I. KONSEP DASAR SISTEM OPERASI
PENGERTIAN
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.
Sistem operasi Komputer
adalah perangkat lunak komputer atau
software yang bertugas untuk melakukan kontrol dan manajemen perangkat
keras dan juga operasi-operasi dasar sistem, termasuk menjalankan
software aplikasi seperti program-program pengolah data yang bisa
digunakan untuk mempermudah kegiatan manusia.
Sistem Operasi dalam bahasa Inggrisnya disebut Operating System, atau biasa di singkat dengan OS.
FUNGSI DASAR
Sistem komputer pada dasarnya terdiri dari empat komponen utama,
yaitu perangkat-keras, program aplikasi, sistem-operasi, dan para
pengguna. Sistem operasi berfungsi untuk mengatur dan mengawasi
penggunaan perangkat keras oleh berbagai program aplikasi serta para
pengguna.
Sistem Operasi komputer merupakan software pada lapisan pertama yang
diletakkan pada memori komputer, (memori komputer dalam hal ini ada
Hardisk, bukan memory ram) pada saat komputer dinyalakan. Sedangkan
software-software lainnya dijalankan setelah Sistem Operasi Komputer
berjalan, dan Sistem Operasi akan melakukan layanan inti umum untuk
software-software itu. Layanan inti umum tersebut seperti akses ke disk,
manajemen memori, skeduling task, dan antar-muka user. Sehingga
masing-masing software tidak perlu lagi melakukan tugas-tugas inti umum
tersebut, karena dapat dilayani dan dilakukan oleh Sistem Operasi.
Bagian kode yang melakukan tugas-tugas inti dan umum tersebut dinamakan
dengan kernel suatu Sistem Operasi.
TUJUAN PEMBELAJARAN
Tujuan mempelajari sistem operasi agar dapat merancang sendiri serta
dapat memodifikasi sistem yang telah ada sesuai dengan kebutuhan kita,
agar dapat memilih alternatif sistem operasi, memaksimalkan penggunaan
sistem operasi dan agar konsep dan teknik sistem operasi dapat
diterapkan pada aplikasi-aplikasi lain.
SASARAN SISTEM OPERASI
Sistem operasi mempunyai tiga sasaran utama yaitu
kenyamanan — membuat penggunaan komputer menjadi lebih nyaman,
efisien — penggunaan sumber-daya sistem komputer secara efisien, serta mampu
berevolusi
— sistem operasi harus dibangun sehingga memungkinkan dan memudahkan
pengembangan, pengujian serta pengajuan sistem-sistem yang baru.
SEJARAH SISTEM INFORMASI
Menurut Tanenbaum, sistem operasi mengalami perkembangan yang sangat pesat, yang dapat dibagi kedalam empat generasi:
o Generasi Pertama (1945-1955)
Generasi pertama merupakan awal perkembangan sistem komputasi
elektronik sebagai pengganti sistem komputasi mekanik, hal itu
disebabkan kecepatan manusia untuk menghitung terbatas dan manusia
sangat mudah untuk membuat kecerobohan, kekeliruan bahkan kesalahan.
Pada generasi ini belum ada sistem operasi, maka sistem komputer diberi
instruksi yang harus dikerjakan secara langsung.
o Generasi Kedua (1955-1965)
Generasi kedua memperkenalkan
Batch Processing System, yaitu Job yang dikerjakan dalam satu rangkaian, lalu dieksekusi secara
berurutan.Pada
generasi ini sistem komputer belum dilengkapi sistem operasi, tetapi
beberapa fungsi sistem operasi telah ada, contohnya fungsi sistem
operasi ialah FMS dan IBSYS.
o Generasi Ketiga (1965-1980)
Pada generasi ini perkembangan sistem operasi dikembangkan untuk
melayani banyak pemakai sekaligus, dimana para pemakai interaktif
berkomunikasi lewat terminal secara on-line ke komputer, maka sistem
operasi menjadi
multi-user (di gunakan banyak pengguna sekaligus) dan
multi-programming (melayani banyak program sekaligus).
o Generasi Keempat (Pasca 1980an)
Dewasa ini, sistem operasi dipergunakan untuk jaringan komputer
dimana pemakai menyadari keberadaan komputer-komputer yang saling
terhubung satu sama lainnya. Pada masa ini para pengguna juga telah
dinyamankan dengan
Graphical User Interface yaitu antar-muka
komputer yang berbasis grafis yang sangat nyaman, pada masa ini juga
dimulai era komputasi tersebar dimana komputasi-komputasi tidak lagi
berpusat di satu titik, tetapi dipecah dibanyak komputer sehingga
tercapai kinerja yang lebih baik.
