Sistem operasian [English]

 

Kemungkinan-kemungkinan rujukan:

• A.M. Lister, Fundamentals of Operating Systems (Macmillan)
• M.G. Lane & J.D. Mooney, A Practical Approach to Operating Systems (PWS-Kent)
• G.J. Nutt, Operating Systems. A Modern Perspective (Addison-Wesley)
• J. Glenn Brookshear, Computer Science. An Overview (Addison-Wesley) [Bab 3]
• Zaini Md. Jana, Prinsip-Prinsip Sistem Pengoperasian (Dewan Bahasa & Pustaka)

 

Objektif topik: Secara kasar, pelajar harus memahami fungsi, struktur dan ciri-ciri yang diinginkan bagi sistem operasian.

 

Sistem operasian - perisian sistem yang meniskalakan antaramuka kepada pelbagai sumber yang disediakan oleh perkakasan dan perisian sistem tahap rendah; dan yang mengurus sumber-sumber ini. ♦      sumber-sumber terpencil dapat dikongsi secara berkesan ♦      pengaturcara boleh gunakan sumber sistem dengan mudah [pengguna                         disediakan dengan suatu mesin maya]

 

Contoh sistem operasian: UNIX, CP/M, DOS, Linux, MacOS, Windows NT, MVS, Solaris

 

Di antara tugas sistem operasian:

 

• antaramuka pengguna

berkomunikasi dengan pengguna (menerusi antaramuka perintah, yang menerima perintah daripada pengguna: menentukan kemesraan pengguna sistem) dan dengan aturcara mereka (menerusi antaramuka aturcara, yang menyediakan perkhidmatan apabila diminta)

• pengurusan proses dan penjadualan

menjadualkan perlakuan proses-proses serempak (multitugasan) untuk menggunakan pemproses pusat secara selang-seli (kongsian masa), dan mengurus komunikasi di antara proses.

• pengurusan kerjaan dan sesi

mengendalikan misalnya permulaan kerjaan dan sesi, sangkutan kerjaan dan sesi kepada pengguna tertentu bagi tujuan kuasaguna dan pengakaunan, dsb

kerjaan: suatu unit tugasan yang diserahkan oleh pengguna (dalam sistem kelompok misalnya) yang mungkin mengandungi suatu siri aturcara-aturcara yang dijalankan oleh suatu set proses yang mungkin berjalan secara berjujukan

sesi: suatu set tugasan yang dispesifikasikan menerusi arahan-arahan yang ditaip pengguna pada suatu terminal

• pengurusan peranti

mengawal peranti seperti pencetak, terminal, cakeras, modem, peranti dalaman (jam, dsb), dll: permulaan, permintaan dan penungguan pemindahan data, penanganan ralat, dsb.

pelbagai jenis peranti → pemacu peranti (perisian) yang boleh ditambah kepada sistem operasian sedia ada

biasanya gunakan petaan ingatan dan/atau sampukan

• pengurusan permasaan

mengurus berkenaan masa, misalnya menentukan sesuatu proses dijalankan pada masa tertentu, dalam sistem masa sebenar, atau jika diarahkan demikian, dsb

• pengurusan ingatan

mengawal penggunaan ingatan utama, terutama dalam kes multiproses dan multipengguna – peruntukan, penempatan semula, perlindungan, dsb

juga membabitkan silih sementara data dari/ke cakeras (data/aturcara yang tak diperlukan seketika itu disalinkan ke cakeras untuk membebaskan bahagian ingatan berkenaan bagi tujuan lain) → penghalamanan; sistem ingatan maya

• pengurusan fail

mengimplementasi sistem fail: pembacaan, penulisan, organisasi, kawalan capaian; samada secara tempatan atau juga teragih

fail – sumber niskala yang klasik bagi storan jangka panjang

• penanganan ralat

menangani ralat yang boleh berlaku termasuk ralat perkakasan (misalnya dalam peranti, ingatan, saluran) dan ralat perisian (dalam aturcara sistem atau gunaan, misalnya limpahan aritmetik, suruhan tak sah, rujukan kepada ingatan tak sah). Ralat dikesan, dan pembaikpulihan dibuat dgn cara yg tidak menjejaskan perjalanan sistem atau proses berkaitan.

