Multiprocessor
Sistem multiprosesor adalah, suatu sistem dengan lebih dari satu CPU yang memiliki sebuah memori bersama, seperti sekelompok orang dalam suatu ruangan yang memili papan tulis bersama. Karena setiap CPU dapat membaca atau menulis bagian apa saja dari memori, mereka harus berkoordinasi (dalam software) agar tidak saling berebut jalurnya masing -masing.
Berbagai skema implementasi dapat dilaksanakan. Salah satu skema paling sederhana adalah memiliki sebuah bus tunggal dengan banyak CPU dan satu memori yang seluruhnya dipasang ke dalam bus tersebut.
Semua prosesor dapat melakukan komputasi secara paralel dan masing-masing dapat mengakses memori melalui bus. Bus bertanggung jawab mengatur permintaan pemakaian memori yang berlangsung secara simultan oleh beberapa prosesor. Bus juga bertanggung jawab untuk meyakinkan bahwa semua prosesor dilayani secara adil dengan waktu tunda (delay) akses yang minimum.
Dengan sejumlah besar prosesor cepat yang selalu berusaha mengakses memori melalui bus yang sama, konflik - konflik akan terjadi. Para perancang multiprosesor telah mengajukan berbagai macam skema untuk mengurangi konflik ini guna meningkatkan kinerja seperti ditunjukan oleh gambar 14.8.
Multiprosesor memiliki keunggulan dibanding jenis - jenis komputer paralel yaitu:
a) Peningkatan throughput, karena lebih banyak proses / thread yang berjalan dalam satu waktu sekaligus (jika proses yang antri di ready queue sedikit). Perlu diingat hal ini tidak berarti daya komputasinya menjadi meningkat sejumlah prosesornya. Yang meningkat ialah jumlah pekerjaan yang bisa dilakukannya dalam waktu tertentu.
b) Economy of scale (ekonomis), ekonomis dalam devices yang dibagi bersama – sama. Prosesor - prosesor terdapat dalam satu komputer dan dapat membagi peripheral (ekonomis) seperti disk dan catu daya listrik.
c) Peningkatan kehandalan (reliabilitas), Jika satu prosesor mengalami suatu gangguan, maka proses yang terjadi masih dapat berjalan dengan baik karena tugas prosesor yang terganggu diambil alih oleh prosesor lain. Hal ini dikenal dengan istilah Graceful Degradation. Sistemnya sendiri dikenal bersifat fault tolerant atau failoft system.
Penjadwalan Multiprocessor
Kita perlu mempelajari penjadwalan pada prosesor jamak berhubung sistem
dengan prosesor jamak akan semakin banyak digunakan karena kemampuannya yang
lebih baik dari sistem dengan prosesor tunggal. Seperti halnya pada prosesor tunggal,
prosesor jamak juga membutuhkan penjadwalan. Namun pada prosesor jamak,
penjadwalannya jauh lebih kompleks dari pada prosesor tunggal. Dalam penjadwalan
prosesor jamak, tiap proses dapat mengakses memori dengan cara yang sama [uniform
memory access].
Pembatasan dalam penjadwalan juga terjadi dalam multiprosesor. Hal ini
disebabkan karena:
a) kemungkinan adanya load sharing. Load sharing terjadi jika ada beberapa prosesor
yang identik. Untuk mengatasi hal itu maka tiap prosesor memiliki kemampuan
penjadwalan mandiri (self schedulling).
b) kemungkinan terlewatinya sebuah proses dari antrian [ready queue] atau beberapa
prosesor memilih untuk mengeksekusi proses yang sama. permasalahan seperti itu
bisa dijawab dengan sebuah master-slave structure, yaitu suatu struktur dimana
satu prosesor ditunjuk sebagai master. Master inilah yang akan bertanggung jawab
dalam hal penjadwalan, memproses I/O, dan sebagainya. Sedangkan prosesor yang
lain [slave] hanya bertugas untuk mengeksekusi user code. Hal ini disebut juga
sebagai Asymmetric Multiprocessing karena hanya satu prosesor yang dapat
mengakses struktur data dari sistem.
Ada beberapa jenis dari sistem penjadualan prosesor jamak, namun yang akan
dibahas dalam bab ini adalah penjadwalan pada sistem prosesor jamak yang memiliki
fungsi-fungsi prosesor yang memiliki fungsi yang sama (Homogeneous processors within
a multiprocessor). Diantaranya ada 2 yaitu:
1. Penjadwalan Asymmetric MultiProcessing (AMP)
Pendekatan pertama untuk penjadwalan prosesor jamak adalah penjadwalan
asymmetric multiprocessing atau biasa disebut juga sebagai penjadwalan Master
Slave MultiProcessor. Dimana pada metode ini satu prosesor bertindak sebagai
master dan prosesor lainnya sebagai slave. Master Processor bertugas untuk
menjadualkan dan mengalokasikan proses yang akan dijalankan oleh Slave
Processors. Master Processor melakukan pekerjaan yang berhubungan dengan
System, Slave Processor melayani user requests dalam pengeksekusian program.
Pemrosesan yang banyak tidak menyebabkan penurunan performance. Metode ini
sederhana karena hanya satu prosesor yang mengakses struktur data sistem dan
juga mengurangi data sharing. Sebagai contoh, prosesor master memilih proses yang
akan dieksekusi, kemudian mencari prosesor yang available, dan memberikan
instruksi start processor. Prosesor slave memulai eksekusi pada lokasi memori yang
dituju. Saat slave mengalami sebuah kondisi tertentu, prosesor slave memberi
interupsi kepada prosesor master dan berhenti untuk menunggu perintah
selanjutnya. Perlu diketahui bahwa prosesor slave yang berbeda dapat ditujukan
untuk suatu proses yang sama pada waktu yang berbeda. Master processor dapat
mengeksekusi OS dan menangani I/O, sedangkan sisanya processor tidak punya
kemampuan I/O dan disebut sebagai Attached Processor (Aps). APs mengeksekusi kodekode
user dibawah pengawasan master processor.
2. Penjadwalan Symmetric MultiProcessing (SMP)
Penjadwalan SMP adalah pendekatan kedua untuk penjadwalan prosesor jamak.
Pada metode ini setiap prosesor menjadwalkan dirinya sendiri (self scheduling).
Penjadwalan terlaksana dengan menjadwalkan setiap prosesor untuk memeriksa
antrian ready dan memilih suatu proses untuk dieksekusi. Jika suatu sistem prosesor
jamak mencoba untuk mengakses dan mengupdate suatu struktur data, penjadwal
dari prosesor-prosesor tersebut harus diprogram dengan hati-hati, kita harus yakin
bahwa dua prosesor tidak memilih proses yang sama dan proses tersebut tidak
hilang dari antrian. Secara virtual, semua sistem operasi modern mendukung SMP,
termasuk Windows XP, Windows 2000, Windows Vista, Solaris, Linux, dan Mac OS X.
Lock digunakan untuk proses sinkronisasi, apabila ada 2 atau lebih proses yang ingin
mengakses alamat memori yang sama dan mengubah shared memory. Dalam skema
tersebut, salah satu penjadwalan akan digunakan. Salah satu cara menggunakan
symmetric multiprocessing(SMP). Dimana setiap prosesor menjadwalkan diri sendiri.
Setiap prosesor memeriksa ready queue dan memilih proses yang akan dieksekusi.
Jumat, 22 April 2011
Sinkronisasi dan Deadllock
A. Sinkronisasi
Akses bebarengan untuk berbagi dua bersama dapat mengakibatkan inkosistensi data. Pemeliharaan konsistensi data memerlukan mekanisme untuk memastikan eksekusi dari proses kerjasama. Shared memory merupakan solusi ke masalah bounded-butter yang mengijinkan paling banyak n-1 materi dalam buffer pada waktu yang sama. Suatu solusi, jika semua N buffer digunakan tidaklah sederhana. Dimisalkan kita memdifikasi producer-consumer code dengan menambahkan suatu variable counter, dimulai dari 0 dan masing-masing waktu tambahan dari suatu item baru diberikan kepada buffer.
1. Race Condition
Race Condition adalah situasi di mana beberapa proses mengakses dan memanipulasi data bersama pada saat besamaan. Nilai akhir dari data bersama tersebut tergantung pada proses yang terakhir selesai. Untuk mencegah race condition, proses-proses yang berjalan besamaan harus di disinkronisasi.
Dalam beberapa sistem operasi, proses-proses yang berjalan bersamaan mungkin untuk membagi beberapa penyimpanan umum, masing-masing dapat melakukan proses baca (read) dan proses tulis (write). Penyimpanan bersama (shared storage) mungkin berada di memori utama atau berupa sebuah berkas bersama, lokasi dari memori bersama tidak merubah kealamian dari komunikasi atau masalah yang muncul. Untuk mengetahui bagaimana komunikasi antar proses bekerja, mari kita simak sebuah contoh sederhana, sebuah print spooler. Ketika sebuah proses ingin mencetak sebuah berkas, proses tersebut memasukkan nama berkas ke dalam sebuah spooler direktori yang khusus. Proses yang lain, printer daemon, secara periodik memeriksa untuk mengetahui jika ada banyak berkas yang akan dicetak, dan jika ada berkas yang sudah dicetak dihilangkan nama berkasnya dari direktori.
2. Masalah Critical Section
Kunci untuk mencegah masalah ini dan di situasi yang lain yang melibatkan shared memori, shared berkas, and shared sumber daya yang lain adalah menemukan beberapa jalan untuk mencegah lebih dari satu proses untuk melakukan proses writing dan reading kepada shared data pada saat yang sama. Dengan kata lain kita memutuhkan mutual exclusion, sebuah jalan yang menjamin jika sebuah proses sedang menggunakan shared berkas, proses lain dikeluarkan dari pekerjaan yang sama. Kesulitan yang terjadi karena proses 2 mulai menggunakan variabel bersama sebelum proses 1 menyelesaikan tugasnya.
