Penjadwalan Prosesor, manajemen memori, dan manajemen I/O

Penjadwalan Prosesor adalah merupakan kumpulan kebijaksanaan dan mekanisme di sistem operasi yang berkaitan dengan urutan kerja yang dilakukan sistem komputer. Penjadwalan bertugas memutuskan proses yang harus berjalan, kapan dan selama berapa lama proses berjalan.

• Fairness atau pelayanan yang adil untuk semua pekerjaan
• Throughput atau memaksimumkan throughput. Throughput adalah jumlah pekerjaan yang dapat diselesaikan dalam satu unit waktu.
• Efficiency atau memaksimumkan pemakaian prosesor.
• Respone time atau meminimalkan respone time
• Meminimalkan Turn arround time. Turn arround time adalah waktu yang dihabiskan dari saat program atau job mulai masuk ke system sampai proses diselesaikan sistem.

Jangka penjadwalan adalah merupakan interval atau range waktu dimana sistem operasi melalukan. Jangka penjadwalan proses dibedakan menjadi tiga:

1. Penjadwalan jangka pendek atau short term scheduling / low level scheduling, yaitu mengurus masuknya antrian siap ke prosesor serta antrian siap ke alat peripheral I/O, yang mengurus prioritas dan preempsi.
2. Penjadwalan jangka medium atau medium term scheduling / intermediate level scheduling, yaitu mengurus terhadap proses yang dikeluarkan dari prosesor yang belum rampung dikerjakan dan melanjutkan pekerjaan proses tersebut di prosesor.
3. Penjadwalan jangka panjang atau long term scheduling / high level scheduling, yaitu mengurus masuknya pekerjaan baru berupa penentuan pekerjaan baru mana yang boleh diterima dan tugas disini diubah menjadi proses

Microsoft windows menyediakan aplikasi task scheduler yang digunakan untuk mengelola penjadwalan suatu proses untuk mengerjakan suatu tugas tertentu. Aplikasi Task Scheduler Xversi 1.0 disertakan pada Windows 2000, Windows XP dan Windows Server 2003. Aplikasi Ini berjalan sebagai Windows Service, definisi tugas dan jadwal yang tersimpan dalam file biner pekerjaan. Tugas dapat dimanipulasi secara langsung dengan memanipulasi file pekerjaan. Task Scheduler 2.0 diperkenalkan dengan Windows Vista dan termasuk dalam Windows Server 2008 juga. 

Selain menjalankan tugas pada waktu yang dijadwalkan atau interval tertentu , Task Scheduler 2.0 juga mendukung kalender dan memicu berdasarkan aktivitas, seperti memulai tugas ketika peristiwa tertentu dan login ke log peristiwa atau ketika kombinasi peristiwa telah terjadi.

Aplikasi task scheduler meliputi 3 panel utama, yaitu:

1. Task Scheduler Library, kolom ini akan membantu pengguna untuk melakukan navigasi diantara semua tugas yang ada.
2. Task Scheduler Summary, bagian ini akan memperlihatkan informasi tentang tugas - tugas penting yang telah dibuat.
3. Actions, melalui fungsi ini pengguna dapat membuat, menghapus, mengimport tugas, menjalankan mengaktifkan dan menon aktifkan tugas dan mengatur beberapa propertis untuk tugas yang spesifik.

Strategi Penjadwalan

Terdapat dua Strategi penjadwalan, yaitu:

• Penjadwalan nonpreemptive (run – to – completion)
• Penjadwalan preemptive

Penjadwalan Nonpreemptive
Begitu proses diberi jatah waktu pemroses maka pemroses tidak dapat diambil alih oleh proses lain sampai proses itu selesai.

Penjadwalan Preemptive
Saat proses diberi jatah waktu pemroses maka pemroses dapat diambil alih proses lain sehingga proses disela sebelum selesai dan harus dilanjutkan menunggu jatah waktu pemroses tiba kembali pada proses itu.

Penjadwalan preemptive berguna pada sistem dimana proses-proses yang mendapat perhatian tanggapan pemroses secara cepat. Misalnya :

• Pada sistem waktu nyata, kehilangan interupsi (yaitu interupsi tidak segera dilayani) dapat berakibat fatal.

• Pada sistem interaktif/time-sharing, penjadwalan preemptive penting agar  dapat menjamin waktu tanggap yang memadai.

Penjadwalan preemptive bagus, tapi tidak tanpa ongkos. Perlaihan proses (yaitu proses beralih ke proses lain) memerlukan overhead (karena banyak tabel yang dikelola). Agar preemptive efektif, banyak proses harus berada di memori utama sehingga proses-proses tersebut dapat segera running begitu diperlukan. Menyimpan banyak proses tak running benar-benar di memori merupakan suatu overhead tersendiri. 

