Vector number Description
10 Invalid task state segment
11 Segment not present
12 Stack fault
13 General protection
14 Page fault
15 Intel reserved, do not use
16 Floating point error
17 Alignment check
18 Machine check
19-31 Intel reserved, do not use
32-255 Maskable interrupt
Sesuai dengan perkembangan zaman, komputer mempunyai lebih banyak perangkat dan lebih banyak interrupt handlers daripada elemen alamat di vektor. Hal ini bisa diatasi dengan teknik
vector chaining. Setiap elemen di vektor interupsi menunjuk ke kepala dari sebuah daftar interrupt handlers, sehingga bila ada interupsi, handler yang terdapat pada daftar yang ditunjuk akan
dipanggil satu persatu sampai didapatkan handler yang bisa menangani interupsi yang bersangkutan.
Prioritas Interupsi
Mekanisme interupsi juga menerapkan sistem level prioritas interupsi. Sistem ini memungkinkan interupsi berprioritas tinggi menyela eksekusi interupsi berprioritas rendah. Sistem ini juga
memungkinkan perangkat MK yang membutuhkan pelayanan secepatnya didahulukan daripada perangkat lainnya yang prioritasnya lebih rendah. Pengaturan prioritas dan penanganan perangkat
berdasarkan prioritasnya diatur oleh prosesor dan controller interupsi.
Penyebab Interupsi
Mekanisme interupsi tidak hanya digunakan untuk menangani operasi yang berhubungan dengan perangkat MK. Sistem operasi menggunakan mekanisme interupsi untuk beberapa hal, di
antaranya: 1. Menangani exception
Exception adalah suatu kondisi dimana terjadi sesuatu, atau dari sebuah operasi didapatkan hasil tertentu yang dianggap khusus sehingga harus mendapat perhatian lebih, contohnya, pembagian
dengan nol, pengaksesan alamat memori yang restricted atau tidak valid, dll. 2. Mengatur virtual memory paging.
3. Menangani perangkat lunak interupsi. 4. Menangani alur kontrol kernel.
Jika interupsi yang terjadi merupakan permintaan untuk transfer data yang besar, maka penggunaan interupsi menjadi tidak efisien, untuk mengatasinya digunakanlah DMA.
10.5. DMA
Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa mekanisme interupsi tidak efisien untuk melakukan transfer data yang besar. Transfer data dilakukan per word. Pada mekanisme interupsi, untuk tiap
word data yang ditransfer, prosesor tidak akan menunggu data tersedia pada perangkat yang mengirim data maupun data selesai ditulis oleh perangkat yang menerima data. Dalam situasi
tersebut prosesor akan mengganti proses yang sedang dieksekusinya yang melakukan transfer data dengan proses lain context switch. Jika ukuran data yang ditransfer cukup besar, prosesor akan
berulang kali melakukan context switch, padahal context switch akan menimbulkan overhead. Oleh karena itu kelemahan mekanisme interupsi untuk menangani transfer data yang besar disebabkan
oleh context switch. Untuk menangani kelemahan tersebut, digunakan suatu unit kontrol khusus
78
yang disediakan untuk mentrasfer data langsung antar perangkat eksternal dan memori utama tanpa intervensi terus menerus dari prosesor. Unit kontrol khusus tersebut adalah DMA.
Sistem modern dapat mengurangi beban CPU untuk melakukan operasi MK, yaitu dengan menggunakan pengendali DMA. Dengan demikian CPU dapat melakukan tugas lain sementara
operasi MK dilakukan. Setiap pengendali peralatan dapat saja memiliki perangkat keras DMA tersendiri. Alternatif lain adalah dengan memiliki sebuah pengendali DMA pada motherboard yang
mengatur transfer ke berbagai peralatan.
Untuk memulai transfer data secara DMA, driver peralatan akan menulis blok perintah DMA memori yang menunjuk sumber data, tujuan, dan jumlah byte yang akan ditransfer. CPU kemudian
akan mengirimkan alamat blok perintah ini pada pengendali DMA. pengendali DMA akan memproses informasi ini untuk kemudian mengoperasikan bus memori.
Transfer sebanyak 1 byteword per satuan waktu oleh pengendali DMA disebut sebagai cycle stealing karena pengendali menggunakan bus cycle milik CPU. Dengan cycle stealing penggunaan
bus oleh CPU akan tertunda beberapa waktu karena bus digunakan untuk proses DMA.
Tiga langkah dalam transfer DMA: 1. prosesor menyiapkan DMA transfer dengan menyediakan data-data dari perangkat, operasi yang
akan ditampilkan, alamat memori yang menjadi sumber dan tujuan data, dan banyaknya byte yang ditransfer.
2. Pengendali DMA memulai operasi menyiapkan bus, menyediakan alamat,menulis dan membaca data samapai seluruh blok sudah ditransfer.