LAYANAN SISTEM OPERASI
Sebuah sistem operasi yang baik menurut Tanenbaum harus memiliki layanan sebagai berikut:
1. Pembuatan program
sistem operasi menyediakan fasilitas dan layanan untuk membantu para pemrogram untuk menulis program
2. Eksekusi program
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
3. Pengaksesan
I/O Device
Sistem Operasi harus mengambil alih sejumlah instruksi yang rumit dan
sinyal kendali menjengkelkan agar pemrogram dapat berfikir sederhana
dan perangkat pun dapat beroperasi
4. Pengaksesan terkendali terhadap berkas.
Disediakannya mekanisme proteksi terhadap berkas untuk mengendalikan pengaksesan terhadap berkas
5. Pengaksesan sistem
Menggunakan prinsip shared system (sistem digunakan bersamaan dalam
suatu waktu). Fungsi pengaksesan harus menyediakan proteksi terhadap
sejumlah sumber-daya dan data dari pemakai tak terdistorsi serta
menyelesaikan konflik-konflik dalam perebutan sumber-daya
6. Deteksi dan pemberian tanggapan pada kesalahan.
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
7. Akunting.
Sistem Operasi yang bagus mengumpulkan data statistik penggunaan beragam sumber-daya dan memonitor parameter kinerja.
STRUKTUR SISTEM OPERASI
Pendekatan yang umum suatu sistem yang besar dan kompleks adalah
dengan memecah tugas-tugas(task) ke bentuk komponen-komponen kecil
dibandingkan dalam bentuk sistem tunggal (
monolithic). Komponen-komponen tersebut akan akan di bahas pada bagian berikut ini.
a. Struktur Sederhana
Banyak sistem operasi komersial yang tidak terstruktur dengan baik.
Kemudian sistem operasi dimulai dari yang terkecil, sederhana dan
terbatas lalu berkembang dengan ruang lingkup originalnya. Contoh dari
sistem operasi ini adalah MS-DOS dan UNIX. MS-DOS merupakan sistem
operasi yang menyediakan fungsional dalam ruang yang sedikit sehingga
tidak dibagi menjadi beberapa modul, sedangkan UNIX menggunakan struktur
monolitik dimana prosedur dapat saling dipanggil oleh
prosedur lain di sistem bila diperlukan dan kernel berisi semua layanan
yang disediakan sistem operasi untuk pengguna. Inisialisasi-nya terbatas
pada fungsional perangkat keras yang terbagi menjadi dua bagian yaitu
kernel dan sistem program. Kernel terbagi menjadi serangkaian interface
dan device driver dan menyediakan sistem file, penjadwalan CPU,
manajemen memori, dan fungsi-fungsi sistem operasi lainnya melalui
system calls.
Kelemahan struktur monolitik adalah:
· Pengujian dan penghilangan kesalahan sulit karena tidak dapat dipisahkan dan dialokasikan
· Sulit dalam menyediakan fasilitas pengamanan
· Merupakan pemborosan memori bila setiap komputer harus
menjalan kernel monolitik, karena semua layanan tersimpan dalam bentuk
tunggal sedangkan tidak semua layanan diperlukan.
· Kesalahahan sebagian fungsi menyebabkan sistem tidak berfungsi.
Keuntungan struktur monolitik adalah layanan dapat dilakukan dengan cepat karena terdapat dalam
satu ruang.
b. Pendekatan Berlapis (Layer Approach)
Sistem operasi dibagi menjadi beberapa lapisan. Lapisan terbawah
(layer 0) adalah hardware dan yang tertinggi (layer N) adalah user
interface. Lapisan N memberi layanan untuk lapisan N+1 sedangkan
proses-proses di lapisan N dapat meminta layanan lapisan N-1 untuk
membangun layanan lapisan N+1. Lapisan N dapat meminta layanan lapisan
N-1 namun lapisan N tidak dapat meminta layanan lapisan N+1.
Masing-masing berjalan pada lapisannya sendiri.
Menurut Tanenbaum dan Woodhull, sistem terlapis terdiri dari enam lapisan, yaitu:
- Lapisan 0. Mengatur alokasi prosesor, pertukaran antar proses ketika
interupsi terjadi atau waktu habis dan lapisan ini mendukung dasar
multi-programming pada CPU.
