Arsitektur Sistem Operasi

Arsitektur system operasi adalah arsitektur perangkat lunak yang digunakan untuk membangun suatu perangkat lunak sistem operasi yang akan digunakan dalam sistem komputer. Perkembangan arsitktur system operasi modern ini semakin komplek dan rumit sehingga memerlukan sistem operasi yang dirancang dengan sangat hati-hati, cermat dan tepat agar dapat berfungsi secara optimum dan mudah untuk dimodifikasi.

Sistem operasi merupakan kumpulan dari program-program (prosedur, fungsi, library) dimana prosedur dapat saling dipanggil oleh prosedur lain di sistem bila diperlukan”. Sistem pemanggilan program untuk mendapatkan layanan dari sistem operasi tersebut dikenal dengan nama System Call atau API (aplication programming interface). Berbagai ragam Arsitektur system operasi moderen diantaranya adalah : 1) System Monolitik. 2) System Berlapis. 3) System Client/server. 4) System Virtual mesin dan 5) System Berorientasi objek.

A. Sistem Monolitik

Sistem monolitik merupakan struktur sistem operasi sederhana yang dilengkapi dengan operasi “dual” pelayanan {sistem call} yang diberikan oleh sistem operasi. Model sistem call dilakukan dengan cara mengambil sejumlah parameter pada tempat yang telah ditentukan sebelumnya, seperti register atau stack dan kemudian mengeksekusi suatu intruksi trap tertentu pada monitor mode. Contoh sistem operasi sistem ini adalah Unix. Mekanisme dan prinsip kerja model struktur monolitik sistem operasi ini adalah sebagai berikut:

1. User program melakukan “trap” pada karnel
2. Intruksi berpindah dari user mode ke monitor modedan mentransfer control ke sistem operasi.
3. Sistem operasi mengecek parameter-parameter dari pemanggilan tersebut, untuk menentukan sistem call mana yang memanggil.
4. Sistem operasi menunjuk ke suatu table yang berisi slot ke-k yang menunjuk sistem call K (Kontrol).
5. Kontrol akan dikembalikan kepada user program, jika sistem call telah selesai mengerjakan tugasnya. 

Keunggulan dan kelemahan dari system Monolitik ini adalah sebagai berikut :

1. Layanan terhadap job-job yang ada bisa dilakukan dengan cepat karena berada pada satu ruang alamat memory.
2. Sementara itu kelemahan dari system Monolitik adalah: Pertama, Pengujian dan penghilangan kesalahan sulit dilakukan karena tidak dapat dipisahkan dan dilokasikan, Kedua, Sulit dalam menyediakan fasilitas pengamanan, Ketiga Kurang efisien dalam penggunaan memori dimana setiap computer harus menjalankan kernel yang besar sementara tidak memerlukan seluruh layanan yang disediakan kernel. Keempat Kesalahan pemrograman di satu bagian kernel menyebakan matinya seluruh sistem

B. Sistem Berlapis

Teknik pendekatan struktur sistem berlapis sistem operasi pada dasarnya dibuat menggunakan pendekatan top-down, semua fungsi ditentukan dan dibagi menjadi komponen komponen. Modularisasi sistem dilakukan dengan cara memecah sistem operasi menajdi beberapa lapis (tingkat). Lapisan terendah (layer 0) adalah perangkat keras dan lapisan teratas (layer N) adalah user interface. Dengan system modularisasi, setiap lapisan mempunyai fungsi (operasi) tertentu dan melayani lapisan yang lebih rendah. 

Pada dasarnya system operasi berlapis dimaksudkan untuk mengurangi kompleknya rancangan dan implementasi dari suatu system operasi. Contoh sistem operasi yang menggunakan sistem ini adalah: UNIX termodifikasi, THE, Venus dan OS/2.

Lapisan	Nama	Fungsi
Lapisan-5	User Program	Untuk program pemakai
Lapisan-4	Buffering untuk I/O device	Penyederhanaan akses I/O pada level atas
Lapisan-3	Operator console device driver	Mengatur komunikasi antar proses
Lapisan-2	Manajemen Memori	Pengalokasian ruang memori
Lapisan-1	Penjadwalan CPU	Pengaturan alokasi CPU dan switching pengaturan prosesor
Lapisan-0	Hardware	Untuk operator dan menjalin keseluruhan sistem

Keuntungan dari model struktur sistem operasi berlapis adalah memiliki semua keunggulan rancangan modular. Sistem terbagi dalam beberapa modul, setiap modul dan lapisan bisa dirancang, di uji, secara independen sehingga jika terjadi suatu kesalahan mudah untuk menanganinya. Sementara kelemahan dari sistem ini adalah semua fungsi-fungsi dari sistem operasi harus ter-­ dapat di masing-masing lapisan, jika terjadi suatu kesalahan bisa jadi semua lapisan harus diprogram ulang.

