I/O Sistem Operasi
I/O System
merupakan bagian untuk menangani inputan dan outputan dari DCS. Inputan dan
outputan tersebut bisa analog atau digital. Inputan/outputan digital seperti
sinyal-sinyal ON/OFF atau Start/Stop. Kebanyakan dari pengukuran proses dan
outputan terkontrol merupakan jenis analog
I/O system
terdiri dari beberapa again penting yaitu:
a.
I/O Hardware
b.
Application I/O Interface
c.
Kernel I/O Subsystem
d.
I/O Requests to Hardware Operations
e.
Streams
f.
Performance
a.I/O
Hardware
Secara umum, I/O Hardware terdapat beberapa jenis seperti device penyimpanan
(disk,tape),
(disk,tape),
transmission device (network card, modem), dan human-interface device (screen,
keyboard,
mouse). Device tersebut dikendalikan oleh instruksi I/O. Alamat-alamat yang
dimiliki
oleh device akan digunakan oleh direct I/O instruction dan memory-mapped I/O.
Beberapa konsep yang
oleh device akan digunakan oleh direct I/O instruction dan memory-mapped I/O.
Beberapa konsep yang
umum digunakan ialah port, bus (daisy chain/ shared direct access), dan
controller (host adapter).
o Port adalah koneksi yang digunakan oleh device untuk berkomunikasi
dengan mesin.
o Bus adalah koneksi yang menghubungkan beberapa device menggunakan
kabel-kabel.
o Controller adalah alat-alat elektronik yang berfungsi untuk mengoperasikan
port, bus, dan device.
b.Application
I/O Interface
Merupakan suatu mekanisme untuk mempermudah pengaksesan, sehingga sistem
operasi
melakukan standarisasi cara pengaksesan peralatan I/O. Contoh : suatu aplikasi
ingin membuk data yang ada dalam suatu disk, aplikasi tersebut harus dapat
membedakan jenis disk apa yang akan diaksesnya.
ingin membuk data yang ada dalam suatu disk, aplikasi tersebut harus dapat
membedakan jenis disk apa yang akan diaksesnya.
Interface aplikasi I/O melibatkan abstraksi, enkapsulasi, dan software layering. Device driver
mengenkapsulasi tiap-tiap peralatan I/O ke dalam masing-masing 1 kelas yang
umum (interface
standar). Tujuan dari adanya lapisan device driver ini adalah untuk
menyembunyikan perbedaan-
perbedaan yang ada pada device controller dari subsistem I/O pada kernel.
Karena hal ini,
subsistem I/O dapat bersifat independen dari hardware.
Beberapa hal yang berhubungan dengan Application I/O Interface adalah:
1.Peralatan
Block dan Karakter:
-
Perangkat Block termasuk disk drive
o Perintah termasuk baca, tulis dan cari
o Raw I/O atau akses file-sistem
o Pemetaan memori untuk pengaksesan file
.
-
Perangkat karakter termasuk keyboad, mouse dan serial port
o Perintahnya seperti get, put
o Library layered dalam proses pengeditan
2.Peralatan
Jaringan
Adanya perbedaan pengalamatan dari jaringan I/O, maka sistem operasi memiliki
interface I/O
yang berbeda dari baca, tulis dan pencarian pada disk. Salah satu yang banyak
digunakan pada
sistem operasi adalah interface socket. Socket berfungsi untuk menghubungkan
komputer ke
jaringan. System call pada socket interface dapat memudahkan suatu aplikasi
untuk membuat
local socket, dan menghubungkannya ke remote socket.Dengan menghubungkan
komputer ke
socket, maka komunikasi antar komputer dapat dilakukan.
3.Jam dan
Timer
Jam dan timer pada hardware komputer, memiliki tiga fungsi :
o memberi informasi waktu saat ini
o memberi informasi lamanya waktu sebuah proses
o sebagai trigger untuk suatu operasi pada suatu waktu.
Fungsi ini sering digunakan oleh sistem operasi. Akan tetapi, system call untuk
pemanggilan
fungsi ini tidak di-standarisasi antar sistem operasi. Hardware yang
mengukur waktu dan
melakukan operasi trigger dinamakan programmable interval timer yang dapat di
set untuk
menunggu waktu tertentu dan kemudian melakukan interupsi. Contoh penerapannya
ada pada
scheduler, dimana akan melakukan interupsi yang akan memberhentikan suatu
proses
pada akhirdari bagian waktunya.
pada akhirdari bagian waktunya.
