Bab 1: Pendahuluan
- Apa Operating System Do
- Komputer-Sistem Organisasi
- Komputer-Arsitektur Sistem
- Struktur Sistem operasi
- Sistem Operasi-Operasi
- Proses Manajemen
- Memory Management
- Storage Management
- Perlindungan dan Keamanan
- Distributed Systems
- Special-Purpose Systems
- Lingkungan Komputasi
- Open-Source Operating System
Tujuan
- Untuk menyediakan grand tour dari komponen sistem operasi utama
- Untuk menyediakan cakupan sistem komputer dasar organisasi
Apa itu Sistem Operasi?
- Suatu program yang bertindak sebagai perantara antara pemakai komputer dan perangkat keras komputer
- Sistem operasi tujuan:
· Melaksanakan program-program pengguna dan membuat lebih mudah memecahkan masalah pengguna
· Membuat sistem komputer nyaman untuk digunakan
· Gunakan perangkat keras komputer secara efisien
Struktur Sistem Komputer
- Sistem komputer dapat dibagi menjadi empat komponen
· Hardware - menyediakan sumber daya komputasi dasar
Ø CPU, memori, I / O devices
· Sistem operasi
Ø Kontrol dan mengkoordinasikan penggunaan hardware diantara berbagai aplikasi dan pengguna
· Program aplikasi - menentukan cara di mana sumber daya sistem digunakan untuk memecahkan masalah komputasi pengguna
Ø Pengolah kata, kompiler, web browser, sistem database, video game
· Users
Ø Orang, mesin, komputer lain
Empat Komponen dari Sistem Informasi
Definisi Sistem Operasi
- OS adalah alokasi sumber daya
· Mengelola seluruh sumber daya
· Memutuskan antara permintaan yang saling bertentangan dan adil untuk efisiensi penggunaan sumber daya
- OS adalah program kontrol
· Kontrol pelaksanaan program-program untuk mencegah kesalahan dan penyalahgunaan penggunaan komputer
- Tidak ada definisi yang diterima secara universal
- "Semua kapal vendor ketika Anda memesan sebuah sistem operasi" adalah pendekatan yang baik
· Tapi bervariasi liar
- "Yang satu program dijalankan setiap saat di komputer" adalah kernel. Segala sesuatu yang lain adalah salah satu program sebuah sistem (kapal dengan sistem operasi) atau sebuah program aplikasi
Startup computer
- program bootstrap dimuat pada kekuasaan-up atau reboot
· Biasanya disimpan dalam ROM atau EPROM, umumnya dikenal sebagai firmware
· Menginisialisasi seluruh aspek sistem
· Load kernel sistem operasi dan mulai pelaksanaan
Organisasi Sistem Komputer
· Satu atau lebih CPU, device controller terhubung melalui bus umum yang menyediakan akses ke memori bersama
· Concurrent pelaksanaan CPU dan memori perangkat bersaing untuk siklus
Komputer-Sistem Operasi
- I / O device dan CPU dapat mengeksekusi merangkap
- Setiap perangkat controller bertanggung jawab atas jenis perangkat tertentu
- Setiap perangkat controller memiliki buffer lokal
- CPU memindahkan data dari / ke memori utama ke / dari buffer lokal
- I / O adalah dari perangkat ke penyangga lokal controller
- Device controller memberitahu CPU yang telah selesai operasinya dengan menyebabkan interupsi
Common Fungsi Interupsi
- Interrupt transfer kendali ke rutin layanan interupsi umumnya, melalui interrupt vektor, yang berisi alamat dari semua rutinitas layanan
- Interrupt arsitektur harus menyimpan alamat instruksi sela
- Menyela masuk dinonaktifkan sementara interupsi lain sedang diproses untuk mencegah interupsi yang hilang
- Jebakan adalah sebuah perangkat lunak yang dihasilkan baik mengganggu disebabkan oleh kesalahan atau permintaan pengguna
- Sebuah sistem operasi menyela didorong
Interrupt Handling
- Sistem operasi mempertahankan keadaan CPU dengan menyimpan register dan program counter
- Menentukan jenis interrupt telah terjadi:
· polling
· vectored sistem menyela
- Terpisah segmen kode menentukan tindakan apa yang harus diambil untuk tiap jenis menyela
Interrupt Timeline
I / O Struktur
- Setelah I / O dimulai, kendali kembali ke program user hanya pada I / O selesai
· Tunggu instruksi idles CPU sampai interrupt berikutnya
· Tunggu loop (Perselisihan akses memori)
· Paling-paling satu I / O permintaan beredar pada satu waktu, tidak simultan I / O pengolahan