C. Sistem Mesin Virtual
Konsep dasar dari mesin virtual ini tidak jauh berbeda dengan pendekatan sistem terlapis dengan tambahan berupa antarmuka yang menghubungkan perangkat keras dengan kernel untuk tiap-tiap proses. Mesin virtual menyediakan antar muka yang identik untuk perangkat keras yang ada. Sistem operasi ini membuat ilusi atau virtual untuk beberapa proses, masing-masing virtual proses mengeksekusi prosessornya dan memorinya (virtual) masing masing. Contoh sistem operasi yang memakai mesin virtual adalah IBM S/370 dan IBM VM/370.

Keuntungan dan kerugian konsep mesin virtual adalah sebagai berikut:

1. Mesin virtual menyediakan proteksi yang lengkap untuk sumber daya system sehingga masing-masing mesin virtual dipisahkan mesin virtual yang lain. Isolasi ini tidak memperbolehkan pembagian sumber daya secara langsung.
2. Sistem mesin virtual adalah mesin yang cocok untuk riset dan pengembangan system operasi. Pengembangan system dikerjakan pada mesin virtual, termasuk di dalamnya mesin fisik dan tidak mengganggu operasi system yang normal.
3. Konsep mesin virtual sangat sulit untuk mengimplementasikan kebutuhan dan duplikasi yang tepat pada mesin yang sebenarnya.

D. Sistem Operasi Client Server
Sistem client server ini merupakan sistem dimana yang satu mengirimkan request dan yang satunya menunggu request. Maksudnya adalah sebuah server dalam sebuah proses akan menunggu request dari client untuk mendapatkan salah satu layanannya misalnya layanan memori dari server, layanan penciptaan proses dll. Sedangkan client akan mengeluarkan request untuk mendapatkan layanan dengan cara mengirimkan pesan.

Masalah yang sering terjadi pada system client –server adalah tidak semua tugas dapat dijalankan di tingkat pemakai, tapi kesulitan ini dapat di atas dengan:

1. Proses server kritis tetap di kernel, yaitu proses yang biasanya berhubungan dengan hardware.
2. Mekanisme ke kernel seminimal mungkin sehingga pengaksesan ruang pemakai dapat dilakukan secepat mungkin

Keuntungan dari model client server ini antara lain adalah sebagai berikut:

1. Dapat diadaptasikan pada sistem terdistribusi.
2. Jika suatu client berkomunikasi dengan server dengan cara mengirimkan pesan, maka server tidak perlu tahu apakah pesan itu dikirim oleh dan dari mesin itu sendiri {local} atau dikirim oleh mesin yang lain melalui jaringan.
3. Pengembangan dapat dilakukan secara modular
4. Kesalahan pada suatu subsistem tidak menganggu subsistem lain sehingga tidak mengakibatkan system mati secara keseluruhan

Sedangkan kelemahan dari system client-server adalah : Pertukaran pesan dapat menjadi bottleneck dan Layanan dilakukan secara “lambat” karena harus melalui pertukaran pesan antar client-server.

E. Sistem Berorientasi Obyek
Layanan Sistem operasi sebagai kumpulan proses untuk menyelesaikan pekerjaannya, yang sering disebut dengan system operasi bermodel proses, sedangkan layanan system operasi sebagai objek disebut dengan system operasi berorentasi objek. Pendekatan objek dimaksudkan untuk mengadopsi
keunggulan dari teknolgi berorientasi objek.

system operasi berorientasi objek, layanan diimplementasikan sebagai kumpulan objek, masing-masing objek diberi tipe yang menandai property objek seperti proses, dirktori, berkas, dan sebagainya. Dengan memanggil operasi yang didefinisikan di objek, data yang berada dalam objek tersebut dapat diakses dan dimodifikasi.

Contoh dari system operasi berorentasi objek antara lain adalah: 1) Eden 2) Choices 3) X-kernel. 4) Medusa. 5) Clunds. 6) Amoeba. 7) Muse. 8) Sistem operasi MS-Windows NT mengadopsi beberapa teknologi berorientasi objek tapi tidak secara keseluruhannya.