- Lapisan 1. Mengalokasikan ruang untuk proses di memori utama dan
pada 512 kilo word drum yang digunakan untuk menahan bagian proses
ketika tidak ada ruang di memori utama.
- Lapisan 2. Menangani komunikasi antara masing-masing proses dan
operator console. Lapisan ini masing-masing proses secara efektif
memiliki operator console sendiri.
- Lapisan 3. Mengatur peranti I/O dan menampung informasi yang mengalir dari/ke proses tersebut.
- Lapisan 4. Tempat program pengguna. Pengguna tidak perlu memikirkan tentang proses, memori, console, atau manajemen I/O.
- Lapisan 5. Merupakan operator sistem.
Contoh sistem operasi yang menggunakan pendekatan berlapis adalah THE
yang dibuat oleh Djikstra dan mahasiswa-mahasiswanya, serta sistem
operasi MULTICS.
Kelemahan struktur ini adalah fungsi-fungsi sistem operasi harus
diberikan ke tiap lapisan secara hati-hati. Sedangkan keunggulannya
adalah memeliki semua kelebihan rancangan modular, yaitu sistem dibagi
menjadi beberapa modul dan tiap modul dirancang secara independen. Tiap
lapisan dapat dirancang, dikode dan diuji secara independen. Pendekatan
berlapis menyederhanakan rancangan, spesifikasi dan implementasi sistem
operasi.
c. Microkernels
Metode struktur ini adalah menghilangkan komponen-komponen yang tidak
diperlukan dari kernel dan mengimplementasikannya sebagai sistem dan
program-program level user. Hal ini akan menghasilkan kernel yang kecil.
Fungsi utama dari jenis ini adalah menyediakan fasilitas komunikasi
antara program client dan bermacam pelayanan yang berjalan pada ruang
user. Contoh sistem operasi yang menggunakan metode ini adalah TRU64
UNIX, MacOSX dan QNX.
Keuntungan dari kernel ini adalah kemudahan dalam memperluas sistem
operasi, mudah untuk diubah ke bentuk arsitektur baru, kode yang kecil
dan lebih aman. Kelemahannya adalah kinerja akan berkurang selagi
bertambahnya fungsi-fungsi yang digunakan.
d. Modular (Modules)
Kernel mempunyai kumpulan komponen-komponen inti dan secara dinamis
terhubung pada penambahan layanan selama waktu boot atau waktu berjalan.
Sehingga strateginya menggunakan pemanggilan modul secara dinamis (
Loadable Kernel Modules). Umumnya sudah diimplementasikan oleh sistem operasi modern seperti Solaris, Linux dan MacOSX.
Sistem Operasi Apple Macintosh Mac OS X menggunakan
struktur hybrid. Strukturnya menggunakan teknik berlapis dan satu lapisan diantaranya menggunakan Mach microkernel.
e. Virtual Machine
Dalam struktur ini user seakan-akan mempunyai seluruh komputer dengan
simulasi atas pemroses yang digunakan. Sistem operasi melakukan
simulasi mesin nyata yang digunakan user, mesin virtual ini merupakan
tiruan seratus persen atas mesin nyata.
Teknologi ini awalnya digunakan pada IBM S/370. VM/370 menyediakan
mesin virtual untuk tiap user dengan membuat mesin virtual baru pada
saat user tersebut melakukan
log sistem. Kemudian teknik ini berkembang menjadi
operating system emulator sehingga sistem operasi dapat menjalankan aplikasi-aplikasi untuk sistem operasi lain.
Dalam lingkungan ini terdapat proteksi berbagai sumber daya sistem. Setiap
virtual-machine secara lengkap mengisolasi dari semua
virtual-machine yang
lain, sehingga tidak ada masalah proteksi. Ada dua pendekatan dalam
penyediaan sharing yang diimplementasikan, pertama hal ini memungkinkan
share minidisk dan
share files. Kedua, memungkinkan pendefinisian jaringan
virtual-machine, sehingga dapat mengirim informasi melalui virtual jaringan komunikasi.
