MANAJEMEN FILE (Lanjutan)

8.9 Implementasi sistem file
File berisi sekumpulan blok. Sistem manajemen file bertanggungjawab untuk 
alokasi blok-blok disk ke file. Dua hal penting yang harus ditangani adalah :
o Pencatatan ruang yang dialokasikan untuk file.
o Pencatatan ruang bebas yang tersedia di disk.

Sistem file meliputi :
a. Alokasi file.
   Masalah pokok 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.
     Keunggulan :
     >> Sederhana.
        Metode ini 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.
     Kelemahan :
     >> 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.
     >> Terjadi fragmentasi disk.
        Fragmentasi disk dapat dihasilkan metode alokasi ini, ruang yang 
        disiakan seharusnya dapat digunakan.

     Pada lingkungan dimana file berkembang dan mengkerut setiap saat, 
     alokasi kontigu sulit diterapkan :
     o Pemakai biasanya berlebihan dalam memperkirakan ruang yang diperlukan, 
       menyebabkan banyak pemborosan.
     o Ketika file berkembang lebih besar dari slot yang dialokasikan, file 
       harus ditransfer ke lokasi baru dapat memuat. Pemindahan memerlukan 
       usaha besar yang mengkonsumsi banyak waktu komputasi.
     Meskipun teknik ini banyak kelemahan, tetapi sangat cocok untuk sistem 
     yang memerlukan pengaksesan data didisk yang sangat cepat. Contohnya, 
     sistem jaringan dan sistem waktu nyata (real time).

   > Alokasi blok-blok file sebagai senarai berkait.
     Metode kedua adalah 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 :
     >> Setiap blok didisk dapat digunakan.
     >> Tak 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.
     Masalah ini tidak fatal. Ukuran yang janggal (bukan berukuran 2k) 
     kurang efisien karena program membaca dan menulis blok tidak dapat 
     memanfaatkan sifat bilangan biner.

   > Alokasi blok-blok sebagai senarai berkait menggunakan index (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 :
     >> 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.
     Kelemahan :
     >> 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.
     Penggunaan : MS-DOS menggunakan metode ini.

b. Pencatatan ruang disk yang bebas.
   Dapat dilakukan dengan :
   o Berurutan.
     Cara ini mempunyai masalah bila file berkembang dan ruang berikutnya 
     telah ditempati file lain.
   o Fixed block.
     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 :
   o Peta bit.
   o Senarai berkait.
   Peta bit memerlukan ruang pencatatan lebih kecil karena tiap blok hanya 
   dipresentasikan 1 bit, sementara senarai berkait memerlukan 16 bit 
   perblok. Senarai berkait lebih kecil dibanding peta bit hanya jika disk 
   telah hampir penuh.

c. 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 :
   o. Membuat pengkopian.
      File yang dipakai bersama dikopi ke masing-masing direktori pemakai.
      Keunggulan :
      > Sederhana.
      > Terdapat redundansi, sehingga kerusakan satu kopian masih tersedia 
        kopian-kopian lain.
      Kelemahan :
      > Perubahan yang dibuat satu pemakai tidak akan terlihat pemakai-
        pemakai lain. Kelemahan ini merupakan masalah fatal, memerlukan 
        satu mekanisme penjagaan integritas yang rumit.
      > 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.

   o. I-node.
      Blok-blok disk file dipakai bersama tidak didaftarkan di direktori 
      melainkain di struktur kecil diasosiasikan dengan file. Direktori 
      pemakai-pemakai lain cukup menunjuk struktur itu. Struktur data kecil 
      tersebut adalah i-node.
      Keuntungan :
      > Tidak terdapat banyak kopian.
      > Modifikasi oleh satu pemakai akan terlihat pemakai lain.
      > Tidak memerlukan mekanisme penjagaan integrasi yang rumit.
      Kelemahan :
      > Jika sistem menghapus file dan juga memberikan i-node maka direktori 
        pemakai lain akan menunjuk i-node tidak absah.
      > Jika i-node kemudian diberikan ke file lain maka akan menunjuk ke 
        file yang baru, file yang tidak dimaksud.
      Penggunaan :
      > Pendekatan ini digunakan UNIX, disebut hard-link.