Masalah menghindari race conditions dapat juga diformulasikan secara abstrak. Bagian dari waktu, sebuah proses sedang sibuk melakukan perhitungan internal dan hal lain yang tidak menggiring ke kondisi race conditions. Bagaimana pun setiap kali sebuah proses mengakses shared memory atau shared berkas atau melakukan sesuatu yang kitis akan menggiring kepada race conditions. Bagian dari program dimana shaed memory diakses disebut Critical Section atau Critical Region.
Walau pun dapat mencegah race conditions, tapi tidak cukup untuk melakukan kerjasama antar proses secara pararel dengan baik dan efisien dalam menggunakan shared data. Kita butuh 4 kondisi agar menghasilkan solusi yang baik:
· Tidak ada dua proses secara bersamaan masuk ke dalam citical section.
· Tidak ada asumsi mengenai kecepatan atau jumlah cpu.
· Tidak ada proses yang berjalan di luar critical secion yang dapat mengeblok proses lain.
· Tidak ada proses yang menunggu selamamya untuk masuk critical section.
Critical Section adalah sebuah segmen kode di mana sebuah proses yang mana sumber daya bersama diakses. Terdiri dari:
Entry Section: kode yang digunakan untuk masuk ke dalam critical section
Critical Section: Kode di mana hanya ada satu proses yang dapat dieksekusi pada satu waktu
Exit Section: akhir dari critical section, mengizinkan proses lain
Remainder Section: kode istirahat setelah masuk ke critical section.
3. Solusi ke Masalah Critical-Section
Ada bebrapa Solusi untuk mengatasi masalah Critical Section, yaitu:
· Mutual exclution
Jika proses pi sedang mengeksekusi critical section-nya maka tidak ada proses lain yang dapat mengeksekusi dalam critical section mereka.
· Progress
Jika tidak ada proses yang sedang dieksekusi dalam critical section dan ada beberapa proses yang ingin masuk ke critical section mereka, maka pemilihan proses yang akan masuk ke critical section berikutnya tidak bias ditunda.
· Bounded Waiting
Suatu keterikatan harus ada pada sejumlah proses yang diijinkan masuk ke critical section mereka, setelah adanya proses yang meminta masuk ke critical section dan sebelum permintaan itu diterima.
a. Asumsikan bahwa tiap proses mengeksekusi pada nonzero speed.
b. Tidak ada asumsi mengenai kecepatan relative dan n proses.
Cara-cara memecahkan masalah
· Hanya dua proses, Po dan P1
· Struktur umum dari proses adalah Pi (proses lain Pj)
4. Bakery Algorithm
Critical section untuk n proses:
a. Sebelum memasuki critical Section-nya, proses menerima nomor pemilik nomor terkecil memasuki critical section.
b. Jika proses Pi dan Pj menerima nomor yang sama, jika i < j, maka Pi dilayani duluan, lainnya Pj dilayani duluan (if i< j, then Pi is served first; else Pj is served first).
c. Skema penomoran selalu menghasilkan angka –angka yang disebutkan satu per satu, yaitu 1,2,3,3,3,3,4,5….
5. Semaphore
Semaphore adalah pendekatan yang diajukan oleh Djikstra, dengan prinsip bahwa dua proses atau lebih dapat bekerja sama dengan menggunakan penanda-penanda sederhana. Seperti proses dapat dipaksa berhenti pada suatu saat, sampai proses mendapatkan penanda tertentu itu. Sembarang kebutuhan koordinasi kompleks dapat dipenuhi dengan struktur penanda yang cocok untuk kebutuhan itu. Variabel khusus untuk penanda ini disebut semaphore.
Semaphore mempunyai dua sifat, yaitu:
i. Semaphore dapat diinisialisasi dengan nilai non-negatif.
ii. Terdapat dua operasi terhadap semaphore, yaitu Down dan Up. Usulan asli yang disampaikan Djikstra adalah operasi P dan V.
Ø Operasi Down
Operasi ini menurunkan nilai semaphore, jika nilai semaphore menjadi non-positif maka proses yang mengeksekusinya diblocked. Operasi Down adalah atomic, tak dapat diinterupsi sebelaum diselesaikan.Emnurunkan nilai, memeriksa nilai, menempatkan proses pada antrian dan memblocked sebagai instruksi tunggal. Sejak dimulai, tak ada proses alain yang dapat mengakses semaphore sampai operasi selesai atau diblocked.
Ø Operasi Up
Operasi Up menakkan nilai semaphore. Jika satu proses atau lebih diblocked pada semaphore itu tak dapat menyelesaikan operasi Down, maka salah satu dipilih oleh system dan menyelesaikan operasi Down-nya. Urutan proses yang dipilih tidak ditentukan oleh Djikstra, dapat dipilih secara acak. Adanya semaphore mempermudah persoalan mutual exclusion. Skema penelesaian mutual exclusion mempunyai bagan sebagai berikut:
Sebelum masuk critical section, proses melakukan Down. Bila berhasil maka proses masuk ke critical section. Bila tidak berhasil maka proses di-blocked atas semaphore itu. Proses yang diblocked akan dapat melanjutkan kembali bila proses yang ada di critical section keluar dan melakukan opersai up sehingga menjadikan proses yang diblocked ready dan melanjutkan sehingga opersi Down-nya berhasil.
6. Problem Klasik pada Sinkronisasi
Ada tiga hal yang selalu memjadi masalah pada proses sinkronisasi:
a. Problem Bounded buffer.
b. Problem Reades and Writer.
c. Problem Dining Philosophers.
7. Monitors
Solusi sinkronisasi ini dikemukakan oleh Hoare pada tahun 1974. Monitor adalah kumpulan prosedur, variabel dan struktur data di satu modul atau paket khusus. Proses dapat memanggil prosedur-prosedur kapan pun diinginkan. Tapi proses tak dapat mengakses struktur data internal dalam monitor secara langsung. Hanya lewat prosedur-prosedur yang dideklarasikan minitor untuk mengakses struktur internal.
Properti-properti monitor adalah sebagai berikut:
a. Variabel-variabel data lokal, hanya dapat diakses oleh prosedur-prosedur dala monitor dan tidak oleh prosedur di luar monitor.
b. Hanya satu proses yang dapat aktif di monitor pada satu saat. Kompilator harus mengimplementasi ini(mutual exclusion).
c. Terdapat cara agar proses yang tidak dapat berlangsung di-blocked. Menambahkan variabel-variabel kondisi, dengan dua operasi, yaitu Wait dan Signal.
d. Wait: Ketika prosedur monitor tidak dapat berkanjut (misal producer menemui buffer penuh) menyebabkan proses pemanggil diblocked dan mengizinkan proses lain masuk monitor.
e. Signal: Proses membangunkan partner-nya yang sedang diblocked dengan signal pada variabel kondisi yang sedang ditunggu partnernya.
f. Versi Hoare: Setelah signal, membangunkan proses baru agar berjalan dan menunda proses lain.
g. Versi Brinch Hansen: Setelah melakukan signal, proses segera keluar dari monitor.
Dengan memaksakan disiplin hanya satu proses pada satu saat yang berjalan pada monitor, monitor menyediakan fasilitas mutual exclusion. Variabel-variabel data dalam monitor hanya dapat diakses oleh satu proses pada satu saat. Struktur data bersama dapat dilindungi dengan menempatkannya dalam monitor. Jika data pada monitor merepresentasikan sumber daya, maka monitor menyediakan fasilitas mutual exclusion dalam mengakses sumber daya itu.
B. Deadlock
Deadlock yang mungkin dapat terjadi pada suatu proses disebabkan proses itu menunggu suatu kejadian tertentu yang tidak akan pernah terjadi. Dua atau lebih proses dikatakan berada dalam kondisi deadlock, bila setiap proses yang ada menunggu suatu kejadian yang hanya dapat dilakukan oleh proses lain dalam himpunan tersebut. Terdapat kaitan antara overhead dari mekanisme koreksi dan manfaat dari koreksi deadlock itu sendiri. Pada beberapa kasus, overhead atau ongkos yang harus dibayar untuk membuat sistem bebas deadlock menjadi hal yang terlalu mahal dibandingkan jika mengabaikannya. Sementara pada kasus lain, seperti pada real-time process control, mengizinkan deadlock akan membuat sistem menjadi kacau dan membuat sistem tersebut tidak berguna.
Contoh berikut ini terjadi pada sebuah persimpangan jalan. Beberapa hal yang dapat membuat deadlock pada suatu persimpangan, yaitu:
· Terdapat satu jalur pada jalan.
· Mobil digambarkan sebagai proses yang sedang menuju sumber daya.
· Untuk mengatasinya beberapa mobil harus preempt (mundur).
· Sangat memungkinkan untuk terjadinya starvation (kondisi proses tak akan mendapatkan sumber daya).
1. Peranan Deadlock
Menurut Coffman dalam bukunya "Operating System" menyebutkan empat syarat bagi terjadinya deadlock, yaitu:
a. Mutual Exclusion
b. Suatu kondisi dimana setiap sumber daya diberikan tepat pada satu proses pada suatu waktu.
c. Hold and Wait
d. Kondisi yang menyatakan proses-proses yang sedang memakai suatu sumber daya dapat meminta sumber daya yang lain.
e. Non-pre-emptive
f. Kondisi dimana suatu sumber daya yang sedang berada pada suatu proses tidak dapat diambil secara paksa dari proses tersebut,sampai proses itu melepaskannya.
g. Circular Wait
h. Kondisi yang menyatakan bahwa adanya rantai saling meminta sumber daya yang dimiliki oleh suatu proses oleh proses lainnya.
2. Resources-Allocation Graph
Sebuah cara visual (matematika) untuk menentukan apakah ada deadlock, atau kemungkinan terjadinya.
G = (V, E) Graf berisi node and edge. Node V terdiri dari proses-proses = {P1, P2, P3, ...} dan jenis resource. {R1, R2, ...} Edge E adalah (Pi, Rj) atau (Ri, Pj)
Sebuah panah dari process ke resource menandakan proses meminta resource. Sebuah panah dari resource ke process menunjukkan sebuah instance dari resource telah dtempatkan ke proses. Process adalah lingkaran, resource adalah kotak; titik-titik merepresentasikan jumlah instance dari resource Dalam tipe. Meminta poin-poin ke kotak, perintah datang dari titik.