Contoh dari pengembangan itu adalah sebagai berikut:
o Sistem operasi MS-Windows NT dapat menjalankan aplikasi untuk MS-DOS, OS/2 mode teks dan aplikasi WIN16.
o IBM mengembangkan WABI untuk meng-emulasikan Win32 API sehingga
sistem operasi yang menjalankan WABI dapat menjalankan aplikasi-aplikasi
untuk MS-Windows.
o Para pengembang Linux membuat DOSEMU untuk menjalankan
aplikas-aplikasi DOS pada sistem operasi Linux, WINE untuk menjalankan
aplikasi-aplikasi MS-Windows.
o VMWare merupakan aplikasi komersial yang meng-abstraksikan
perangkat keras intel 80×86 menjadi virtual mesin dan dapat menjalan
beberapa sistem operasi lain (
guest operating system) di dalam sistem operasi MS-Windos atau Linux (
host operating system).
VirtualBox merupakan salah satu aplikasi sejenis yang
opensource.
SISTEM KOMPUTER MULTIGUNA
Dewasa ini sistem komputer multiguna terdiri dari CPU (
Central Processing Unit); serta sejumlah
device controller yang dihubungkan melalui
bus yang menyediakan akses ke memori. Setiap
device controller bertugas mengatur perangkat yang tertentu (contohnya
disk drive,
audio device, dan
video display). CPU dan
device controller dapat dijalankan secara bersamaan, namun demikian diperlukan mekanisme sinkronisasi untuk mengatur akses ke memori.
Daftar CPU dan Device Controller
Pada saat pertama kali dijalankan atau pada saat
boot, terdapat sebuah program awal yang mesti dijalankan. Program awal ini disebut program
bootstrap. Program ini berisi semua aspek dari sistem komputer, mulai dari register CPU,
device controller, sampai isi memori.
Interupsi merupakan bagian penting dari sistem arsitektur
komputer. Setiap sistem komputer memiliki mekanisme yang berbeda.
Interupsi bisa terjadi apabila perangkat keras (
hardware) atau perangkat lunak (
software)
minta “dilayani” oleh prosesor. Apabila terjadi interupsi maka prosesor
menghentikan proses yang sedang dikerjakannya, kemudian beralih
mengerjakan
service routine untuk melayani interupsi tersebut. Setelah selesai mengerjakan
service routine maka prosesor kembali melanjutkan proses yang tertunda.
Untuk memastikan operasi berjalan baik kita harus
melindungi sistem operasi, program, dan data dari program-program yang
salah. Proteksi ini memerlukan
share resources. Hal ini bisa
dilakukan sistem operasi dengan cara menyediakan pendukung perangkat
keras yang mengizinkan kita membedakan mode pengeksekusian program.
Mode yang kita butuhkan ada dua mode operasi yaitu:
1. Mode Monitor.
2. Mode Pengguna.
Pada perangkat keras akan ada bit atau Bit Mode yang berguna untuk
membedakan mode apa yang sedang digunakan dan apa yang sedang
dikerjakan. Jika Mode Monitor maka akan benilai 0, dan jika Mode
Pengguna maka akan bernilai 1.
Pada saat
boot time, perangkat keras bekerja pada mode monitor dan setelah sistem operasi di-
load maka akan mulai masuk ke mode pengguna. Ketika terjadi
trap atau interupsi, perangkat keras akan men-
switch lagi keadaan dari mode pengguna menjadi mode monitor (terjadi perubahan
state menjadi bit 0). Dan akan kembali menjadi mode pengguna jikalau sistem operasi mengambil alih proses dan kontrol komputer (
state akan berubah menjadi bit 1).
Sistem operasi dirancang untuk dapat dijalankan di berbagai jenis
mesin; sistemnya harus di konfigurasi untuk tiap komputer. Program
SYSGEN mendapatkan informasi mengenai konfigurasi khusus dari sistem
perangkat keras.
- Booting: memulai komputer dengan me-load kernel.
- Bootstrap program: kode yang disimpan di code ROM yang dapat menempatkan kernel, memasukkannya kedalam memori, dan memulai eksekusinya.
BOOTING
Booting adalah istilah
teknologi informasi dalam
bahasa Inggris yang mengacu kepada proses awal menyalakan
komputer dimana semua register prosesor disetting kosong, dan status
mikroprosesor/prosesor disetting
reset. Kemudian address 0xFFFF diload di segment code (
code segment) dan instruksi yang terdapat pada alamat address 0xFFFF tersebut dieksekusi. Secara umum program
BIOS
(Basic Input Output System), yaitu sebuah software dasar, terpanggil.
