Struktur Sistem Operasi

Terdapat lima struktur dasar yang digunakan untuk membuat/mengembangkan Sistem Operasi, yaitu:

1. Sistem Monolitik

Deskripsi

Sistem operasi sebagai kumpulan prosedur yang dapat dipanggil oleh prosedur lain jika diperlukan. Prosedur ini terdapat didalam kernel atau inti. Menggunakan konsep kernel loadable modules guna pengembangan, pengujian dan fleksibilitas sistem operasi.

Karakteristik

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. Contoh sistem operasi : 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.


Terdapat dua mode operasi yang disediakan :

a. Mode kernel : seluruh instruksi boleh dipanggil.

b. Mode pengguna : beberapa instruksi I/O dan instruksi tertentu tidak boleh dipanggil.

Struktur dasar sistem monolitik :

a. Program utama yang menghubungi prosedur pelayanan yang diminta.

b. Kumpulan prosedur pelayanan yang menyediakan system calls.

c. Kumpulan prosedur utilitas yang membantu prosedur pelayanan.

Keuntungan :

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

Kerugian :

• 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 Penerapan Sistem Monolitik

2. Sistem Berlapis

Deskripsi

Sistem operasi yang dibentuk secara hierarki berdasar lapisan-lapisan, dimana lapisan bawah memberi layanan terhadap lapisan diatasnya.

Karakteristik

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 yang terdefinisi bagus.

Sistem terlapis terdiri dari 6 lapisan, yaitu:

Lapis 5 - The operator  = pemakai operator.

Lapis 4 - User programs = aplikasi program pemakai.

Lapis 3 - I/O management = menyederhanakan akses I/O pada level atas.

Lapis 2 -Operator-operatot communication = mengatur komunikasi antar proses.

Lapis 1 -Memory and drum management = mengatur alokasi ruang memori atau drum magnetic.

Lapis 0 -Processor allocation and multiprogramming =mengatur alokasi pemroses dan switching,multiprogramming dan pengaturan prosessor. 

Menurut Stallings, model tingkatan sistem operasi yang mengaplikasikan prinsip ini dapat dilihat pada tabel berikut, yang terdiri dari level-level dibawah ini:

Level 1

Terdiri dari sirkuit elektronik dimana obyek yang ditangani adalah register memory cell, dan gerbang logika. Operasi pada obyek ini seperti membersihkan register atau membaca lokasi memori.

Level 2

Pada level ini adalah set instruksi pada prosesor. Operasinya adalah instruksi bahasa-mesin, seperti menambah, mengurangi, load dan store.

Level 3

Tambahan konsep prosedur atau subrutin ditambah operasi call atau return.

Level 4

Mengenalkan interupsi yang menyebabkan prosesor harus menyimpan perintah yang baru dijalankan dan memanggil rutin penanganan interupsi. Empat level pertama bukan bagian sistem operasi tetapi bagian perangkat keras. Meski pun demikian beberapa elemen sistem operasi mulai tampil pada level-level ini, seperti rutin penanganan interupsi. Pada level 5, kita mulai masuk kebagian sistem operasi dan konsepnya berhubungan dengan multi-programming.

Level 5

Level ini mengenalkan ide proses dalam mengeksekusi program. Kebutuhan-kebutuhan dasar pada sistem operasi untuk mendukung proses ganda termasuk kemampuan men-suspend dan me-resume proses. Hal ini membutuhkan register perangkat keras untuk menyimpan agar eksekusi bisa ditukar antara satu proses ke proses lainnya.

Level 6

Mengatasi penyimpanan sekunder dari komputer. Level ini untuk menjadualkan operasi dan menanggapi permintaan proses dalam melengkapi suatu proses.

Level 7

Membuat alamat logik untuk proses. Level ini mengatur alamat virtual ke dalam blok yang bisa dipindahkan antara memori utama dan memori tambahan. Cara-cara yang sering dipakai adalah menggunakan ukuran halaman yang tetap, menggunakan segmen sepanjang variabelnya, dan menggunakan cara keduanya. Ketika blok yang dibutuhkan tidak ada dimemori utama, alamat logis pada level ini meminta transfer dari level 6. Sampai point ini, sistem operasi mengatasi sumber daya dari prosesor tunggal. Mulai level 8, sistem operasi mengatasi obyek eksternal seperti peranti bagian luar, jaringan, dan sisipan komputer kepada jaringan.

Level 8

Mengatasi komunikasi informasi dan pesan-pesan antar proses. Dimana pada level 5 disediakan mekanisme penanda yang kuno yang memungkinkan untuk sinkronisasi proses, pada level ini mengatasi pembagian informasi yang lebih banyak. Salah satu peranti yang paling sesuai adalah pipe (pipa) yang menerima output suatu proses dan memberi input ke proses lain.

Level 9

Mendukung penyimpanan jangka panjang yang disebut dengan berkas. Pada level ini, data dari penyimpanan sekunder ditampilkan pada tingkat abstrak, panjang variabel yang terpisah. Hal nini bertentangan tampilan yang berorientasikan perangkat keras dari penyimpanan sekunder.

Level 10

Menyediakan akses ke peranti eksternal menggunakan antarmuka standar.