Jika graf tidak berisi lingkaran, maka tidak ada proses yang deadlock. Jika membentuk lingkaran, maka:
a. jika tipe resource memiliki banyak instance, maka deadlock DAPAT ada.
b. jika setiap tipe resource mempunyai satu instance, maka deadlock telah terjadi.
3. Strategi menghadapi Deadlock
Strategi untuk menghadapi deadlock dapat dibagi menjadi tiga pendekatan, yaitu:
a. Mengabaikan adanya deadlock.
b. Memastikan bahwa deadlock tidak akan pernah ada, baik dengan metode Pencegahan, dengan mencegah empat kondisi deadlock agar tidak akan pernah terjadi. Metode Menghindari deadlock, yaitu mengizinkan empat kondisi deadlock, tetapi menghentikan setiap proses yang kemungkinan mencapai deadlock.
c. Membiarkan deadlock untuk terjadi, pendekatan ini membutuhkan dua metode yang saling mendukung, yaitu:
· Pendeteksian deadlock, untuk mengidentifikasi ketika deadlock terjadi.
· Pemulihan deadlock, mengembalikan kembali sumber daya yang dibutuhkan pada proses yang memintanya.
4. Strategi Ostrich
Pendekatan yang paling sederhana adalah dengan menggunakan strategi burung unta: masukkan kepala dalam pasir dan seolah-olah tidak pernah ada masalah sama sekali. Beragam pendapat muncul berkaitan dengan strategi ini. Menurut para ahli Matematika, cara ini sama sekali tidak dapat diterima dan semua keadaan deadlock harus ditangani. Sementara menurut para ahli Teknik, jika komputer lebih sering mengalami kerusakkan disebabkan oleh kegagalan hardware, error pada kompilator atau bugs pada sistem operasi. Maka ongkos yang dibayar untuk melakukan penanganan deadlock sangatlah besar dan lebih baik mengabaikan keadaan deadlock tersebut. Metode ini diterapkan pada sistem operasi UNIX dan MINIX.
5. Mencegah Deadlock
Metode ini merupakan metode yang paling sering digunakan. Metode Pencegahan dianggap sebagai solusi yang bersih dipandang dari sudut tercegahnya deadlock. Tetapi pencgahan akan mengakibatkan kinerja utilisasi sumber daya yang buruk.
Metode pencegahan menggunakan pendekatan dengan cara meniadakan empat syarat yang dapat menyebabkan deadlock terjadi pada saat eksekusi Coffman (1971).
Syarat pertama yang akan dapat ditiadakan adalah Mutual Exclusion, jika tidak ada sumber daya yang secara khusus diperuntukkan bagi suatu proses maka tidak akan pernah terjadi deadlock. Namun jika membiarkan ada dua atau lebih proses mengakses sebuah sumber daya yang sama akan menyebabkan chaos. Langkah yang digunakan adalah dengan spooling sumber daya, yaitu dengan mengantrikan job-job pada antrian dan akan dilayani satu-satu.
Beberapa masalah yang mungkin terjadi adalah:
i. Tidak semua dapat di-spool, tabel proses sendiri tidak mungkin untuk di-spool
ii. Kompetisi pada ruang disk untuk spooling sendiri dapat mengarah pada deadlock
Hal inilah yang menyebabkan mengapa syarat pertama tidak dapat ditiadakan, jadi mutual exclusion benar-benar tidak dapat dihilangkan.
Cara kedua dengan meniadakan kondisi hold and wait terlihat lebih menjanjikan. Jika suatu proses yang sedang menggunakan sumber daya dapat dicegah agar tidak dapat menunggu sumber daya yang lain, maka deadlock dapat dicegah. Langkah yang digunakan adalah dengan membuat proses agar meminta sumber daya yang mereka butuhkan pada awal proses sehingga dapat dialokasikan sumber daya yang dibutuhkan. Namun jika terdapat sumber daya yang sedang terpakai maka proses tersebut tidak dapat memulai prosesnya.
Masalah yang mungkin terjadi:
i. Sulitnya mengetahui berapa sumber daya yang dibutuhkan pada awal proses
ii. Tidak optimalnya pengunaan sumber daya jika ada sumber daya yang digunakan hanya beberapa waktu dan tidak digunakan tapi tetap dimiliki oleh suatu proses yang telah memintanya dari awal.
Meniadakan syarat ketiga non preemptive ternyata tidak lebih menjanjikan dari meniadakan syarat kedua, karena dengan meniadakan syarat ketiga maka suatu proses dapat dihentikan ditengah jalan. Hal ini tidak dimungkinkan karena hasil dari suatu proses yang dihentikan menjadi tidak baik.
Cara terakhir adalah dengan meniadakan syarat keempat circular wait. Terdapat dua pendekatan, yaitu:
i. Mengatur agar setiap proses hanya dapat menggunakan sebuah sumber daya pada suatu waktu, jika menginginkan sumber daya lain maka sumber daya yang dimiliki harus dilepas.
ii. Membuat penomoran pada proses-proses yang mengakses sumber daya. Suatu proses dimungkinkan untuk dapat meminta sumber daya kapan pun, tetapi permintaannya harus dibuat terurut.
Masalah yang mungkin terjadi dengan mengatur bahwa setiap proses hanya dapat memiliki satu proses adalah bahwa tidak semua proses hanya membutuhkan satu sumber daya, untuk suatu proses yang kompleks dibutuhkan banyak sumber daya pada saat yang bersamaan. Sedangkan dengan penomoran masalah yang dihadapi adalah tidak terdapatnya suatu penomoran yang dapat memuaskan semua pihak.
Circular Wait
Penomoran permintaan sumber daya
Tidak ada penomoran yang memuaskan semua pihak
6. Menghindari Deadlock
Pendekatan metode ini adalah dengan hanya memberi kesempatan ke permintaan sumber daya yang tidak mungkin akan menyebabkan deadlock. Metode ini memeriksa dampak pemberian akses pada suatu proses, jika pemberian akses tidak mungkin menuju kepada deadlock, maka sumber daya akan diberikan pada proses yang meminta. Jika tidak aman, proses yang meminta akan di-suspend sampai suatu waktu permintaannya aman untuk diberikan. Kondisi ini terjadi ketika setelah sumber daya yang sebelumnya dipegang oleh proses lain telah dilepaskan.
Kondisi aman yang dimaksudkan selanjutnya disebut sebagai safe-state, sedangkan keadaan yang tidak memungkinkan untuk diberikan sumber daya yang diminta disebut unsafe-state.
7. Kondisi Aman (Safe state)
Suatu keadaan dapat dinyatakan sebagai safe state jika tidak terjadi deadlock dan terdapat cara untuk memenuhi semua permintaan sumber daya yang ditunda tanpa menghasilkan deadlock. Dengan cara mengikuti urutan tertentu.
8. Kondisi Tak Aman (Unsafe state)
Suatu state dinyatakan sebagai state tak selamat (unsafe state) jika tidak terdapat cara untuk memenuhi semua permintaaan yang saat ini ditunda dengan menjalankan proses-proses dengan suatu urutan.
9. Algoritma Bankir
Algoritma penjadualan ini diungkapkan oleh Dijkstra (1965) lebih dikenal dengan nama Algoritma Bankir. Model ini menggunakan suatu kota kecil sebagai percontohan dengan suatu bank sebagai sistem operasi, pinjaman sebagai sumber daya dan peminjam sebagai proses yang membutuhkan sumber daya. Deadlock akan terjadi apabila terdapat seorang peminjam yang belum mengembalikan uangnya dan ingin meminjam kembali, padahal uang yang belum dikembalikan tadi dibutuhkan oleh peminjam lain yang juga belum mengembalikan uang pinjamannya.
Beberapa kelemahan algoritma Bankir Tanenbaum (1992), Stallings (1995) dan Deitel (1990) adalah sebagai berikut:
i. Sulit untuk mengetahui seluruh sumber daya yang dibutuhkan proses pada awal eksekusi.
ii. Jumlah proses yang tidak tetap dan berubah-ubah.
iii. Sumber daya yang tadinya tersedia dapat saja menjadi tidak tersedia kembali.
iv. Proses-proses yang dieksekusi haruslah tidak dibatasi oleh kebutuhan sinkronisasi antar proses.
v. Algoritma ini menghendaki memberikan semua permintaan selama waktu yang berhingga.
10. Mendeteksi Deadlock dan Memulihkan Deadlock
Metode ini mengunakan pendekatan dengan teknik untuk menentukan apakah deadlock sedang terjadi serta proses-proses dan sumber daya yang terlibat dalam deadlock tersebut. Setelah kondisi deadlock dapat dideteksi, maka langkah pemulihan dari kondisi deadlock dapat segera dilakukan. Langkah pemulihan tersebut adalah dengan memperoleh sumber daya yang diperlukan oleh proses-proses yang membutuhkannya. Beberapa cara digunakan untuk mendapatkan sumber daya yang diperlukan, yaitu dengan terminasi proses dan pre-emption (mundur) suatu proses. Metode ini banyak digunakan pada komputer mainframe berukuran besar.
Akses bebarengan untuk berbagi dua bersama dapat mengakibatkan inkosistensi data. Pemeliharaan konsistensi data memerlukan mekanisme untuk memastikan eksekusi dari proses kerjasama. Shared memory merupakan solusi ke masalah bounded-butter yang mengijinkan paling banyak n-1 materi dalam buffer pada waktu yang sama. Suatu solusi, jika semua N buffer digunakan tidaklah sederhana. Dimisalkan kita memdifikasi producer-consumer code dengan menambahkan suatu variable counter, dimulai dari 0 dan masing-masing waktu tambahan dari suatu item baru diberikan kepada buffer.
1. Race Condition
Race Condition adalah situasi di mana beberapa proses mengakses dan memanipulasi data bersama pada saat besamaan. Nilai akhir dari data bersama tersebut tergantung pada proses yang terakhir selesai. Untuk mencegah race condition, proses-proses yang berjalan besamaan harus di disinkronisasi.
