I/O Sistem Operasi

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),    

   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

   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.

  
   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.

   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.

 

This entry was posted in Uncategorized. Bookmark the permalink.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s