STRUKTUR SISTEM OPERASI

A. Peran Struktur Sistem Operasi

Secara umum, Sistem Operasi adalah software pada lapisan pertama yang ditempatkan pada memori komputer pada saat komputer dinyalakan. Sedangkan software-software lainnya dijalankan setelah Sistem Operasi 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.

Kalau sistem komputer terbagi dalam lapisan-lapisan, maka Sistem Operasi adalah penghubung antara lapisan hardware dan lapisan software. Lebih jauh daripada itu, Sistem Operasi melakukan semua tugas-tugas penting dalam komputer, dan menjamin aplikasi-aplikasi yang berbeda dapat berjalan secara bersamaan dengan lancar. Sistem Operasi menjamin aplikasi software lainnya dapat menggunakan memori, melakukan input dan output terhadap peralatan lain dan memiliki akses kepada sistem file. Apabila beberapa aplikasi berjalan secara bersamaan, maka Sistem Operasi mengatur skedule yang tepat, sehingga sedapat mungkin semua proses yang berjalan mendapatkan waktu yang cukup untuk menggunakan prosesor (CPU) serta tidak saling mengganggu.

Dalam sistem operasi modern, suatu sistem yang besaran kompleks mempunyai struktur yang harus dirancang dengan hati-hati dan seksama supaya dapat berfungsi seperti yang diinginkan serta dapat dimodifikasi dengan mudah. Struktur sistem operasi merupakan komponen-komponen sistem operasi yang dihubungkan dan dibentuk di dalam kernel. Adapun struktur sistem operasi secara umum adalah :

1. Struktur Sistem Operasi Sederhana

Sistem operasi dimulai dari yang terkecil, sederhana, dan terbatas, kemudian berkembang dengan ruang lingkup originalnya. Struktur sistem operasi ini yang menyediakan fungsional dalam ruang yang sedikit sehingga tidak dibagi menjadi beberapa modul, inisialisasinya 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 call.

Gambar Struktur Sistem Operasi Sederhana

Keunggulan :

· layanan dapat dilakukan dengan cepat karena terdapat dalam satu ruang.

Kelemahan :

· Pengujian dan penghilangan kesalahan sulit karena tidak dapat dipisahkan dan dialokasika.

· Sulit dalam menyediakan fasilitas pengamanan.

· Pemborosan memori bila setiap komputer harus menjalan kernel, karena semua layanan tersimpan dalam bentuk tunggal sedangkan tidak semua layanan diperlukan.

· Kesalahahan sebagian fungsi menyebabkan sistem tidak berfungsi.

Contoh sistem operasi yang memiliki struktur sederhana adalah MSDOS dan UNIX.

a) MSDOS

MSDOS menggunakan sistem operasi single tasking. Yaitu CPU menyelesaikan satu proses sampai selesai dan tidak dapat disisipi proses lain. Selain itu MSDos juga bersifat single mode yaitu tanpa proteksi perangkat keras. Dalam MSDos, perintah internal telah dimasukkan ke dalam command.com (interpreter perintah DOS), sehingga dapat langsung dieksekusi oleh kernel DOS dimana saja. Sedangkan perintah eksternal tidak dimasukkan ke dalam command.com, dan membutuhkan sebuah berkas yang dapat dieksekusi (berupa program DOS) yang harus terdapat dalam direktori aktif.

b) UNIX

UNIX adalah sistem operasi yang terdiri dari 2 bagian penting yaitu Kernel dan program sistem. Kernel UNIX berisi sistem file, penjadwalan CPU, manajemen memori dan system call. Sedangkan program sistem bertugas memanggil fungsi yang ada pada kernel. Sejak awal UNIX dirancang untuk mendukung multitasking yakni dapat mengerjakan lebih dari satu tugas pada waktu yang bersamaan. Misalnya membuka beberapa shell dan mengerjakan tugas-tugas berbeda pada shell-shell tersebut. Selain itu UNIX memperlakukan device dan file dalam derajat yang sama sehingga tidak ada batasan pada jumlah device yang dipasang.

2. Struktur Sistem Operasi Monolithic

Struktur sistem operasi monolithic merupakan struktur sederhana yang dilengkapi dengan dual mode. Sistem operasi jenis ini dapat didefinisikan sebagai kumpulan prosedur dimana prosedur dapat saling dipanggil oleh prosedur lain di sistem bila diperlukan. Kernel berisi semua layanan yang disediakan sistem operasi untuk pemakai. Sistem operasi ditulis sebagai sekumpulan prosedur, yang dapat dipanggil setiap saat oleh pemakai saat dibutuhkan.