Dalam beberapa sistem operasi, proses-proses yang berjalan bersamaan mungkin untuk membagi beberapa penyimpanan umum, masing-masing dapat melakukan proses baca (read) dan proses tulis (write). Penyimpanan bersama (shared storage) mungkin berada di memori utama atau berupa sebuah berkas bersama, lokasi dari memori bersama tidak merubah kealamian dari komunikasi atau masalah yang muncul. Untuk mengetahui bagaimana komunikasi antar proses bekerja, mari kita simak sebuah contoh sederhana, sebuah print spooler. Ketika sebuah proses ingin mencetak sebuah berkas, proses tersebut memasukkan nama berkas ke dalam sebuah spooler direktori yang khusus. Proses yang lain, printer daemon, secara periodik memeriksa untuk mengetahui jika ada banyak berkas yang akan dicetak, dan jika ada berkas yang sudah dicetak dihilangkan nama berkasnya dari direktori.
2. Masalah Critical Section
Kunci untuk mencegah masalah ini dan di situasi yang lain yang melibatkan shared memori, shared berkas, and shared sumber daya yang lain adalah menemukan beberapa jalan untuk mencegah lebih dari satu proses untuk melakukan proses writing dan reading kepada shared data pada saat yang sama. Dengan kata lain kita memutuhkan mutual exclusion, sebuah jalan yang menjamin jika sebuah proses sedang menggunakan shared berkas, proses lain dikeluarkan dari pekerjaan yang sama. Kesulitan yang terjadi karena proses 2 mulai menggunakan variabel bersama sebelum proses 1 menyelesaikan tugasnya.
Masalah menghindari race conditions dapat juga diformulasikan secara abstrak. Bagian dari waktu, sebuah proses sedang sibuk melakukan perhitungan internal dan hal lain yang tidak menggiring ke kondisi race conditions. Bagaimana pun setiap kali sebuah proses mengakses shared memory atau shared berkas atau melakukan sesuatu yang kitis akan menggiring kepada race conditions. Bagian dari program dimana shaed memory diakses disebut Critical Section atau Critical Region.
Walau pun dapat mencegah race conditions, tapi tidak cukup untuk melakukan kerjasama antar proses secara pararel dengan baik dan efisien dalam menggunakan shared data. Kita butuh 4 kondisi agar menghasilkan solusi yang baik:
· Tidak ada dua proses secara bersamaan masuk ke dalam citical section.
· Tidak ada asumsi mengenai kecepatan atau jumlah cpu.
· Tidak ada proses yang berjalan di luar critical secion yang dapat mengeblok proses lain.
· Tidak ada proses yang menunggu selamamya untuk masuk critical section.
Critical Section adalah sebuah segmen kode di mana sebuah proses yang mana sumber daya bersama diakses. Terdiri dari:
Entry Section: kode yang digunakan untuk masuk ke dalam critical section
Critical Section: Kode di mana hanya ada satu proses yang dapat dieksekusi pada satu waktu
Exit Section: akhir dari critical section, mengizinkan proses lain
Remainder Section: kode istirahat setelah masuk ke critical section.
3. Solusi ke Masalah Critical-Section
Ada bebrapa Solusi untuk mengatasi masalah Critical Section, yaitu:
· Mutual exclution
Jika proses pi sedang mengeksekusi critical section-nya maka tidak ada proses lain yang dapat mengeksekusi dalam critical section mereka.
· Progress
Jika tidak ada proses yang sedang dieksekusi dalam critical section dan ada beberapa proses yang ingin masuk ke critical section mereka, maka pemilihan proses yang akan masuk ke critical section berikutnya tidak bias ditunda.
· Bounded Waiting
Suatu keterikatan harus ada pada sejumlah proses yang diijinkan masuk ke critical section mereka, setelah adanya proses yang meminta masuk ke critical section dan sebelum permintaan itu diterima.
a. Asumsikan bahwa tiap proses mengeksekusi pada nonzero speed.
b. Tidak ada asumsi mengenai kecepatan relative dan n proses.
Cara-cara memecahkan masalah
· Hanya dua proses, Po dan P1
· Struktur umum dari proses adalah Pi (proses lain Pj)
4. Bakery Algorithm
Critical section untuk n proses:
a. Sebelum memasuki critical Section-nya, proses menerima nomor pemilik nomor terkecil memasuki critical section.
b. Jika proses Pi dan Pj menerima nomor yang sama, jika i < j, maka Pi dilayani duluan, lainnya Pj dilayani duluan (if i< j, then Pi is served first; else Pj is served first).
c. Skema penomoran selalu menghasilkan angka –angka yang disebutkan satu per satu, yaitu 1,2,3,3,3,3,4,5….
5. Semaphore
Semaphore adalah pendekatan yang diajukan oleh Djikstra, dengan prinsip bahwa dua proses atau lebih dapat bekerja sama dengan menggunakan penanda-penanda sederhana. Seperti proses dapat dipaksa berhenti pada suatu saat, sampai proses mendapatkan penanda tertentu itu. Sembarang kebutuhan koordinasi kompleks dapat dipenuhi dengan struktur penanda yang cocok untuk kebutuhan itu. Variabel khusus untuk penanda ini disebut semaphore.
Semaphore mempunyai dua sifat, yaitu:
i. Semaphore dapat diinisialisasi dengan nilai non-negatif.
ii. Terdapat dua operasi terhadap semaphore, yaitu Down dan Up. Usulan asli yang disampaikan Djikstra adalah operasi P dan V.
Ø Operasi Down
Operasi ini menurunkan nilai semaphore, jika nilai semaphore menjadi non-positif maka proses yang mengeksekusinya diblocked. Operasi Down adalah atomic, tak dapat diinterupsi sebelaum diselesaikan.Emnurunkan nilai, memeriksa nilai, menempatkan proses pada antrian dan memblocked sebagai instruksi tunggal. Sejak dimulai, tak ada proses alain yang dapat mengakses semaphore sampai operasi selesai atau diblocked.
Ø Operasi Up
Operasi Up menakkan nilai semaphore. Jika satu proses atau lebih diblocked pada semaphore itu tak dapat menyelesaikan operasi Down, maka salah satu dipilih oleh system dan menyelesaikan operasi Down-nya. Urutan proses yang dipilih tidak ditentukan oleh Djikstra, dapat dipilih secara acak. Adanya semaphore mempermudah persoalan mutual exclusion. Skema penelesaian mutual exclusion mempunyai bagan sebagai berikut:
Sebelum masuk critical section, proses melakukan Down. Bila berhasil maka proses masuk ke critical section. Bila tidak berhasil maka proses di-blocked atas semaphore itu. Proses yang diblocked akan dapat melanjutkan kembali bila proses yang ada di critical section keluar dan melakukan opersai up sehingga menjadikan proses yang diblocked ready dan melanjutkan sehingga opersi Down-nya berhasil.
6. Problem Klasik pada Sinkronisasi
Ada tiga hal yang selalu memjadi masalah pada proses sinkronisasi:
a. Problem Bounded buffer.
b. Problem Reades and Writer.
c. Problem Dining Philosophers.
7. Monitors
Solusi sinkronisasi ini dikemukakan oleh Hoare pada tahun 1974. Monitor adalah kumpulan prosedur, variabel dan struktur data di satu modul atau paket khusus. Proses dapat memanggil prosedur-prosedur kapan pun diinginkan. Tapi proses tak dapat mengakses struktur data internal dalam monitor secara langsung. Hanya lewat prosedur-prosedur yang dideklarasikan minitor untuk mengakses struktur internal.
Properti-properti monitor adalah sebagai berikut:
a. Variabel-variabel data lokal, hanya dapat diakses oleh prosedur-prosedur dala monitor dan tidak oleh prosedur di luar monitor.
b. Hanya satu proses yang dapat aktif di monitor pada satu saat. Kompilator harus mengimplementasi ini(mutual exclusion).
c. Terdapat cara agar proses yang tidak dapat berlangsung di-blocked. Menambahkan variabel-variabel kondisi, dengan dua operasi, yaitu Wait dan Signal.
d. Wait: Ketika prosedur monitor tidak dapat berkanjut (misal producer menemui buffer penuh) menyebabkan proses pemanggil diblocked dan mengizinkan proses lain masuk monitor.
e. Signal: Proses membangunkan partner-nya yang sedang diblocked dengan signal pada variabel kondisi yang sedang ditunggu partnernya.
f. Versi Hoare: Setelah signal, membangunkan proses baru agar berjalan dan menunda proses lain.
g. Versi Brinch Hansen: Setelah melakukan signal, proses segera keluar dari monitor.
Dengan memaksakan disiplin hanya satu proses pada satu saat yang berjalan pada monitor, monitor menyediakan fasilitas mutual exclusion. Variabel-variabel data dalam monitor hanya dapat diakses oleh satu proses pada satu saat. Struktur data bersama dapat dilindungi dengan menempatkannya dalam monitor. Jika data pada monitor merepresentasikan sumber daya, maka monitor menyediakan fasilitas mutual exclusion dalam mengakses sumber daya itu.
B. Deadlock
Deadlock yang mungkin dapat terjadi pada suatu proses disebabkan proses itu menunggu suatu kejadian tertentu yang tidak akan pernah terjadi. Dua atau lebih proses dikatakan berada dalam kondisi deadlock, bila setiap proses yang ada menunggu suatu kejadian yang hanya dapat dilakukan oleh proses lain dalam himpunan tersebut. Terdapat kaitan antara overhead dari mekanisme koreksi dan manfaat dari koreksi deadlock itu sendiri. Pada beberapa kasus, overhead atau ongkos yang harus dibayar untuk membuat sistem bebas deadlock menjadi hal yang terlalu mahal dibandingkan jika mengabaikannya. Sementara pada kasus lain, seperti pada real-time process control, mengizinkan deadlock akan membuat sistem menjadi kacau dan membuat sistem tersebut tidak berguna.
Contoh berikut ini terjadi pada sebuah persimpangan jalan. Beberapa hal yang dapat membuat deadlock pada suatu persimpangan, yaitu:
· Terdapat satu jalur pada jalan.
· Mobil digambarkan sebagai proses yang sedang menuju sumber daya.