Sistem operasi dapat mendukung lebih dari banyak timer request daripada
banyaknya jumlah
hardware timer. Dengan kondisi seperti ini, maka kernel atau device driver mengatur list dari
interupsi dengan urutan yang duluan datang yang duluan dilayani.
c.Kernel I/O subsystems
Kernel menyediakan banyak service yang berhubungan dengan I/O. Pada bagian ini,
kita akan mendeskripsikan beberapa service yang disediakan oleh kernel I/O subsystem,
dan kita akan membahas bagaimana caranya membuat infrastruktur hardware dan
device-driver. Service yang akan kita bahas adalah I/O scheduling, buffering, caching,
pooling, reservasi device, error handling.
1.I/O Scheduling
Untuk menjadualkan sebuah set permintaan I/O, kita harus menetukan urutan yang
bagus untuk mengeksekusi permintaan tersebut. Scheduling dapat meningkatkan
kemampuan sistem secara keseluruhan, dapat membagi device secara rata di antara
proses-proses, dan dapat mengurangi waktu tunggu rata-rata untuk menyelesaikan I/O.
Ini adalah contoh sederhana untuk menggambarkan definisi di atas. Jika sebuah arm
disk terletak di dekat permulaan disk, dan ada tiga aplikasi yang memblokir panggilan
untuk membaca untuk disk tersebut. Aplikasi 1 meminta sebuah blok dekat akhir disk,
aplikasi 2 meminta blok yang dekat dengan awal, dan aplikasi 3 meminta bagian tengah
dari disk. Sistem operasi dapat mengurangi jarak yang harus ditempuh oleh arm disk
dengan melayani aplikasi tersebut dengan urutan 2, 3, 1. Pengaturan urutan pekerjaan
kembali dengan cara ini merupakan inti dari I/O scheduling. Sistem operasi
mengembangkan implementasi scheduling dengan menetapkan antrian permintaan
untuk tiap device. Ketika sebuah aplikasi meminta sebuah blocking sistem I/O, permintaan
tersebut dimasukkan ke dalam antrian untuk device tersebut. Scheduler I/O mengatur
urutan antrian untuk meningkatkan efisiensi dari sistem dan waktu respon rata-rata
yang harus dialami oleh aplikasi. Sistem operasi juga mencoba untuk bertindak secara adil,
seperti tidak ada aplikasi yang menerima service yang buruk, atau dapat seperti memberi
prioritas service untuk permintaan penting yang ditunda. Contohnya, pemintaan dari
subsistem mungkin akan mendapatkan prioritas lebih tinggi daripada permintaan dari
aplikasi. Beberapa algoritma scheduling untuk disk I/O akan dijelaskan ada bagian Disk
Scheduling.Satu cara untuk meningkatkan efisiensi I/O subsistem dari sebuah komputer
adalah dengan mengatur operasi I/O. Cara lain adalah dengan menggunakan tempat
penyimpanan pada memori utama atau pada disk, melalui teknik yang disebut buffering,
caching, dan spooling.
2. Buffering
Buffer adalah area memori yang menyimpan data ketika mereka sedang dipindahkan
antara dua device atau antara device dan aplikasi. Buffering dilakukan untuk tiga buah
alasan. Alasan pertama adalah untuk men-cope dengan kesalahan yang terjadi karena
perbedaan kecepatan antara produsen dengan konsumen dari sebuah stream data. Sebagai
contoh, sebuah file sedang diterima melalui modem dan ditujukan ke media penyimpanan
di hard disk. Kecepatan modem tersebut kira-kira hanyalah 1/1000 daripada hard disk. Jadi
buffer dibuat di dalam memori utama untuk mengumpulkan jumlah byte yang diterima dari
modem. Ketika keseluruhan data di buffer sudah sampai, buffer tersebut dapat ditulis
ke disk dengan operasi tunggal. Karena penulisan disk tidak terjadi dengan instan dan
modem masih memerlukan tempat untuk menyimpan data yang berdatangan, maka
dipakai 2 buah buffer. Setelah modem memenuhi buffer pertama, akan terjadi request untuk
menulis di disk. Modem kemudian mulai memenuhi buffer kedua sementara buffer pertama
dipakai untuk penulisan ke disk. Pada saat modem sudah memenuhi buffer kedua, penulisan
ke disk dari buffer pertama seharusnya sudah selesai, jadi modem akan berganti kembali
memenuhi buffer pertama dan buffer kedua dipakai untuk menulis. Metode double
buffering ini membuat pasangan ganda antara produsen dan konsumen sekaligus
mengurangi kebutuhan waktu di antara mereka.
