Apa Itu Sistem Operasi?

Tekan sebuah tombol saat editor teks sedang terbuka. Keyboard mengirim sinyal listrik, dan sebuah driver di dalam sistem operasi membacanya. Sistem operasi mencari tahu jendela mana yang sedang di depan, mengantarkan tombol itu ke program tersebut, lalu editor menggambar hurufnya. Editor itu sama sekali tidak pernah berbicara dengan keyboard. Menyimpan file, memutar suara, dan memuat halaman web bekerja dengan cara yang sama: program meminta, dan sistem operasi mengerjakannya dengan hardware.

Apa yang dilakukan sistem operasi

Sistem operasi punya beberapa tugas, dan setiap program di komputer bergantung pada semuanya:

• Menjalankan program (manajemen proses). Laptop dengan 8 core CPU bisa menjalankan beberapa ratus program dan layanan latar belakang. Scheduler OS memberi masing-masing giliran singkat di sebuah core, berganti berkali-kali setiap detik, sehingga semuanya tampak berjalan bersamaan.
• Mengelola memori. Setiap program mendapat ruang alamatnya sendiri yang privat. Saat sebuah program membaca memori yang bukan miliknya, OS menghentikannya; di C, inilah segmentation fault yang terkenal itu.
• Menyimpan file. OS mengubah disk, yang hanya menyimpan blok-blok byte bernomor, menjadi folder dan file bernama, sebuah contoh klasik abstraksi. Formatnya disebut file system: NTFS di Windows, APFS di macOS, ext4 di sebagian besar sistem Linux.
• Berkomunikasi dengan hardware. Driver menerjemahkan antara OS dan setiap perangkat: kartu grafis, chip Wi-Fi, printer, webcam.
• Jaringan. OS mengimplementasikan TCP/IP, sehingga sebuah program bisa membuka koneksi ke server tanpa tahu apa pun tentang kartu jaringannya.
• Keamanan dan pengguna. Akun, password, dan izin file menentukan siapa yang boleh membaca atau mengubah apa.
• Antarmuka pengguna. Desktop, jendela, dan taskbar, atau shell teks seperti Bash atau PowerShell.

Kernel dan system call

Inti dari sebuah sistem operasi adalah kernel. Kernel berjalan dengan kendali penuh atas hardware, sementara program biasa berjalan dalam mode terbatas dan tidak bisa menyentuh perangkat secara langsung. Saat sebuah program butuh sesuatu, ia membuat system call: permintaan ke kernel seperti "buka file ini", "kirim byte-byte ini", atau "mulai proses baru".

Sebagian besar waktu kamu tidak melihat system call karena bahasamu membungkusnya. open() dan print() di Python berujung pada panggilan ke kernel. Modul os membuatmu bisa melakukannya hampir secara langsung:

import os
import platform

print("Operating system:", platform.system())
print("My process ID:", os.getpid())
print("CPU cores:", os.cpu_count())

# Ask the OS to create a file and write bytes into it
fd = os.open("note.txt", os.O_WRONLY | os.O_CREAT | os.O_TRUNC)
os.write(fd, b"saved by a system call\n")
os.close(fd)

print("File size:", os.path.getsize("note.txt"), "bytes")

ID proses dan jumlah core bergantung pada mesinnya; baris terakhir selalu mencetak File size: 23 bytes. os.open mengembalikan file descriptor, angka kecil yang dipakai kernel untuk melacak file yang terbuka, dan os.write mengirim 23 byte ke sana. Di C, permintaan yang sama terlihat hampir sama persis, karena fungsi-fungsi ini adalah pembungkus tipis di atas system call:

int fd = open("note.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);
write(fd, "saved by a system call\n", 23);
close(fd);

Di Linux, kamu bisa melihat setiap system call yang dibuat sebuah program dengan strace python3 script.py.

Contoh dan jenis sistem operasi

Selain sistem serbaguna ini, ada sistem operasi real-time seperti FreeRTOS dan Zephyr, yang berjalan di mikrokontroler pada peralatan rumah tangga, sensor, dan mesin industri, dan menjamin respons dalam waktu tertentu. Banyak perangkat kecil menjalankan sistem embedded yang dibuat untuk satu fungsi saja.

Tabel itu menunjukkan bahwa satu kernel bisa menggerakkan produk yang sangat berbeda. Android dan ChromeOS sama-sama memakai kernel Linux dengan software mereka sendiri di atasnya, dan iOS berbagi kernel dengan macOS.

Kenapa sistem operasi penting saat kamu memprogram

Program yang di-compile dibangun untuk satu sistem operasi. File .exe Windows tidak berjalan secara native di Linux, bahkan di komputer yang sama, karena format file dan system call-nya berbeda. Itulah sebabnya halaman unduhan menawarkan versi terpisah, dan itulah sebabnya ada runtime environment seperti JVM, Node.js, dan CPython: runtime itu dibangun sekali untuk setiap sistem operasi, jadi kodemu tidak perlu. Lihat runtime environment.

Meski begitu, perbedaan kecil tetap terlihat. Jalankan ini dan bandingkan dengan temanmu yang memakai sistem lain:

import os

print("Path separator:", repr(os.sep))
print("Line ending:", repr(os.linesep))
print(os.path.join("projects", "notes", "todo.txt"))

Di Linux dan macOS hasilnya:

Path separator: '/'
Line ending: '\n'
projects/notes/todo.txt

Di Windows, separatornya '\\' (satu backslash), akhir barisnya '\r\n', dan path-nya menjadi projects\notes\todo.txt. Memakai os.path.join (atau pathlib) alih-alih mengetik / secara manual itulah yang membuat sebuah skrip tetap berjalan di ketiganya.

Kesalahpahaman yang umum

• "Linux adalah sistem operasi." Tepatnya, Linux adalah kernel. Distribusi Linux seperti Ubuntu menambahkan shell, tool sistem, package manager, dan biasanya desktop untuk membentuk sistem operasi yang lengkap. Dalam percakapan sehari-hari, keduanya disebut Linux.
• "BIOS adalah bagian dari sistem operasi." Firmware BIOS atau UEFI ada di motherboard. Firmware itu memeriksa hardware lalu memuat sistem operasi dari disk, dan setelah itu tugas utamanya selesai.
• "Desktop adalah sistem operasinya." Desktop adalah satu program di atas kernel. Server biasanya berjalan tanpa desktop sama sekali, dikendalikan hanya lewat shell teks.
• "Aplikasi berkomunikasi dengan hardware." Program biasa tidak diizinkan melakukannya. Setiap pembacaan file, paket jaringan, dan piksel di layar melewati sistem operasi, itulah sebabnya aplikasi yang crash biasanya tidak ikut menjatuhkan seluruh komputer.

Lanjut ke mana

Sistem operasi adalah lapisan paling bawah; runtime environment berada di antaranya dan kodemu. Perlindungan memori adalah yang menghasilkan segmentation fault, dan halaman byte menjelaskan satuan yang dipakai OS untuk file dan memori. Untuk mengendalikan sistem operasi dari shell teksnya, coba kursus terminal.