Algoritma Penjadwalan

Terdapat banyak algoritma penjadwalan ,baik nonpreemptive maupun preemptive. Algoritmanya seperti dibawah ini.

Algoritma-algoritma yang menerapkan strategi nonpreemptive diantaranya:

• FIFO (Frist In First Out)
• SJF (Shortest Job First)
• HRN (Highest Ratio Net)
• MFQ (Multiple Feedback Queues)

Algoritma-algoritma yang menerapkan strategi preemptive diantaranya:

• RR (Round Robin)
• SRF (Shortest remaining First)
• PS (Priority Schedulling)
• GS (Guaranteed Schedulle)

sumber:http://mata-cyber.blogspot.co.id/2014/11/penjadwalan-prosesor-strategi-dan-algoritma-penjadwalan.html

MANAJEMEN MEMORI

Menejemen memori di bagi menjadi 2 yaitu :

1. a.   Menejemen memori statis

Dengan pemartisian statis, jumlah, lokasi dan ukuran proses dimemori tidak beragam sepanjang waktu secara tetap.

1. Menejemen memori dinamis

Dengan pemartisian dinamis, jumlah, lokasi dan ukuran proses memori dapat beragam sepanjang waktu secara dinamis.

1. 1. Manajemen memori berdaasar alokasi memori:
   1. a.     Alokasi memori berturutan

Alokasi memori secara berturutan adalah tiap proses menempati satu blok tunggal memori yang berturutan
Keunggulan :

• Sederhana
  • Tak terbentuk lubang lubang memori bersebaran
  • Proses dapat dieksekusi lebih cepat

Kelemahan:

• Dapat memboroskan memori
• Tidak dapat memuatkan proses jika tidak ada satu blok memori yang mencukupi

1. b.    Alokasi memori tak berturutan

Program dibagi menjadi beberapa blok atau segmen. Blokblok program ditempatkan di memori dalam potonganpotongan tanpa perlu saling berdekatan. Teknik ini biasa digunakan pada system memori maya sebagai alokasi pagepage dilakukan secara global.
Keunggulan:

• Sistem dapat memanfaatkan memori utama secara lebih efisien
• System operasi masih mampu memuatkan proses bila jumlah total lubanglubang  memori cukup untuk memuat proses yang akan dieksekusi

Kelemahan:

• Pengendalian lebih rumit dan sulit
  • Kemungkinan terjadi banyak lubang memori yang tak terpakai bersebaran

1. 2. Manajemen memori berdasarkan keberadaan
   1. a.    Manajemen memori dengan swapping

Manajemen memori dengan pemindahan citra proses antara memori utama dengan disk selama eksekusi.

1. b.    Manajemen memori tanpa swapping

Manajemen memori tanpa pemindahan citra proses antara memori utama dengan disk selama eksekusi

1. 3. Manajemen memori tanpa swapping

Terdiri dari :

1. a.   Monoprogramming

Monoprogramming sderhana tanpa swapping merupakan manajemen memori sederhana. Sistem computer hanya mengijinkan satu program pemakai berjalan pada satu waktu. Semua sumber daya sepenuhnya dikuasai proses yang sedang berjalan.
Ciriciri:

• Hanya satu proses pada satu saat
• Hanya satu proses menggunakan semua memori
• Pemakai memuatkan program ke seluruh memori dari disk/tape
• Program mengambil alih kendali seluruh mesin

Karena hanya terdapat satu proses dan menguasai seluruh sistem maka alokasi memori dilakukan secara berturutan
Embedded system
Teknik monoprogramming masih dipakai untuk sistem kecil yaitu system tempelan (Embedded sitem) yang terdapat pada system lain. Sistem tempelan menggunakan mikroprosessor kecil. Sistem ini biasanya mengendalikn suatu alat sehingga bersifat intelejen(intelejentdevice) dalam menyediakan satu fungsi spesifik.
Proteksi pada monoprogramming sederhana
Pada monoprogramming pemakai memiliki kendali penuh terhadapmemori utama.Memori terbagi menjadi 3 bagian , yaitu

• Bagian rutin system operasi
• Bagian program pemakai
• Bagian yang tidak digunakan

Masalah proteksi di monoprogramming adalah cara untuk melindungi
rutin system operasi dari penghancuran program pemakai. Program
pemakai dapat tersesat sehingga memanipulasi atau menempati ruang
memori rutin system operasi. Aktivitas ini dapat merusak system operasi.
Proteksi diimplementasikan dengan menggunakan satu register batas di
processor. Setiap kali program pemakai mengacu alamat memori
dibandingkan dengan register batas untuk memastikan proses tidak
pemakai tidak merusak system operasi, yaitu tidak melewati nilai register
batas.

Register batas berisi alamat memori tertinggi yang dipakai system operasi.Jika program pemakai mencoba memasuki system operasi, instruksi diintersepsi dan job diakhiri dan diberi pesan kesalahan.

