Implementasi Sistem Manajemen File

Dalam sistem operasi komputer mengenal suatu  sistem manajemen file. Sistem manajemen file ini perlu diimplementasikan untuk dapat digunakan dalam sistem operasi komputer. Dalam pengimplementasiannya seringkali menimbulkan beberapa masalah, oleh karena itu masalah tersebut harus dapat diselesaikan oleh sistem operasi komputer. Penyelesaiannya memiliki beberapa cara yang masing-masing memiliki keunggulun dan kelemahan tersendiri. Kinerja dari system manajemen file pun memiliki beberapa cara yang dapat digunakan.

1.File Implementasi

Dalam pengimplementasian system menajemen file seringkali menimbulkan banyak masalah, antara lain dalam hal penyimpanan file, manajemen ruang penyimpanan, kehandalan, serta kinerja dalam implementasi sIstem manajemen file tersebut. Berikut akan dijelaskan dengan lengkap masalah-masalah tersebut.

1.1. Penyimpanan File

Penyimpanan dan pengaksesan dari/ke perangkat dalam unit informasi. Blok berisi sekumpulan byte berukuran tetap yang dipindah dari tempat penyimpanan memori untuk diproses dan sebaliknya. Ukuran blok yang sama pada perangkat berbeda dapat menyebabkan pemborosan ruang penyimpanan, selain itu perbedaan ukuran blok juga sangat menyulitkan penulisan program. Untuk itu diperlukan pemilihan ukuran blok secara hati-hati agar meminimumkan pemborosan, sekaligus mempermudah penulisan program.

Blok data memiliki pengalamatan, berfungsi untuk mengacu blok tersebut.  Alamat blok bias disebut block pointer, yang berisi alamat untuk mengakses blok. Pengalamatan blok dapat dilakukan dengan tiga cara, yaitu pengalamatan fisik disk, pengalamatan relatif, serta pengalamatan simbolik.

Pengalamatan fisisk disk mengacu satu unit data pada disk secara fisik. Pengalamatan relatif yaitu penggunaan bilangan dari nol sampai jumlah maksimum blok yang kemudian dikonversi menjadi alamat fisik dengan suatu penghitungan yang dialkukan oleh sIstem operasi. Pengalamatan simbolik adalah pemberian nama tiap blok, penggunaan tabel alamat, berisi alamat fisik atau relatif blok dan prosedur pencarian  untuk mendapatkan alamat blok.

Blok berikutnya dapat dicapai dengan waktu singkat jika blok berdekatan dengan blok sebelumnya. Kedekatan tersebut disebut lokalitas. Semakin kuat lokalitasnya, semakin cepat pengakksesan data dilakukan.Lokalitas lemah menunjukan pengaksesan lambat sehingga system harus mengusakakan kedekatan blok-blok data yang paling sering disakses.

1.2 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 adalah pencatatan ruang yang dialokasikan untuk file, pencatatan ruang bebas yang tersedia di disk. Sistem file meliputi alokasi file, pencatatan ruang disk, shared file, kehandalan system file, serta kinerja sistem file.

   Masalah pokok dalam alokasi file adalah pencatatan blok-blok yang digunakan file. Beragam metode dapat digunakan, diantaranya alokasi berturutan/kontigu (contigous allocation). Teknik ini merupakan skema alokasi paling sederhana, yaitu menyimpan file sebagai blok-blok data berturutan (kontigu) di disk.

     Keunggulannya adalah sederhana dalam implementasi karena pencatatan dimana blok-blok file berada direduksi menjadi hanya mengingat alamat awal file dan panjang file, yaitu jumlah blok dari file. Kinerjanya luar biasa bagus Karena seluruh file dapat dibaca dari disk dengan satu operasi. Tak ada metode alokasi lain yang dapat menandingi kinerja pengaksesan. Keunggulan ini diperoleh karena rekord-rekord yang secara logik berturutan biasanya juga saling berdekatan secara fisik.

     Kelemahannya adalah Hanya bila ukuran maksimum diketahui pada saat file diciptakan. Layak digunakan kecuali bila ukuran maksimum diketahui pada saat file diciptakan. Tanpa informasi itu, sistem operasi tidak mengetahui berapa banyak ruang disk yang digunakan untuk suatu file. Kelemahan lain adalah Terjadi fragmentasi disk. Fragmentasi disk dapat dihasilkan metode alokasi ini, ruang yang disiakan seharusnya dapat digunakan.