Alasan kedua dari buffering adalah untuk menyesuaikan device-device yang mempunyai
perbedaan dalam ukuran transfer data. Hal ini sangat umum terjadi pada jaringan komputer,
dimana buffer dipakai secara luas untuk fragmentasi dan pengaturan kembali pesan-pesan
yang diterima. Pada bagian pengirim, sebuah pesan yang besar akan dipecah ke paket-paket
kecil. Paket-paket tersebut dikirim melalui jaringan, dan penerima akan meletakkan mereka
di dalam buffer untuk disusun kembali.
Alasan ketiga untuk buffering adalah untuk mendukung copy semantics untuk aplikasi I/O.
Sebuah contoh akan menjelaskan apa arti dari copy semantics. Jika ada sebuah aplikasi
yang mempunyai buffer data yang ingin dituliskan ke disk. Aplikasi tersebut akan memanggil
sistem penulisan, menyediakan pointer ke buffer, dan sebuah integer untuk menunjukkan
ukuran bytes yang ingin ditulis. Setelah pemanggilan tersebut, apakah yang akan terjadi jika
aplikasi tersebut merubah isi dari buffer, dengan copy semantics, keutuhan data yang ingin
ditulis sama dengan data waktu aplikasi ini memanggil sistem untuk menulis, tidak tergantung
dengan perubahan yang terjadi pada buffer. Sebuah cara sederhana untuk sistem operasi
untuk menjamin copy semantics adalah membiarkan sistem penulisan untuk mengkopi data
aplikasi ke dalam buffer kernel sebelum mengembalikan kontrol kepada aplikasi. Jadi
penulisan ke disk dilakukan pada buffer kernel, sehingga perubahan yang terjadi pada buffer
aplikasi tidak akan membawa dampak apa-apa. Mengcopy data antara buffer kernel data
aplikasi merupakan sesuatu yang umum pada sistem operasi, kecuali overhead yang terjadi
karena operasi ini karena clean semantics. Kita dapat memperoleh efek yang sama
yang lebih efisien dengan memanfaatkan virtual-memori mapping dan proteksi copy-on-wire
dengan pintar.
3. Caching
Sebuah cache adalah daerah memori yang cepat yang berisikan data kopian. Akses
ke sebuah kopian yang di-cached lebih efisien daripada akses ke data asli. Sebagai contoh,
instruksi-instruksi dari proses yang sedang dijalankan disimpan ke dalam disk, dan
ter-cached di dalam memori physical, dan kemudian dicopy lagi ke dalam cache secondary
and primary dari CPU. Perbedaan antara sebuah buffer dan ache adalah buffer dapat
menyimpan satu-satunya informasi datanya sedangkan sebuah cache secara definisi
hanya menyimpan sebuah data dari sebuah tempat untuk dapat diakses lebih cepat.
Caching dan buffering adalah dua fungsi yang berbeda, tetapi terkadang sebuah daerah
memori dapat digunakan untuk keduanya. sebagai contoh, untuk menghemat copy semantics
dan membuat scheduling I/O menjadi efisien, sistem operasi menggunakan buffer pada memori
utama untuk menyimpan data. Buffer ini juga digunakan sebagai cache, untuk meningkatkan
efisiensi I/O untuk file yang digunakan secara bersama-sama oleh beberapa aplikasi, atau
yang sedang dibaca dan ditulis secara berulang-ulang. Ketika kernel menerima sebuah
permintaan file I/O, kernel tersebut mengakses buffer cacheuntuk melihat apakah daerah
memori tersebut sudah tersedia dalam memori utama. Jika iya, sebuah physical disk I/O
dapat dihindari atau tidak dipakai. penulisan disk juga terakumulasi ke dalam buffer cache
selama beberapa detik, jadi transfer yang besar akan dikumpulkan untuk mengefisiensikan
schedule penulisan. Cara ini akan menunda penulisan untuk meningkatkan efisiensi I/O akan
dibahas pada bagian Remote File Access.