• keboleharapan

bertanggungjawab sistem tetap berjalan dgn betul

• keselamatan

melindungi data dan aturcara daripada capaian tak patut, termasuk melindungi sesuatu proses daripada proses lain, sesuatu proses daripada sistem operasian, sistem operasian daripada proses dan sistem operasian daripada dirinya (asingkan ingatan, lindungi penggunaan suruhan berhak istimewa dari proses tanpa kuasa, dll).

• pemantauan

memantau telatah dan prestasi sistem, dan telatah tak patut dari pengguna dan proses

• pengakaunan

menjejaki penggunaan sumber (masa pemproses pusat, ingatan, dll) oleh pengguna (misalnya dalam mengimplementasikan kuota penggunaan, atau untuk mengenakan bayaran) 

• pengurusan sistem

pemasangan sistem operasian, pengubahsuaian cirinya untuk persekitaran tertentu, memulakan operasi biasa (but) setelah penutupan atau ralat serius, memelihara maklumat pengguna dan rekod sensitif yg lain, memberi sambutan sesuai kepada apa-apa situasi pelik yg mungkin berlaku

memelihara prestasi yang sebaik mungkin

 

 

Pelbagai jenis sistem operasian:

 

Pemantau  – primitif; memantau perjalanan pemproses dgn masukan data dan paparan alatdaftar

 

Penyelia – kawal masukan/keluaran juga mis. SOS utk IBM 709 (akhir 1950an)

 

Sistem kelompok (batch) – kerjaan dilarikan satu persatu (1960an)

 

Sistem multilaluan / pemantau mesin maya – sebilangan kerjaan dilarikan serentak (secara kongsian masa) mis. OS/360 utk IBM siri 360 dan 370

 

Pelaku masa sebenar / pengawal proses – sistem di mana permasaan peristiwa sebenar adalah genting mis. RT-Linux

 

Sistem pengguna tunggal  mis. DOS, Windows 3.x

 

Sistem multipengguna, multitugasan mis. UNIX, Linux, VMS

 

Sistem teragih – mengawal beberapa sistem yg bersambung dlm rangkaian mis. NOS, LOCUS

 

Struktur sistem operasian:

 

Inti – lapisan paling dasar sistem operasian, yang berhubung dengan perkakasan

            menyediakan persekitaran di mana proses-proses boleh wujud:

-         penanganan sampukan

-         menukar penggunaan pemproses dari proses ke proses

-         mengimplementasikan mekanisme untuk komunikasi dan kordinasi antara proses (semafor, ingatan kongsian, hantaran mesej, pengarahan semula masukan/keluaran, paip,…), termasuk mengelakkan kebuntuan dan pemulihan [Model pelanggan-pelayan boleh digunakan untuk komunikasi antara proses]

 

Proses – unit-unit bebas tugasan yang dijalankan, misalnya satu kerjaan kelompok, cangkerang satu sesi log masuk, satu larian aturcara

            perjalanan proses-proses dikawal oleh inti dan diselang-selikan – bahagian inti ini dikenali sbg penyerah atau penjadual aras rendah

            bila sesuatu proses        tamat, atau

habis masa yg dijadualkan, atau

tidak dapat diteruskan kerana

            berlaku sampukan atau

            proses menunggu sesuatu atau

            perangkap ralat menggantung perjalanan proses sementara ralat ditangani

penyerah menjalankan proses seterusnya yg ada dlm baris gilir proses menurut keutamaan

            gambarajah keadaan:

 

            bila proses ditukar, gantian konteks dibuat dalam ingatan (parameter bagi proses lama dipindah keluar, parameter bagi proses baru dipindah masuk)

 

struktur proses dan barisgilir proses boleh diwakilkan sebagai struktur berpautan:

 

Bebenang – aliran kawalan di antara proses; proses boleh menelurkan proses anak dst

            mengongsi sumber-sumber proses

 

Pemacu peranti – menentukan bagaimana berkomunikasi dgn peranti

            dua aspek:        ♦ (API) – antaramuka aturcara penggunaan

                                    ♦ antaramuka inti/pemacu

Pemacu peranti UNIX: 3 bahagian – • peawalan sistem, • peawalan operasi peranti, • penangan sampukan peranti;

                        operasi terhadap peranti sama seperti operasi fail – buka, tutup, baca, dsb

DMA (capaian terus ingatan):

 

-----

 

 

Ruang sistem – ingatan (aturcara, data) sistem operasian yg terlindung.