Metode kedua adalah alokasi blok-blok file sebagai senarai berkait yang mencatat blok-blok file dengan senarai berkait blok-blok didisk. Word pertama di blok data sebagai pointer ke blok berikutnya, sisanya untuk menyimpan data. Skema ini disebut rantai blok (block chaining) karena blok pertama merantai blok kedua, blok kedua merantai blok ketiga, dan seterusnya. Blok sebelumnya merantai blok berikutnya. Direktori mencatat blok pertama file.

     Keunggulan metode ini adalah  Setiap blok di disk dapat digunakan. Tak ada ruang yang hilang karena fragmentasi eksternal. Isian/elemen direktori cukup menyimpan alamat blok pertama file.

     Kelemahannya adalah Pembacaan sekuen cukup merepotkan karena harus menelusuri blok satu per satu. Blok data tidak lagi berukuran 2k, karena pointer memerlukan beberapa byte. Masalah ini tidak fatal. Ukuran yang janggal (bukan berukuran 2k) kurang efisien karena program membaca dan menulis blok tidak dapat memanfaatkan sifat bilangan biner.

Metode ketiga adalah alokasi blok-blok sebagai senarai berkait menggunakan indeks (FAT). Kelemahan alokasi senarai berkait dieliminasi dengna menghilangkan pointer di blok dan meletakkan sebagai tabel tersendiri di memori. Seluruh blok tersedia untuk data. Skema ini disebut block oriented file mapping. Tabel yang mencatat nomor blok data disebut FAT (File Allocation Table).

     Keunggulan metode ini adalah pengaksesan acak lebih mudah. Meski masih harus menelusuri rantai berkait untuk menemukan lokasi blok file, rantai blok seluruhnya di memori sehingga dapat dilakukan secara cepat tanpa membuat pengaksesan ke disk. Direktori cukup menyimpan bilangan bulat nomor blok awal. Blok awal ini digunakan untuk menemukan seluruh blok, tak peduli jumlah blok file itu. Direktori menunjuk blok pertama file dan FAT menunjukkan blok-blok file berikutnya.

     Kelemahannya adalah seluruh tabel (FAT) harus disimpan di memori. Jika penyimpanan berukuran besar mengakibatkan tabel berukuran besar dan harus ditaruh di memori utama meskipun hanya satu file yang dibuka. MS-DOS menggunakan metode ini.

1.3 Implementasi Direktori

Isian direktori menyediakan informasi untuk menemukan blok-blok disk. Informasi isian direktori bergantung sistem pencatatan blok-blok yang digunakan. Informasi ini dapat berupa alamat disk dari seluruh file, nomor blok pertama atau i-node.

1.4. Pencatatan Ruang Disk yang Bebas

  Dapat dilakukan dengan Berurutan, fixed block. peta bit dan senarai berkait Cara berurutan mempunyai masalah bila file berkembang dan ruang berikutnya telah ditempati file lain. Fixed block yaitu perkembangan file dapat diatasi tapi menentukan ukuran blok merupakan hal sulit. Blok-blok bebas yang belum digunakan pada disk harus dicatat sehingga dapat dilakukan alokasi blok-blok ke file yang memerlukan. Teknik pencatatan blok-blok bebas dapat dilakukan dengan peta bit, memerlukan ruang pencatatan lebih kecil karena tiap blok hanya dipresentasikan satu bit, sementara senarai berkait memerlukan 16 bit perblok. Senarai berkait lebih kecil dibanding peta bit hanya jika disk telah hampir penuh.

1.5 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). Shared file dapat diimplementasikan dengan tiga teknik, yaitu membuat pengkopian, i-node serta symbolic link.

Sistem manajemen file harus menyediakan alat bantu agar mengijinkan pemakaian file bersama pemakai-pemakai, menyediakan sejumlah pilihan teknik pengendalian pengaksesan file bersama. Biasanya, pemakai atau sekelompok pemakai diberi wewenang hak pengaksesan tertentu terhadap file itu. Hak-hak akses sangat beragam. Berikut adalah hak-hak pengaksesan ke pemakai terhadap file, yang terdiri dari none, knowledge, execution. reading. appending. updating. changing protection, dan deletion.