· Untuk mengatasinya beberapa mobil harus preempt (mundur).
· Sangat memungkinkan untuk terjadinya starvation (kondisi proses tak akan mendapatkan sumber daya).
1. Peranan Deadlock
Menurut Coffman dalam bukunya "Operating System" menyebutkan empat syarat bagi terjadinya deadlock, yaitu:
a. Mutual Exclusion
b. Suatu kondisi dimana setiap sumber daya diberikan tepat pada satu proses pada suatu waktu.
c. Hold and Wait
d. Kondisi yang menyatakan proses-proses yang sedang memakai suatu sumber daya dapat meminta sumber daya yang lain.
e. Non-pre-emptive
f. Kondisi dimana suatu sumber daya yang sedang berada pada suatu proses tidak dapat diambil secara paksa dari proses tersebut,sampai proses itu melepaskannya.
g. Circular Wait
h. Kondisi yang menyatakan bahwa adanya rantai saling meminta sumber daya yang dimiliki oleh suatu proses oleh proses lainnya.
2. Resources-Allocation Graph
Sebuah cara visual (matematika) untuk menentukan apakah ada deadlock, atau kemungkinan terjadinya.
G = (V, E) Graf berisi node and edge. Node V terdiri dari proses-proses = {P1, P2, P3, ...} dan jenis resource. {R1, R2, ...} Edge E adalah (Pi, Rj) atau (Ri, Pj)
Sebuah panah dari process ke resource menandakan proses meminta resource. Sebuah panah dari resource ke process menunjukkan sebuah instance dari resource telah dtempatkan ke proses. Process adalah lingkaran, resource adalah kotak; titik-titik merepresentasikan jumlah instance dari resource Dalam tipe. Meminta poin-poin ke kotak, perintah datang dari titik.
Jika graf tidak berisi lingkaran, maka tidak ada proses yang deadlock. Jika membentuk lingkaran, maka:
a. jika tipe resource memiliki banyak instance, maka deadlock DAPAT ada.
b. jika setiap tipe resource mempunyai satu instance, maka deadlock telah terjadi.
3. Strategi menghadapi Deadlock
Strategi untuk menghadapi deadlock dapat dibagi menjadi tiga pendekatan, yaitu:
a. Mengabaikan adanya deadlock.
b. Memastikan bahwa deadlock tidak akan pernah ada, baik dengan metode Pencegahan, dengan mencegah empat kondisi deadlock agar tidak akan pernah terjadi. Metode Menghindari deadlock, yaitu mengizinkan empat kondisi deadlock, tetapi menghentikan setiap proses yang kemungkinan mencapai deadlock.
c. Membiarkan deadlock untuk terjadi, pendekatan ini membutuhkan dua metode yang saling mendukung, yaitu:
· Pendeteksian deadlock, untuk mengidentifikasi ketika deadlock terjadi.
· Pemulihan deadlock, mengembalikan kembali sumber daya yang dibutuhkan pada proses yang memintanya.
4. Strategi Ostrich
Pendekatan yang paling sederhana adalah dengan menggunakan strategi burung unta: masukkan kepala dalam pasir dan seolah-olah tidak pernah ada masalah sama sekali. Beragam pendapat muncul berkaitan dengan strategi ini. Menurut para ahli Matematika, cara ini sama sekali tidak dapat diterima dan semua keadaan deadlock harus ditangani. Sementara menurut para ahli Teknik, jika komputer lebih sering mengalami kerusakkan disebabkan oleh kegagalan hardware, error pada kompilator atau bugs pada sistem operasi. Maka ongkos yang dibayar untuk melakukan penanganan deadlock sangatlah besar dan lebih baik mengabaikan keadaan deadlock tersebut. Metode ini diterapkan pada sistem operasi UNIX dan MINIX.
5. Mencegah Deadlock
Metode ini merupakan metode yang paling sering digunakan. Metode Pencegahan dianggap sebagai solusi yang bersih dipandang dari sudut tercegahnya deadlock. Tetapi pencgahan akan mengakibatkan kinerja utilisasi sumber daya yang buruk.
Metode pencegahan menggunakan pendekatan dengan cara meniadakan empat syarat yang dapat menyebabkan deadlock terjadi pada saat eksekusi Coffman (1971).
Syarat pertama yang akan dapat ditiadakan adalah Mutual Exclusion, jika tidak ada sumber daya yang secara khusus diperuntukkan bagi suatu proses maka tidak akan pernah terjadi deadlock. Namun jika membiarkan ada dua atau lebih proses mengakses sebuah sumber daya yang sama akan menyebabkan chaos. Langkah yang digunakan adalah dengan spooling sumber daya, yaitu dengan mengantrikan job-job pada antrian dan akan dilayani satu-satu.
Beberapa masalah yang mungkin terjadi adalah:
i. Tidak semua dapat di-spool, tabel proses sendiri tidak mungkin untuk di-spool
ii. Kompetisi pada ruang disk untuk spooling sendiri dapat mengarah pada deadlock
Hal inilah yang menyebabkan mengapa syarat pertama tidak dapat ditiadakan, jadi mutual exclusion benar-benar tidak dapat dihilangkan.
Cara kedua dengan meniadakan kondisi hold and wait terlihat lebih menjanjikan. Jika suatu proses yang sedang menggunakan sumber daya dapat dicegah agar tidak dapat menunggu sumber daya yang lain, maka deadlock dapat dicegah. Langkah yang digunakan adalah dengan membuat proses agar meminta sumber daya yang mereka butuhkan pada awal proses sehingga dapat dialokasikan sumber daya yang dibutuhkan. Namun jika terdapat sumber daya yang sedang terpakai maka proses tersebut tidak dapat memulai prosesnya.
Masalah yang mungkin terjadi:
i. Sulitnya mengetahui berapa sumber daya yang dibutuhkan pada awal proses
ii. Tidak optimalnya pengunaan sumber daya jika ada sumber daya yang digunakan hanya beberapa waktu dan tidak digunakan tapi tetap dimiliki oleh suatu proses yang telah memintanya dari awal.
Meniadakan syarat ketiga non preemptive ternyata tidak lebih menjanjikan dari meniadakan syarat kedua, karena dengan meniadakan syarat ketiga maka suatu proses dapat dihentikan ditengah jalan. Hal ini tidak dimungkinkan karena hasil dari suatu proses yang dihentikan menjadi tidak baik.
Cara terakhir adalah dengan meniadakan syarat keempat circular wait. Terdapat dua pendekatan, yaitu:
i. Mengatur agar setiap proses hanya dapat menggunakan sebuah sumber daya pada suatu waktu, jika menginginkan sumber daya lain maka sumber daya yang dimiliki harus dilepas.
ii. Membuat penomoran pada proses-proses yang mengakses sumber daya. Suatu proses dimungkinkan untuk dapat meminta sumber daya kapan pun, tetapi permintaannya harus dibuat terurut.
Masalah yang mungkin terjadi dengan mengatur bahwa setiap proses hanya dapat memiliki satu proses adalah bahwa tidak semua proses hanya membutuhkan satu sumber daya, untuk suatu proses yang kompleks dibutuhkan banyak sumber daya pada saat yang bersamaan. Sedangkan dengan penomoran masalah yang dihadapi adalah tidak terdapatnya suatu penomoran yang dapat memuaskan semua pihak.
Circular Wait
Penomoran permintaan sumber daya
Tidak ada penomoran yang memuaskan semua pihak
6. Menghindari Deadlock
Pendekatan metode ini adalah dengan hanya memberi kesempatan ke permintaan sumber daya yang tidak mungkin akan menyebabkan deadlock. Metode ini memeriksa dampak pemberian akses pada suatu proses, jika pemberian akses tidak mungkin menuju kepada deadlock, maka sumber daya akan diberikan pada proses yang meminta. Jika tidak aman, proses yang meminta akan di-suspend sampai suatu waktu permintaannya aman untuk diberikan. Kondisi ini terjadi ketika setelah sumber daya yang sebelumnya dipegang oleh proses lain telah dilepaskan.
Kondisi aman yang dimaksudkan selanjutnya disebut sebagai safe-state, sedangkan keadaan yang tidak memungkinkan untuk diberikan sumber daya yang diminta disebut unsafe-state.
7. Kondisi Aman (Safe state)
Suatu keadaan dapat dinyatakan sebagai safe state jika tidak terjadi deadlock dan terdapat cara untuk memenuhi semua permintaan sumber daya yang ditunda tanpa menghasilkan deadlock. Dengan cara mengikuti urutan tertentu.
8. Kondisi Tak Aman (Unsafe state)
Suatu state dinyatakan sebagai state tak selamat (unsafe state) jika tidak terdapat cara untuk memenuhi semua permintaaan yang saat ini ditunda dengan menjalankan proses-proses dengan suatu urutan.
9. Algoritma Bankir
Algoritma penjadualan ini diungkapkan oleh Dijkstra (1965) lebih dikenal dengan nama Algoritma Bankir. Model ini menggunakan suatu kota kecil sebagai percontohan dengan suatu bank sebagai sistem operasi, pinjaman sebagai sumber daya dan peminjam sebagai proses yang membutuhkan sumber daya. Deadlock akan terjadi apabila terdapat seorang peminjam yang belum mengembalikan uangnya dan ingin meminjam kembali, padahal uang yang belum dikembalikan tadi dibutuhkan oleh peminjam lain yang juga belum mengembalikan uang pinjamannya.
Beberapa kelemahan algoritma Bankir Tanenbaum (1992), Stallings (1995) dan Deitel (1990) adalah sebagai berikut:
i. Sulit untuk mengetahui seluruh sumber daya yang dibutuhkan proses pada awal eksekusi.
ii. Jumlah proses yang tidak tetap dan berubah-ubah.
iii. Sumber daya yang tadinya tersedia dapat saja menjadi tidak tersedia kembali.
iv. Proses-proses yang dieksekusi haruslah tidak dibatasi oleh kebutuhan sinkronisasi antar proses.
v. Algoritma ini menghendaki memberikan semua permintaan selama waktu yang berhingga.