Gambar Struktur Sistem Operasi Monolithic

Keunggulan :

· Layanan dapat dilakukan sangat cepat karena terdapat di satu ruang alamat.

Kelemahan :

· Pengujian dan penghilangan kesalahan sulit karena tidak dapat dipisahkan dan dilokalisasi.

· Sulit dalam menyediakan fasilitas pengamanan.

· Merupakan pemborosan bila setiap komputer harus menjalankan kernel monolitik sangat besar sementara sebenarnya tidak memerlukan seluruh layanan yang disediakan kernel.

· Tidak fleksibel.

· Kesalahan pemograman satu bagian dari kernel menyebabkan matinya seluruh sistem.

Contoh sistem operasi yang memiliki struktur monolithic adalah Kernel Linux dan UNIX V7.

a) UNIX V7

UNIX V7 adalah sebuah sistem operasi yang berstruktur monolithic dimana dapat mendukung multitasking, multiuser, dan didesain sebagai sistem operasi portable. Pada UNIX jenis ini ditambahkan beberapa compiler Bahasa pemograman seperti C, Basic, dan lain-lain.

b) Kernel Linux

Kernel Linux adalah kernel yang digunakan dalam sistem operasi GNU/Linux. Kernel ini merupakan turunan dari keluarga sistem operasi UNIX. Kernel linux yang menyediakan abstraksi akses ke perangkat keras yang kaya dan handal. Semua layanan OS dilakukan pada kernel sehingga dapat dilakukan sangat cepat karena terdapat di satu ruang yang sama

3. Struktur Sistem Operasi Berlapis

Sistem operasi dibentuk secara hirarki berdasar lapisan-lapisan, dimana lapisan-lapisan bawah memberi layanan lapisan lebih atas. Lapisan yang paling bawah adalah perangkat keras, dan yang paling tinggi adalah user-interface. Sebuah lapisan adalah implementasi dari obyek abstrak yang merupakan enkapsulasi dari data dan operasi yang bisa memanipulasi data tersebut. Struktur berlapis dimaksudkan untuk mengurangi kompleksitas rancangan dan implementasi sistem operasi. Tiap lapisan mempunyai fungsional dan antarmuka masukan-keluaran antara dua lapisan bersebelahan. Struktur ini 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.

Gambar Struktur Sistem Operasi Berlapis

Keunggulan :

· Karena sistem dibagi menjadi beberapa modul, tiap lapisan dapat dirancang dan diuji secara independen.

· Mempermudah debug dan verifikasi sistem.

· Lapisan pertama bisa didebug tanpa mengganggu sistem yang lain karena hanya menggunakan perangkat keras dasar untuk implementasi fungsinya.

· Bila terjadi error saat debugging sejumlah lapisan, error pasti pada lapisan yang baru saja didebug, karena lapisan dibawahnya sudah di debug.

Kelemahan :

· Fungsi-fungsi sistem operasi harus diberikan ke setiap lapisan secara hati-hati.

Contoh sistem yang memiliki struktur berlapis adalah THE (Technische Hogeschool at Eindhoven).

a) THE (Technische Hogeschool at Eindhoven)

THE adalah sistem yang memiliki struktur 6 lapisan seperti :

Lapis 5 - The operator

Ø untuk pemakai/operator.

Lapis 4 - User programs

Ø untuk aplikasi program pemakai.

Lapis 3 - I/O management

Ø menyederhanakan akses I/O pada level atas.

Lapis 2 - Operator-operator communication

Ø untuk mengatur komunikasi antar proses.

Lapis 1 - Memory and drum management

Ø untuk mengatur alokasi ruang memori atau drum magnetic.

Lapis 0 - Processor allocation and multiprogramming

Ø untuk mengatur alokasi pemroses dan switching, multi programming dan pengaturan prosessor.

Struktur THE dirancang agar sistem dapat membagi tugas pokok menjadi beberapa modul dan tiap modul dirancang secara independen. Tiap lapisan dapat dirancang, dikode dan diuji secara independen. struktur berlapis juga dapat menyederhanakan rancangan, spesifikasi dan implementasi sistem operasi.

4. Struktur Sistem Operasi Virtual Machine

Virtual machine mempunyai sistem timesharing yang berfungsi untuk, menyediakan kemampuan untuk multiprogramming dan perluasan mesin dengan antarmuka yang lebih mudah. Struktur Mesin maya ( CP/CMS, VM/370 ) terdiri atas komponen dasar utama :

· Control Program, yaitu virtual machine monitor yang mengatur fungsi ari prosessor, memori dan piranti I/O. Komponen ini berhubungan langsung dengan perangkat keras

· Conventional Monitor System, yaitu sistem operasi sederhanayang mengatur fungsi dari proses, pengelolaan informasi dan pengelolaan piranti.