3. Pengendali DMA menginterupsi prosesor, dimana selanjutnya akan ditentukan tindakan berikutnya.
Gambar 10.3. DMA
10.6. Aplikasi Antarmuka MK
Perbedaan dari alat-alat MK dapat dipisahkan dengan mengelompokkan alat-alat yang serupa ke beberapa kelas generik. Untuk setiap kelas generik terdapat beberapa fungsi yang diberikan melalui
antar muka standar yang diberikan. Perbedaan detil untuk setiap alat akan dienkapsulasi pada modul kernel yang disebut device driver. Driver ini dibuat oleh pembuat perangkat untuk memenuhi
kebutuhan setiap peralatan dengan menggunakan salah satu antarmuka standar. Penggunaan layer untuk driver peralatan ini menyembunyikan perbedaan setiap pengendali peralatan dari subsistem
MK pada kernel, sama seperti bagaimana system call MK menyembunyikan perbedaan perangkat keras dari aplikasi melalui abstraksi yang berisi kelas-kelas peralatan generik.
79
Peralatan dapat berupa: 1. Character stream .
atau block Sebuah peralatan character stream contoh: terminal untuk mentransfer byte satu persatu sedangkan block device akan mentransfer sekumpulan byte sebagai unit contohnya
adalah disk.
2. Sequensial atau random-access .
Sebuah perangkat yang sekuensial memindahkan data yang sudah pasti seperti yang ditentukan oleh perangkat, contohnya modem, sedangkan pengguna akses random dapat meminta perangkat
untuk mencari keseluruh lokasi penyimpanan data yang tersedia, contohnya CD-ROM.
3. Synchronous atau asyinchronous .
Perangkat synchronous menampilkan data-data transfer dengan reaksi yang dapat diduga, contohnya tape, sedangkan perangkat asyinchronous menampilkan waktu reaksi yang tidak dapat
diduga, contohnya keyboard.
4. Sharable atau dedicated .
Perangkat yang dapat dibagi digunakan secara bersamaan oleh beberapa prosesor atau sharable, contohnya keyboard, sedangkan perangkat yang dedicated tidak dapat digunakan secara
bersamaan oleh beberapa prosesor, contohnya tape.
5. Speed of operation .
Rentangan kecepatan perangkat dari beberapa bytes per detik sampai beberapa gigabytes per detik.
6. Read-write,read only, write only.
Beberapa perangkat memungkinkan baik input-output dua arah, contohnya CD-ROM, tapi beberapa lainnya hanya menunjang data satu arah saja, contohnya disk.
10.7. Clock dan Timer
Adanya clock dan timer pada perangkat keras komputer, setidaknya memiliki tiga fungsi yang sering digunakan oleh sistem operasi yaitu:
1. Memberi informasi waktu saat ini. 2. Memberi informasi waktu lamanya sebuah proses.
3. Sebagai trigger untuk suatu operasi pada suatu waktu.
Perangkat keras yang mengukur waktu dan melakukan operasi trigger dinamakan programmable interval timer. Perangkat keras ini dapat diatur untuk menunggu waktu tertentu dan kemudian
melakukan interupsi. Contoh penerapan adalah pada scheduler dimana dia melakukan interupsi yang akan memberhentikan suatu proses pada akhir dari bagian waktunya.
10.8. BlockingNonblocking
Ketika suatu aplikasi menggunakan sebuah blocking system call, eksekusi aplikasi itu akan dihentikan sementara, lalu dipindahkan ke wait queue. Setelah system call tersebut selesai, aplikasi
tersebut dikembalikan ke run queue, sehingga pengeksekusian dilanjutkan. Banyak sistem operasi yang bersifat blocking karena lebih mudah dimengerti daripada nonblocking. Sedangkan
nonblocking MK saat aplikasi tersebut meminta data dari MK maka pada saat menunggu diterimanya data dari MK akan dikerjakan proses lain.
Gambar 10.4. metode blocking dan nonblocking
80
10.9. Rangkuman
Port adalah titik koneksi antara perangkat MK dengan komputer. Data mengalir keluar masuk peralatan melalui bus. Komputer berkomunikasi dengan peralatan melalui device controller. Dua
pendekatan dasar komunikasi perangkat dengan komputer: instruksi MK langsung dan memory-mapped. Status suatu perangkat terlihat dari bit memory-mapped-nya, 1 berarti sibuk, 0
berarti siap. CPU akan memeriksa keadaan bit ini berulang kali untuk melihat apakah perangkat siap, hal ini dinamakan polling. Interupsi bisa terjadi karena input di perangkat telah siap, output
komplit atau terjadi error. Sinyal Interupsi akan disampaikan melalui interrupt request line IRQ yang akan diterima CPU dan mengalihkannya ke interrupt handler. Dua jenis interupsi yaitu
maskable bisa ditundadiabaikan dan nonmaskable interrupt. Interrupt vector berisi alamat awal dari interrupt handler.
DMA adalah suatu unit kontrol khusus yang disediakan untuk mentransfer data langsung antar perangkat eksternal dan memori utama, tanpa intervensi terus menerus dari prosesor. Perbedaan
detil untuk setiap alat akan dienkapsulasi pada modul kernel yang disebut device driver. Driver ini dibuat oleh pembuat perangkat untuk memenuhi kebutuhan setiap peralatan dengan menggunakan
salah satu antarmuka standar aplikasi MK.
