Versi 2.1
Spinlock, Symmetric Multiprocessing
vfork(), Pembuatan Proses Dan Thread
kinerja, Kelebihan Segmentasi dengan Pemberian Halaman, Kinerja
Kode Murni
Kode Pemasukan Kembali, Berbagi Halaman
Komunikasi
Langsung, Komunikasi Langsung
Tidak Langsung, Komunikasi Tidak Langsung
Kondisi Aman, Kondisi Aman (Safe state)
Kondisi Tak Aman, Kondisi Tak Aman (Unsafe state)
Kswapd, Linux
Kuantum, Penukaran (Swap)
Lapisan Atas, Lapisan Atas
Layanan Sistem Operasi
Layanan, Layanan Sistem Operasi
Lendecke, Volker, IPX dan Linux
LILO, Keamanan BIOS, Keamanan Boot Loader
lilo.conf, Keamanan Boot Loader
Limit Register, Proteksi Memori
Linkage Editor, Pengikatan Alamat
Linking Dinamis, Load dan Eksekusi Program
Linking Statis, Load dan Eksekusi Program
Linux
Distribusi, Distribusi Linux
Distro SLS, Distribusi Linux
Lisensi, Lisensi Linux
Tux, Tux: Logo Linux
Loader, Pengikatan Alamat
Locality, Struktur Program
Loopback, Nama
Lotsfree, Solaris 2
Mac, Kunci Komputer, Keamanan BIOS
Magnetic Disk, Magnetic Disk
Mailbox, Mailbox
Managemen
Menggunakan Bit Vektor, Menggunakan Bit Vektor
Ruang Kosong, Managemen Ruang Kosong (Free Space)
Manajemen Proses
Fungsi, Pendahuluan
Mekanisme Dasar Interupsi, Mekanisme Dasar Interupsi
Memori, Latar Belakang
Demand Paging, Permintaan Pemberian Halaman (Demand Paging), Skema Dasar, Alokasi Frame
Fisik, Metode Dasar
Managemen, Ruang Alamat Fisik dan Logik
Memori Utama, Memori Utama, Persyaratan Perangkat Keras
Memori Virtual, Permintaan Pemberian Halaman (Demand Paging)
Demand Paging, Implementasi
Demand Segmentation, Implementasi
Non-demand Paging, Skema Dasar
Page Fault, Permasalahan pada Page Fault
Page Sharing, Jumlah Frame Minimum
Pemetaan, Metode Dasar
Proteksi, Proteksi Memori, Alokasi Memori Yang Berdampingan, Pemeliharaan
Secondary Memory, Persyaratan Perangkat Keras
Swapping, Permintaan Pemberian Halaman (Demand Paging)
Memori Fisik, Perbedaan Segmentasi dan Paging
Memori Semu, Pengertian
Memori Utama
Managemen, Managemen Memori Utama
Memori Virtual, Managemen Memori Fisik
Mengunci Halaman, Pemrosesan Waktu Nyata
Mesin Virtual, Mesin Virtual
Metoda
Notify(), Contoh Metoda Wait() dan Notify()
Wait(), Contoh Metoda Wait() dan Notify()
Metoda Akses
Akses Dengan Menggunakan Indeks, Akses Dengan Menggunakan Indeks
Akses Langsung, Akses Langsung
Akses Secara Berurutan, Akses Secara Berurutan
Metoda Alokasi Berkas
Alokasi Dengan Indeks, Alokasi Dengan Indeks (Indexed Allocation)
Alokasi Secara Berangkai, Alokasi Secara Berangkai (Linked Allocation)
Alokasi Secara Berdampingan, Alokasi Secara Berdampingan (Contiguous Allocation)
Counting, Counting
Group, Grouping
Linked List, Linked List
Microcode, Permasalahan Lain yang berhubungan dengan Demand Paging
Minfree, Solaris 2
Model Sistem, Model Sistem
Multi Programming, Proteksi Perangkat Keras, Implementasi, Alokasi Frame
Murphy's Law, Race Condition
Mutual Exclusion, Mutual Exclusion, Mencegah Deadlock
Non Preemptive, Mencegah Deadlock
Offset, Metode Dasar, Metode Dasar, Logical Address
Open Firmware, Keamanan BIOS
Operasi Dual Mode, Operasi Dual Mode