4.Spooling dan Reservasi Device
Sebuah spool adalah sebuah buffer yang menyimpan output untuk sebuah device, seperti
printer, yang tidak dapat menerima interleaved data streams. Walau pun printer hanya
dapat melayani satu pekerjaan pada waktu yang sama, beberapa aplikasi dapat meminta
printer untuk mencetak, tanpa harus mendapatkan hasil output mereka tercetak secara
bercampur. Sistem operasi akan menyelesaikan masalah ini dengan meng-intercept semua
output kepada printer. Tiap output aplikasi sudah di-spooled ke disk file yang berbeda.
Ketika sebuah aplikasi selesai mengeprint, sistem spooling akan melanjutkan ke antrian
berikutnya. Di dalam beberapa sistem operasi, spooling ditangani oleh sebuah sistem proses
daemon. Pada sistem operasi yang lain, sistem ini ditangani oleh in-kernel thread. Pada kedua
kasus, sistem operasi menyediakan interfacekontrol yang membuat users and system
administrator dapat menampilkan antrian tersebut, untuk mengenyahkan antrian-antrian yang
tidak diinginkan sebelum mulai di-print. Untuk beberapa device, seperti drive tapedan printer
tidak dapat me-multiplex permintaan I/O dari beberapa aplikasi. Spooling merupakan salah satu
cara untuk mengatasi masalah ini. Cara lain adalah dengan membagi koordinasi untuk
multiple concurrent ini. Beberapa sistem operasi menyediakan dukungan untuk akses device
secara eksklusif, dengan mengalokasikan proses ke device idledan membuang device yang
sudah tidak diperlukan lagi. Sistem operasi lainnya memaksakan limit suatu file untuk
menangani device ini. Banyak sistem operasi menyediakan fungsi yang membuat proses
untuk menangani koordinat exclusive akses diantara mereka sendiri.
5.Error Handling
Sebuah sistem operasi yang menggunakan protected memory dapat menjaga banyak
kemungkinan error akibat hardware mau pun aplikasi. Devices dan transfer I/O dapat gagal
dalam banyak cara, bisa karena alasan transient, seperti overloaded pada network, mau pun
alasan permanen yang seperti kerusakan yang terjadi pada disk controller. Sistem operasi
seringkali dapat mengkompensasikan untuk kesalahan transient. Seperti, sebuah kesalahan
baca pada disk akan mengakibatkan pembacaan ulang kembali dan sebuah kesalahan
pengiriman pada network akan mengakibatkan pengiriman ulang apabila protokolnya diketahui.
Akan tetapi untuk kesalahan permanent, sistem operasi pada umumnya tidak akan
bisa mengembalikan situasi seperti semula. Sebuah ketentuan umum, yaitu sebuah sistem
I/O akan mengembalikan satu bit informasi tentang status panggilan tersebut, yang
akan menandakan apakah proses tersebut berhasil atau gagal. Sistem operasi pada
UNIX menggunakan integer tambahan yang dinamakan errno untuk mengembalikan kode
kesalahan sekitar 1 dari 100 nilai yang mengindikasikan sebab dari kesalahan tersebut. Akan t
etapi, beberapa perangkat keras dapat menyediakan informasi kesalahan yang detail,
walaupun banyak sistem operasi yang tidak mendukung fasilitas ini.
6.Kernel Data Structure
Kernel membutuhkan informasi state tentang penggunakan komponen I/O. Kernel
menggunakan banyak struktur yang mirip untuk melacak koneksi jaringan, komunikasi
karakter-device, dan aktivitas I/O lainnya. UNIX menyediakan akses sistem file untuk
beberapa entiti, seperti file user, raw devices, dan alamat tempat proses. Walau pun tiap
entiti ini didukung sebuah operasi baca, semantics-nya berbeda untuk tiap entiti. Seperti
untuk membaca file user, kernel perlu memeriksa buffer cache sebelum memutuskan
apakah akan melaksanakan I/O disk. Untuk membaca sebuah raw disk, kernel perlu
untuk memastikan bahwa ukuran permintaan adalah kelipatan dari ukuran sektor disk, dan
masih terdapat di dalam batas sektor. Untuk memproses citra, cukup perlu untuk mengkopi
data ke dalam memori. UNIX mengkapsulasikan perbedaan-perbedaan ini di dalam struktur
yang uniform dengan menggunakan teknik object oriented.Beberapa sistem operasi
bahkan menggunakan metode object oriented secara lebih extensif. Sebagai contoh,
Windows NT menggunakan implementasi message-passing untuk I/O. Sebuah permintaan I/O
akan dikonversikan ke sebuah pesan yang dikirim melalui kernel kepada I/O manager dan
kemudian ke device driver, yang masing-masing bisa mengubah isi pesan. Untuk output, isi
message adalah data yang akan ditulis. Untuk input, message berisikan buffer untuk menerima
data. Pendekatan message-passing ini dapat menambah overhead, dengan perbandingan
dengan teknik prosedural yang men-share struktur data, tetapi akan mensederhanakan struktur
dan design dari sistem I/O tersebut dan menambah fleksibilitas.