Adanya clock dan timer pada perangkat keras komputer, setidaknya memiliki tiga fungsi, yaitu: memberi informasi waktu saat ini, memberi informasi waktu lamanya sebuah proses, sebagai trigger
untuk suatu operasi pada suatu waktu. Suatu aplikasi dapat menggunakan blocking dan nonblocking IO.
Rujukan
[Silberschatz2005] Avi Silberschatz, Peter Galvin, dan Grag Gagne. 2005. Operating Systems Concepts. Seventh Edition. John Wiley Sons.
[Djoko2004] Djoko Hartomo. 2005. Sistem Operasi. First Edition. Graha Ilmu. [Riri2005] Riri Fitri Sari dan Yansen Darmaputra. 2005. Sistem Operasi Modern. First Edition.
Andi Yogyakarta.
81
82
Bab 11. Subsistem MK Kernel
11.1. Pendahuluan
Kernel menyediakan banyak layanan yang berhubungan dengan MK. Kinerja suatu sistem dilihat dari bagus atau tidaknya MK, oleh karena itu sistem menjadwalkan permintaan dari beberapa
aplikasi seefisien mungkin dengan metode penjadwalan MK. Kita tahu bahwa setiap perangkat mempunyai sifat yang berbeda. Perbedaan ini membuat MK menjadi tidak efisien. Oleh karena itu,
sejumlah teknik dapat kita gunakan untuk mengatasi masalah tersebut antara lain cache, buffer, dan spooling. Permintaan ilegal dapat mempengaruhi kinerja sistem sehingga sistem melindungi MK
dari pengguna. Sistem juga mempunyai struktur data yang berisi status komponen MK, dan cara sistem mengubah status permintaan MK menjadi operasi perangkat keras. Banyak pilihan yang
dapat kita gunakan untuk meningkatkan kinerja MK di berbagai tingkatan.
11.2. Penjadwalan MK
Menjadwalkan sekumpulan permintaan MK berarti menentukan urutan yang benar untuk mengeksekusi permintaan tersebut. Urutan aplikasi memanggil system call adalah pilihan yang
paling baik. Beberapa kelebihan dari penjadwalan diantaranya: 1. Dapat meningkatkan kinerja sistem .
2. Dapat berbagi perangkat secara adil diantara banyak proses yang ingin mengakses
perangkat tersebut. . 3. Dapat mengurangi waktu tunggu rata-rata average waiting time dalam menyelesaikan
operasi MK. .
Berikut adalah contoh sederhana untuk menggambarkan penjadwalan tersebut. Jika sebuah lengan disk disk arm terletak di dekat permulaan disk dan ada 3 aplikasi yang memblokir panggilan yang
mau membaca disk tersebut. Aplikasi pertama meminta sebuah blok di dekat bagian terakhir disk, aplikasi kedua meminta sebuah blok di dekat bagian permulaan disk, dan aplikasi ketiga meminta
sebuah blok di tengah-tengah disk. Sistem operasi akan mengurangi jarak yang harus ditempuh untuk memenuhi ketiga permintaan tersebut dengan mengurutkan aplikasi yang lebih dulu dilayani
oleh disk dengan urutan 2-3-1. Pengurutan urutan layanan inilah yang menjadi inti dari penjadwalan MK.
Pengembang sistem operasi menerapkan penjadwalan dengan cara mengatur antrian permintaan untuk masing-masing perangkat. Ketika sebuah aplikasi meminta sebuah blocking sistem MK,
permintaan tersebut diletakkan dalam daftar antrian untuk perangkat yang berkaitan dengan MK dari aplikasi tersebut. Penjadwalan MK mengurutkan urutan antrian untuk meningkatkan efisiensi
sistem secara keseluruhan dan waktu tunggu rata-rata average waiting time dari sebuah aplikasi. Sistem operasi juga mencoba untuk menjadi adil sehingga tidak satupun aplikasi yang akan
mendapatkan layanan yang lebih sedikit, atau sistem operasi memberikan prioritas layanan antara banyak permintaan aplikasi. Sebagai contoh, permintaan dari subsistem memori virtual akan
mendapatkan prioritas yang lebih tinggi daripada permintaan aplikasi.
Salah satu cara subsistem MK meningkatkan efisiensi sebuah komputer adalah dengan menjadwalkan operasi MK. Cara lain adalah menggunakan ruang penyimpanan pada memori utama
atau pada disk melalui teknik yang disebut buffering , caching, dan spooling.
11.3. Cache, Buffer, Spool
Cache
Cache adalah sebuah daerah memori cepat yang berisi salinan data. Akses ke sebuah salinan yang di- cache lebih efisien daripada akses ke data yang asli. Sebagai contoh, instruksi-instruksi yang
baru saja menjalankan proses-proses yang disimpan dalam disk,proses tersebut di- cache ke memori fisikal, dan disalin lagi ke cache primer dan sekunder dari CPU. Perbedaan sebuah buffer dan cache
adalah sebuah buffer berisi salinan informasi data yang sudah ada, sedangkan sebuah cache berisi
83