Awalnya struktur ini membuat seolah-olah pemakai mempunyai seluruh komputer dengan simulasi atas pemroses yang digunakan. Sistem operasi melakukan simulasi mesin nyata. Mesin hasil simulasi digunakan pemakai, mesin maya merupakan tiruan seratus persen atas mesin nyata.Semua pemakai diberi iluasi mempunyai satu mesain yang sama-sama canggih. Pendekatan ini memberikan fleksibilitas tinggi sampai memungkinkan system operasi-sistem operasi berbeda dapat dijalankan dimesin-mesin maya berbeda. Implementasi yang efisien merupakan masalah sulit karena sistem menjadi besar dan kompleks. Teknik ini mulanya digunakan pada IBM S/370. VM/370 menyediakan mesin maya untuk tiap pemakai. Bila pemakai log (masuk) sistem, VM/370 menciptakan satu mesin maya baru untuk pemakai itu. Teknik ini berkembang menjadi perating sistem emulator sehingga sistem operasi dapat menjalankan aplikasi-aplikasi untuk sistem operasi lain.

Gambar Struktur Sistem Operasi Virtual Machine

Keunggulan :

· Konsep mesin virtual menyediakan proteksi yang lengkap untuk sumber daya sistem sehingga masing-masing mesin virtual dipisahkan mesin virtual yang lain.

· Sistem mesin virtual adalah mesin yang sempurna untuk riset dan pengembangan sistem operasi. Pengembangan sistem dikerjakan pada mesin virtual, termasuk di dalamnya mesin fisik dan tidak mengganggu operasi sistem yang normal.

· Tercipta keamanan saat login.

· Cepat dalam mengatisi gangguan dan deteksi.

· Memungkinkan untuk mendefinisikan suatu jaringan dari Virtual Machine.

Kelemahan :

· Isolasi ini tidak memperbolehkan pembagian sumber daya secara langsung.

· Konsep mesin virtual sangat sulit untuk mengimplementasikan kebutuhan dan duplikasi yang tepat pada mesin yang sebenarnya.

Contoh sistem Virtual Machine :

· Sistem operasi MS-Windows NT dapat menjalankan aplikasi untuk MS- DOS, OS/2 mode teks dan aplikasi Win16. Aplikasi tersebut dijalankan sebagai masukan bagi subsistem di MS-Windows NT yang mengemulasikan system calls yang dipanggil aplikasi dengan WIN32 API.

· IBM mengembangkan WABI yang mengemulasikan WIN32 API (Application Programming Interface) sehingga diharapkan sistem operasi yang menjalankan WABI dapat menjalankan aplikasi-aplikasi untuk MS Windows.

· Pada LINUX ada DOSEMU untuk menjalankan aplikasi DOS pada LINUX dan WINE untuk menjalankan aplikasi MS Windows pada LINUX.

5. Struktur Sistem Operasi Client Server

Sistem operasi merupakan kumpulan proses dengan proses-proses dikategorikan sebagai server dan client, yaitu :

· Server, adalah proses yang menyediakan layanan.

· Client, adalah proses yang memerlukan/meminta layanan.

Proses client yang memerlukan layanan mengirim pesan ke server dan menanti pesan jawaban. Proses server setelah melakukan tugas yang diminta, mengirim hasil dalam bentuk pesan jawaban ke proses client. Server hanya menanggapi permintaan client dan tidak memulai dengan percakapan client. Kode dapat diangkat ke level tinggi, sehingga kernel dibuat sekecil mungkin dan semua tugas diangkat ke bagian proses pemaka. Kernel hanya mengatur komunikasi antara client dan server. Kernel yang ini popular dengan sebutan mikrokernel. Permintaan pelayanan, seperti membaca sebuah blok file, sebuah user process (disebut client process) mengirimkan permintaan kepada sebuah server process, yang kemudian bekerja dan memberikan jawaban balik.

Gambar Struktur Sistem Operasi Client Server

Gambar Struktur umun Client- Server

Keunggulan :

· Mampu berkomunikasi (mengirim dan menerima pesan, mentransfer status informasi)

· Pengembangan dapat dilakukan secara modular

· Kesalahan pada sub sistem tidak akan mematikan seluruh sistem

· Dapat diadaptasikan pada sistem terdistribusi

· Pembagian sumber daya

· Mempercepat komputasi – berbagi beban

Kelemahan :

· Layanan dilakukan lambat karena harus melalui pertukaran pesan yang dapat menjadi bottleneck

· Mudah terjadi colision data.