d.I/O Requests to Hardware Operations
Salah satu contohnya adalah:
a. Ilustrasi membuka sebuah
- Device mana tempat file yang akan dibuka
- Menerjemahkan _nama_ ke dalam device yang dimaksud
- Membaca secara fisik file yang hendak dibuka
- Data sudah siap untuk diakses
- Mengembalikan kontrol pada proses
b.Ilustrasi lain pada waktu boot
Sistem mula-mula meminta bus piranti keras untuk menentukan device apa yang ada
e.Streams
I/O stream adalah suatu mekanisme pengiriman data secara bertahap dan terus menerus
melalui suatu aliran data (dua arah).Biasa digunakan dalam network protocol dan
menggunakan message passingdalam men-transferdata
Stream terdiri atas :
- sebuah stream head yang merupakan antarmuka dengan user process,
- sebuah driver end yang mengontrol device,
- dan nol atau lebih stream modules
g.Performance
Faktor utama dalam performa sistem :
o Permintaan CPU untuk menjalankan device driver, kode kernel I/O
o Keadaan/state untuk melayani interrupt
o Copy data
o Network traffic khususnya pada beban kinerja
Improving Perfomance:
- Menurunkan jumlah alih konteks.
- Mengurangi jumlah pengkopian data ke memori ketika sedang dikirimkan antara device
dan aplikasi.
- Mengurangi frekuensi interupsi, dengan menggunakan ukuran transfer yang besar,
smart controller, dan polling.
- Meningkatkan concurrency dengan controller atau channel yang mendukung DMA.
- Memindahkan kegiatan processing ke perangkat keras, sehingga operasi kepada device
controller dapat berlangsung bersamaan dengan CPU.
- Menyeimbangkan antara kinerja CPU, memory subsystem, bus, dan I/O.
hardware timer. Dengan kondisi seperti ini, maka kernel atau device driver mengatur list dari
interupsi dengan urutan yang duluan datang yang duluan dilayani.
c.Kernel I/O subsystems
Kernel menyediakan banyak service yang berhubungan dengan I/O. Pada bagian ini,
kita akan mendeskripsikan beberapa service yang disediakan oleh kernel I/O subsystem,
dan kita akan membahas bagaimana caranya membuat infrastruktur hardware dan
device-driver. Service yang akan kita bahas adalah I/O scheduling, buffering, caching,
pooling, reservasi device, error handling.
1.I/O Scheduling
Untuk menjadualkan sebuah set permintaan I/O, kita harus menetukan urutan yang
bagus untuk mengeksekusi permintaan tersebut. Scheduling dapat meningkatkan
kemampuan sistem secara keseluruhan, dapat membagi device secara rata di antara
proses-proses, dan dapat mengurangi waktu tunggu rata-rata untuk menyelesaikan I/O.
Ini adalah contoh sederhana untuk menggambarkan definisi di atas. Jika sebuah arm
disk terletak di dekat permulaan disk, dan ada tiga aplikasi yang memblokir panggilan
untuk membaca untuk disk tersebut. Aplikasi 1 meminta sebuah blok dekat akhir disk,
aplikasi 2 meminta blok yang dekat dengan awal, dan aplikasi 3 meminta bagian tengah
dari disk. Sistem operasi dapat mengurangi jarak yang harus ditempuh oleh arm disk
dengan melayani aplikasi tersebut dengan urutan 2, 3, 1. Pengaturan urutan pekerjaan
kembali dengan cara ini merupakan inti dari I/O scheduling. Sistem operasi
mengembangkan implementasi scheduling dengan menetapkan antrian permintaan
untuk tiap device. Ketika sebuah aplikasi meminta sebuah blocking sistem I/O, permintaan
tersebut dimasukkan ke dalam antrian untuk device tersebut. Scheduler I/O mengatur
urutan antrian untuk meningkatkan efisiensi dari sistem dan waktu respon rata-rata
yang harus dialami oleh aplikasi. Sistem operasi juga mencoba untuk bertindak secara adil,
seperti tidak ada aplikasi yang menerima service yang buruk, atau dapat seperti memberi
prioritas service untuk permintaan penting yang ditunda. Contohnya, pemintaan dari
subsistem mungkin akan mendapatkan prioritas lebih tinggi daripada permintaan dari
aplikasi. Beberapa algoritma scheduling untuk disk I/O akan dijelaskan ada bagian Disk
Scheduling.Satu cara untuk meningkatkan efisiensi I/O subsistem dari sebuah komputer
adalah dengan mengatur operasi I/O. Cara lain adalah dengan menggunakan tempat
penyimpanan pada memori utama atau pada disk, melalui teknik yang disebut buffering,
caching, dan spooling.
