Memahami Sistem Operasi Unix-like

Sebelum menulis program C untuk sistem (FreeBSD, Linux, dll), hal terpenting bukanlah sintaks, melainkan memahami bagaimana sistem operasi bekerja.
Artikel ini membangun mental model dasar tentang OS Unix-like model yang sama dipakai oleh kernel engineer dan system programmer.

Jika konsep di sini tidak dipahami, maka:

• pointer akan terasa “acak”

• segmentation fault terasa “misterius”

• debugging jadi tebak-tebakan

   

User Space vs Kernel Space

Apa itu User Space?

User space adalah tempat program aplikasi berjalan:

• shell (sh, bash)

• editor (vim, nano)

• browser

• program C yang Anda tulis

Ciri utama:

• Hak akses terbatas

• Tidak boleh menyentuh hardware langsung

• Jika crash → hanya program itu yang mati

Contoh:

ls
vim
program_c_anda

Semua ini berjalan di user space.

 

Apa itu Kernel Space?

Kernel space adalah area eksekusi kernel sistem operasi.

Kernel bertugas:

• Mengatur CPU (scheduler)

• Mengatur memori

• Mengatur disk & jaringan

• Mengatur proses

Ciri utama:

• Hak akses paling tinggi

• Bisa mengakses hardware langsung

• Bug di sini → kernel panic / system crash

   

Bagaimana User Space Berkomunikasi dengan Kernel?

Melalui system call.

Contoh:

• open() → minta kernel membuka file

• read() → minta kernel membaca disk

• write() → minta kernel menulis data

Alurnya:

Program C (user space)
        ↓ syscall
Kernel (kernel space)
        ↓
Hardware

Poin penting untuk system programmer:

• User space ≠ kernel space

• Transisi user → kernel mahal

• Kernel adalah “penjaga gerbang”

   

Proses, Thread, dan Address Space

Apa itu Proses?

Proses adalah instance dari program yang sedang berjalan.

Ciri proses:

• Memiliki PID (Process ID)

• Memiliki address space sendiri

• Memiliki resource sendiri (FD, memori, dll)

Contoh:

ls

Setiap kali Anda menjalankan ls, OS membuat proses baru.

Penting:

Program ≠ Proses
Program = file di disk
Proses = program yang sedang dieksekusi

 

Apa itu Thread?

Thread adalah unit eksekusi di dalam proses.

Perbedaan utama:

• Proses → terisolasi

• Thread → berbagi address space

Ilustrasi:

Proses A
 ├─ Thread 1
 ├─ Thread 2
 └─ Thread 3

Jika satu thread salah pointer:

• Bisa merusak seluruh proses

• Tapi tidak merusak proses lain

   

Apa itu Address Space?

Address space adalah ruang alamat memori virtual milik satu proses.

Setiap proses melihat:

0x00000000 ──────────────── 0xFFFFFFFF

Padahal:

• Memori fisik terbatas

• Banyak proses berjalan bersamaan

Inilah tugas OS: menipu proses agar merasa sendirian

 

Kenapa Ini Penting untuk C?

Karena:

• Pointer bekerja di dalam address space

• Pointer ke memori proses lain → ilegal

• Pointer invalid → segmentation fault

   

File Descriptor (FD)

Apa itu File Descriptor?

File descriptor adalah angka integer yang mewakili resource I/O.

Contoh FD standar:

FD	Nama
0	STDIN
1	STDOUT
2	STDERR

Unix punya filosofi:

Everything is a file

Artinya:

• File biasa

• Socket

• Pipe

• Device
  → semuanya diakses lewat file descriptor

   

Contoh Nyata

Saat program menulis:

printf("Hello\n");

Di belakang layar:

write(1, "Hello\n", 6);

1 = STDOUT

 

Kenapa FD Penting untuk System Programming?

Karena:

• read(), write(), close() → semua pakai FD

• Salah menutup FD → resource leak

• FD adalah jembatan C ↔ kernel

System programmer harus nyaman dengan FD.

 

Virtual Memory (Konseptual)

Apa itu Virtual Memory?

Virtual memory adalah ilusi bahwa:

• Setiap proses punya memori sendiri

• Memori terlihat kontigu

• Padahal kenyataannya tidak

OS + MMU (hardware) yang mengatur semuanya.

 

Istilah Penting

• Page: blok memori kecil (biasanya 4 KB)

• Page table: peta virtual → fisik

• Page fault: akses ke page yang belum ada

   

Kenapa Segmentation Fault Terjadi?

Karena:

• Proses mengakses alamat yang tidak valid

• MMU mendeteksi pelanggaran

• Kernel menghentikan proses

Segfault bukan bug C, tapi:

Pelanggaran aturan memory OS

 

Implikasi untuk Programmer C

• Pointer bukan angka sembarangan

• malloc() bukan jaminan aman

• OS selalu mengawasi akses memori

   

Kesimpulan Mental Model

Jika Anda hanya mengingat 4 hal ini, Anda sudah jauh di depan:

1. User space dan kernel space terpisah keras

2. Proses punya address space sendiri

3. Semua I/O lewat file descriptor

4. Virtual memory adalah ilusi yang dijaga ketat

Dengan mental model ini:

• Belajar C jadi masuk akal

• Debugging jadi rasional

• Anda berpikir seperti system programmer, bukan sekadar coder