Komponen Sistem Operasi

Pada umumnya sebuah sistem operasi modern akan terdiri dari komponen sebagai berikut:

•         Manajemen Proses.

•         Manajemen Main Memory.

•         Manajemen File.

•         Manajemen Sistem I/O.

•         Manajemen Penyimpanan Sekunder.

•         Proteksi dan Keamanan.

Dalam kegiatannya sehari-hari, sistem operasi memiliki sebuah mekanisme proteksi untuk memastikan dirinya, semua program yang berjalan, dan data-data penggunanya berjalan dengan baik. Untuk melakukan hal tersebut, sistem operasi memiliki dua jenis mode operasi yang saling terpisah. Dua operasi tersebut, yaitu :

·         user mode, eksekusi program dikendalikan oleh pengguna,

·         kernel mode, eksekusi program dikendalikan oleh sistem operasi, dinamakan dual-mode operation.

Dual-mode operation diimplementasikan pada arsitektur perangkat keras. Sebuah bit yang disebut mode bit ditambahkan ke perangkat keras untuk menunjukkan mode operasi saat itu: 0 untuk kernel mode dan 1 untuk user mode. Dengan adanya dual-mode operation, eksekusi sebuah program atau sebuah proses bisa dibedakan sumbernya, apakah dieksekusi oleh sistem operasi atau dieksekusi oleh pengguna. Hal ini akan sangat berguna dalam berjalannya sistem operasi.

Selain itu, sistem operasi memiliki sebuah mekanisme untuk melindungi prosesor dari berbagai macam program yang berjalan. Bayangkan jika ada sebuah proses mengalami infinite loop. Tentu saja prosesor akan terus menerus melayani program itu dan menghambat proses lainnya yang akan dieksekusi prosesor, dan hal ini bisa dipastikanakan mengurangi kinerja dari komputer.

Perlindungan prosesor tersebut dilakukan dengan timer. Timer diset untuk melakukan interupsi prosesor setelah beberapa periode waktu. Dengan adanya timer, sebuah program bisa dicegah dari berjalan terlalu lama. Misalkan sebuah program memiliki time limit 7 menit. Setelah 7 menit tersebut terlewati, sistem operasi akan menginterupsi prosesor dan menghentikan eksekusi program tersebut.

Manajemen Proses

Proses adalah sebuah program yang sedang dieksekusi. Sedangkan program adalah kumpulan instruksi yang ditulis ke dalam bahasa yang dimengerti sistem operasi. Sebuah proses membutuhkan sejumlah sumber daya untuk menyelesaikan tugasnya. Sumber daya tersebut dapat berupa CPU time, alamat memori, berkas-berkas, dan perangkat-perangkat I/O. Sistem operasi mengalokasikan sumber daya-sumber daya tersebut saat proses itu diciptakan atau sedang diproses/dijalankan. Ketika proses tersebut berhenti dijalankan, sistem operasi akan mengambil kembali semua sumber daya agar bisa digunakankembali oleh proses lainnya.

Sistem operasi bertanggung jawab atas aktivitas-aktivitas yang berkaitan dengan manajemen proses seperti:

•         Membuat dan menghapus proses pengguna dan sistem proses. Sistem operasi bertugas mengalokasikan sumber daya yang dibutuhkan oleh sebuah proses dan kemudian mengambil sumber daya itu kembali setelah proses tersebut selesai agar dapat digunakan untuk proses lainnya.

•         Menunda atau melanjutkan proses. Sistem operasi akan mengatur proses apa yang harus dijalankan terlebih dahulu berdasarkan berdasarkan prioritas dari proses-proses yang ada. Apa bila terjadi 2 atau lebih proses yang mengantri untuk dijalankan, sistem operasi akan mendahulukan proses yang memiliki prioritas paling besar.

•         Menyediakan mekanisme untuk proses sinkronisasi. Sistem operasi akan mengatur jalannya beberapa proses yang dieksekusi bersamaan. Tujuannya adalah menghindarkan terjadinya inkonsistensi data karena pengaksesan data yang sama, juga untuk mengatur urutan jalannya proses agar setiap proses berjalan dengan lancer.