2. Buffering
Buffer adalah area memori yang menyimpan data ketika mereka sedang dipindahkan
antara dua device atau antara device dan aplikasi. Buffering dilakukan untuk tiga buah
alasan. Alasan pertama adalah untuk men-cope dengan kesalahan yang terjadi karena
perbedaan kecepatan antara produsen dengan konsumen dari sebuah stream data. Sebagai
contoh, sebuah file sedang diterima melalui modem dan ditujukan ke media penyimpanan
di hard disk. Kecepatan modem tersebut kira-kira hanyalah 1/1000 daripada hard disk. Jadi
buffer dibuat di dalam memori utama untuk mengumpulkan jumlah byte yang diterima dari
modem. Ketika keseluruhan data di buffer sudah sampai, buffer tersebut dapat ditulis
ke disk dengan operasi tunggal. Karena penulisan disk tidak terjadi dengan instan dan
modem masih memerlukan tempat untuk menyimpan data yang berdatangan, maka
dipakai 2 buah buffer. Setelah modem memenuhi buffer pertama, akan terjadi request untuk
menulis di disk. Modem kemudian mulai memenuhi buffer kedua sementara buffer pertama
dipakai untuk penulisan ke disk. Pada saat modem sudah memenuhi buffer kedua, penulisan
ke disk dari buffer pertama seharusnya sudah selesai, jadi modem akan berganti kembali
memenuhi buffer pertama dan buffer kedua dipakai untuk menulis. Metode double
buffering ini membuat pasangan ganda antara produsen dan konsumen sekaligus
mengurangi kebutuhan waktu di antara mereka.
Alasan kedua dari buffering adalah untuk menyesuaikan device-device yang mempunyai
perbedaan dalam ukuran transfer data. Hal ini sangat umum terjadi pada jaringan komputer,
dimana buffer dipakai secara luas untuk fragmentasi dan pengaturan kembali pesan-pesan
yang diterima. Pada bagian pengirim, sebuah pesan yang besar akan dipecah ke paket-paket
kecil. Paket-paket tersebut dikirim melalui jaringan, dan penerima akan meletakkan mereka
di dalam buffer untuk disusun kembali.
Alasan ketiga untuk buffering adalah untuk mendukung copy semantics untuk aplikasi I/O.
Sebuah contoh akan menjelaskan apa arti dari copy semantics. Jika ada sebuah aplikasi
yang mempunyai buffer data yang ingin dituliskan ke disk. Aplikasi tersebut akan memanggil
sistem penulisan, menyediakan pointer ke buffer, dan sebuah integer untuk menunjukkan
ukuran bytes yang ingin ditulis. Setelah pemanggilan tersebut, apakah yang akan terjadi jika
aplikasi tersebut merubah isi dari buffer, dengan copy semantics, keutuhan data yang ingin
ditulis sama dengan data waktu aplikasi ini memanggil sistem untuk menulis, tidak tergantung
dengan perubahan yang terjadi pada buffer. Sebuah cara sederhana untuk sistem operasi
untuk menjamin copy semantics adalah membiarkan sistem penulisan untuk mengkopi data
aplikasi ke dalam buffer kernel sebelum mengembalikan kontrol kepada aplikasi. Jadi
penulisan ke disk dilakukan pada buffer kernel, sehingga perubahan yang terjadi pada buffer
aplikasi tidak akan membawa dampak apa-apa. Mengcopy data antara buffer kernel data
aplikasi merupakan sesuatu yang umum pada sistem operasi, kecuali overhead yang terjadi
karena operasi ini karena clean semantics. Kita dapat memperoleh efek yang sama
yang lebih efisien dengan memanfaatkan virtual-memori mapping dan proteksi copy-on-wire
dengan pintar.