Level 11

Bertanggung-jawab mempertahankan hubungan antara internal dan eksternal identifier dari sumber daya dan obyek sistem. Eksternal identifier adalah nama yang bisa dimanfaatkan oleh aplikasi atau pengguna. Internal identifier adalah alamat atau indikasi lain yang bisa digunakan oleh level yang lebih rendah untuk meletakkan dan mengontrol obyek.

Level 12

Menyediakan suatu fasilitator yang penuh tampilan untuk mendukung proses. Hal ini merupakan lanjutan dari yang telah disediakan pada level 5. Pada level 12, semua info yang dibutuhkan untuk managemen proses dengan berurutan disediakan, termasuk alamat virtual di proses, daftar obyek dan proses yang berinteraksi dengan proses tersebut serta batasan interaksi tersebut, parameter yang harus dipenuhi proses saat pembentukan, dan karakteristik lain yang mungkin digunakan sistem operasi untuk mengontrol proses.

Level 13

Menyediakan antarmuka dari sistem operasi dengan pengguna yang dianggap sebagai shell atau dinding karena memisahkan pengguna dengan sistem operasi dan menampilkan sistem operasi dengan sederhana sebagai kumpulan servis atau pelayanan.

Keuntungan :

• Memiliki semua keunggulan 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.

Kerugian :

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

Contoh Penerapan Sistem Berlapis

3. Sistem Mesin Maya

Deskripsi

Sistem operasi yang melakukan simulasi mesin nyata yang memberikan fleksibilitas tinggi dan memungkinkan sistem operasi yang berbeda dapat dijalankan pada mesin komputer tersebut atau dapat juga disebut sebagai operating system emulator.

Karakteristik

Mesin maya mempunyai sistem timesharing yang berfungsi untuk menyediakan kemampuan untuk multiprogramming dan perluasan mesin dengan antarmuka yang lebih mudah.

Contoh sistem operasi : Windows NT, Linux dengan DOSEMU.

Keuntungan :

• Pengembangan system dikerjakan pada mesin virtual, termasuk di dalamnya mesin fisik dan tidak mengganggu operasi system yang normal.
• menyediakan proteksi yang lengkap untuk sumber daya system sehingga masing-masing mesin virtual dipisahkan mesin virtual yang lain. Isolasi ini tidak memperbolehkan pembagian sumber daya secara langsung.

Kerugian :

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

Contoh Penerapan Sistem Mesin Maya (Virtual Machine)

4. Sistem Client-Server

Deskripsi

Sistem operasi yang dibagi fungsinya menjadi proses yang menyediakan layanan (server) dan proses yang memerlukan/meminta layanan (client) didalam memproses data.

Karakteristik

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 pemakai. Kernel hanya mengatur komunikasi antara client dan server. Kernel yang ini popular dengan sebutan mikrokernel.

Contoh sistem operasi : Windows 2000 Server, Linux

Keuntungan :

• Kemampuan diaptasi untuk digunakan dalam distributed system.
• Pengembangan dapat dilakukan secara modular.
• Kesalahan (bugs) di satu subsistem (diimplementasikan sebagai satu proses) tidak merusak subsistem-subsistem lain, sehingga tidak mengakibatkan satu sistem mati secara keseluruhan.
• Mudah diadaptasi untuk sistem tersebar.

Kerugian :

• Layanan dilakukan lambat karena harus melalui pertukaran pesan.
• Pertukaran pesan dapat menjadi bottleneck.
• Tidak semua tugas dapat dijalankan di tingkat pemakai (sebagai proses pemakai).

Contoh Penerapan SistemClient-Server

5. Sistem Berorientasi Objek

Deskripsi

Sistem operasi ini merealisasikan layanan sebagai kumpulan proses dan terstuktur serta memisahkan layanan yang disediakan dan implementasinya.

Karakteristik

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 menanda di 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.

Contoh sistem operasi : Amoeba, Eden, X-Kernel, Windows NT, Choices, Medusa, Clouds, Muse, dan sebagainya.

Keuntungan :

Terstruktur dan memisahkan antara layanan yang disediakan dan implementasinya.

Kerugian :

Sistem operasi MS Windows NT telah mengadopsi beberapa teknologi berorientasi objek tetapi belum keseluruhan.

Contoh Penerapan Sistem Berorientasi Objek

KESIMPULAN :

Dari ke-5 sistem diatas yang terbaik menurut saya adalah Sistem Client-Server. Selain mudah diadaptasi untuk sistem tersebar, juga karena terdapat server yang menyediakan layanan dimana ketika client memerlukan atau meminta layanan didalam memproses data, server dapat langsung memberikan layanannya kepada client. Serta kesalahan (bugs) di satu subsistem (diimplementasikan sebagai satu proses) tidak merusak subsistem-subsistem lain, sehingga tidak mengakibatkan satu sistem mati secara keseluruhan.

Sumber :

1. http://ian29januari.blogspot.com/p/diskusi-3-struktur-dasar-sistem-operasi_24.html
2. http://depemaginting.wordpress.com/2011/03/24/struktur-sistem-operasi/
3. http://widyatikaen.blogspot.com/2013/03/struktur-sistem-operasi.html