10. Mendeteksi Deadlock dan Memulihkan Deadlock
Metode ini mengunakan pendekatan dengan teknik untuk menentukan apakah deadlock sedang terjadi serta proses-proses dan sumber daya yang terlibat dalam deadlock tersebut. Setelah kondisi deadlock dapat dideteksi, maka langkah pemulihan dari kondisi deadlock dapat segera dilakukan. Langkah pemulihan tersebut adalah dengan memperoleh sumber daya yang diperlukan oleh proses-proses yang membutuhkannya. Beberapa cara digunakan untuk mendapatkan sumber daya yang diperlukan, yaitu dengan terminasi proses dan pre-emption (mundur) suatu proses. Metode ini banyak digunakan pada komputer mainframe berukuran besar.
I/O BUFFERING
Buffering I/O
Buffering adalah melembutkan lonjakan-lonjakan kebutuhan pengaksesan I/O, sehingga meningkatkan efisiensi dan kinerja sistem operasi.
Terdapat beragam cara buffering, antar lain :
a. Single buffering.
Merupakan teknik paling sederhana. Ketika proses memberi perintah untuk perangkat I/O, sistem operasi menyediakan buffer memori utama sistem untuk operasi.Untuk perangkat berorientasi blok.Transfer masukan dibuat ke buffer sistem. Ketika transfer selesai, proses memindahkan blok ke ruang pemakai dan segera meminta blok lain. Teknik ini disebut reading ahead atau anticipated input. Teknik ini dilakukan dengan harapan blok akan segera diperlukan. Untuk banyak tipe komputasi, asumsi ini berlaku. Hanya di akhir pemrosesan maka blok yang dibaca tidak diperlukan.
Keunggulan :
Pendekatan in umumnya meningkatkan kecepatan dibanding tanpa buffering. Proses pemakai dapat memproses blok data sementara blok berikutnya sedang dibaca. Sistem operasi dapat menswap keluar proses karena operasi masukan berada di memori sistem bukan memori proses pemakai.
Kelemahan :
o Merumitkan sistem operasi karena harus mencatat pemberian buffer-buffer sistem ke proses pemakai.
o Logika swapping juga dipengaruhi. Jika operasi I/O melibatkan disk
untuk swapping, maka membuat antrian penulisan ke disk yang sama yang digunakan untuk swap out proses. Untuk menswap proses dan melepas memori utama tidak dapat dimulai sampai operasi I/O selesai, dimana waktu swapping ke disk tidak bagus untuk dilaksanaka Buffering keluaran serupa buffering masukan. Ketika data transmisi, data lebih dulu dikopi dari ruang pemakai ke buffer sistem. Proses pengirim menjadi bebas untuk melanjutkan eksekusi berikutnya atau di swap ke disk Jika perlu.
Untuk perangkat berorientasi aliran karakter.
Single buffering dapat diterapkan dengan dua mode, yaitu :
o Mode line at a time.
Cocok untuk terminal mode gulung (scroll terminal atau dumb terminal). Masukan pemakai adalah satu baris per waktu dengan enter menandai akhir baris. Keluaran terminal juga serupa, yaitu satu baris per waktu.
Contoh mode ini adalah printer.
Buffer digunakan untuk menyimpan satu baris tunggal. Proses pemakai
ditunda selama masukan, menunggu kedatangan satu baris seluruhnya.
Untuk keluaran, proses pemakai menempatkan satu baris keluaran pada buffer dan melanjutkan pemrosesan. Proses tidak perlu suspend kecuali bila baris kedua dikirim sebelum buffer dikosongkan.
o Mode byte at a time.
Operasi ini cocok untuk terminal mode form, dimana tiap ketikan adalah penting dan untuk peripheral lain seperti sensor dan pengendali.
b. Double buffering.
Peningkatan dapat dibuat dengan dua buffer sistem.Proses dapat ditransfer ke/dari satu buffer sementara sistem operasi mengosongkan (atau mengisi) buffer lain. Teknik ini disebut double buffering atau buffer swapping. Double buffering menjamin proses tidak menunggu operasi I/O. Peningkatan ini harus dibayar dengan peningkatan kompleksitas. Untuk berorientasi aliran karakter, double buffering mempunyai 2 mode alternatif, yaitu :
o Mode line at a time.
Proses pemakai tidak perlu ditunda untuk I/O kecuali proses secepatnya mengosongkan buffer ganda.
o Mode byte at a time.
Buffer ganda tidak memberi keunggulan berarti atas buffer tunggal.
Double buffering mengikuti model producer-consumer.
c. Circular buffering.
Seharusnya melembutkan aliran data antara perangkat I/O dan proses. Jika kinerja proses tertentu menjadi fokus kita, maka kita ingin agar operasi I/O mengikuti proses. Double buffering tidak mencukupi jika proses melakukan operasi I/O yang berturutan dengan cepat. Masalah sering dapat dihindari denga menggunakan lebih dari dua buffer. Ketika lebih dari dua buffer yang digunakan, kumpulan buffer itu sendiri diacu sebagai circulat buffer. Tiap bufferindividu adalah satu unit di circular buffer.
Buffering adalah melembutkan lonjakan-lonjakan kebutuhan pengaksesan I/O, sehingga meningkatkan efisiensi dan kinerja sistem operasi.
Terdapat beragam cara buffering, antar lain :
a. Single buffering.
Merupakan teknik paling sederhana. Ketika proses memberi perintah untuk perangkat I/O, sistem operasi menyediakan buffer memori utama sistem untuk operasi.Untuk perangkat berorientasi blok.Transfer masukan dibuat ke buffer sistem. Ketika transfer selesai, proses memindahkan blok ke ruang pemakai dan segera meminta blok lain. Teknik ini disebut reading ahead atau anticipated input. Teknik ini dilakukan dengan harapan blok akan segera diperlukan. Untuk banyak tipe komputasi, asumsi ini berlaku. Hanya di akhir pemrosesan maka blok yang dibaca tidak diperlukan.
Keunggulan :
Pendekatan in umumnya meningkatkan kecepatan dibanding tanpa buffering. Proses pemakai dapat memproses blok data sementara blok berikutnya sedang dibaca. Sistem operasi dapat menswap keluar proses karena operasi masukan berada di memori sistem bukan memori proses pemakai.
Kelemahan :
o Merumitkan sistem operasi karena harus mencatat pemberian buffer-buffer sistem ke proses pemakai.
o Logika swapping juga dipengaruhi. Jika operasi I/O melibatkan disk
untuk swapping, maka membuat antrian penulisan ke disk yang sama yang digunakan untuk swap out proses. Untuk menswap proses dan melepas memori utama tidak dapat dimulai sampai operasi I/O selesai, dimana waktu swapping ke disk tidak bagus untuk dilaksanaka Buffering keluaran serupa buffering masukan. Ketika data transmisi, data lebih dulu dikopi dari ruang pemakai ke buffer sistem. Proses pengirim menjadi bebas untuk melanjutkan eksekusi berikutnya atau di swap ke disk Jika perlu.
Untuk perangkat berorientasi aliran karakter.
Single buffering dapat diterapkan dengan dua mode, yaitu :
o Mode line at a time.
Cocok untuk terminal mode gulung (scroll terminal atau dumb terminal). Masukan pemakai adalah satu baris per waktu dengan enter menandai akhir baris. Keluaran terminal juga serupa, yaitu satu baris per waktu.
Contoh mode ini adalah printer.
Buffer digunakan untuk menyimpan satu baris tunggal. Proses pemakai
ditunda selama masukan, menunggu kedatangan satu baris seluruhnya.
Untuk keluaran, proses pemakai menempatkan satu baris keluaran pada buffer dan melanjutkan pemrosesan. Proses tidak perlu suspend kecuali bila baris kedua dikirim sebelum buffer dikosongkan.
o Mode byte at a time.
Operasi ini cocok untuk terminal mode form, dimana tiap ketikan adalah penting dan untuk peripheral lain seperti sensor dan pengendali.
b. Double buffering.
Peningkatan dapat dibuat dengan dua buffer sistem.Proses dapat ditransfer ke/dari satu buffer sementara sistem operasi mengosongkan (atau mengisi) buffer lain. Teknik ini disebut double buffering atau buffer swapping. Double buffering menjamin proses tidak menunggu operasi I/O. Peningkatan ini harus dibayar dengan peningkatan kompleksitas. Untuk berorientasi aliran karakter, double buffering mempunyai 2 mode alternatif, yaitu :
o Mode line at a time.
Proses pemakai tidak perlu ditunda untuk I/O kecuali proses secepatnya mengosongkan buffer ganda.
o Mode byte at a time.
Buffer ganda tidak memberi keunggulan berarti atas buffer tunggal.
Double buffering mengikuti model producer-consumer.
c. Circular buffering.
Seharusnya melembutkan aliran data antara perangkat I/O dan proses. Jika kinerja proses tertentu menjadi fokus kita, maka kita ingin agar operasi I/O mengikuti proses. Double buffering tidak mencukupi jika proses melakukan operasi I/O yang berturutan dengan cepat. Masalah sering dapat dihindari denga menggunakan lebih dari dua buffer. Ketika lebih dari dua buffer yang digunakan, kumpulan buffer itu sendiri diacu sebagai circulat buffer. Tiap bufferindividu adalah satu unit di circular buffer.
Microkernels
Microkernel adalah inti (kernel) dari operating system yang paling sederhana, tidak ada fasilitas apapun, menjadikannya kernel ini berukuran sangat kecil dan biasanya sangat stabil (hamper biasa dipastikan tidak ada lagi bugsnya).
Kelebihan Microkernel
Kinerja microkernel
Mikrokernel merupakan modul inti yang meyediakan beragam mekanisme yang dibutuhkan untuk mengembangkan sebuah sistem operasi, seperti halnya manajemen pengalamatan ruang tingkat rendah, manajemen thread, dan komunikasi antar proses. Dalam implementasinya mikrokernel merupakan satu-satunya perangkat lunak yang berjalan dengan tingkat kewenangan tertinggi (umumnya disebut sebagai modus supervisor atau modus kernel) dari serangkaian level kewenangan yang tersedia pada perangkat kerasnya. Layanan yang disediakan oleh sebuah sistem operasi beberapa diantaranya adalah device driver, protokol jaringan, sistem berkas, dan kode antarmuka pengguna yang berada dalam ruang pengguna.