1. b.                  Multiprogramming dengan pemartisian statis

Alasan penggunaan multiprogramming:

• Mempermudah programmer
• Agar dapat memberikan layanan interaktif ke beberpapa orang secara

simultan

• Efisiensi penggunaan sumber daya
  • Eksekusi lebih mudah jika proses besar dipecah menjadi beberapa proses kecil
  • Dapat mengerjakan sejumlah job secara simultan

Strategi penempatan program ke paritisi
a.         Strategi penempatan pada pemartisian menjadi partisi-partisi berukuran
sama.Penempatan proses ke memori dilakukan secara mudah karena           dapat dipilih sembarang partisi yang kosong.
b.         Strategi penempatan pada pemartisian menjadi partisi-partisi berukuran
berbeda.
Relokasi.
Adalah masalah penempatan proses sesuai alamat fisik sehubungan alamat partisi memori dimana proses ditempatkan. Proses dapat ditempatkan pada  partisi-partisi berbeda menurut keadaan sistem saat itu. Pengalamatan  fisik secara absolut untuk proses tidak dapat dilakukan.
Proteksi pada Multiprogramming

Masalah proteksi pada banyak partisi dengan banyak proses di satu system secara bersamaan dikhawatirkan proses menggunakan atau modifikas idaerah yang dikuasai proses lain.Pada komputer IBM 360 membagi memori menjadi blok-blok,tiap blok ditambah 4 bit kode proteksi. Proses juga mempunyai PSW (programstatus Word) yang antar lain berisi status proteksi. Status proteksi berisi 4bit yang merupakan kunci dalam pengasesan memori.Proses hanya diijinkan mengakses blok blok memori yang berkode proteksi sama dengan kode proteksi yang dimiliki PSW proses.Solusi lain adalah dengan base register dan limit register. Base register diisi alamat awal partisi dan limit register diisi panjang partisi. Setiap alamat yang dihasilkan secara otomatis ditambah dengan nilai base register.Instruksi yang mengacu pada alamat yang melebihi limit register akan menimbulkan trap yang memberi tahu system operasi bahwa telah terjadi pelanggaran akses memori.

Fragmentasi pada pemartisian statis

• Fragmentasi internal, yaitu proses tidak mengisi penuh partisi yangtelah ditetapkan untuk proses
• Fragmentasi eksternal, partisi dapat tidak digunakan karena ukuranpartisi lebih kecil dibandingkan ukuran proses yang menunggu diantrian, sehingga tidak digunakan.

1. 4. Menejemen memori pada multi programming

Multiprogramming dengan swapping.

Pada sistem batch, organisasi memori dengan pemartisian tetap telah efektif. Selama jumlah proses yang terseduan dapat membuat pemroses sibuk, tak ada alasaan menggunakanan teknik lebih rumit. Pada sistem timesharing, situasinya berbeda, umumnya terdapat lebih banyak proses dibanding memori yang tersedia untuk memuat seluruh proses. Dengan demikian perlu menyimpan proses-proses yang tidak termuat ke disk. Untuk menjalankan proses-proses yang akan dieksekusi, proseproses itu harus telah masuk memori utama. Pemindahan  proses dari memori utama ke disk dan sebaliknya di sebut swapping. Dengan swapping, multiprogramming pada sistem time sharing dapt ditingkatkan kinerjanya yaitu dengan memindah proses-proses blocked ke disk dan hanya memasukkkan proses-proses ready ke memori utama. Beragam masalah harus diatasi multiprogramming dengan swapping, antara lain :

a. Pemartisian secara dinamis.
b. Strategi pencatatan pemakaian memori.
c. Algoritma penempatan proses ke memori.
d. Strategi penempatan ruang swap pada disk.
Multiprogramming dengan pemartisian dinamis

Pemartisian statis tidak menarik karena terlalu banyak diboroskan proses-proses yang lebih kecil dibanding partisi yang ditempatinya. Dengan pemartisian dinamis maka jumlah, lokasi dan ukuran proses di memori dapat beragam sepanjang waktu secara dinamis. Proses yang akan masuk ke memori segera dibuatkan paritisi untuknya sesuai kebutuhannya. Teknik ini meningkatkan utilitasi memori.

