Virtual File System

Tugas : Sistem Berkas

Sistem operasi modern harus mampu mengimplementasikan berbagai sistem berkas dengan tipe yang berbeda dalam waktu yang bersamaan. Salah satu teknik yang digunakan sebagai solusinya adalah dengan menggunakan virtual file system (VFS). VFS saat ini banyak digunakan oleh berbagai sistem operasi. Ide dari VFS adalah meletakkan informasi di kernel untuk merepresentasikan keseluruhan tipe sistem berkas, dan juga terdapat sebuah fungsi untuk setiap operasi yang dimiliki sistem berkas. Sehingga, untuk setiap system call seperti fungsi read(), write(), open(), dan lainnya, kernel akan mensubstitusikannya menjadi actual function yang dimiliki oleh setiap sitem berkas dengan berbagai tipe.

VFS menggunakan konsep object oriented dalam mengimplementasikan sistem berkas. Di dalam VFS terdapat sebuah berkas yang merepresentasikan seluruh tipe sistem berkas yang ada, berkas ini dinamakan common file model. Berkas inilah yang menggunakan konsep object oriented, yang di dalamnya terdapat struktur data dan method yang diimplementasikan.

Terdapat empat objek di dalam common file model, diantaranya :

1. Superblock object.  Objek ini menyimpan informasi tentang mounted file system atau sistem berkas secara keseluruhan.
2. Inode object.  Objek ini menyimpan informasi umum tentang file tertentu (individual file).
3. File object.  Objek ini menyimpan informasi tentang file yang sedang dibuka.
4. Dentry object.  Objek ini menyimpan informasi tentang link-link dari sebuah entry directory file.

Struktur data dan method yang diimplementasikan, digunakan untuk menyembunyikan implementasi detail dari actual function pada sistem berkas dengan system call yang mengaksesnya. Oleh karena itu, dalam mengimplementasikan sistem berkas, terdapat tiga layer utama, seperti pada Gambar 16.5, “Virtual File System Layer”.

 

Gambar 16.5. Virtual File System Layer

Lapisan yang pertama adalah file system interface. Contohnya adalah beberapa system call seperti read(), write(), open() dan lainnya. System call ini tidak berhubungan langsung dengan sistem, namun terhubung melalui sebuah lapisan abstrak yaitu virtual file system.

Lapisan yang Kedua adalah VFS Interface. Virtual file system memiliki dua fungsi penting, yaitu:

1. Memisahkan operasi-operasi file system generic dari implementasi detailnya, dengan cara mendefinisikan virtual file system interface.
2. Virtual file system interface didasarkan pada struktur representasi berkas yang disebut vnode, yang memiliki numerical designator yang unik untuk setiap network file.

Lapisan yang ketiga adalah sistem berkas dengan berbagai tipe. Secara umum, terdapat tiga macam tipe sistem berkas, yaitu:

1. Disk-based file system.  Sistem berkas ini mengatur ruang memori yang tersedia di dalam partisi disk lokal. Misalnya, Ext2 (Second Extended file system), Ext3 (Third Extended file system), dan Reiser file system yang tedapat di Linux.
2. Network file system.  Sistem berkas ini terdapat di network, misalnya NFS.
3. Special file system.  Sistem berkas ini tidak terdapat di disk space, baik lokal maupun network, misalnya /proc file system.

Sistem Berkas

Tugas Mata Kuliah : Sistem Berkas

STMIK WIDYA UTAMA PURWOKERTO

Struktur Berkas

Kita juga dapat menggunakan jenis berkas untuk mengidentifikasi struktur dalam dari berkas. Berkas berupa source dan objek memiliki struktur yang cocok dengan harapan program yang membaca berkas tersebut. Suatu berkas harus memiliki struktur yang dikenali oleh sistem operasi. Sebagai contoh, sistem operasi menginginkan suatu berkas yang dapat dieksekusi memiliki struktur tertentu agar dapat diketahui dimana berkas tersebut akan ditempatkan di memori dan di mana letak instruksi pertama berkas tersebut. Beberapa sistem  operasi mengembangkan  ide  ini sehingga  mendukung beberapa struktur berkas, dengan beberapa operasi khusus untuk memanipulasi berkas dengan struktur tersebut.

Kelemahan memiliki dukungan terhadap beberapa struktur berkas adalah: Ukuran dari sistem operasi dapat menjadi besar, jika sistem operasi mendefinisikan lima struktur berkas yang berbeda maka ia perlu menampung kode untuk yang diperlukan untuk mendukung semuanya. Setiap berkas harus dapat menerapkan salah satu struktur berkas  tersebut.  Masalah  akan  timbul  ketika  terdapat  aplikasi  yang  membutuhkan struktur informasi yang tidak didukung oleh sistem operasi tersebut.

Beberapa  sistem  operasi  menerapkan  dan  mendukung  struktur  berkas  sedikit struktur berkas. Pendekatan ini digunakan pada MS-DOS dan UNIX. UNIX menganggap setiap berkas sebagai urutan 8-bit byte, tidak ada interpretasi sistem operasi terhadap dari bit-bit ini. Skema tersebut menawarkan fleksibilitas tinggi tetapi dukungan yang terbatas. Setiap aplikasi harus menambahkan sendiri kode untuk menerjemahkan berkas masukan ke dalam struktur yang sesuai. Walau bagaimana pun juga sebuah sistem operasi harus memiliki minimal satu struktur berkas yaitu untuk berkas yang dapat dieksekusi sehingga sistem dapat memuat berkas dalam memori dan menjalankannya. Sangat berguna bagi sistem operasi untuk mendukung struktur berkas yang sering digunakan  karena  akan  menghemat  pekerjaan  pemrogram.  Terlalu  sedikit  struktur berkas yang didukung akan mempersulit pembuatan program, terlalu banyak akan membuat sistem operasi terlalu besar dan pemrogram akan bingung

Struktur Berkas Pada Disk

Menempatkan batas dalam berkas dapat menjadi rumit bagi sistem operasi. Sistem disk biasanya memiliki ukuran blok yang sudah ditetapkan dari ukuran sektor. Semua I/O dari disk dilakukan dalam satuan blok dan semua blok (’physical record’) memiliki ukuran yang sama. Tetapi ukuran dari ’physical record’ tidak akan sama dengan ukuran ’logicalrecord’. Ukuran dari ’logical record’ akan bervariasi.Memuatkan beberapa ’logical record’ ke dalam ’physical record’ merupakan solusi umum dari masalah ini.

 

Sebagai contoh pada sistem operasi UNIX, semua berkas didefinisikan sebagai kumpulan byte. Setiap byte dialamatkan menurut batasnya dari awal berkas sampai akhir. Pada kasus ini ukuran ’logical record’ adalah 1 byte. Sistem berkas secaraotomatis memuatkan byte-byte tersebut kedalam blok pada disk.

Ukuran ’logical record’, ukuran blok pada disk, dan teknik untuk memuatkannya menjelaskan berapa banyak ’logical record’ dalam tiap-tiap ’physical record’. Teknik memuatkan dapat dilakukan oleh aplikasi pengguna atau oleh sistem operasi.

Berkas juga dapat dianggap sebagai urutan dari beberapa blok pada disk. Konversi dari ’logical record’ ke ’physical record’ merupakan masalah perangkat lunak. Tempat pada disk selalu berada pada blok, sehingga beberapa bagian dari blok terakhir yang ditempati berkas dapat terbuang. Jika setiap blok berukuran 512 byte, sebuah berkas berukuran 1.949 byte akan menempati empat blok (2.048 byte) dan akan tersisa 99 byte pada blok terakhir. Byte yang terbuang tersebut dipertahankan agar ukuran dari unit tetap blok bukan byte disebut fragmentasi dalam disk

 

Penggunaan Berkas Secara Bersama-sama

Konsistensi semantik adalah parameter yang penting untuk evaluasi sistem berkas yang  mendukung  penggunaan  berkas  secara  bersama.  Hal  ini  juga  merupakan karakterisasi dari sistem yang menspesifikasi semantik dari banyak pengguna yang mengakses berkas secara bersama-sama. Lebih khusus, semantik ini seharusnya dapat menspesifikasi kapan suatu modifikasi suatu data oleh satu pengguna dapat diketahui oleh pengguna lain.

Terdapat beberapa macam konsistensi semantik. Di bawah ini akan dijelaskan kriteria yang digunakan dalam UNIX.

Berkas sistem UNIX mengikuti konsistensi semantik: 

Penulisan  ke  berkas  yang  dibuka  oleh  pengguna  dapat  dilihat  langsung  oleh pengguna lain yang sedang mengakses ke berkas yang sama.

ü  Terdapat bentuk pembagian dimana pengguna membagi pointer lokasi ke berkas tersebut. Sehingga perubahan pointer satu pengguna akan mempengaruhi semua pengguna sharingnya

Operasi Pada Berkas

Sebuah berkas adalah jenis data abstrak. Untuk mendefinisikan berkas secara tepat, kita perlu melihat operasi yang dapat dilakukan pada berkas tersebut. Sistem operasi menyediakan system calls untuk membuat, membaca, menulis, mencari, menghapus, dan sebagainya. Berikut dapat kita lihat apa yang harus dilakukan sistem operasi pada keenam operasi dasar pada berkas.

ü  Membuat sebuah berkas: Ada dua cara dalam membuat berkas. Pertama, tempat baru di dalam sistem berkas harus di alokasikan untuk berkas yang akan dibuat. Kedua, sebuah direktori harus mempersiapkan tempat untuk berkas baru, kemudian direktori tersebut akan mencatat nama berkas dan lokasinya pada sistem berkas.

ü  Menulis pada sebuah berkas: Untuk menulis pada berkas, kita menggunakan system call beserta nama berkas yang akan ditulisi dan informasi apa yang akan ditulis pada     berkas.   Ketika diberi nama berkas, sistem mencari ke direktori untuk mendapatkan lokasi berkas. Sistem juga harus menyimpan penunjuk tulis pada berkas dimana penulisan berikut akan ditempatkan. Penunjuk tulis harus diperbaharui setiap terjadi penulisan pada berkas.

ü  Membaca sebuah berkas: Untuk dapat membaca berkas, kita menggunakan system call beserta nama berkas dan di blok memori mana berkas berikutnya diletakkan. Sama seperti menulis, direktori mencari berkas yang akan dibaca, dan sistem menyimpan penunjuk baca pada berkas dimana pembacaan berikutnya akan terjadi. Ketika  pembacaan  dimulai,  penunjuk  baca harus  diperbaharui.Sehingga secara umum, suatu berkas ketika sedang dibaca atau ditulis, kebanyakan sistem hanya mempunyai satu penunjuk, baca dan tulis menggunakan penunjuk yang sama, hal ini menghemat tempat dan mengurangi kompleksitas sistem.

ü  Menempatkan kembali sebuah berkas: Direktori yang bertugas untuk mencari berkas yang bersesuaian, dan mengembalikan lokasi berkas pada saat itu. Menempatkan berkas tidak perlu melibatkan proses I/O. Operasi sering disebut pencarian berkas.

ü  Menghapus sebuah berkas: Untuk menghapus berkas kita perlu mencari berkas tersebut di dalam direktori. Setelah ditemukan kita membebaskan tempat yang dipakai  berkas  tersebut (sehingga  dapat  digunakkan  oleh  berkas  lain)  dan menghapus tempatnya di direktori.

ü  Memendekkan berkas: Ada suatu keadaan dimana pengguna menginginkan atribut      dari berkas tetap sama tetapi ingin menghapus isi dari berkas tersebut. Fungsi ini         mengizinkan semua atribut tetap sama tetapi panjang berkas menjadi nol, hal ini lebih baik dari pada memaksa pengguna untuk menghapus berkas dan membuatnya lagi.

Enam operasi dasar ini sudah mencakup operasi minimum yang di butuhkan. Operasi umum lainnya adalah menyambung informasi baru di akhir suatu berkas, mengubah nama suatu berkas, dan lain-lain.

Operasi dasar ini kemudian digabung untuk melakukan operasi lainnya. Sebagai contoh misalnya kita menginginkan salinan dari suatu berkas, atau menyalin berkas ke peralatan I/O lainnya seperti printer, dengan cara membuat berkas lalu membaca dari berkas lama dan menulis ke berkas yang baru.

Hampir semua operasi pada berkas melibatkan pencarian berkas pada direktori. Untuk menghindari pencarian yang lama, kebanyakan sistem akan membuka berkas apabila berkas tersebut digunakan secara aktif. Sistem operasi akan menyimpan tabel kecil yang berisi informasi semua berkas yang dibuka yang disebut "tabel berkas terbuka".  Ketika  berkas  sudah  tidak  digunakan  lagi  dan  sudah  ditutup  oleh  yang menggunakan, maka sistem operasi mengeluarkan berkas tersebut dari tabel berkas terbuka.

Beberapa  sistem  terkadang  langsung  membuka  berkas  ketika  berkas  tersebut digunakan  dan  otomatis  menutup  berkas  tersebut  jika  program  atau  pemakainya dimatikan. Tetapi pada sistem lainnya terkadang membutuhkan pembukaan berkas secara tersurat dengan system call (open) sebelum berkas dapat digunakan.

Implementasi  dari  buka  dan  tutup  berkas  dalam  lingkungan  dengan  banyak perngguna seperti UNIX, lebih rumit. Dalam sistem seperti itu pengguna yang membuka berkas mungkin lebih dari satu dan pada waktu yang hampir bersamaan. Umumnya sistem operasi menggunakan tabel internal dua level. Ada tabel yang mendata proses mana saja yang membuka berkas tersebut, kemudian tabel tersebut menunjuk ke tabel yang lebih besar yang berisi informasi yang berdiri sendiri seperti lokasi berkas pada disk,   tanggal akses dan ukuran berkas. Biasanya tabel tersebut juga memiliki data berapa banyak proses yang membuka berkas tersebut.

Metode Akses

Akses Secara Berurutan

Ketika digunakan, informasi penyimpanan berkas harus dapat diakses dan dibaca ke dalam memori komputer. Beberapa sistem hanya menyediakan satu metode akses untuk berkas.Pada sistem yang lain, contohnya IBM, terdapat banyak dukungan metode akses yang berbeda. Masalah pada sistem tersebut adalah memilih yang mana yang tepat untuk digunakan pada satu aplikasi tertentu.

Sequential  Access  merupakan  metode  yang  paling  sederhana.  Informasi  yang disimpan dalam berkas diproses berdasarkan urutan. Operasi dasar pada suatu berkas adalah tulis dan baca. Operasi baca membaca berkas dan meningkatkan pointer berkas selama di jalur lokasi I/O. Operasi tulis menambahkan ke akhir berkas dan meningkatkan ke akhir berkas yang baru. Metode ini didasarkan pada tape model sebuah berkas, dan dapat bekerja pada kedua jenis device akses (urut mau pun acak)

Akses Langsung

Direct Access merupakan metode yang membiarkan program membaca dan menulis dengan cepat pada berkas yang dibuat dengan fixed-length logical order tanpa adanya urutan. Metode ini sangat berguna untuk mengakses informasi dalam jumlah besar. Biasanya database memerlukan hal seperti ini. Operasi berkas pada metode ini harus dimodifikasi untuk menambahkan nomor blok sebagai parameter.

Pengguna menyediakan nomor blok ke sistem operasi biasanya sebagai nomor blok relatif, yaitu indeks relatif terhadap awal berkas. Penggunaan nomor blok relatif bagi sistem operasi adalah untuk memutuskan lokasi berkas diletakkan dan membantu mencegah pengguna dari pengaksesan suatu bagian sistem berkas yang bukan bagian pengguna tersebut.

Akses Dengan Menggunakan Indeks

Metode ini merupakan hasil dari pengembangan metode direct access. Metode ini memasukkan indeks untuk mengakses berkas. Jadi untuk mendapatkan suatu informasi suatu berkas, kita mencari dahulu di indeks, lalu menggunakan pointer untuk mengakses berkas dan mendapatkan informasi tersebut. Namun metode ini memiliki kekurangan, yaitu apabila berkas-berkas besar, maka indeks berkas tersebut akan semakin besar.
Jadi solusinya adalah dengan membuat 2 indeks, indeks primer dan indeks sekunder.

Indeks primer memuat pointer ke indeks sekunder, lalu indeks sekunder menunjuk ke data yang dimaksud

Proteksi Berkas

Ketika kita menyimpan informasi dalam sebuah sistem komputer, ada dua hal yang harus menjadi perhatian utama kita. Hal tersebut adalah:

1.  Reabilitas dari sebuah sistem

Maksud dari reabilitas sistem adalah kemampuan sebuah sistem untuk melindungi informasi yangtelah disimpan agar terhindar dari kerusakan, dalam hal ini adalah perlindungan  secara  fisik  pada  sebuah  berkas.  Reabilitas  sistem  dapat  dijaga dengan membuat cadangan dari setiap berkas secaramanual atau pun otomatis, sesuai dengan layanan yang dari sebuah sistem operasi. Reabilitas Sistemakan dibahas lebih lanjut pada Bagian 6.10.

2.  Proteksi (Perlindungan) terhadap sebuah berkas

Perlindungan terhadap berkas dapat dilakukan dengan berbagai macam cara. Pada bagian ini, kita akan membahas secara detil mekanisme yang diterapkan dalam melindungi sebuah berkas.