Overlap, Penyebab Thrashing
Overlay, Memori Virtual
Padlock, Kunci Komputer
Page, Memori Virtual
Pageout, Solaris 2
Paging, Pengertian
Pemberian Halaman, Pemberian Halaman
Pemeriksaan Rutin, Pemeriksaan Rutin
Pemrosesan Waktu Nyata, Pemrosesan Waktu Nyata
Penempatan Dinamis, Penempatan Dinamis
Penggantian Global, Alokasi Global lawan Local
Penggantian Lokal, Alokasi Global lawan Local
Penjadual, Penjadual, Penjadual CPU, Penjadual CPU, Penjadualan CPU
Algoritma Penjadual, Algoritma Penjadual First Come, First Served
Antrian, Penjadualan Antrian
Blok, Penjadualan Disk
Circular-SCAN, Penjadualan C-SCAN
Dispatcher, Dispatcher
First Come First Served, Penjadualan FCFS
First Come, First Served, Algoritma Penjadual First Come, First Served
Kriteria Penjadual, Kriteria Penjadual
LOOK, Penjadualan LOOK
Memilih Algoritma Penjadualan Disk, Pemilihan Algoritma Penjadualan Disk
Penjadual Multiprocessor, Penjadualan Multiprocessor
Penjadual Prioritas, Penjadual Prioritas
Round Robin, Penjadual Round Robin
Round-Robin
Java, Penjadualan Round-Robin dengan Java
SCAN, Penjadualan SCAN
Shortest Job First, Penjadual Shortest Job First
Shortest Seek Time First, Penjadualan SSTF
Sifat Lunak, Penjadualan Proses
Siklus Burst CPU-I/O, Siklus Burst CPU-I/O
Waktu Nyata, Penjadualan Proses
Penyambungan Masukan dan Keluaran, Penyambungan Masukan dan Keluaran
Penyebab Interupsi, Penyebab Interupsi
Peralatan Block dan Karakter, Peralatan Block dan Karakter
Peralatan Jaringan, Peralatan Jaringan
Perancangan Sistem dan Implementasi, Perancangan Sistem dan Implementasi
Perangkat Keras
Proteksi, Proteksi Perangkat Keras, Proteksi Memori
Perangkat Lunak
Berpemilik, Perangkat Lunak Berpemilik
Copylefted, Perangkat Lunak Copylefted
Freeware, Freeware
GNU, Sistem GNU, Perangkat Lunak GNU
GPL, Perangkat Lunak GPL-covered
Komersial, Perangkat Lunak Komersial
Perangkat Lunak Bebas
Non-Copylefted, Perangkat Lunak Bebas Non-copylefted
Perangkat Lunak Open Source, Perangkat Lunak Open Source
Program GNU, Program GNU
Public Domain, Perangkat Lunak Public Domain
Semi-Bebas, Perangkat Lunak Semi-Bebas
Shareware, Shareware
Perangkat Lunak Bebas
Definisi, Perangkat Lunak Bebas
Keuntungan, Serba-Serbi PLB
Perhubungan Dinamis, Perhubungan Dinamis dan Berbagi Library
PFN, Memori Virtual
Polling, Polling
Posix, Penjadualan Proses
PPP, Nama, Mengamankan Situs Anda
Prepaging, Sebelum Pemberian Halaman
Produsen-Konsumen, Kasus Produsen-Konsumer
Produser-Konsumer, Contoh Produser-Konsumer
Proses, Proses, Proses
Definisi, Konsep Dasar dan Definisi Proses
Hubungan Antara Proses, Hubungan Antara Proses
Keadaan, Keadaan Proses
Komunikasi Antar Proses, Komunikasi Proses Dalam Sistem
Kooperatif, Proses yang Kooperatif
Managemen, Managemen Proses
Operasi-Operasi, Operasi-Operasi Pada Proses
Pembuatan Proses, Pembuatan Proses
Penjadual, Penjadualan Proses
Prioritas, Penjadualan Proses
Process Control Block, Process Control Block
Queue Dispatcher, Alokasi Memori Yang Berdampingan
Terminasi, Terminasi Proses
Proteksi, Kelebihan Segmentasi dengan Pemberian Halaman