   o. Symbolic link.
      Sistem membuat file bertipe link (kaitan) berisi jalur 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 tidak terdapat pada teknik symbolic link karena 
      hanya pemilik file yang mempunyai penunjuk ke i-node file.
      Keuntungan :
      > Symbolic linking dapat digunakan men-links file di mesin manapun.
      > Bila symbolic linking dihilangkan, tidak menimbulkan efek apapun 
        pada file.
      Kelemahan :
      > File yang berisi jalur haris dibaca. Jalur diparse dan diikuti 
        komponen demi komponen sampai dicapai i-node. Semua aktivitas ini 
        memerlukan sejumlah pengaksesan disk.
      > Pemborosan lain adalah diperlukan satu i-node ekstra untuk setiap 
        symbolic linking.
      Penggunaan :
      > Pendekatan ini digunakan UNIX, disebut symbolic link.

   Pengaksesan pada shared file
   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 daftar hak-hak pengaksesan 
   ke pemakai terhadap file :
   > None.
     Pemakai tidak mengetahui keberadaan file. Batasan ini dilakukan dengan 
     pemakai tidak diijinkan membaca direktori.
   > Knowledge.
     Pemakai dapat mengetahui keberadaan file dan pemiliknya. Bila perlu, 
     pemakai dapat meminta peningkatan hak akses file dengan mengirim pesan 
     ke pemilik file. Pemilik file dapat mengendalikan yaitu berkuasa penuh 
     untuk mengubah hak akses ataupun tidak. 
   > Execution.
     Pemakai dapat memuatkan file dan mengeksekusi program tapi tidak dapat 
     mengkopinya. Program-program khusus sering hanya dapat diakses dengan 
     batasan ini.
   > Reading.
     Pemakai dapat membaca file untuk tujuan tertentu, termasuk pengkopian 
     dan eksekusi. Beberapa sistem dapat memaksakan pembedaan antara sekedar 
     melihat dan mengkopi. Pada aktivitas pertama,isi file dapat ditampilkan 
     ke pemakai tapi pemakai tidak mempunyai cara untuk mengkopinya.
   > Appending.
     Pemakai dapat menambah data ke file, sering hanya di akhir file. 
     Pemakai tidak dapat memodifikasi atau menghapus suatu isi file. 
     Hak ini berguna dalam mengumpulkan data dari sejumlah sumber dengan 
     sumber-sumber tidak dapat memodifikasi file selain menambahkan data.
   > Updating.
     Pemakai dapat memodifikasi, menghapus dan menambah data pada file. 
     Update biasanya termasuk menulis file, menulis ulang secara penuh atau 
     sebagian, dan memindahkan semua atau sebagian data. Beberapa sistem 
     membedakan menjadi derajat-derajat update secara berbeda.
   > Changing protection.
     Pemakai dapat mengubah hak-hak akses yang diberikan ke pemakai-pemakai 
     lain. Biasanya hak ini hanya dipegang pemilik file. Pada beberapa 
     sistem, pemilik file dapat melimpahkan hak ini pemakai lain. Untuk 
     mencegah penyalahgunaan, pemilik file dapat menspesifikasikan hak-hak 
     mana yang dapat diubah oleh penerima wewenang.
   > Deletion.
     Pemakai dapat menghapus file dari sistem file.

d. Kehandalan sistem file.
   Kerusakan data lebih mahal dibanding kerusakan perangkat keras karena 
   merupakan kehilangan yang tak dapat diganti bila tidak memiliki 
   salinannya.

   Manajemen blok buruk
   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.
     Solusi 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.
     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.