Karena sebuah mikrokernal harus dapat meletakkan layanan-layanan sistem operasi pada level teratas, fungsionalitas yang harus dimiliki oleh mikrokernel setidaknya melingkupi:
Beberapa sistem operasi yang menggunakan microkernel:
Microkernel. Microkernel menyediakan sedikit saja dari abstraksi perangkat keras dan menggunakan aplikasi yang berjalan di atasnya—yang disebut dengan server—untuk melakukan beberapa fungsionalitas lainnya.
Manajemen Memory
Manajemen memory level bawah (low-level): Memetakan setiap page virtual ke frame fisik. Sebagian besar tugas manajemen memory terjadi dalam user space.
Gambar Manajemen Memory: page fault processing
Komunikasi Antar Proses (IPC)
Komunikasi antar proses (Interprocess Communication) atau thread dalam suatu SO mikrokernel adalah melalui message.
Suatu message menyertakan:
Meskipun IPC secara otomatis dilakukan oleh program, sebuah fungsi yang sama juga dapat dilakukan secara interaktif ketika pengguna melakukan operasi copy-cut-paste dari satu proses ke proses lainnya dengan menggunakan clipboard.
Beberapa jenis IPC yang disediakan oleh sistem operasi dapat disatukan dalam tabel berikut
Manajemen I/O & Interrupt
Di dalam mikrokernel, adalah mungkin menangani interupsi hardware sebagai message dan menyertakan port I/O dalam ruang alamat.
Prinsip manajemen perangkat I/O. Terdapat dua sasaran perancangan I/O, yaitu:
a. Efisiensi.
Aspek penting karena operasi I/O sering menimbulkan bottleneck.
b. Generalitas(device independence).
Manajemen perangkat I/O selain berkaitan dengan simplisitas dan bebas kesalahan, juga menangani perangkat secara seragam baik dari cara proses memandang maupun cara sistem operasi mengelola perangkat dan operasi I/O.
Kelebihan Microkernel
- Interface yang seragam.
- Extensibility.
- Flexibility.
- Portability.
- Reliability.
- Mendukung OS yang Object Oriented.
- Realtime Applications
- Robustness/Keandalan Tinggi
- Security/Keamanan Tinggi
Kinerja microkernel
Mikrokernel merupakan modul inti yang meyediakan beragam mekanisme yang dibutuhkan untuk mengembangkan sebuah sistem operasi, seperti halnya manajemen pengalamatan ruang tingkat rendah, manajemen thread, dan komunikasi antar proses. Dalam implementasinya mikrokernel merupakan satu-satunya perangkat lunak yang berjalan dengan tingkat kewenangan tertinggi (umumnya disebut sebagai modus supervisor atau modus kernel) dari serangkaian level kewenangan yang tersedia pada perangkat kerasnya. Layanan yang disediakan oleh sebuah sistem operasi beberapa diantaranya adalah device driver, protokol jaringan, sistem berkas, dan kode antarmuka pengguna yang berada dalam ruang pengguna.
Karena sebuah mikrokernal harus dapat meletakkan layanan-layanan sistem operasi pada level teratas, fungsionalitas yang harus dimiliki oleh mikrokernel setidaknya melingkupi:
- Mekanisme pengaturan pengalamatan ruang, — dibutuhkan untuk mengatur proteksi ingatan.
- Mekanisme eksekusi secara abstrak untuk mengatur alokasi CPU — biasanya adalah thread atau pengaktifan penjadual; dan
- Komunikasi antarproses — dibutuhkan untuk menyediakan mekanisme pemanggilan peladen yang berjalan pada alamat ruang spesifik.
Beberapa sistem operasi yang menggunakan microkernel:
- IBM AIX, sebuah versi UNIX dari IBM
- Amoeba, sebuah kernel yang dikembangkan untuk tujuan edukasi
- Kernel Mach, yang digunakan di dalam sistem operasi GNU/Hurd, NexTSTEP, OPENSTEP, dan Mac OS/X
- Minix, kernel yang dikembangkan oleh Andrew Tanenbaum untuk tujuan edukasi
- Symbian OS, sebuah sistem operasi yang populer digunakan pada hand phone, handheld device, embedded device, dan PDA Phone.
Microkernel. Microkernel menyediakan sedikit saja dari abstraksi perangkat keras dan menggunakan aplikasi yang berjalan di atasnya—yang disebut dengan server—untuk melakukan beberapa fungsionalitas lainnya.
Manajemen Memory
Manajemen memory level bawah (low-level): Memetakan setiap page virtual ke frame fisik. Sebagian besar tugas manajemen memory terjadi dalam user space.
Gambar Manajemen Memory: page fault processing
Komunikasi Antar Proses (IPC)
Komunikasi antar proses (Interprocess Communication) atau thread dalam suatu SO mikrokernel adalah melalui message.
Suatu message menyertakan:
- Header yang mengidetifikasi proses pengiriman dan penerimaan, dan
- Body yang mengandung data langsung, pointer ke suatu block data, atau beberapa informasi kontrol mengenai proses.
Meskipun IPC secara otomatis dilakukan oleh program, sebuah fungsi yang sama juga dapat dilakukan secara interaktif ketika pengguna melakukan operasi copy-cut-paste dari satu proses ke proses lainnya dengan menggunakan clipboard.
Beberapa jenis IPC yang disediakan oleh sistem operasi dapat disatukan dalam tabel berikut
| Metode | Sistem Operasi/Lingkungan |
| File | Semua sistem operasi mendukung metode ini |
| Signal | Semua sistem operasi |
| Pipe | Semua sistem operasi yang mendukung standar POSIX |
| Named pipe | Semua sistem operasi yang mendukung standar POSIX |
| Shared memory | Semua sistem operasi yang mendukung standar POSIX |
| Message passing | Digunakan dalam paradigma Message Passing Interface (MPI), Java RMI, CORBA, atau lainnya |
| Memory map | Semua sistem operasi yang mendukung standar POSIX; Mungkin dapat menyebabkan kondisi kompetisi (race condition) jika sebuah berkas sementara (temporary file) digunakan. |
| Message queue | Kebanyakan sistem operasi |
| Mailbox | Beberapa sistem operasi |
| Mailslot | Windows NT, IBM OS/2 |
Di dalam mikrokernel, adalah mungkin menangani interupsi hardware sebagai message dan menyertakan port I/O dalam ruang alamat.
Prinsip manajemen perangkat I/O. Terdapat dua sasaran perancangan I/O, yaitu:
a. Efisiensi.
Aspek penting karena operasi I/O sering menimbulkan bottleneck.
b. Generalitas(device independence).
Manajemen perangkat I/O selain berkaitan dengan simplisitas dan bebas kesalahan, juga menangani perangkat secara seragam baik dari cara proses memandang maupun cara sistem operasi mengelola perangkat dan operasi I/O.
PCB
Process Control Block (PCB)
Setiap proses digambarkan dalam sistem operasi oleh sebuah process control block (PCB), juga disebut sebuah control block. PCB berisikan banyak bagian dari informasi yang berhubungan dengan sebuah proses yang spesifik, termasuk hal-hal di bawah ini:
Status proses: status yang mungkin adalah new, ready, running, waiting, halted, dan seterusnya.
Program counter: suatu penghitung yang mengindikasikan alamat dari instruksi selanjutnya yang akan dieksekusi untuk proses tersebut.
Setiap proses digambarkan dalam sistem operasi oleh sebuah process control block (PCB), juga disebut sebuah control block. PCB berisikan banyak bagian dari informasi yang berhubungan dengan sebuah proses yang spesifik, termasuk hal-hal di bawah ini:
Status proses: status yang mungkin adalah new, ready, running, waiting, halted, dan seterusnya.
Program counter: suatu penghitung yang mengindikasikan alamat dari instruksi selanjutnya yang akan dieksekusi untuk proses tersebut.
- CPU register: Register bervariasi dalam jumlah dan tipenya, tergantung pada arsitektur komputer. Register tersebut termasuk accumulator, index register, stack pointer, general-purposes register, ditambah informasi condition-code. Bersama dengan program counter, keadaan/status informasi harus disimpan ketika gangguan terjadi, untuk memungkinkan proses tersebut berjalan/bekerja dengan benar.
- Informasi manajemen memori: Informasi ini dapat termasuk suatu informasi sebagai nilai dari dasar dan batas register, tabel page/halaman, atau tabel segmen tergantung pada sistem memori yang digunakan oleh sistem operasi.
- Informasi pencatatan: Informasi ini termasuk jumlah dari CPU dan waktu nyata yang digunakan, batas waktu, jumlah account, jumlah job atau proses, dan banyak lagi.
- Informasi status I/O: Informasi termasuk daftar dari perangkat I/O yang di gunakan pada proses ini, suatu daftar berkas-berkas yang sedang diakses dan banyak lagi.
- PCB hanya berfungsi sebagai tempat penyimpanan informasi yang dapat bervariasi dari proses yang
- satu dengan yang lain.
Thread
Thread
Proses merupakan sebuah program yang mengeksekusi thread tunggal. Kendali thread tunggal ini hanya memungkinkan proses untuk menjalankan satu tugas pada satu waktu. Banyak sistem operasi modern telah memiliki konsep yang dikembangkan agar memungkinkan sebuah proses untuk mengeksekusi multi-threads. Misalnya user melakukan pekerjaan secara bersamaan yaitu mengetik dan menjalankan pemeriksaan ejaan didalam proses yang sama. Thread merupakan unit dasar dari penggunaan CPU, yang terdiri dari Thread ID, program counter, register set, dan stack. Sebuah thread berbagi code section, data section, dan sumber daya sistem operasi dengan Thread lain yang dimiliki oleh proses yang sama. Thread juga sering disebut lightweight process. Sebuah proses tradisional atau heavyweight process mempunyai thread tunggal yang berfungsi sebagai pengendali. Perbedaannya ialah proses dengan thread yang banyakmengerjakan lebih dari satu tugas pada satu satuan waktu.