Proyek GNU
Arti bebas, Serba-Serbi PLB
Copyleft, Serba-Serbi PLB
Lisensi, Serba-Serbi PLB
Perangkat Lunak Bebas, Serba-Serbi PLB
Serba-serbi PLB, Serba-Serbi PLB
r-utilities
.rhost, Keamanan Root
rexec, Keamanan Root
rlogin, Keamanan Root
rsh, Keamanan Root
Race Condition, Latar Belakang, Race Condition
Read Only, Pemeliharaan dan Pembagian
Ready Queue, Penukaran (Swap)
Reboot, Kunci Komputer
Recovery, Recovery
Relocation Register, Ruang Alamat Fisik dan Logik
Reservasi Device, Spooling dan Reservasi Device
Restart, Permasalahan Lain yang berhubungan dengan Demand Paging
RFC1244, Mengembangkan Suatu Kebijaksanaan Keamanan
RFC1281, Mengembangkan Suatu Kebijaksanaan Keamanan
Rollback, Terminasi Proses
ROOT, Keamanan Root
Round Robin, Penjadualan Proses
Secondary-Storage
Managemen, Managemen Secondary-Storage
Securetty, Keamanan Root
Segmentasi, Segmentasi
Selektor, Logical Address
Semaphore, Semaphore
Operasi Down, Operasi Down
Operasi Up, Operasi Up
Shareable, Pembagian Sistem Berkas Secara Ortogonal
Shell, Protokol Pengontrol Transmisi (TCP)
Single, Keamanan Boot Loader
Sinkronisasi, Sinkronisasi, Sinkronisasi
Java, Sinkronisasi dalam Java
Sistem Berkas, Pengertian, Berkas, Macam-macam Sistem Berkas
Atribut, Atribut Pada Berkas
Blk_dev, Device Blok
Blk_dev_struct, Device Blok
chrdevs, I/O Linux, Device Karakter
Daftar Akses, Akses List dan Group
EXT2, Sistem Berkas EXT2
EXT3, Sistem Berkas EXT3
I-Node, Objek dasar dalam layer-layer virtual file system
IDE, Device Blok
Inode VFS, Device Karakter
Jenis Akses, Tipe Akses Pada Berkas
Jenis Berkas, Konsep Dasar, Jenis Berkas
Khusus Device, I/O Linux
Kinerja, Kinerja Sistem Berkas
Konsep Dasar, Konsep Dasar
Magnetic Disks, Konsep Dasar
Magnetic Tapes, Konsep Dasar
Managemen, Managemen Berkas
Metoda Alokasi Berkas, Metode Alokasi Berkas
Microsoft Windows, Sistem Berkas Pada Windows
Microsoft Windows vs. UNIX, Perbandingan antara Windows dan UNIX
Mounting, Mounting Sistem Berkas
Nomor Device, I/O Linux
Non Volatile, Konsep Dasar
Operasi Pada Berkas, Operasi Pada Berkas
Optical Disks, Konsep Dasar
Penggunaan Sistem Berkas, Penggunaan Berkas Secara Bersama-sama
Proc, Sistem Berkas Proc
Proteksi, Proteksi Berkas
Reboot, Konsep Dasar
Reiser, Sistem Berkas Reiser
SCSI, Device Blok
Sistem Proteksi, Pendekatan Sistem Proteksi yang Lain
Struktur, Struktur Berkas, Struktur Sistem Berkas
Struktur Berkas Pada Disk, Struktur Berkas Pada Disk
Struktur Organisasi, Organisasi Sistem Berkas
System Call, Device Karakter
UNIX, Sistem Berkas pada UNIX (dan turunannya), Macam-macam Sistem Berkas di UNIX
Virtual, I/O Linux
X, Sistem Berkas X
Sistem Operasi, JVM dan Sistem Operasi
Fungsi Dasar, Fungsi Dasar
Generasi Kedua, Sejarah Sistem Operasi
Generasi Keempat, Sejarah Sistem Operasi
Generasi Ketiga, Sejarah Sistem Operasi
Generasi Pertama, Sejarah Sistem Operasi
Komponen, Komponen-komponen Sistem
Layanan, Layanan Sistem Operasi
Resource Allocator, Fungsi Dasar
Sasaran, Sasaran Sistem Operasi
Sejarah, Sejarah Sistem Operasi
Struktur, Struktur Sistem Operasi
Tujuan Mempelajari, Tujuan Mempelajari Sistem Operasi