   Pemulihan dari kegagalan disk
   Penanggulangan kerusakan disk saat operasi dapat dilakukan dengan :
   a. Backup.
      Teknik yang paling biasa dilakukan adalah backup data secara periodik.
      Backup adalah membuat kopian file secara teratur dan meletakkan kopian 
      ditempat aman. Cara backup bergantung kapasitas penyimpan yang 
      dibackup, yaitu :
      > Untuk floppy disk.
        Kopikan isi floppy disk secara keseluruhan. Cara iini dilakukan 
        karena kapasitas masih kecil sehingga pengkopian dapat dilakukan 
        secara cepat, aman, dan menyeluruh.
      > Untuk small harddisk.
        Dump isi harddisk.
      > Untuk big harddisk.
        Backup bersilangan, yaitu :
        >> Partisi pertama disk A adalah data sedang partisi kedua adalah 
           backup untuk data disk B.
        >> Partisi pertama disk B adalah data sedang partisi kedua adalah 
           backup untuk data disk A.
      Agar tidak terjadi pengkopian berulang file-file yang tidak 
      dimodifikasi pada disk berukuran besar maka dilakukan incremented dump.
      Incremented dump adalah hanya dump file-file yang berubah sejak 
      terakhir kali di dump. Terdapat daftar file yang harus dibackup di 
      disk.
      Kelemahan :
      > Sistem perlu shutdown selama operasi backup.
      > Backup lengkap memakan waktu lama.
      > Ketika terjadi kegagalan sistem, pemulihan dari backup terakhir 
        biasanya memakai banyak waktu.
      Ketika pemulihan selesai, data di sistem adalah data backup terakhir. 
      Seluruh taransaksi yang dilakukan sejak backup terakhir sampai terjadi 
      kegagalan sistem hilang musnah. Semua teknik berbasis backup mempunyai 
      keterbatasan tidak dapat memulihkan data/informasi diantara backup 
      terakhir dan kejadian kegagalan sistem. Pendekatan untuk memperkecil 
      data/informasi yang hilang adalah dengan transaction log.

   b. Transaction log.
      Setiap transaksi segera dicatat (log), menghasilkan transaction log. 
      Setiap transaksi dibackup. Teknik ini lebih mudah dilakukan di sistem 
      interaktif karena aktifitas manusia relatif lebih lambat dibanding 
      pencatatan transaksi sehingga tidak mempengaruhi waktu tanggap. 
      Bila terjadi kegagalan maka pemulihan memanfaatkan backup terakhir 
      dan transaction log.Pemulihan dilakukan dengan cara sistem menjalankan
      setiap transaksi di transaction log terhadap backup terakhir, 
      seterusnya sampai transaksi terakhir yang tercatat. Kehilangan data 
      dikurangi, yaitu hanya satu transaksi terakhir yang tidak tercatat 
      yang hilang musnah.

      Konsistensi sistem manajemen file.
      Masalah penting lain adalah konsistensi atau integritas. Terdapat 
      beberapa teknik untuk mengatasi masalah konsistensi sistem manajemen 
      file, antara lain :
      > Atomic update.
        Update rekord, blok dan file terjadi lengkap atau tidak sama sekali 
        (meninggalkan sistem pada keadaan semula).
      > Stable storage.
        Menulis di drive 1, dilakukan verifikasi :
        >> Jika baik maka ditulis ke drive 2 dan diversifikasi. Verifikasi 
           untuk menangani bad sector.
        >> Jika baik maka diulangi penulisannya.
           Cara ini tidak pernah menjadikan sistem dalam keadaan ambigu.
      > Multiversion files.
        Dibuat file baru pada saat pengaksesan.