Sebab memang biasanya BIOS berada pada alamat tersebut. Kemudian BIOS
akan melakukan cek terhadap semua error dalam memory, device-device yang
terpasang/tersambung kepada komputer — seperti port-port serial dan
lain-lain. Inilah yang disebut dengan
POST
(Power-On Self Test). Setelah cek terhadap sistem tersebut selesai,
maka BIOS akan mencari [Sistem Operasi], memuatnya di memori dan
mengeksekusinya. Dengan melakukan perubahan dalam setup BIOS (kita dapat
melakukannya dengan menekan tombol tertentu saat proses booting mulai
berjalan), kita dapat menentukan agar BIOS mencari
Sistem Operasi ke dalam floppy disk, hard disk, CD-ROM, USB dan lain-lain, dengan urutan yang kita inginkan.
BIOS sebenarnya tidak memuat Sistem Operasi secara lengkap. Ia hanya memuat satu bagian dari code yang ada di sektor pertama (
first sector, disebut juga
boot sector)
pada media disk yang kita tentukan tadi. Bagian/fragmen dari code
Sistem Operasi tersebut sebesar 512 byte, dan 2 byte terakhir dari
fragmen code tersebut haruslah 0xAA55 (disebut juga sebagai
boot signature). Jika
boot signature tersebut tidak ada, maka media disk dikatakan tidak bootable, dan BIOS akan mencari Sistem Operasi pada media disk berikutnya.
Fragmen code yang harus berada pada
boot sector tadi disebut sebagai
boot-strap loader. BIOS akan memuat
boot-strap loader tersebut ke dalam memory diawali pada alamat 0x7C00, kemudian menjalankan
boot-strap loader tadi. Akhirnya sekarang kekuasaan berpindah kepada
boot-strap loader
untuk memuat Sistem Operasi dan melakukan setting yang diperlukan agar
Sistem Operasi dapat berjalan. Rangkaian proses inilah yang dinamakan
dengan
booting.
PROSES BOOTING
Secara umum, gambaran yang terjadi pada proses boot adalah sebagai berikut :
1. Saat komputer dihidupkan, memorinya masih kosong. Belum ada
instruksi yang dapat dieksekusi oleh prosesor. Karena itu, prosesor
dirancang untuk selalu mencari alamat tertentu di BIOS ROM. Pada alamat
tersebut, terdapat sebuah instruksi jump yang menuju ke alamat eksekusi
awal BIOS. Setelah itu, prosesor menjalankan
power-on-self test(POST), yaitu memeriksa kondisi hardware yang ada.
2. Sesudah itu, BIOS mencari
video card. Secara khusus, dia mencari program BIOS milik video card. Kemudian
system BIOS menjalankan video card BIOS. Barulah setelah itu, video card diinisalisasi.
3. Kemudian BIOS memeriksa ROM pada hardware yang lain, apakah
memiliki BIOS tersendiri apakah tidak. Jika ya, maka akan dieksekusi
juga.
4. BIOS melakukan pemeriksaan lagi, misal memeriksa besar memori
dan jenis memori. Lebih lanjut lagi, dia memeriksa hardware yang lain,
seperti disk. Lalu dia mencari disk dimana proses boot bisa dilakukan,
yaitu mencari
boot sector.
Boot sector ini bisa berada di
hard disk, atau
floppy disk
Berdasarkan keadaan kejadian dari proses booting ini, terdapat beberapa boot, yaitu:
a.
Cold boot, boot yang terjadi ketika komputer dari dalam keadaan mati, kebalikan dari warm boot.
b.
Warm boot,
proses boot yang terjadi ketika komputer diberikan arus listrik
kembali, dimana arus listrik dimatikan hanya sejenak, dengan tujuan
untuk mengulang kembali proses komputer dari awal, kebalikan dari cold
boot. Warm boot ini biasanya terjadi karena software crash atau terjadi
pengaturan ulang dari sistem.
c. S
oft boot, proses boot yang dikendalikan melalui sistem.
d.
Hard boot, proses boot yang terjadi dengan cara dipaksa, kebalikan dari soft boot.
e.
Reboot,
peristiwa mengulang kembali sistem dari awal, reboot ini terjadi karena
beberapa hal, diantaranya seperti sistem tidak bereaksi dalam beberapa
lama, terjadi perubahan setting dari sistem.
Image: Custom/Advanced Install windows 10
Image: Windows 10, CC-BY SA 4.0