•         Menyediakan mekanisme untuk proses komunikasi. Sistem operasi menyediakan mekanisme agar beberapa proses dapat saling berinteraksi dan berkomunikasi (contohnya berbagi sumber daya antar proses) satu sama lain tanpa menyebabkan terganggunya proses lainnya.

•         Menyediakan mekanisme untuk penanganan deadlock. Deadlock adalah suatu keadaan dimana sistem seperti terhenti karena setiap proses memiliki sumber daya yang tidak bias dibagi dan menunggu untuk mendapatkan sumber daya yang sedang dimiliki oleh proses lain.

Sistem operasi harus bisa mencegah, menghindari, dan mendeteksi adanya deadlock. Jika deadlock terjadi, sistem operasi juga harus dapat memulihkan kondisi sistemnya.

Manajemen Main Memori

Sistem operasi memiliki tugas untuk mengatur bagian memori yang sedang digunakan dan mengalokasikan jumlah dan alamat memori yang diperlukan, baik untuk program yang akan berjalan maupun untuk sistem operasi itu sendiri.

Tujuan dari manajemen main memory adalah agar utilitas CPU meningkat dan untuk meningkatkan efisiensi pemakaian memori.

Main memory atau lebih dikenal sebagai memori adalah sebuah array yang besar dari word atau byte yang ukurannya mencapai ratusan, ribuan, atau bahkan jutaan. Setiap word atau byte mempunyai alamat tersendiri. Main memory berfungsi sebagai tempat penyimpanan instruksi/data yang akses datanya digunakan oleh CPU dan perangkat I/O. Main memory termasuk tempat penyimpanan data yang yang bersifat volatile (tidak permanen), yaitu data akan hilang kalau komputer dimatikan.

Sistem komputer modern memiliki sistem hirarki memori, artinya memori yang ada di komputer disusun dengan tingkatan kecepatan dan kapasitas yang berbeda. Memori yang memiliki kecepatan sama dengan kecepatan prosesor memiliki kapasitas yang kecil, berkisar hanya dari ratusan KB hingga 4 MB dengan harga yang sangat mahal. Sedangkan main memory yang kecepatannya jauh di bawah kecepatan prosesor memiliki kapasitas yang lebih besar, berkisar dari 128 MB hingga 4 GB dengan harga yang jauh lebih murah. Sistem hirarki memori ini memiliki tujuan agar kinerja komputer yang maksimal bisa didapat dengan harga yang terjangkau.

Manajemen File

File atau berkas adalah representasi program dan data yang berupa kumpulan informasi yang saling berhubungan dan disimpan di perangkat penyimpanan. Sistem berkas ini sangatlah penting, karena informasi atau data yang disimpan dalam berkas adalah sesuatu yang sangat berharga bagi pengguna.

Sistem operasi harus dapat melakukan operasi-operasi pada berkas, seperti membuka, membaca, menulis, dan menyimpan berkas tersebut pada sarana penyimpanan sekunder. Oleh karena itu, sistem operasi harus dapat melakukan operasi berkas dengan baik.

Sistem operasi melakukan manajemen sistem berkas dalam beberapa hal:

•         Pembuatan berkas atau direktori. Berkas yang dibuat nantinya akan diletakkan pada direktori-direktori yang diinginkan pada sistem berkas. Sistem operasi akan menunjukkan tempat dimana lokasi berkas atau direktori tersebut akan diletakkan. Setelah itu, sistem operasi akan membuat entri yang berisi nama berkas dan lokasinya pada sistem berkas.

•         Penghapusan berkas atau direktori. Sistem operasi akan mencari letak berkas atau direktori yang hendak dihapus dari sistem berkas, lalu menghapus seluruh entri berkas tersebut, agar tempat dari berkas tersebut dapat digunakan oleh berkas lainnya.

•         Pembacaan dan menulis berkas. Proses pembacaan dan penulisan berkas melibatkan pointer yang menunjukkan posisi dimana sebuah informasi akan dituliskan di dalam sebuah berkas.

•         Meletakkan berkas pada sistem penyimpanan sekunder. Sistem operasi mengatur lokasi fisik tempat penyimpanan berkas pada sarana penyimpanan sekunder.

Manajemen I/O

Pekerjaan utama yang paling sering dilakukan oleh sistem komputer selain melakukan komputasi adalah menerima Masukan/Keluaran (I/O). Dalam kondisi riil, waktu yang digunakan untuk komputasi lebih sedikit dibandingkan waktu untuk I/O. Ditambah lagi dengan banyaknya variasi perangkat I/O sehingga membuat manajemen I/O menjadi komponen yang penting bagi sebuah sistem operasi. Sistem operasi juga sering disebut device manager, karena sistem operasi mengatur berbagai macam perangkat (device).

Fungsi-fungsi sistem operasi untuk sistem I/O:

•         Penyanggaan (buffering). Menampung data sementara dari/ke perangkat I/O

•         Penjadwalan (scheduling). Melakukan penjadwalan pemakaian I/O sistem supaya lebih efisien.

•         Spooling. Meletakkan suatu pekerjaan program pada penyangga, agar setiap perangkat dapat mengaksesnya saat perangkat tersebut siap.

•         Menyediakan driver perangkat yang umum. Driver digunakan agar sistem operasi dapat memberi perintah untuk melakukan operasi pada perangkat keras I/O yang umum, seperti optical drive, media penyimpanan sekunder, dan layar monitor.

•         Menyediakan driver perangkat yang khusus. Driver digunakan agar sistem operasi dapat memberi perintah untuk melakukan operasi pada perangkat keras I/O tertentu, seperti kartu suara, kartu grafis, dan motherboard.

Manajemen Penyimpanan Sekunder

Penyimpanan sekunder (secondary storage) adalah sarana penyimpanan yang berada satu tingkat di bawah memori utama sebuah komputer dalam hirarki memori. Tidak seperti memori utama komputer, penyimpanan sekunder tidak memiliki hubungan langsung dengan prosesor melalui bus, sehingga harus melewati I/O.

Sarana penyimpanan sekunder memiliki ciri-ciri umum sebagai berikut:

1.        Non volatile (tahan lama). Walaupun komputer dimatikan, data-data yang disimpan di sarana penyimpanan sekunder tidak hilang. Data disimpan dalam piringan-piringan magnetik.

2.        Tidak berhubungan langsung dengan bus CPU. Dalam struktur organisasi komputer modern, sarana penyimpanan sekunder terhubung dengan northbridge. Northbridge yang menghubungkan sarana penyimpanan sekunder pada I/O dengan bus CPU.

3.        Lambat. Data yang berada di sarana penyimpanan sekunder memiliki waktu yang lebih lama untuk diakses (read/write) dibandingkan dengan mengakses di memori utama. Selain disebabkan oleh bandwidth bus yang lebih rendah, hal ini juga dikarenakan adanya mekanisme perputaran head dan piringan magnetik yang memakan waktu.

4.        Harganya murah. Perbandingan harga yang dibayar oleh pengguna per byte data jauh lebih murah dibandingkan dengan harga memori utama.

Sarana penyimpanan sekunder memiliki fungsi-fungsi sebagai berikut:

1.       Menyimpan berkas secara permanen. Data atau berkas diletakkan secara fisik pada piringan magnet dari disk, yang tidak hilang walaupun komputer dimatikan (non volatile)

2.       Menyimpan program yang belum dieksekusi prosesor. Jika sebuah program ingin dieksekusi oleh prosesor, program tersebut dibaca dari disk, lalu diletakkan di memori utama komputer untuk selanjutnya dieksekusi oleh prosesor menjadi proses.

3.       Memori virtual. Adalah mekanisme sistem operasi untuk menjadikan beberapa ruang kosong dari disk menjadi alamat-alamat memori virtual, sehingga prosesor bisa menggunakan memori virtual ini seolah-olah sebagai memori utama. Akan tetapi, karena letaknya di penyimpanan sekunder, akses prosesor ke memori virtual menjadi jauh lebih lambat dan menghambat kinerja komputer.

Sistem operasi memiliki peran penting dalam manajemen penyimpanan sekunder. Tujuan penting dari manajemen ini adalah untuk keamanan, efisiensi, dan optimalisasi penggunaan sarana penyimpanan sekunder.

Proteksi dan Keamanan

Proteksi  adalah  mekanisme  sistem  operasi  untuk  mengontrol  akses  terhadap  beberapa  objek  yang diproteksi  dalam  sistem  operasi.  Objek-objek  tersebut  bisa  berupa  perangkat  keras  (seperti  CPU, memori, disk, printer, dll) atau perangkat lunak (seperti program, proses, berkas, basis data, dll). Di beberapa sistem, proteksi dilakukan oleh sebuah program yang bernama reference monitor. Setiap kali ada pengaksesan sumber daya PC yang diproteksi, sistem pertama kali akan menanyakan reference monitor tentang keabsahan akses tersebut. Reference monitor kemudian akan menentukan keputusan apakah akses tersebut diperbolehkan atau ditolak.

Secara sederhana, mekanisme proteksi dapat digambarkan dengan konsep domain. Domain adalah himpunan yang berisi pasangan objek dan hak akses. Masing-masing pasangan domain berisi sebuah objek dan beberapa akses operasi (seperti read, write, execute) yang dapat dilakukan terhadap objek tersebut. Dalam setiap waktu, setiap proses berjalan dalam beberapa domain proteksi. Hal itu berarti terdapat beberapa objek yang dapat diakses oleh proses tersebut, dan operasi-operasi apa yang boleh dilakukan oleh proses terhadap objek tersebut. Proses juga bisa berpindah dari domain ke domain lain dalam eksekusi.

Pengguna  sistem  komputer  sudah  tentu  memiliki  data-data  dan  informasi  yang  berharga  baginya. Melindungi  data-data  ini  dari  pihak-pihak  yang  tidak  berhak  merupakan  hal  penting  bagi  sistem operasi. Inilah yang disebut keamanan (security).

Sebuah sistem operasi memiliki beberapa  aspek  tentang  keamanan.  Aspek-aspek  ini  berhubungan terutama dengan hilangnya data-data. Sistem komputer dan data-data di dalamnya terancam dari:

·         aspek ancaman (threats), secara  umum  sistem  komputer  menghadapi  ancaman  terbukanya  data-data rahasia, pengubahan data-data oleh orang yang tidak berhak, juga pelumpuhan sistem dengan adanya serangan Denial of Service (DoS).

·         aspek penyusup (intruders), saat ini banyak orang mencoba masuk ke dalam sistem operasi dengan berbagai macam  tujuan.  Ada  yang  hanya  sekedar  mencoba  menjebol  sistem  operasi  (hacking),  ada  yang mencoba mengambil keuntungan dari tindakan penjebolah itu (cracking). Tidak hanya disusupi oleh manusia, sistem operasi juga menghadapi ancaman keamanan dari program-program penyusup, yang disebut malicious program atau malware. Malware adalah program yang menyusup  ke  dalam  sistem  operasi  dan  memiliki  tujuan-tujuan  tertentu  seperti  mengambil  data-data pribadi, mengambil alih komputer, dan seringkali bertujuan merusak. Yang termasuk kategori malware adalah virus, keylogger, worm, trojan, dan sypware.

·         aspek musibah, Sistem  operasi  terancam  akibat  adanya  bencana  alam  (banjir, lumpur  panas,  gempa bumi, dan lain-lain), kerusakan perangkat keras atau lunak, bahkan kelalaian dari penggunanya.

Perkembangan dunia internet saat ini membawa konsekuensi meningkatnya resiko keamanan terhadap sistem operasi. Oleh karena itu, sistem operasi harus memiliki ketahanan keamanan. Bagi kebanyakan pengembang sistem operasi saat ini, keamanan adalah salah satu permasalahan utama.