Kelemahan pemartisian dinamis adalah :
a. Dapat terjadi lubang-lubang kecil memori di antara partisi-partisi yang dipakai.
b. Merumitkan alokasi dan dealokasi memori.
5.                  Pencatatan pemakain memori
Memori yang tersedia harus dikelola, dilakukan dengan pencatatan pemakaian
memori. Terdapat dua cara utama pencatatan pemakaian memori, yaitu :
1.         Pencatatan memakai peta bit.
Memori dibagi menjadi unit-unit alokasi,berkorespondensi dengan tiap unit
alokasi adalah satu bit pada bit map.
* Nilai 0 pada peta bit berarti unit itu masih bebas.
* Nilai 1 berarti unit digunakan.
Masalah pada peta bit adalah penetapan mengenai ukuran unit alokasi
memori, yaitu :
* Unit lokasi memori berukuran kecil berarti membesarkan ukuran peta bit.
* Unit alokasi memori n berukuran besar berarti peta bit kecil tapi memori
banyak disiakan pada unit terakhir jika ukuran proses bukan kelipatan unit
alokasi.
Keunggulan :
* Dealokasi dapat dilakukan secara mudah, hanya tinggal menset bit yang
berkorespondensi dengan unit yang telah tidak digunakan dengan 0.
Kelemahan :
* Harus dilakukan penghitungan blok lubang memori saat unit memori bebas.
* Memerlukan ukutan bit map besar untuk memori yang besar.
2.         Pencatatan memakai senarai berkait.

Sistem operasi mengelola senarai berkait (linked list) untuk segmen-segmen memori yang telah dialokasikan dan bebas. Segmen memori menyatakan  memori untuk proses atau memori yang bebas (lubang). Senarai segmen diurutkan sesuai alamat blok.

Keunggulan :

* Tidak harus dilakukan perhitungan blok lubang memori karena sudah
tercatat di node.
* Memori yang diperlukan relatif lebih kecil.
Kelemahan :
* Dealokasi sulit dilakukan karena terjadi berbagai operasi penggabungan
node-nude di senarai.
6.                  Penggunaan memori
§     Pencocokan ukuran informasi ke penggalan memori kerja di sebut sebagai fit
§     Bagian dari memori kerja yang tidak terpakai dan letaknya tersebar di banyak wilayah memori kerja disebut sebagai fragmen.
§     Peristiwa terjadinya fragmen disebut fragmentasi.
7.                        Pencocokan(fit) dan fragmentasi
Beberapa jenis strategi pencocokan antara lain :
1.         Cocok pertama / First fit algorithm
Pencocokan terjadi menurut antrian informasi, informasi yang terdepan dicocokkan terlebih dahulu dan menurut urutan penggalan, penggalan yang terdepan dicocokkan terlebih dahulu. Contoh : Antrian informasi setiap ukuran.
2.         Cocok pertama berdaur / Cyclical first fit

Pencocokan tidak harus dimulai dari urutan penggalan memori pertama.Contoh : informasi 2K telah menempati penggalan 4 K, pencocokan cocok pertama berdaur bagi informasi 1K tidak lagi mencoba penggalan 4K tetapi 3K dan karena penggalan memori ini dapat menampung informasi tersebut, maka pada cocok pertama berdaur informasi 1K menempati memori 3K.

3.         Cocok terbaik / best fit

Mencari penggalan memori yang dapat menampung informasi yang paling pas / tidak ada memori di penggalan yang tersisa / sisanya yang paling kecil.Contohnya informasi pertama 2K mencari penggalan informasi yang terpas yaitu pada penggalan memori 2K juga / tidak ada sisa.

4.         Cocok terburuk / worst fit

Kebalikan dari cocok terbaik yaitu akan menempati penggalan yang ukurannya terbesar sehingga banyak ruang memori pada penggalan itu yang tidak terpakai.Contohnya informasi 2K akan menempati penggalan berukuran 6K sisa yang tidak terpakai = 4K.

8.                  Fragmentasi
Fragmentasi yaitu penyiaan/pemborosan memori akan terjadi pada setiap organisasi penyimpanan.
Fragmentasi pada pemartisian tetap terjadi adalah :
a. Fragmentasi internal.
Proses tidak mengisi penuh partisi yang telah ditetapkan untuk proses.
b. Fragmentasi ekstenal.
Partisi dapat tidak digunakan karena ukuran partisi lebih kecil dibanding ukuran proses yang menunggu di antrian, sehingga tidak digunakan.
Untuk sistem-sistem tanpa swapping (pemindahan lokasi proses), maka fragmentasi-fragmentasi tidak dapat dikurangi. Pada sistem-sistem dengan swapping, sistem lebih intelijen karena dapat melakukan beberapa altenatif mengatasi fragmentasi eksternal.
9.                  Sistem Buddy

Sistem buddy adalah algoritma pengelolaan memori yang memanfaatkan kelebihan penggunaan bilangan biner dalam pegalamatan memori. Karakteristik bilangan biner digunakan untuk mempercepat penggabungan lubang-lubang berdekatan ketika proses terakhir atau dikeluarkan.Manajer memori mengelola senarai blok-blok bebas berukuran 1, 2, 4, 8, 16 byte dan seterusnya sampai kapasita memori. Pada komputer dengan 1 Mbyte memori maka dapat terdapat 21 senarai yaitu dari 1 byte sampai 1 Mbyte.