Sistem Penyampaian Pesan, Sistem Penyampaian Pesan
Sistem Proteksi, Sistem Proteksi
Slab, Linux
Sleep On, Deskriptor Proses
SLIP, Nama
SPARC, Kunci Komputer
Spooling, Proteksi Perangkat Keras, Spooling dan Reservasi Device
Stable Storage
Implementasi, Implementasi Stable-Storage
Stallman, Richard, Serba-Serbi PLB
Static, Pembagian Sistem Berkas Secara Ortogonal
Storage Hierarchy, Struktur Komputer, Storage Hierarchy
Stover, IPX dan Linux
Strategi Ostrich, Strategi Ostrich
Struktur Data
Array, Metode Dasar
Stack, Metode Dasar
Struktur Direktori, Struktur Direktori
Direktori Dengan Struktur Graph Asiklik, Direktori Dengan Struktur Acyclic-Graph
Direktori Dengan Struktur Graph Siklik, Direktori Dengan Struktur Graph
Direktori Dengan Struktur Tree, Direktori Dengan Struktur Tree
Direktori Dua Tingkat, Direktori Dua Tingkat
Direktori Satu Tingkat, Direktori Satu Tingkat
Operasi Pada Direktori, Operasi Pada Direktori
Struktur Disk, Struktur Disk
Struktur Komputer, Struktur Komputer
Struktur Penyimpanan, Struktur Penyimpanan
Struktur Program, Struktur Program
Sun boot PROM, Keamanan BIOS
Swap, Penukaran (Swap), Swaping
Swap In, Implementasi
Swap Out, Implementasi
Symmetric Multiprocessor (SMP), Symmetric Multiprocessing
System Call, System Calls, Penukaran (Swap)
System Generation, System Generation (SYSGEN)
Tabel Halaman Luar, Tabel Halaman yang Dibalik
Tabel Halaman Yang Dibalik, Tabel Halaman yang Dibalik
Tabel Registrasi, Registrasi Driver
Task Interruptible, Deskriptor Proses
Terminate, Penanganan Page Fault
Tertiary Storage Structure, Tertiary-Storage Structure
The Borrowers, Apa yang Anda Coba Lindungi?
The Competition, Apa yang Anda Coba Lindungi?
The Curious, Apa yang Anda Coba Lindungi?
The High-Profile Intruder, Apa yang Anda Coba Lindungi?
The Leapfrogger, Apa yang Anda Coba Lindungi?
The Malicious, Apa yang Anda Coba Lindungi?
Thrashing, Thrashing
Thread, Threads, Thread, Thread, Linux
copy_thread, Pembuatan Proses Dan Thread
Java, Thread Java
Algoritma, Java Thread dan Algoritmanya
Penjadualan, Penjadualan Java Thread
JVM, Thread dan JVM
Kernel Thread, Kernel Threads
Keuntungan, Keuntungan
Managemen, Managemen Thread
Model Many to Many, Model Many to Many
Model Many to One, Model Many to One
Model Multithreading, Model Multithreading
Model One to One, Model One to One
Prioritas, Prioritas Thread
Solaris 2, Thread Dalam Solaris 2
Status, Keadaan Thread
User Thread, User Threads
Throughput, Alokasi Global lawan Local
Torvalds, Linus, Sejarah
Trap, Perangkat Keras
Ukuran Halaman, Ukuran Halaman
Unshareable, Pembagian Sistem Berkas Secara Ortogonal
Van-Kempen, Fred, Struktur Jaringan
Variabel, Pembagian Sistem Berkas Secara Ortogonal
Global, Metode Dasar
Lokal, Metode Dasar
Vektor Interupsi
Memori Bawah, Alokasi Memori Yang Berdampingan
Waktu
Compile, Pengikatan Alamat
Eksekusi, Pengikatan Alamat
Penempatan, Pengikatan Alamat
Waktu Transfer Proporsional, Ukuran Halaman
Working Set, Penyebab Thrashing, Sebelum Pemberian Halaman
Minimum, Windows NT
X11
X Terminal, Struktur Jaringan