- Setelah I / O dimulai, kendali kembali ke program user tanpa menunggu I / O selesai
· System call - request ke sistem operasi untuk mengizinkan user untuk menunggu I / O selesai
· Perangkat-tabel status berisi entri untuk setiap I / O device yang menunjukkan jenis, alamat, dan negara
· Sistem operasi indeks ke I / O device perangkat tabel untuk menentukan status dan untuk memodifikasi entri tabel untuk memasukkan interupsi
Direct Memory Access Struktur
- Digunakan untuk kecepatan tinggi I / O perangkat mampu mengirimkan informasi pada kecepatan memori dekat
- Perangkat pengendali blok transfer data dari penyimpanan buffer langsung ke memori utama tanpa intervensi CPU
- Hanya satu interupsi yang terjadi per blok, daripada satu interrupt per byte
Struktur penyimpanan
- Memori utama - hanya media penyimpan yang besar bahwa CPU dapat mengakses langsung
- Secondary storage - perluasan dari memori utama yang menyediakan kapasitas penyimpanan Baterai besar
- Magnetic disk - kaku logam atau kaca piring-piring ditutupi dengan bahan perekaman magnetik
· Permukaan disk secara logis dibagi ke dalam trek, yang dibagi lagi menjadi sektor
· Disk controller menentukan interaksi logikal antara perangkat dan komputer
Struktur hirarki
- Sistem penyimpanan disusun dalam hirarki
· Speed
· Biaya
· Volatilitas
- Caching - Menyalin informasi ke dalam sistem penyimpanan cepat; memori utama dapat dilihat sebagai cache terakhir untuk secondary storage
Storage-Device Hierarchy
Caching
- Prinsip penting, dilakukan pada berbagai tingkatan dalam sebuah komputer (pada perangkat keras, sistem operasi, perangkat lunak)
- Informasi dalam menggunakan disalin dari lebih lambat untuk cepat penyimpanan sementara
- Cepat penyimpanan (cache) diperiksa terlebih dahulu untuk menentukan apakah informasi yang ada
· Jika ya, informasi yang digunakan langsung dari cache (cepat)
· Jika tidak, data yang disalin ke cache dan digunakan di sana
- Cache yang lebih kecil dari penyimpanan cache
- Cache manajemen masalah desain penting
- Cache ukuran dan penggantian kebijakan
Komputer-Arsitektur Sistem
- Kebanyakan sistem menggunakan satu prosesor untuk tujuan umum (PDA melalui mainframe)
· Kebanyakan sistem memiliki tujuan khusus prosesor juga
- Sistem Multiprocessors tumbuh dalam penggunaan dan pentingnya
· Juga dikenal sebagai sistem paralel, erat-sistem digabungkan
· Keuntungan termasuk
1. Peningkatan throughput
2. Perekonomian skala
3. Peningkatan kehandalan - anggun degradasi atau toleransi kesalahan
· Dua jenis
1. Asymmetric Multiprocessing
2. Symmetric Multiprocessing
Bagaimana Komputer Bekerja Modern
Symmetric Multiprocessing Arsitektur
Sebuah Dual-Core Design
Berkerumun Systems
- Seperti sistem multiprosesor, tetapi banyak sistem bekerja bersama
· Biasanya melalui penyimpanan berbagi storage-area network (SAN)
· Menyediakan layanan ketersediaan tinggi yang bertahan kegagalan
Ø Asymmetric clustering memiliki satu mesin di tempat yang panas-modus siaga
Ø Symmetric clustering memiliki beberapa node menjalankan aplikasi, pemantauan satu sama lain
- Beberapa cluster untuk komputasi kinerja tinggi (HPC)
· Aplikasi tersebut harus ditulis untuk menggunakan parallelization
Struktur Sistem Operasi
- Multiprogramming diperlukan untuk efisiensi
· Single user tidak dapat menjaga CPU dan I / O devices sibuk sepanjang waktu
· Multiprogramming mengatur pekerjaan (kode dan data) sehingga selalu memiliki satu CPU untuk mengeksekusi
· Sebuah subset dari total pekerjaan dalam sistem disimpan di dalam memori
· Satu pekerjaan yang dipilih dan menjalankan pekerjaan melalui penjadwalan
· Ketika ia harus menunggu (untuk I / O misalnya), OS beralih ke pekerjaan lain
- Timesharing (multitasking) adalah perpanjangan logis di mana switch CPU pekerjaan begitu sering sehingga pengguna dapat berinteraksi dengan setiap pekerjaan ketika sedang berjalan, menciptakan komputasi interaktif
· Respon waktu harus <1 detik
· Setiap user memiliki sedikitnya satu program dalam memori melaksanakan proses