Keunggulan :

·      Sistem buddy mempunyai keunggulan dibanding algoritma-algoritma yang   mengurutkan blok-blok berdasarkan ukuran. Ketika blok berukuran 2k dibebaskan, maka manajer memori hanya mencari pada senarai lubang 2k untuk memeriksa apakah dapat dilakukan penggabungan. Pada algoritma-algoritma lain yang memungkinkan blok-blok memori dipecah dalam sembarang ukuran, seluruh senarai harus dicari.

·           Dealokasi pada sistem buddy dapat dilakukan dengan cepat.
Kelemahan :

·           Utilisasi memori pada sistem buddy sangat tidak efisien.Masalah ini muncul dari dari kenyataan bahwa semua permintaan dibulatkan ke 2k terdekat yang dapat memuat. Proses berukuran 35 kb harus dialokasikandi 64 kb, terdapat 29 kb yang disiakan. Overhead ini disebut fragmentasi internal karena memori yang disiakan adalah internal terhadap segmen-segmenyang dialokasikan.

10.                  Alokasi ruang swap pada disk

Strategi dan algoritma yang dibahas adalah untuk mencatat memori utama. Ketika proses akan dimasukkan ke memori utama (swap-in), sistem dapat menemukan ruang untuk proses-proses itu.

Terdapat dua strategi utama penempatan proses yang dikeluarkan dari memori utama (swap-out) ke disk, yaitu :

· Ruang disk tempat swap dialokasikan begitu diperlukan.

Ketika proses harus dikeluarkan dari memori utama, ruang disk segera dialokasikan sesuai ukuran proses. Untuk itu diperlukan algoritma untuk mengelola ruang disk seperti untuk mengelola memori utama. Ketika proses dimasukkan kembali ke memori utama segera ruang disk untuk swap didealokasikan.

· Ruang disk tempat swap dialokasikan lebih dulu.

Saat proses diciptakan, ruang swap pada disk dialokasikan. Ketika proses harus dikeluarkan dari memori utama, proses selalu ditempatkan ke ruang yang telah dialokasikan, bukan ke tempat-tempat berbeda setiap kali terjadi swap-out. Ketika proses berakhir, ruang swap pada disk didealokasikan.

sumber:http://tugasso.blog.com/menejemen-memori/

MANAJEMEN I/O

Sering disebut device manager. Menyediakan “device driver” yang umum sehingga operasi I/O dapat seragam (membuka, membaca, menulis, menutup). Contoh: pengguna menggunakan operasi yang sama untuk membaca file pada hard-disk, CD-ROM dan floppy disk.
Komponen Sistem Operasi untuk sistem I/O :
Buffer : menampung sementara data dari/ke perangkat I/O.

• Spooling : melakukan penjadwalan pemakaian I/O sistem supaya lebih efisien (antrian dsb.).
• Menyediakan “driver” untuk dapat melakukan operasi “rinci” untuk perangkat keras I/O tertentu.
• Manajemen perangkat masukan/keluaran merupakan aspek perancangan sistem
  operasi terluas dan kompleks karena sangat beragamnya perangkat dan
  aplikasinya.
  Beberapa fungsi manajemen input/ouput (I/O) :

1. 1. Mengirim perintah ke perangkat I/O agar menyediakan layanan.
   2. Menangani interupsi perangkat I/O.
   3. Menangani kesalahan perangkat I/O.
   4. Menyediakan interface ke pemakai.

Klasifikasi perangkat I/O
Perangkat I/O dapat dikelompokkan berdasarkan :
a.         Sifat aliran datanya, yang terbagi atas :
1          Perangkat berorientasi blok.
Yaitu menyimpan, menerima, dan mengirim informasi sebagai blok-blok berukuran tetap yang berukuran 128 sampai 1024 byte dan memiliki alamat tersendiri, sehingga memungkinkan membaca atau menulis blok-blok secara independen, yaitu dapat membaca atau menulis sembarang blok tanpa harus melewati blok-blok lain. Contoh : disk,tape,CD ROM, optical disk.
2          Perangkat berorientasi aliran karakter.
Yaitu perangkat yang menerima, dan mengirimkan aliran karakter tanpa membentuk suatu struktur blok. Contoh : terminal, line printer, pita kertas, kartu-kartu berlubang, interface jaringan, mouse.
b.         Sasaran komunikasi, yang terbagi atas :
1          Perangkat yang terbaca oleh manusia.
Perangkat yang digunakan untuk berkomunikasi dengan manusia.Contoh : VDT (video display terminal) : monitor, keyboard, mouse.
2          Perangkat yang terbaca oleh mesin.
Perangkat yang digunakan untuk berkomunikasi dengan perangkat elektronik.Contoh : Disk dan tape, sensor, controller.
3          Perangkat komunikasi.
Perangkat yang digunakan untuk komunikasi dengan perangkat jarak jauh.Contoh : Modem.
Faktor-faktor yang membedakan antar perangkat :
o Kecepatan transmisi data (data rate).
o Jenis aplikasi yang digunakan.
o Tingkat kerumitan dalam pengendalian.
o Besarnya unit yang ditransfer.
o Representasi atau perwujudan data.
o Kondisi-kondisi kesalahan.Teknik pemograman perangkat I/O

1. c. Terdapat 3 teknik pemrograman, yaitu :
2. I/O terprogram atau polling system.

Ketika perangkat I/O menangani permintaan, perangkat men-set bit status di register status perangkat. Perangkat tidak memberitahu ke pemroses saat tugas telah selesai dilakukan sehingga pemroses harus selalu memeriksa register tersebut secara periodik dan melakukan tindakan berdasar status yang dibaca. Software pengendali perangkat (driver) dipemroses harus mentransfer data ke/dari pengendali. Driver mengeksekusi perintah yang berkomunikasi dengan pengendali (adapter) di perangkat dan menunggui sampai operasi yang dilakukan perangkat selesai.Driver berisi kumpulan instruksi :
1 Pengendalian.
Berfungsi mengaktifkan perangkat eksternal dan memberitahu yang perlu dilakukan. Contoh : unit tape magnetik diinstruksikan untuk kembali ke posisi awal, bergerak ke record berikut, dan sebagainya.
2 Pengujian.
Berfungsi memeriksa status perangkat keras berkaitan dengan perangkat I/O.
3 Pembacaan/penulisan
Berfungsi membaca/menulis untuk transfer data antara register pemroses dan perangkat eksternal.Masalah utama I/O terprogram adalah pemroses diboroskan untuk menunggu dan menjagai operasi I/O. Diperlukan teknik lain untuk meningkatkan efisiensi pemroses.
b.         I/O dikendalikan interupsi.
Teknik I/O dituntun interupsi mempunyai mekanisme kerja sebagai berikut :
o Pemroses memberi instruksi ke perangkat I/O kemudian melanjutkan melakukan pekerjaan lainnya.
o Perangkat I/O akan menginterupsi meminta layanan saat perangkat telah siap bertukar data dengan pemroses.
o Saat menerima interupsi perangkat keras (yang memberitahukan bahwa perangkat siap melakukan transfer), pemroses segera mengeksekusi transfer data.
Keunggulan :
o Pemroses tidak disibukkan menunggui dan menjaga perangkat I/O untuk memeriksa status perangkat.
Kelemahan :
o Rate transfer I/O dibatasi kecepatan menguji dan melayani operasi perangkat.
o Pemroses terikat ketat dalam mengelola transfer I/O. Sejumlah intruksi harus dieksekusi untuk tiap transfer I/O.
c.         Dengan DMA (direct memory access).
DMA berfungsi membebaskan pemroses menunggui transfer data yang dilakukan perangkat I/O. Saat pemroses ingin membaca atau menulis data, pemroses memerintahkan DMA controller dengan mengirim informasi berikut :
o Perintah penulisan/pembacaan.
o Alamat perangkat I/O.
o Awal lokasi memori yang ditulis/dibaca.
o Jumlah word (byte) yang ditulis/dibaca.
Setelah mengirim informasi-informasi itu ke DMA controller, pemroses dapat melanjutkan kerja lain. Pemroses mendelegasikan operasi I/O ke DMA. DMA mentransfer seluruh data yang diminta ke/dari memori secara langsung tanpa melewati pemroses. Ketika transfer data selesai, DMA mengirim sinyal interupsi ke pemroses. Sehingga pemroses hanya dilibatkan pada awal dan akhir transfer data. Operasi transfer antara perangkat dan memori utama dilakukan sepenuhnya oleh DMA lepas dari pemroses dan hanya melakukan interupsi bila operasi telah selesai.
Keunggulan :
o Penghematan waktu pemroses.
o Peningkatan kinerja I/O.
Evolusi fungsi perangkat I/O
Sistem komputer mengalami peningkatan kompleksitas dan kecanggihan komponen-komponennya, yang sangat tampak pada fungsi-fungsi I/O sebagai berikut :
a.         Pemroses mengendalikan perangkat I/O secara langsung.
Masih digunakan sampai saat ini untuk perangkat sederhana yang dikendalikan mikroprosessor sehingga menjadi perangkat berintelijen (inteligent device).
b.         Pemroses dilengkapi pengendali I/O (I/O controller).
Pemroses menggunakan I/O terpogram tanpa interupsi, sehingga tak perlu memperhatikan rincian-rincian spesifik antarmuka perangkat.
c.         Perangkat dilengkapi fasilitas interupsi.
Pemroses tidak perlu menghabiskan waktu menunggu selesainya operasi I/O, sehingga meningkatkan efisiensi pemroses.
d.         I/O controller mengendalikan memori secara langsung lewat DMA.
Pengendali dapat memindahkan blok data ke/dari memori tanpa melibatkan pemroses kecuali diawal dan akhir transfer.
e.         Pengendali I/O menjadi pemroses terpisah.
Pemroses pusat mengendalikan.memerintahkan pemroses khusus I/O untuk mengeksekusi program I/O di memori utama. Pemroses I/O mengambil dan mengeksekusi intruksi-intruksi ini tanpa intervensi pemroses pusat. Dimungkinkan pemroses pusat menspesifikasikan barisan aktivitas I/O dan hanya diinterupsi ketika seluruh barisan intruksi diselesaikan.
f.          Pengendali I/O mempunyai memori lokal sendiri.
Perangkat I/O dapat dikendalikan dengan keterlibatan pemroses pusat yang minimum.
Arsitektur ini untuk pengendalian komunikasi dengan terminal-terminal interaktif. Pemroses I/O mengambil alih kebanyakan tugas yang melibatkan pengendalian terminal.
Evolusi bertujuan meminimalkan keterlibatan pemroses pusat, sehingga pemroses tidak disibukkan dengan tugas I/O dan dapat meningkatkan kinerja sistem.
Prinsip manajemen perangkat I/O
Terdapat dua sasaran perancangan I/O, yaitu :
a.         Efisiensi.
Aspek penting karena operasi I/O sering menimbulkan bottleneck.
b.         Generalitas (device independence).
Manajemen perangkat I/O selain berkaitan dengan simplisitas dan bebas kesalahan, juga menangani perangkat secara seragam baik dari cara proses memandang maupun cara sistem operasi mengelola perangkat dan operasi I/O.
Software diorganisasikan berlapis. Lapisan bawah berurusan menyembunyikan kerumitanperangkat keras untuk lapisan-lapisan lebih atas. Lapisan lebih atas berurusanmemberi antar muka yang bagus, bersih, nyaman dan seragam ke pemakai. Masalah-masalah manajemen I/O adalah :
a.         Penamaan yang seragam (uniform naming).
Nama berkas atau perangkat adalah string atau integer, tidak bergantung pada perangkat sama sekali.
b.         Penanganan kesalahan (error handling).
Umumnya penanganan kesalahan ditangani sedekat mungkin dengan perangkat keras.
c.         Transfer sinkron vs asinkron.
Kebanyakan I/O adalah asinkron. Pemroses mulai transfer dan mengabaikan untuk melakukan kerja lain sampai interupsi tiba. Program pemakai sangat lebih mudah ditulis jika operasi I/O berorientasi blok. Setelah perintah read, program kemudian ditunda secara otomatis sampai data tersedia di buffer.
d.         Sharable vs dedicated.
Beberapa perangk dapat dipakai bersama seperti disk, tapi ada juga perangkat yang hanya satu pemakai yang dibolehkan memakai pada satu saat. Contoh : printer.

Hirarki manajemen perangkat I/O
Hirarki manajemen perangkat I/O :
a.         Interrupt handler.
Interupsi harus disembunyikan agar tidak terlihat rutin berikutnya. Device driver di blocked saat perintah I/O diberikan dan menunggu interupsi. Ketika interupsi terjadi, prosedur penanganan interupsi bekerja agar device driver keluar dari state blocked.
b.         Device drivers.
Semua kode bergantung perangkat ditempatkan di device driver. Tiap device driver menangani satu tipe (kelas) perangkat dan bertugas menerima permintaan abstrak perangkat lunak device independent diatasnya dan melakukan layanan permintaan.
Mekanisme kerja device driver :
o          Menerjemahkan perintah abstrak menjadi perintah konkret.
o          Setelah ditentukan perintah yang harus diberikan ke pengendali, device driver mulai menulis ke register-register pengendali perangkat.
o          Setelah operasi selesai dilakukan perangkat, device driver memeriksa status kesalahan yang terjadi.
o          Jika berjalan baik, device driver melewatkan data ke perangkat lunak device independent.
o          Kemudian device driver melaporkan status operasinya ke pemanggil.
c.         Perangkat lunak device independent.
Bertujuan membentuk fungsi-fungsi I/O yang berlaku untuk semua perangkat dan memberi antarmuka seragam ke perangkat lunak tingkat pemakai. Fungsi-fungsi lain yang dilakukan :
o          Sebagai interface seragam untuk seluruh device driver.
o          Penamaan perangkat.
o          Proteksi perangkat.
o          Memberi ukuran blok perangkat agar bersifat device independent.
o          Melakukan buffering.
o          Alokasi penyimpanan pada block devices.
o          Alokasi dan pelepasan dedicated devices.
o          Pelaporan kesalahan.
d.         Perangkat lunak level pemakai.
Kebanyakan perangkat lunak I/O terdapat di sistem operasi. Satu bagian kecil berisi pustaka-pustaka yang dikaitkan pada program pemakai dan berjalan diluar kernel. System calls I/O umumnya dibuat sebagai prosedur-prosedur pustaka. Kumpulan prosedur pustaka I/O merupakan bagian sistem I/O. Tidak semua perangkat lunak I/O level pemakai berupa prosedur- prosedur pustaka. Kategori penting adalah sistem spooling. Spooling adalah cara khusus berurusan dengan perangkat I/O yang harus didedikasikan pada sistem multiprogramming.
Buffering I/O
Buffering adalah melembutkan lonjakan-lonjakan kebutuhan pengaksesan I/O, sehingga meningkatkan efisiensi dan kinerja sistem operasi.Terdapat beragam cara buffering, antar lain :
a.         Single buffering.
Merupakan teknik paling sederhana. Ketika proses memberi perintah untuk perangkat I/O, sistem operasi menyediakan buffer memori utama sistem untuk operasi.Untuk perangkat berorientasi blok.Transfer masukan dibuat ke buffer sistem. Ketika transfer selesai, proses memindahkan blok ke ruang pemakai dan segera meminta blok lain. Teknik ini disebut reading ahead atau anticipated input. Teknik ini dilakukan dengan harapan blok akan segera diperlukan. Untuk banyak tipe komputasi, asumsi ini berlaku. Hanya di akhir pemrosesan maka blok yang dibaca tidak diperlukan.
Keunggulan :
Pendekatan in umumnya meningkatkan kecepatan dibanding tanpa buffering. Proses pemakai dapat memproses blok data sementara blok berikutnya sedang dibaca. Sistem operasi dapat menswap keluar proses karena operasi masukan berada di memori sistem bukan memori proses pemakai.
Kelemahan :
o          Merumitkan sistem operasi karena harus mencatat pemberian buffer-buffer sistem ke proses pemakai.
o          Logika swapping juga dipengaruhi. Jika operasi I/O melibatkan disk
untuk swapping, maka membuat antrian penulisan ke disk yang sama yang digunakan untuk swap out proses. Untuk menswap proses dan melepas memori utama tidak dapat dimulai sampai operasi I/O selesai, dimana waktu swapping ke disk tidak bagus untuk dilaksanaka Buffering keluaran serupa buffering masukan. Ketika data transmisi, data lebih dulu dikopi dari ruang pemakai ke buffer sistem. Proses pengirim menjadi bebas untuk melanjutkan eksekusi berikutnya atau di swap ke disk jika perlu.Untuk perangkat berorientasi aliran karakter.
Single buffering dapat diterapkan dengan dua mode, yaitu :
o          Mode line at a time.
Cocok untuk terminal mode gulung (scroll terminal atau dumb terminal). Masukan pemakai adalah satu baris per waktu dengan enter menandai akhir baris. Keluaran terminal juga serupa, yaitu satu baris per waktu.
Contoh mode ini adalah printer.Buffer digunakan untuk menyimpan satu baris tunggal. Proses pemakai ditunda selama masukan, menunggu kedatangan satu baris seluruhnya. Untuk keluaran, proses pemakai menempatkan satu baris keluaran pada buffer dan melanjutkan pemrosesan. Proses tidak perlu suspend kecuali bila baris kedua dikirim sebelum buffer dikosongkan.
o          Mode byte at a time.
Operasi ini cocok untuk terminal mode form, dimana tiap ketikan adalah penting dan untuk peripheral lain seperti sensor dan pengendali.
b.         Double buffering.
Peningkatan dapat dibuat dengan dua buffer sistem.Proses dapat ditransfer ke/dari satu buffer sementara sistem operasi mengosongkan (atau mengisi) buffer lain. Teknik ini disebut double buffering atau buffer swapping. Double buffering menjamin proses tidak menunggu operasi I/O. Peningkatan ini harus dibayar dengan peningkatan kompleksitas. Untuk berorientasi aliran karakter, double buffering mempunyai 2 mode alternatif, yaitu :
o          Mode line at a time.
Proses pemakai tidak perlu ditunda untuk I/O kecuali proses secepatnya mengosongkan buffer ganda.
o          Mode byte at a time.
Buffer ganda tidak memberi keunggulan berarti atas buffer tunggal. Double buffering mengikuti model producer-consumer.

1. Circular buffering.

Seharusnya melembutkan aliran data antara perangkat I/O dan proses. Jika kinerja proses tertentu menjadi fokus kita, maka kita ingin agar operasi I/O mengikuti proses. Double buffering tidak mencukupi jika proses melakukan operasi I/O yang berturutan dengan cepat. Masalah sering dapat dihindari dengan menggunakan lebih dari dua buffer. Ketika lebih dari dua buffer yang digunakan, kumpulan buffer itu sendiri diacu sebagai circulat buffer. Tiap bufferindividu adalah satu unit di circular buffer.

sumber:http://tugasso.blog.com/manajemen-io/