3. Caching
Sebuah cache adalah daerah memori yang cepat yang berisikan data kopian. Akses
ke sebuah kopian yang di-cached lebih efisien daripada akses ke data asli. Sebagai contoh,
instruksi-instruksi dari proses yang sedang dijalankan disimpan ke dalam disk, dan
ter-cached di dalam memori physical, dan kemudian dicopy lagi ke dalam cache secondary
and primary dari CPU. Perbedaan antara sebuah buffer dan ache adalah buffer dapat
menyimpan satu-satunya informasi datanya sedangkan sebuah cache secara definisi
hanya menyimpan sebuah data dari sebuah tempat untuk dapat diakses lebih cepat.
Caching dan buffering adalah dua fungsi yang berbeda, tetapi terkadang sebuah daerah
memori dapat digunakan untuk keduanya. sebagai contoh, untuk menghemat copy semantics
dan membuat scheduling I/O menjadi efisien, sistem operasi menggunakan buffer pada memori
utama untuk menyimpan data. Buffer ini juga digunakan sebagai cache, untuk meningkatkan
efisiensi I/O untuk file yang digunakan secara bersama-sama oleh beberapa aplikasi, atau
yang sedang dibaca dan ditulis secara berulang-ulang. Ketika kernel menerima sebuah
permintaan file I/O, kernel tersebut mengakses buffer cacheuntuk melihat apakah daerah
memori tersebut sudah tersedia dalam memori utama. Jika iya, sebuah physical disk I/O
dapat dihindari atau tidak dipakai. penulisan disk juga terakumulasi ke dalam buffer cache
selama beberapa detik, jadi transfer yang besar akan dikumpulkan untuk mengefisiensikan
schedule penulisan. Cara ini akan menunda penulisan untuk meningkatkan efisiensi I/O akan
dibahas pada bagian Remote File Access.
4.Spooling dan Reservasi Device
Sebuah spool adalah sebuah buffer yang menyimpan output untuk sebuah device, seperti
printer, yang tidak dapat menerima interleaved data streams. Walau pun printer hanya
dapat melayani satu pekerjaan pada waktu yang sama, beberapa aplikasi dapat meminta
printer untuk mencetak, tanpa harus mendapatkan hasil output mereka tercetak secara
bercampur. Sistem operasi akan menyelesaikan masalah ini dengan meng-intercept semua
output kepada printer. Tiap output aplikasi sudah di-spooled ke disk file yang berbeda.
Ketika sebuah aplikasi selesai mengeprint, sistem spooling akan melanjutkan ke antrian
berikutnya. Di dalam beberapa sistem operasi, spooling ditangani oleh sebuah sistem proses
daemon. Pada sistem operasi yang lain, sistem ini ditangani oleh in-kernel thread. Pada kedua
kasus, sistem operasi menyediakan interfacekontrol yang membuat users and system
administrator dapat menampilkan antrian tersebut, untuk mengenyahkan antrian-antrian yang
tidak diinginkan sebelum mulai di-print. Untuk beberapa device, seperti drive tapedan printer
tidak dapat me-multiplex permintaan I/O dari beberapa aplikasi. Spooling merupakan salah satu
cara untuk mengatasi masalah ini. Cara lain adalah dengan membagi koordinasi untuk
multiple concurrent ini. Beberapa sistem operasi menyediakan dukungan untuk akses device
secara eksklusif, dengan mengalokasikan proses ke device idledan membuang device yang
sudah tidak diperlukan lagi. Sistem operasi lainnya memaksakan limit suatu file untuk
menangani device ini. Banyak sistem operasi menyediakan fungsi yang membuat proses
untuk menangani koordinat exclusive akses diantara mereka sendiri.
5.Error Handling
Sebuah sistem operasi yang menggunakan protected memory dapat menjaga banyak
kemungkinan error akibat hardware mau pun aplikasi. Devices dan transfer I/O dapat gagal
dalam banyak cara, bisa karena alasan transient, seperti overloaded pada network, mau pun
alasan permanen yang seperti kerusakan yang terjadi pada disk controller. Sistem operasi
seringkali dapat mengkompensasikan untuk kesalahan transient. Seperti, sebuah kesalahan
baca pada disk akan mengakibatkan pembacaan ulang kembali dan sebuah kesalahan
pengiriman pada network akan mengakibatkan pengiriman ulang apabila protokolnya diketahui.