1.6  Kehandalan Sistem File

Kerusakan data lebih mahal dibanding kerusakan perangkat keras karena merupakan kehilangan yang tak dapat diganti bila tidak memiliki salinannya. Disk biasanya mempunyai blok-blok buruk, yaitu mempunyai cacat sehingga tak sempurna dalam menyimpan data. Kebanyakan produsen harddisk memberi daftar blok buruk yang ditemukan selama pengujian.

Terdapat dua solusi terhadap blok-blok buruk, yaitu Secara perangkat keras dan secara perangkat lunak. Secara perangkat keras adalah dengan menyediakan track pengganti. Secara perangkat keras didedikasikan sektor untuk mencatat blok-blok buruk. Daftar blok buruk menyatakan blok pengganti pada track yang disediakan untuk pengganti. Semua permintaan ke blok buruk akan diarahkan menggunakan blok pengganti.Secara perangkat lunak yaitu Sistem manajemen file membuat catatan semua blok buruk, menyingkirkan dari daftar blok bebas. Blok-blok ini tak pernah dipakai untuk menyimpan data. Selama pencatatan blok-blok buruk tidak terusik maka tak akan muncul masalah.

1.7 Kinerja Sistem File.

Sasaran utama peningkatan kinerja sistem manajemen file adalah mereduksi jumlah akses ke disk. Cara-cara yang dapat digunakan, adalah buffer cache, yaitu mengakses data dari/ke disk dibanding mengakses dari/ke memori utama (RAM) lebih lamban 100.000 kali. Karena itu harus diusahakan mereduksi jumlah pengaksesan ke disk. Teknik untuk mereduksi adalah block chace atau buffer cache atau chace. Chace adalah kumpulan blok yang secara logik dipunyai disk tetapi tersimpan di memori utama. Cara kerja chace adalah sebagai berikut Selalu memeriksa semua permintaan baca untuk menentukan apakah blok yang diperlukan telah berada di chace. Jika blok telah berada di chace, maka permintaan baca dapat dipenuhi dari cache tanpa pengaksesan disk. Jika blok data tidak berada di chace, maka dilakukan pembacaan dari disk sebanyak satu blok dan kopikan lebih dulu ke chace. Setelah itu kopikan ke proses yang meminta. Permintaan berikutnya untuk blok yang sama dapat dipenuhi dari chace tanpa perlu pengaksesan disk. Jika chace telah penuh, suatu blok di chace dipindahkan dan jika blok tersebut telah dimodifikasi maka harus dituliskan ke disk.

Penempatan data, yaitu Penempatan data diusahakan sehingga memperkecil jumlah seek times dan rotasi. Interleave digunakan untuk memperkecil rotasi. Pada sistem dengan i-node terdapat bottleneck disebabkan dua pengaksesan, yaitu Pengaksesan i-node dan Pengaksesan blok-blok data.

1.8 Sistem Akses File

Rekord dan blocking

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

Penempatan rekord-rekord pada blok

Kombinasi penempatan rekord-rekord pada blok dapat berupa Fixed blocking dan Variable length spanned blocking. Keuntungannya adalah Fleksibel bagi pemakai, Ukuran rekord tidak dibatasi ukuran blok., Mengurangi kesiaan ruang penyimpan karena fragmentasi internal sungguh berkurang. Kelemahannya adalah Sulit diimplementasikan.Mahal dalam pencariannya, Sulit dalam perbaruan (update).

Variable length unspanned blocking.

Rekord-rekord walaupun bervariabel panjangnya harus secara utuh ditempatkan pada satu blok, tidak boleh dipecah ke blok-blok lain. Kelemahannya Terjadi pemborosan tempat karena rekord yang akan ditempatkan terlalu panjang untuk sisa blok akan ditempatkan di blok berikutnya. Panjang rekord tidak boleh lebih panjang daripada ukuran blok.

Operasi-operasi di sistem akses file

Sistem akses harus mampu menyediakan operasi-operasi berikut terhadap organisasi akses yang dipilih, yaitu Pencarian suatu rekord tertentu, Bergerak ke rekord berikutnya, Memperbarui rekord berupa penghapusan rekord atau modifikasi suatu record, Pembacaan kumpulan rekord dengan kriteria tertentu, Pembacaan seluruh rekord di file, Reorganisasi, Tiap organisasi akses mempunyai keunggulan dan kelemahan tersendiri sehingga tidak mungkin menerapkan satu organisasi akses untuk seluruh kebutuhan aplikasi sistem komputer.