· Jika beberapa pekerjaan siap untuk dijalankan pada waktu yang sama CPU penjadwalan
· Jika proses don 't muat di memori, bertukar bergerak mereka masuk dan keluar untuk menjalankan
· Memori virtual memungkinkan proses eksekusi tidak sepenuhnya dalam memori
Memory Layout untuk Sistem Multiprogrammed
Sistem Operasi-Operasi
- Interrupt didorong oleh hardware
- Software kesalahan atau menciptakan permintaan pengecualian atau perangkap
· Pembagian dengan nol, permintaan untuk layanan sistem operasi
- Masalah proses lain meliputi loop tak terhingga, proses memodifikasi satu sama lain atau sistem operasi
- Operasi dual-mode memungkinkan OS untuk melindungi diri dan komponen sistem lainnya
· User mode dan kernel mode
· Mode bit yang disediakan oleh perangkat keras
Ø Menyediakan kemampuan untuk membedakan sistem ketika pengguna menjalankan kode atau kode kernel
Ø Beberapa petunjuk ditunjuk sebagai istimewa, hanya dieksekusi dalam mode kernel
Ø Modus perubahan system call kernel, kembali dari panggilan ulang kepada pengguna
Transisi dari User ke Kernel Mode
- Timer untuk mencegah infinite loop / proses sumber daya memonopoli
· Set mengganggu setelah periode tertentu
· Sistem operasi decrements counter
· Ketika counter nol menghasilkan interrupt
· Set up sebelum proses penjadwalan untuk mengendalikan atau menghentikan program yang melebihi waktu yang diberikan
Proses Manajemen
- Sebuah proses adalah sebuah program dalam pelaksanaan. Ini adalah unit kerja di dalam sistem. Program merupakan suatu entitas pasif, proses adalah entitas aktif.
- Membutuhkan proses sumber daya untuk menyelesaikan tugasnya
· CPU, memori, I / O, file
· Data initialization
- Memerlukan penghentian proses merebut kembali dari setiap sumber daya yang dapat digunakan kembali
- Single-threaded proses memiliki satu program counter, menentukan lokasi untuk mengeksekusi instruksi berikutnya
· Proses mengeksekusi instruksi secara berurutan, satu per satu waktu, sampai selesai
- Proses multi-threaded memiliki satu program counter per thread
- Sistem biasanya memiliki banyak proses, beberapa pengguna, beberapa sistem operasi berjalan bersamaan pada satu atau lebih CPU
· Concurrency oleh multiplexing CPU di antara proses / benang
Manajemen Proses Kegiatan
Sistem operasi bertanggung jawab untuk aktivitas berikut yang berhubungan dengan manajemen proses:
- Membuat dan menghapus pengguna kedua sistem dan proses
- Menunda dan melanjutkan proses
- Menyediakan mekanisme untuk proses sinkronisasi
- Menyediakan mekanisme untuk proses komunikasi
- Menyediakan mekanisme untuk penanganan deadlock
Memory Management
- Semua data dalam memori sebelum dan setelah pengolahan
- Semua instruksi dalam memori untuk mengeksekusi
- Memori manajemen menentukan apa yang ada di memori ketika
· na komputer
- Kegiatan pengelolaan memori
· Mencatat bagian mana dari memori yang sedang digunakan dan oleh siapa
· Menentukan proses-proses (atau bagiannya) dan data bergerak masuk dan keluar dari memori
· Mengalokasikan dan deallocating ruang memori yang diperlukan
Storage Management
- OS menyediakan seragam, pandangan logis penyimpanan informasi
· Sifat fisik abstrak unit penyimpanan logis - file
· Setiap media dikendalikan oleh perangkat (misalnya, disk drive, tape drive)
Ø Berbagai properti termasuk kecepatan akses, kapasitas, data transfer rate, metode akses (berurutan atau acak)
· File biasanya disusun dalam direktori
· Kontrol akses pada kebanyakan sistem untuk menentukan siapa yang dapat mengakses apa
· OS meliputi
Ø Membuat dan menghapus file dan direktori
Ø Primitif untuk memanipulasi file dan dirs
Ø Pemetaan file ke secondary storage
Ø Backup file ke stabil (non-volatile) media penyimpan
Mass-Storage Management
- Biasanya disk digunakan untuk menyimpan data yang tidak cocok di memori utama atau data yang harus disimpan untuk sebuah "lama" periode waktu
- Pengelolaan yang tepat adalah sangat penting
- Seluruh kecepatan operasi komputer bergantung pada subsistem disk dan algoritma
- OS kegiatan
· Free-space manajemen
· Alokasi penyimpanan
· Penjadwalan disk
- Beberapa penyimpanan tidak perlu cepat
· Penyimpanan tersier mencakup penyimpanan optik, pita magnetik
· Masih harus dikelola
· Bervariasi antara WORM (write-sekali, baca-banyak-kali) dan RW (baca-tulis)
Performance of Various Levels of Storage
Migrasi Integer A dari Disk ke Register
- Multitasking lingkungan harus berhati-hati untuk menggunakan nilai terakhir, di mana pun disimpan dalam hirarki penyimpanan
- Lingkungan multiprosesor harus menyediakan hardware cache koherensi dalam semua CPU sedemikian rupa sehingga memiliki nilai terbaru dalam cache
- Situasi lingkungan didistribusikan bahkan lebih kompleks
· Beberapa salinan dari sebuah datum dapat eksis
· Berbagai solusi yang dibahas di Bab 17
I / O Subsystem
- Salah satu tujuan dari OS adalah menyembunyikan kekhususan hardware dari pengguna
- I / O subsistem bertanggung jawab untuk
· Pengelolaan memori I / O termasuk penyangga (menyimpan data sementara ketika sedang ditransfer), caching (menyimpan bagian data dalam penyimpanan lebih cepat kinerja), spooling (tumpang tindih output dari satu pekerjaan dengan input dari pekerjaan lain)
· Perangkat-driver umum antarmuka
· Driver untuk perangkat keras tertentu
Perlindungan dan Keamanan
- Perlindungan - ada mekanisme untuk mengontrol proses akses ke sumber daya atau pengguna didefinisikan oleh OS
- Keamanan - sistem pertahanan melawan serangan internal dan eksternal
· Kisaran besar, termasuk penyangkalan-of-service, cacing, virus, pencurian identitas, pencurian layanan
- Sistem pertama umumnya membedakan antara pengguna, untuk menentukan siapa yang dapat melakukan apa
· Identitas pengguna (ID pengguna, ID keamanan) meliputi nama dan nomor yang terkait, satu per pengguna
· User ID kemudian dikaitkan dengan semua file, proses yang digunakan oleh pengguna untuk menentukan kontrol akses
· Grup identifier (grup ID) memungkinkan set pengguna untuk dapat didefinisikan dan kontrol dikelola, kemudian juga terkait dengan setiap proses, file
· Privilege eskalasi memungkinkan pengguna untuk mengubah ID dengan lebih efektif hak-hak
Lingkungan Komputasi
· Kabur dari waktu ke waktu
· Lingkungan kantor
Ø PC terhubung ke jaringan, terminal yang melekat pada mainframe atau minicomputer menyediakan batch dan time sharing
Ø Sekarang portal memungkinkan jaringan dan sistem remote akses ke sumber daya yang sama
Ø Digunakan untuk sistem tunggal, kemudian modem
Ø Sekarang firewall, jaringan
Komputasi Lingkungan (Cont)
· Dumb terminal digantikan oleh PC pintar
· Sekarang banyak sistem server, menanggapi permintaan yang dihasilkan oleh klien
Ø Menghitung-server menyediakan sebuah antarmuka untuk klien untuk meminta layanan (misalnya database)
Ø File-server menyediakan antarmuka untuk klien untuk menyimpan dan mengambil file-file
Peer-to-Peer Computing
- Model lain dari sistem terdistribusi
- P2P tidak membedakan klien dan server
· Sebaliknya semua node dianggap teman
· Masing-masing dapat bertindak sebagai klien, server atau keduanya
· Node harus bergabung dengan jaringan P2P
Ø Register pelayanannya dengan pusat layanan di jaringan pencarian, atau
Ø Permintaan untuk layanan broadcast dan merespon permintaan layanan melalui protokol penemuan
- Contohnya termasuk Napster dan Gnutella
Web-Based Computing
- Web telah menjadi mana-mana
- PC perangkat paling lazim
- Lebih perangkat menjadi jaringan untuk memungkinkan akses web
- Perangkat kategori baru untuk mengatur lalu lintas Web diantara server serupa: load balancers
- Penggunaan sistem operasi seperti Windows 95, client-side, telah berevolusi menjadi Linux dan Windows XP, yang dapat klien dan server
Open-Source Operating System
- Sistem operasi yang dibuat tersedia dalam format kode sumber bukan hanya biner sumber tertutup
- Bertentangan dengan perlindungan salinan dan Digital Rights Management (DRM) gerakan
- Dimulai oleh Free Software Foundation (FSF), yang memiliki "copyleft" GNU Public License (GPL)
- Contohnya termasuk GNU / Linux, BSD UNIX (termasuk inti dari Mac OS X), dan Sun Solaris
Akhir dari Bab 1