Ruang pengguna – ingatan pengguna

Pengguna boleh meminta khidmat dari sistem operasian menerusi panggilan sistem (suruhan perangkap sistem operasian → tukar ke mod sistem/penyelia → cabang tak terus ke titik masuk fungsi yg diinginkan) atau hantaran mesej (bina mesej yg memerihalkan yg dinginkan → hantar ke suatu proses sistem operasian → tukar ke mod sistem/penyelia → hantar mesej ke proses yg jalankan fungsi berkenaan  → hantar hasil menerusi mesej balik ke proses pengguna)

 

 

 

pengurusan ingatan: pengsegmenan (jimat ruang) lwn penghalamanan (mudah diurus)

 

Kongsian sumber: multipleks ruangan, multipleks masaan

 

 

Struktur fail:

 

Fail dikandungkan ke dalam struktur direktori dan subdirektori (yg juga sejenis fail) berbentuk pepohon.

Direktori paling teratas – direktori fail induk atau direktori akar (‘/’ atau ‘\’).

 

 

 

Struktur pepohon boleh diwakilkan dalam struktur berpautan:

 

 

fail – panjang bolehubah – distor sebagai blok-blok

beberapa kaedah:

• blok-blok terpaut –

 

• peta fail –

 

 

• blok indeks (yang mengandungi penuding pautan) –

 

 

 

Sistem pengguna

 

Multipengguna – beberapa pengguna boleh log masuk pada ketika yang sama, setiapnya dgn persekitaran masing-masing

Superpengguna/akar - pengguna yg mempunyai kuasa menjalankan suruhan-suruhan berhak istimewa

 

 

Ciri sistem operasian

 

keserentakan

 

kongsian

 

ingatan jangka panjang

 

ketaktertentuan (boleh beri sambutan kpd peristiwa-peristiwa yg berlaku dlm jujukan tak tertentukan)

 

 

Ciri sistem operasian yang baik:

 

Kecekapan –    masa min di antara kerjaan-kerjaan harus rendah

                        masa nganggur pemproses pusat harus rendah

                        masa sambutan harus rendah

                        penggunaan sumber harus optimum

                        kadar kerja (kerjaan per jam) harus tinggi

                        dll

 

Keboleharapan –          bebas ralat

                                    boleh menangani semua kemungkinan

 

Kebolehpeliharaan –     peningkatan dan pembetulan ralat mudah

                                    ⇒  sistem bermodul; antaramuka antara modul terdefinisi jelas; dokumentasi baik

 

Saiz kecil –       jimat storan, kurang kemungkinan ralat, lebih laju, boleh digunakan dalam sistem terpendam

 

 

 

Konsep Sistem Terbuka (Open Systems)

 

Sistem terbuka – suatu sistem yang mengimplementasikan spesifikasi keterbukaan yang secukupnya untuk antaramuka, perkhidmatan, dan format sokongan yang membolehkan perisian penggunaan yang dibina bersesuaian dialih ke atas pelbagai jenis sistem dengan perubahan minimal, bersaling operasi dengan penggunaan lain di atas sistem tempatan dan jauh, dan bersaling tindak dengan pengguna dalam gaya yang memudahkan keteralihan pengguna.

 

Spesifikasi keterbukaan – suatu spesifikasi awam yang dipelihara oleh suatu proses persetujuan awam yang terbuka, untuk merangkumkan teknologi baru semasa dan yang konsisten dengan piawaian-piawaian.

 

Ciri dan kelebihan sistem terbuka:

◊       perisian penggunaan, data, dan sumber manusia mudahalih di antara sistem perkakasan berlainan

◊       penggunaan dan sistem boleh bersaling operasi

◊       kebebasan daripada perkakasan atau persekitaran perisian tertentu atau pergantungan kepada pembekal tertentu

◊       kebolehlenturan untuk mengubah dan membesarkan persekitaran komputeran terhadap keperluan yang berubah dan untuk memilih landasan penggunaan terbaik bagi setiap masalah

◊       kebolehan menggabungkan penggunaan, maklumat, dan sistem dari sumber-sumber berlainan untuk memberikan persekitaran yang padu dan berhasil

◊       kerundingan yang lebih terhadap pembekal sistem dan penggunaan akibat manfaat daripada perihalan jelas keperluan sistem

 

Contoh sistem operasian terbuka: UNIX System V

 

Contoh spesifikasi keterbukaan: POSIX (Portable Operating System Interface – Antaramuka Sistem Operasian Mudahalih)