· Tidak semua tugas dapat dijalankan di tingkat pemakai (sebagai proses pemakai)

Contoh struktur Client Server :

· Windows PC berbagi dokumen di sebuah jaringan LAN yang memanfaatkan sumberdaya Server (Linux).

6. Struktur Sistem Operasi Berorientasi Objek

Sisten operasi merealisasikan layanan sebagai kumpulan proses disebut sistem operasi bermodel proses. Pendekatan lain implementasi layanan adalah sebagai objek- objek. Sistem operasu yang distrukturkan menggunakan objek disebut sistem operasi berorientasi objek. Pendekatan ini dimaksudkan untuk mengadopsi keunggulan teknologi berorientasi objek. Pada sistem yang berorientasi objek, layanan diimplementasikan sebagai kumpulan objek. Objek mengkapsulkan struktur data dan sekumpulan operasi pada struktur data itu. Tiap objek diberi tipe yang menandadi properti objek seperti proses, direktori, berkas, dan sebagainya. Dengan memanggil operasi yang didefinisikan di objek, data yang dikapsulkan dapat diakses dan dimodifikasi. Model ini sungguh terstruktur dan memisahkan antara layanan yang disediakan dan implementasinya. Sistem operasi MS Windows NT telah mengadopsi beberapa teknologi berorientasi objek tetapi belum keseluruhan.

Gambar Struktur Sistem Operasi Berorientasi Objek

Keunggulan :

· Terstruktur dan memisahkan antara layanan yang disediakan dan implementasinya.

Kelemahan :

· Terstruktur dan memisahkan antara layanan yang disediakan dan implementasinya.

Contoh struktur sistem operasi berorientasi objek adalah Medusa OS.

a) Medusa OS

Medusa OS adalah sebuah sistem operasi yang layanannya diimplementasikan sebagai kumpulan objek. Objek mengkapsulkan struktur data dan sekumpulan operasi pada struktur data tersebut. Kemudian Tiap objek diberi tipe yang menandai properti objek seperti proses, direktori, berkas, dsb. Dengan memanggil operasi yang didefinisikan di objek, data yang dikapsulkan dapat diakses dan dimodifikasi.

7. Struktur Sistem Operasi Mikrokernel

Mikrokernel adalah inti OS kecil yang menyediakan dasar untuk modular extensesi. Metode ini menyusun sistem operasi dengan menghapus semua komponen yang tidak esensial dari kernel, dan mengimplementasikannya sebagai program sistem pada level pengguna, hasilnya kernel yang lebih kecil. Pada umumnya mikrokernel mendukung proses dan menagemen memori yang minimal, sebagai tambahan utnuk fasilitas komunikasi. Fungsi utama mikrokernel adalah mendukung fasilitas komunikasi antara program klien dan bermacam- macam layanan yang juga berjalan di user space. Komunikasi yang dilakukan secara tidak langsung, didukung oleh sistem message passing, dengan bertukar pesan melalui mikrokernel. Salah satu keuntungan mikrokernel adalah ketika layanan baru akan ditambahkan ke user space, kernel tidak perlu dimodifikasi. Kalau pun harus, perubahan akan lebih sedikit. Hasil sistem operasinya lebih mudah untuk ditempatkan pada suatu desain perangkat keras ke desain lainnya. Mikrokernel juga mendukung keamanan reliabilitas lebih, karena kebanyakan layanan berjalan sebagai pengguna proses. Jika layanan gagal, sistem operasi lainnya tetap terjaga.

Gambar Struktur Sistem Operasi Mikrokernel

Keunggulan :

· Interface yang seragam

· Extensibility. Bisa menambahkan fitur-fitur baru tanpa perlu melakukan kompilasi ulang.

· Flexibility. Fitur-fitur yang sudah ada bisa dikurangi, atau dimodifikasi sesuai dengan kebutuhan sehingga menjadi lebih efisien.

· Portability. Pada mikrokernel, semua atau sebagian besar kode yang spesifik berada di dalamnya.

Kelemahan :

· kinerja akan berkurang selagi bertambahnya fungsi-fungsi yang digunakan.

Contoh struktur sistem operasi mikrokernel adalah Mac OS.

a) Mac OS

Mac OS adalah sistem operasi yang menggunakan kernel BSD sehingga beberapa kalangan mengatakan bahwa Mac OS X termasuk dalam keluarga Unix. Kernel Mac OS mengusung metode struktur ini untuk 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.