      Kendali kongkurensi
      Teknik untuk menangani keadaan simultan secara serial disebut 
      serializability. Teknik untuk mendapatkan properti ini disebut kendali 
      kongkurensi, antara lain :
      > Penguncian (locking).
        Adalah teknik kendali kongkurensi yang biada dipakai. Ketika file 
        dikunci, semua usaha menggunakan atau mengunci fle oleh klien-klien 
        lian akan ditolak. Masalahnya yaitu jika klien mengunci file, 
        kemudian crash.
        Solusi menerapkan timer begitu memulai lock. Bila proses telah 
        melewati suatu batas waktu maka klien dianggap telah crash dan 
        dilepaskan penguncian yang dilakukannya. Cara ini menimbulkan 
        masalah baru, yaitu jika ternyata sebenarnya klien masih berjalan 
        baik, hanya lamban maka karena pengunciannya dilepaskan menyebabkan 
        inkonsistensi dapat terjadi bila klien lain memakai file itu.
      > Transaksi (transaction).
        Pemakai diberi wewenang mendefinisikan transaksi yaitu seluruh aksi 
        di transaksi harus berjalan sukses seluruhnya atau bila terdapat 
        aksi yang gagal maka dianggap tidak terdapat aksi sama sekali. 
        Transaksi yang gagal akan meninggalkan sistem file tanpa perubahan, 
        tidak dalam keadaan ditengah-tengah yang tidak tentu.
      > Replikasi file (file replication).
        Sistem tidak hanya menyimpan satu kopian tapi menyimpan N kopian. 
        Jika salah satu kopian rusak, data tidak hilang. Ketika satu kopian 
        dimodifikasi, beragam cara untuk menangani replikasi agar sistem 
        file tetap konsisten.
        Terdapat dua strategi, yaitu :
        >> Menempatkan duplikasi-duplikasi pada banyak direktori dan 
           mengirim blok-blok yang telah diubah ke tiap duplikasi. 
           Duplikasi-duplikasi akan up-to-minute.
        >> Tinggalkan duplikasi-duplikasi yang telah kedaluwarsa, buat 
           kopian-kopian baru file yang dimodifikasi dan masukan kopian-
           kopian itu ke direktori. 

e. Kinerja sistem file.
   Sasaran utama peningkatan kinerja sistem manajemen file adalah mereduksi 
   jumlah akses ke disk. Cara-cara yang dapat digunakan, adalah :
   > Buffer cache.
     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 adlah 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.
     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.
     >> Pengaksesan blok-blok data.

8.10 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 block
Kombinasi penempatan rekord-rekord pada blok dapat berupa :
> Fixed blocking.
  Rekord berukuran tetap. Blok berisi jumlah rekord yang tetap. Rekord 
  hanya menempati di satu blok, tidak boleh di pecah di beberapa blok. 
  Rekord tidak boleh melebihi ukuran blok.
  Keunggulan :
  > Memudahkan implementasi.
  Kelemahan :
  > Memboroskan ruang penyimpan karena fragmentasi internal.

> Variable length spanned blocking.
  Rekord dapat berukuran bervariasi ditempatkan memenuhi blok dan dapat 
  dipecah untuk menempati blok-blok berbeda. Satu rekord dapat ditempatkan 
  di lebih dari satu blok. Keterhubungan rekord yang terpecah pada blok-blok 
  berbeda diwujudkan dengan pointer blok menunjuk alamat blok-blok berikutnya
  tempat bagian rekord itu.
  Keuntungan :
  >> Fleksibel bagi pemakai.
  >> Ukuran rekord tidak dibatasi ukuran blok.
  >> Mengurangi kesiaan ruang penyimpan karena fragmentasi internal sungguh 
     berkurang.
  Kelemahan :
  >> 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.
  Kelemahan :
  >> 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 :
ž Pencarian suatu rekord tertentu.
ž Bergerak ke rekord berikutnya.
ž Memperbarui rekord berupa penghapusan rekord atau modifikasi suatu rekord.
ž Pembacaan kumpulan rekord dengan kriteria tertentu.
ž Pembacaan seluruh rekord di file.
ž Reorganisasi.
Tiap organisasi akses mempunyai keunggulan dan kelemahan tersendiri sehingga 
tidak mungkin menerapkan satu organisasi akses untuk seluruh kebutuhan 
aplikasi sistem komputer.