Akan tetapi untuk kesalahan permanent, sistem operasi pada umumnya tidak akan
bisa mengembalikan situasi seperti semula. Sebuah ketentuan umum, yaitu sebuah sistem
I/O akan mengembalikan satu bit informasi tentang status panggilan tersebut, yang
akan menandakan apakah proses tersebut berhasil atau gagal. Sistem operasi pada
UNIX menggunakan integer tambahan yang dinamakan errno untuk mengembalikan kode
kesalahan sekitar 1 dari 100 nilai yang mengindikasikan sebab dari kesalahan tersebut. Akan t
etapi, beberapa perangkat keras dapat menyediakan informasi kesalahan yang detail,
walaupun banyak sistem operasi yang tidak mendukung fasilitas ini.
6.Kernel Data Structure
Kernel membutuhkan informasi state tentang penggunakan komponen I/O. Kernel
menggunakan banyak struktur yang mirip untuk melacak koneksi jaringan, komunikasi
karakter-device, dan aktivitas I/O lainnya. UNIX menyediakan akses sistem file untuk
beberapa entiti, seperti file user, raw devices, dan alamat tempat proses. Walau pun tiap
entiti ini didukung sebuah operasi baca, semantics-nya berbeda untuk tiap entiti. Seperti
untuk membaca file user, kernel perlu memeriksa buffer cache sebelum memutuskan
apakah akan melaksanakan I/O disk. Untuk membaca sebuah raw disk, kernel perlu
untuk memastikan bahwa ukuran permintaan adalah kelipatan dari ukuran sektor disk, dan
masih terdapat di dalam batas sektor. Untuk memproses citra, cukup perlu untuk mengkopi
data ke dalam memori. UNIX mengkapsulasikan perbedaan-perbedaan ini di dalam struktur
yang uniform dengan menggunakan teknik object oriented.Beberapa sistem operasi
bahkan menggunakan metode object oriented secara lebih extensif. Sebagai contoh,
Windows NT menggunakan implementasi message-passing untuk I/O. Sebuah permintaan I/O
akan dikonversikan ke sebuah pesan yang dikirim melalui kernel kepada I/O manager dan
kemudian ke device driver, yang masing-masing bisa mengubah isi pesan. Untuk output, isi
message adalah data yang akan ditulis. Untuk input, message berisikan buffer untuk menerima
data. Pendekatan message-passing ini dapat menambah overhead, dengan perbandingan
dengan teknik prosedural yang men-share struktur data, tetapi akan mensederhanakan struktur
dan design dari sistem I/O tersebut dan menambah fleksibilitas.
d.I/O Requests to Hardware Operations
Salah satu contohnya adalah:
a. Ilustrasi membuka sebuah
- Device mana tempat file yang akan dibuka
- Menerjemahkan _nama_ ke dalam device yang dimaksud
- Membaca secara fisik file yang hendak dibuka
- Data sudah siap untuk diakses
- Mengembalikan kontrol pada proses
b.Ilustrasi lain pada waktu boot
Sistem mula-mula meminta bus piranti keras untuk menentukan device apa yang ada
e.Streams
I/O stream adalah suatu mekanisme pengiriman data secara bertahap dan terus menerus
melalui suatu aliran data (dua arah).Biasa digunakan dalam network protocol dan
menggunakan message passingdalam men-transferdata
Stream terdiri atas :
- sebuah stream head yang merupakan antarmuka dengan user process,
- sebuah driver end yang mengontrol device,
- dan nol atau lebih stream modules
g.Performance
Faktor utama dalam performa sistem :
o Permintaan CPU untuk menjalankan device driver, kode kernel I/O
o Keadaan/state untuk melayani interrupt
o Copy data
o Network traffic khususnya pada beban kinerja
Improving Perfomance:
- Menurunkan jumlah alih konteks.
- Mengurangi jumlah pengkopian data ke memori ketika sedang dikirimkan antara device
dan aplikasi.
- Mengurangi frekuensi interupsi, dengan menggunakan ukuran transfer yang besar,
smart controller, dan polling.
- Meningkatkan concurrency dengan controller atau channel yang mendukung DMA.
- Memindahkan kegiatan processing ke perangkat keras, sehingga operasi kepada device
controller dapat berlangsung bersamaan dengan CPU.
- Menyeimbangkan antara kinerja CPU, memory subsystem, bus, dan I/O.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar