Sistem Operasi Pertemuan 26

Implementasi Sistem Manajemen File Organisasi penyimpanan file Record dan Blocking

Masalah implementasi sistem manajemen file Penyimpanan file Manajemen ruang penyimpanan Keandalan Kinerja

Penyimpanan file Blocking Penyimpanan dan pengaksesan dari/ke perangkat dalam unit informasi. Blok berisi sekumpulan byte berukuran tetap yang dipindah dari tempat penyimpanan ke memori untuk diolah dan sebaliknya

Persoalan mengenai ukuran blok Ukuran blok yang sama pada perangkat-perangkat berbeda dapat menyebabkan pemborosan ruang penyimpanan Ukuran-ukuran blok berbeda menyulitkan penulisan program

Pertimbangan dalam menentukan ukuran blok Ukuran blok tetap menurunkan kompleksitas program Ukuran blok tetap beragam perangkat berbeda memboroskan ruang penyimpanan Ukuran blok mempengaruhi kinerja sistem manajemen file Ukuran blok besar dapat mengakibatkan data yang dipindah, banyak yang tidak diperlukan saat hanya diperlukan satu record Blok besar memerlukan memori besar Ukuran blok kecil berarti pembacaan berulang-ulang bila data besar

Pengalamatan blok Pengalamatan fisik Disk Pengalamatan relatif Mengacu satu unit data pada disk secara fisis,terdapat enam parameter, nomor perangkat fisik, nomor silinder, nomor permukaan, nomor sektor atau blok, nomor record dalam blok, nomor field atau karakter dalam record Pengalamatan relatif Digunakan bilangan bulat dari 0 sampai jumlah maksimum blok. Alamat relatif ini harus di konversi menjadi alamat fisik dengan suatu perhitungan yang dilakukan sistem operasi. Pengalamatan simbolik Tiap blok diberi alamat simbolik Digunakan tabel alamat, berisi alamat fisik atau relatif blok dan prosedur pencarian (lookup) untuk mendapatkan alamat blok Identifier blok bisa menggunakan bilangan bulat atau kunci ke alamat atau dengan suatu transformasi/hashing

Lokalitas Blok berikutnya dapat dicapai dengan waktu singkat jika blok berdekatan dengan blok sebelumnya. Kedekatan ini disebut lokalitas Semakin kuat lokalitasnya, semakin cepat pengaksesan datanya dan sebaliknya Kuat Blok berikutnya di silinder yang sama Blok di silinder yang beda , perangkat yang sama Blok di silinder aktif pada perangkat lain Blok di silinder aktif, perangkat yang bergandengan Posisi blok tidak diketahui, dikomputasi dengan data di memori Posisi blok tidak diketahui, diperoleh dengan membaca file bantuan Blok di komputer lain dalam suatu jaringan tersebar Lemah Blok pada perangkat yang belum on-line

Implementasi sistem file File berisi sekumpulan blok. Sistem manajemen file bertanggung jawab untuk alokasi blok-blok disk ke file. Dua hal penting yang harus ditangani Pencatatan ruang yang dialokasikan untuk file Pencatatan ruang bebas yang tersedia di disk Sistem file meliputi Alokasi file Pencatatan ruang disk Shared file Keandalan sistem file Kinerja sistem file

Alokasi file Alokasi berurutan (contiguous allocation) Alokasi blok-blok/file sebagai senarai berkait Alokasi blok-blok/file sebagai senarai berkait menggunakan index (FAT) i-node atau index block chaining

Alokasi berurutan Keunggulan Sederhana metode ini sederhana dalam implementasi karena pencatatan dalam hal ini blok-blok file berada direduksi menjadi hanya mengingat alamat awal file dan panjang file (jumlah blok) Kinerja luar biasa bagus karena seluruh file dapat dibaca dari disk dengan satu operasi . Tidak ada metode alokasi lain yang menandingi kinerja aksesnya Kelemahan Hanya bila ukuran maksimum diketahui pada saat file diciptakan Metode ini tidak layak digunakan kecuali ukuran maksimum file diketahui saat file diciptakan Terjadi fragmentasi disk fragmentasi disk dapat dihasilkan metode alokasi ini, ruang yang disiakan seharusnya dapat digunakan

Pada lingkungan tempat file berkembang dan mengerut setiap saat , alokasi ini sulit diterapkan Pemakai biasanya berlebihan dalam memperkirakan ruang yang diperlukan sehingga menyebabkan banyak pemborosan Ketika file berkembang lebih besar dari yang dialokasikan, file harus ditransfer ke lokasi baru yang memuat. Pemindahan memerlukan usaha besar yang mengkonsumsi banyak waktu komputasi

Alokasi disk secara kontigu Blok 0 A(1) Blok 1 A(2) Blok 2 A(3) Blok 3 A(4) Blok 4 B(1) Blok 5 B(2) Blok 6 B(3) Blok 7 C(1) Blok 8 C(2) Blok 9 C(3) Blok 10 C(4) Blok 11 C(5) Blok 12 C(6) Blok 13 C(7) Blok 14 C(8) Blok 15 C(9) Blok 16 C(10) Blok 17 D(1) Blok 18 D(2) Blok 19 D(3) Blok 20 D(4) Blok 21 E(1) Blok 22 E(2) Blok 23 F(1) Blok 24 G(1) Blok 25 G(2) Blok 26 G(3) Blok 27 H(1) Blok 28 H(2) Blok 29 H(3) Blok 30 I(1) Blok 31 I(2) Blok 32 J(1) Blok 33 J(2) Blok 34 J(3) Blok 35 J(4) Blok 36 J(5) Blok 37 J(6) Blok 38 J(7) Blok 39 J(8) File A dialokasikan pada blok 1,2,3 File B dialokasikan pada blok 4,5,6 File C dialokasikan pada pada blok 7,8,9,10,11,12,13,14,15,16 File D dialokasikan pada 17,18,19,20 File E dialokasikan pada blok 21,22 File F dialokasikan pada blok blok 23 File G dialokasikan pada pada blok 24,25,26 File H dialokasikan pada blok 27,28,29 File I dialokasikan pada blok 30,31 File J di alokasikan pada blok 32,33,34,35,36,37,38,39

Bila file B,E,G dan I dihapus Blok 0 A(1) Blok 1 A(2) Blok 2 A(3) Blok 3 A(4) Blok 4 Blok 5 Blok 6 Blok 7 C(1) Blok 8 C(2) Blok 9 C(3) Blok 10 C(4) Blok 11 C(5) Blok 12 C(6) Blok 13 C(7) Blok 14 C(8) Blok 15 C(9) Blok 16 C(10) Blok 17 D(1) Blok 18 D(2) Blok 19 D(3) Blok 20 D(4) Blok 21 Blok 22 Blok 23 F(1) Blok 24 Blok 25 Blok 26 Blok 27 H(1) Blok 28 H(2) Blok 29 H(3) Blok 30 Blok 31 Blok 32 J(1) Blok 33 J(2) Blok 34 J(3) Blok 35 J(4) Blok 36 J(5) Blok 37 J(6) Blok 38 J(7) Blok 39 J(8)

Penggunaan Meski teknik ini banyak kelemahan tetapi sangat cocok untuk sistem yang memerlukan pengaksesan data di disk yang sangat cepat, contohnya sistem jaringan dan sistem operasi waktu nyata Optimalisasi penggunaan pendekatan kontigu adalah dengan memadukan dengan file yang bersifat immutable. File tidak dapat diubah setelah diciptakan atau menerapkan multiversions. Bila file berubah maka diciptakan file baru yang menempati lokasi baru

Alokasi blok-blok file sebagai senarai berkait Metode kedua adalah mencatat blok-blok file dengan senarai berkait blok- blok di disk. Word pertama di blok data sebagai pointer ke blok berikutnya, sisanya untuk menyimpan data. Skema ini disebut rantai blok (blok chaining) karena blok pertama merantai blok kedua, blok kedua merantai blok ketiga dan seterusnya Keunggulan Setiap blok disk dapat digunakan. Tidak ada ruang yang hilang karena fragmentasi eksternal Isian/elemen direktori cukup menyimpan alamat blok pertama file Kelemahan Pembacaan sekuen cukup merepotkan karena harus menelusuri blok satu per satu Blok data tidak lagi berukuran 2k karena pointer memerlukan beberapa byte

Alokasi blok-blok file sebagai senarai berkait menggunakan indeks Kelemahan alokasi senari berkait dieliminasi dengan menghilangkan pointer di blok dan meletakkannya sebagai tabel tersendiri di memori. Dengan cara ini seluruh blok tersedia untuk data. Skema ini disebut block oriented file mapping. Tabel yang mencatat nomor blok data disebut FAT (file allocation table) Keunggulan Pengaksesan acak lebih mudah Direktori cukup menyimpan bilangan bulat nomor blok awal Kelemahan Seluruh tabel (FAT) harus disimpan di memori Jika penyimpan berukuran besar mengakibatkan tabel FAT berukuran besar dan harus ditaruh di memori utama meskipun hanya satu file yang dibuka

A 4 B 7 C 3 Blok 0 Blok 1 Blok 2 C(5) Blok 3 C(1) Blok 4 A(1) 1 2 NIL 3 5 4 23 17 6 7 8 9 10 11 16 12 13 14 15 18 21 19 20 22 . Nama file Lokasi blok pertama A 4 B 7 C 3 Blok 0 Blok 1 Blok 2 C(5) Blok 3 C(1) Blok 4 A(1) Blok 5 C(2) Blok 6 Blok 7 B(1) Blok 8 B(2) Blok 9 B(3) Blok 10 B(4) Blok 11 B(5) Blok 12 Blok 13 Blok 14 Blok 15 Blok 16 B(6) Blok 17 C(3) Blok 18 B(7) Blok 19 B(8) Blok 20 B(9) Blok 21 C(4) Blok 22 Blok 23 A(2)

i-node atau index Block chaining File kecil Beberapa alamat disk awal disimpan di i-node itu sendiri. Untuk file kecil, semua informasi yang diperlukan terdapat di i-node di disk dan disimpan ke memori begitu file dibuka File lebih besar Untuk file lebih besar, salah satu dari field di i-node adalah pointer ke singly indirect block. Singly indirect block berisi pointer ke blok yang berisi alamat blok-blok data berikutnya. Jika masih tidak cukup, field lain di i-node menunjuk ke doubly indirect block digunakan. Doubly indirect block berisi pointer ke alamat blok-blok disk yang berisi sekumpulan singly indirect block. Jika masih tidak cukup digunakan triple indirect blok menunjuk sekumpulan doubly indirect block

Keunggulan Isian direktori sederhana Secara dinamis dapat mengimplementasikan file kecil sampai file sangat besar Kelemahan Perlu pengaksesan disk untuk penelusuran blok-blok data

i-node lanjutan DATA DATA DATA DATA DATA DATA DATA DATA A 4 B 7 C 3 Nama file Lokasi blok pertama A 4 B 7 C 3 i-node lanjutan Atribut-atribut file NIL DATA DATA DATA DATA DATA DATA DATA DATA

Implementasi Direktori Informasi di isian direktori bergantung sistem pencatan blok-blok yang digunakan. Informasi dapat berisi Alamat disk dari seluruh file (untuk alokasi kontigu) Nomor blok pertama (untuk skema dengan menggunakan senarai berkait) Nomor i-node Fungsi utama sistem direktori adalah memetakan nama simbolik file (nama file dan nama jalurnya) menjadi informasi untuk menemukan blok-blok file) Penyimpanan atribut-atribut file dapat dilakukan beragam cara, yaitu: Menyimpan atribut-atribut file secara langsung di isian direktori. Untuk sistem-sistem yang menggunakan i-node, kemungkinan lain yang digunakan yaitu menyimpan atribut-atribut di i-node, bukan sebagai isian direktori

Pencatatan ruang disk yang bebas Penyimpanan file dapat dilakukan dengan Berurutan, cara ini mempunyai masalah apabila file berkembang dan ruang berikutnya telah ditempati file lain Fixed block, perkembangan file dapat diatasi tapi menentukan ukuran blok merupakan hal yang sulit Blok-blok bebas yang belum digunakan di disk harus dicatat sehingga dapat dilakukan alokasi blok-blok ke file yang memerlukan. Teknik pencatatan blok-blok bebas dapat dilakukan Peta bit Disk dengan N blok memerlukan peta bit sebesar N bit. Blok-blok bebas direpresentasikan nilai 0, sedang blok-blok yang telah dialokasikan direpresentasikan nilai 1 pada sebaliknya Senarai berkait Senarai ini berisi nomor blok yang masih beba. Blok digunakan semaksimal mungkin menampung nomor blok Perbandingan peta bit memerlukan ruang pencatatan lebih kecil karena tiap blok hanya direpresentasikan 1 bit, sementara senarai berkait memerlukan 16 bit per blok. Senarai berkait lebih kecil dibanding peta bit hanya jika disk telah hampir penuh

Shared file Shared file adalah file yang tidak hanya diacu satu direktori, juga oleh direktori-direktori lain. Sistem manajemen file tidak lagi berupa pohon melainkan graph berarah tak melingkar (DAG = directed acyclic graph) Implementasi Membuat pengkopian i-node Symbolic link

Shared file dengan pengopian File yang dipakai bersama dikopi ke masing-masing direktori pemakai Keunggulan Sederhana Terdapat redundansi sehingga kerusakan satu kopian masih tersedia kopian yang lain Kelemahan Perubahan yang dibuat satu pemakai tidak akan terlihat pemakai-pemakai lain Penggunaan ruang disk sangat besar karena duplikasi atau pengkopian file-file yang sama Penggunaan Dapat diterapkan pada sistem jaringan secara hati-hati agar memperkecil lalu lintas komunikasi. Penerapan terutama pada file-file acuan yang jarang diperbarui

Shared file dengan i-node Blok-blok disk digunakan bersama tidak didaftarkan di direktori melainkan di struktur kecil diasosiasikan dengan file. Direktori pemakai-pemakai lain cukup menunjuk struktur itu yang dinamakan i-node Keuntungan Tidak terdapat banyak kopian Modifikasi oleh satu pemakai akan terlihat pemakai lain Tidak memerlukan mekanisme penjagaan integrasi yang rumit Kelemahan Bila pemilik menghilangkan file maka dapat terjadi skenario berikut Jika sistem menghapus file dan juga membersihkan i-node maka direktori pemakai lain akan menunjuk i-node tidak sah Jika i-node kemudian diberikan ke file lain maka akan menunjuk ke file baru,file yang tidak dimaksud

Shared file dengan symbolic linking Sistem membuat file bertipe LINK (kaitan) berisi jalur file yang dikaitkan di direktori. Ketika file bertipe LINK dibaca maka sistem operasi mengetahui bahwa file yang harus dibaca adalah nama file yang ditunjuk file tipe LINK. Sistem mencari direktori yang memuat i-node file itu. Kelemahannya shared file dengan i-node tidak terdapat pada teknik symbolic link karena hanya pemilik file yang mempunyai penunjuk ke i-node suatu file. Keuntungan Symbolic linking dapat digunakan mengait file di mesin manapun Bila symbolic linking dihilangkan, tidak menimbulkan efek pada pun pad file Kelemahan Memerlukan overhead tambahan File yang berisi jalur harus dibaca. Jalur di parse dan diikuti komponen demi komponen sampai mencapai i-node Pemborosan lain adalah diperlukan satu i-node ekstra untuk setiap symbolic linking

Pengaksesan pada Shared file Sistem manajemen file harus menyediakan layanan untuk mengizinkan pemakaian file bersama oleh banyak pemakai, menyediakan sejumlah pilihan teknik pengendalian pengaksesan file bersama Hak akses None pemakai tidak mengetahui keberadaan file Knowledge pemakai dapat mengetahui keberadaan file dan pemiliknya Execution pemakai dapat memuatkan file dan mengeksekusi tapi tidak dapat menyalin Reading pemakai dapat membaca file untuk tujuan tertentu termasuk melakukan pengkopian dan eksekusi Appending pemakai dapat menambah data ke file, sering hanya di akhir file Updating pemakai dapat memodifikasi, menghapus dan menambah data pada file Changing potection pemakai dapat mengubah hak akses pemakai lain Deletion pemakai dapat menghapus file dari sistem file

Keandalan sistem manajemen file Kerusakan data lebih mahal dibandingkan dengan kerusakan perangkat keras karena merupakan kehilangan yang tak dapat diganti bila tidak memiliki salianannya Manajemen blok buruk Disk biasanya mempunyai blok buruk,yaitu mempunyai cacat sehingga tidak sempurna dalam menyimpan data Solusi Secara hardware, menyediakan track pengganti Secara software, membuat catatan semua blok buruk dan menyingkirkan dari blok bebas Pemulihan dari kegagalan disk Penanggulangan dengan backup dan transaction log Backup adalah membuat salinan file dan meletakannya di tempat aman.

Konsistensi sistem manajemen file Kendali konkurensi Teknik untuk menangani keadaan simultan secara serial disebut serializablity. Teknik untuk mendapat properti ini disebut kendali konkurensi antara lain Penguncian. Ketika file dikunci, semua usaha menggunakan atau mengunci file oleh client lain ditolak Transaksi. Pemakai siberi wewenang mendefinisikan transaksi yaitu seluruh aksi di transaksi harus berjalan sukses seluruhnya atau bila terdapat aksi yang gagal maka tidak terdapat aksi sama sekali Replikasi file. Sistem tidak hanya menyimpan satu salinan tapi menyimpan N salinan.

Kinerja sistem manajemen file Sasaran utama peningkatan kinerja sistem manajemen file adalah mereduksi jumlah akses ke disk Cara yang digunakan adalah buffer cache dan penempatan data Cache adalah kumpulan blok yang secara logik dipunyai disk tapi tersimpan di memori utama Cara kerja : Selalu memeriksa semua permintaan baca untuk menentukan apakah blok yang diperlukan telah berada di cache Jika blok telah berada di cache maka permintaan baca dapat dipenuhi dari cache tanpa pengaksesan disk Jika blok data tidak berada di cache maka dilakukan pembacaan dari disk sebanyak satu blok dan salin ke cache. Setelah itu salin ke proses yang meminta. Permintaan berikutnya untuk blok yang sama dapat dipenuhi dari cache tanpa pengaksesan disk Jika cache telah penuh, suatu blok di cache akan dipindahkan dan jika blok tersebut telah dimodifikasi maka harus dituliskan ke disk Penempatan data diusahakan sehingga memperkecil seek time dan rotasi

Sistem akses file Pada sistem akses maka record adalah unit terkecil penyimpanan data di level logis atau file. Panjang record dapat tetap atau bervariasi Tiga metode untuk penandaan awal dan akhir record berukuran variasi End of record mark Indikator panjang Tabel posisi record Record harus ditempatkan di blok. Satu blok dapat terdiri saty record atau lebih. Penempatan record ke blok disebut blocking. Blocking factor (Bfr) adalah parameter yang menunjukkan jumlah record yang diharapkan (maksimum) ditampung di 1 blok

Penempatan record pada blok Fixed blocking Record berukuran tetap. Blok berisi jumlah record yang tetap. Record hanya menempati di satu blok tidak boleh dipecah di beberapa blok. Record tidak boleh melebihi ukuran blok Keunggulan : memudahkan implementasi Kelemahan : memboroskan ruang penyimpanan karena fragmentasi internal

Variable length spanned blocking Record dapat berukuran bervariasi ditempatkan memenuhi blok dan dapat dipecah untuk menempati blok-blok berbeda. Satu record dapat ditempatkan lebih dari satu blok. Keterhubungan record yang terpecah pada blok-blok berbeda diwujudkan dengan pointer menunjuk alamat blok-blok berikutnya tempat bagian record itu Keuntungan Fleksibel bagi pemakai Ukuran record tidak dibatasi ukuran blok Mengurangi ruang penyimpan tidak berguna karena fragmentasi internal sungguh berkurang Kelemahan Sulit diimplementasikan Mahal dalam pencariannya Sulit dalam pembaruan (update)

Variable length unspanned blocking Record walaupun bervariabel panjangnya namun harus secara utuh ditempatkan pada satu blok, tidak boleh dipecah ke blok-blok lain Kelemahan Terjadi pemborosan tempat karena record yang akan ditempatkan terlalu panjang untuk sisa blok akan ditempatkan di blok berikutnya Panjang record tidak boleh lebih panjang daripada ukuran block

Operasi-operasi di sistem akses file Pencarian suatu record tertentu Bergerak ke record berikutnya Memperbarui record berupa penghapusan record atau modifikasi suatu record Pembacaan kumpulan record dengan kriteria tertentu Pembacaan seluruh rekord di file Reorganisasi