Pada umumnya, perangkat lunak yang berjalan pada komputer modern dirancang secara multithreading. Sebuah aplikasi biasanya diimplementasi sebagai proses yang terpisah dengan beberapa thread yang berfungsi sebagai pengendali. Contohnya sebuah web browser mempunyai thread untuk menampilkan gambar atau tulisan sedangkan thread yang lain berfungsi sebagai penerima data dari network.
Terkadang ada sebuah aplikasi yang perlu menjalankan beberapa tugas yang serupa. Sebagai contohnya sebuah web server dapat mempunyai ratusan klien yang mengaksesnya secara concurrent. Kalau web server berjalan sebagai proses yang hanya mempunyai thread tunggal maka ia hanya dapat melayani satu klien pada pada satu satuan waktu. Bila ada klien lain yang ingin mengajukan permintaan maka ia harus menunggu sampai klien sebelumnya selesai dilayani. Solusinya adalah dengan membuat web server menjadi multi-threading. Dengan ini maka sebuah web server akan membuat thread yang akan mendengar permintaan klien, ketika permintaan lain diajukan maka web server akan menciptakan thread lain yang akan melayani permintaan tersebut [MDGR2006].
Keuntungan Thread
Beberapa keuntungan dari penggunaan thread adalah sebagai berikut:
a. Responsif. Aplikasi interaktif menjadi tetap responsif meski pun sebagian dari program sedang diblok atau melakukan operasi yang panjang kepada pengguna. Umpamanya, sebuah thread dari web browser dapat melayani permintaan pengguna sementara thread lain berusaha menampilkan gambar.
b. Berbagi sumber daya. Thread berbagi memori dan sumber daya dengan thread lain yang dimiliki oleh proses yang sama. Keuntungan dari berbagi kode adalah mengizinkan sebuah aplikasi untuk mempunyai beberapa thread yang berbeda dalam lokasi memori yang sama.
c. Ekonomis. Pembuatan sebuah proses memerlukan dibutuhkan pengalokasian memori dan sumber daya. Alternatifnya adalah dengan penggunaan thread, karena thread berbagi memori dan sumber daya proses yang memilikinya maka akan lebih ekonomis untuk membuat dan konteks penukaran thread. Akan susah untuk mengukur perbedaan waktu antara proses dan thread dalam hal pembuatan dan pengaturan, tetapi secara umum pembuatan dan pengaturan proses lebih lama dibandingkan thread. Pada Solaris, pembuatan proses lebih lama 30 kali dibandingkan pembuatan thread, dan konteks penukaran proses lima kali lebih lama dibandingkan konteks penukaran thread.
d. Utilisasi arsitektur multiprocessor. Keuntungan dari multithreading dapat sangat meningkat pada arsitektur multiprocessor, dimana setiap thread dapat berjalan secara pararel di atas processor yang berbeda. Pada arsitektur processor tunggal, CPU menjalankan setiap thread secara bergantian tetapi hal ini berlangsung sangat cepat sehingga menciptakan ilusi pararel, tetapi pada kenyataannya hanya satu thread yang dijalankan CPU pada satu-satuan waktu (satusatuan waktu pada CPU biasa disebut time slice atau quantum).
Model Multithreading
Dukungan thread disediakan pada tingkat user yaitu user threads atau tingka kernel untuk kernel threads. User Threads disediakan oleh kernel dan diatur tanpa dukungan kernel, sedangkan kernel therads didukung dan diatur secara langusng oleh sistem operasi. Hubungan antara user threads dan kernel threads terdiri dari tiga model relasi, yaitu:
Model Many to One: Model Many-to-One memetakan beberapa thread tingkatan pengguna ke sebuah thread tingkatan kernel. Pengaturan thread dilakukan dalam ruang pengguna, sehingga efisien. Hanya satu thread pengguna yang dapat mengakses thread kernel pada satu saat. Jadi, multiple thread tidak dapat berjalan secara paralel pada multiprocessor. Thread tingkat pengguna yang diimplementasi pada sistem operasi yang tidak mendukung thread kernel menggunakan model Many-to-One.
Model One to One: Model One-to-One memetakan setiap thread tingkatan pengguna ke thread kernel. Ia menyediakan lebih banyak concurrency dibandingkan model Many-to-One. Keuntungannya sama dengan keuntungan thread kernel. Kelemahannya model ini ialah setiap pembuatan thread pengguna memerlukan pembuatan thread kernel. Karena pembuatan thread dapat menurunkan kinerja dari sebuah aplikasi maka implmentasi dari model ini, jumlah thread dibatasi oleh sistem. Contoh sistem operasi yang mendukung model One-to-One ialah Windows NT dan OS/2.
Model Many To Many: Model ini me-multipleks banyak thread tingkatan pengguna ke thread kernel yang jumlahnya lebih sedikit atau sama dengan tingkatan pengguna. thread. Jumlah thread kernel spesifik untuk sebagian aplikasi atau sebagian mesin. Many-to-One model mengizinkan developer untuk membuat user thread sebanyak yang ia mau tetapi concurrency (berjalan bersama) tidak dapat diperoleh karena hanya satu thread yang dapat dijadwal oleh kernel pada suatu waktu. One-to-One menghasilkan concurrency yang lebih tetapi developer harus hati-hati untuk tidak menciptakan terlalu banyak thread dalam suatu aplikasi (dalam beberapa hal, developer hanya dapat membuat thread dalam jumlah yang terbatas). Model Many-to-Many tidak mengalami kelemahan dari dua model di atas. Developer dapat membuat user thread sebanyak yang diperlukan, dan kernel thread yang bersangkutan dapat bejalan secara paralel pada multiprocessor. Dan juga ketika suatu thread menjalankan blocking system call maka kernel dapat menjadwalkan thread lain untuk melakukan eksekusi. Contoh sistem operasi yang mendukung model ini adalah Solaris, IRIX, dan Digital UNIX.
Persoalan dalam Thread
System Calls fork() dan exec()
Terdapat dua kemungkinan dalam sistem UNIX jika fork dipanggil oleh salah satu thread dalam proses:
a. Semua thread diduplikasi.
b. Hanya thread yang memanggil fork.
Jika suatu thread memanggil System Call exec maka program yang dispesifikasi dalam parameter exec, akan mengganti keseluruhan proses termasuk thread. Penggunaan dua versi dari fork di atas tergantung dari aplikasi. Kalau exec dipanggil seketika sesudah fork, maka duplikasi seluruh thread tidak dibutuhkan, karena program yang dispesifikasi dalam parameter exec akan mengganti seluruh proses. Pada kasus ini cukup hanya mengganti thread yang memanggil fork. Tetapi jika proses yang terpisah tidak memanggil exec sesudah fork maka proses yang terpisah tersebut hendaknya menduplikasi seluruh thread.
Pembatalan Thread
Pembatalan thread merupakan penghentian tugas sebelum prosesnya selesai, sebagai contoh dalam web page, pemanggilan suatu gambar menggunakan beberapa thread. Jika penggambaran belum sempurna sedangkan user menekan tombol stop, maka seluruh penggambaran oleh tiap-tiap thread tersebut akan dibatalkan secara kesuluruhan. Pembatalan suatu thread dapat terjadi dalam dua skenario yang berbeda, yaitu:
a. Asynchronous cancellation: suatu thread seketika itu juga memberhentikan target thread.
b. Deferred cancellation: target thread secara perodik memeriksa apakah dia harus berhenti, cara ini memperbolehkan target thread untuk memberhentikan dirinya sendiri secara berurutan. Kejaidan yang sulit dari pembatalan suatu thread adalah ketika terjadi situasi dimana sumber daya sudah dialokasikan untuk thread yang akan dibatalkan. Selain itu kesulitan lain adalah ketika thread yang dibatalkan sedang meng-update data yang ia bagi dengan thread lain. Hal ini akan menjadi masalah yang sulit apabila menggunakan asynchronous cancellation. Sistem operasi akan mengambil kembali sumber daya dari thread yang dibatalkan namun seringkali sistem operasi tidak mengambil kembali seluruh sumber daya dari thread tersebut. Alternatifnya adalah dengan menggunakan deffered cancellation. Cara kerja dari deffered cancellation adalah dengan menggunakan satu thread yang berfungsi sebagai pengindikasi bahwa target thread akan dibatalkan. Tetapi pembatalan hanya akan terjadi jika target thread telah memeriksa apakah ia harus batal atau tidak. Hal ini memperbolehkan thread untuk memeriksa apakah ia harus berhenti pada titik tersebut secara aman.
Penanganan Sinyal
Sinyal yang digunakan pada sistem UNIX untuk memberitahukan sebuah proses kalau suatu peristiwa telah terjadi. Sebuah sinyal dapat diterima secara synchronous atau asynchronous tergantung dari sumber dan alasan suatu event memberikan sinyal. Semua sinyal (asynchronous dan synchronous) mengikuti pola yang sama, yaitu:
a. Sebuah sinyal dimunculkan oleh kejadian dari suatu event.
b. Sinyal yang dimunculkan tersebut dikirim ke proses.
c. Sesudah dikirim, sinyal tersebut harus ditangani.
Contoh dari sinyal synchronous adalah ketika suatu proses melakukan pengaksesan memori secara ilegal atau pembagian dengan nol, sinyal dimunculkan dan dikirim ke proses yang melakukan operasi tersebut. Contoh dari sinyal asynchronous misalnya kita mengirimkan sinyal untuk mematikan proses dengan keyboard (CTRL+C) maka sinyal asynchronous dikirim ke proses tersebut. Setiap sinyal dapat ditangani oleh salah satu dari dua penanganan sinyal, yaitu:
1. Penanganan sinyal default.
2. Penanganan sinyal yang didefinisikan sendiri oleh user.
Penanganan sinyal pada program yang hanya memakai thread tunggal cukup mudah yaitu hanya dengan mengirimkan sinyal ke prosesnya. Tetapi mengirimkan sinyal lebih rumit pada program multithreading, karena sebuah proses dapat memiliki beberapa thread. Secara umum ada empat pilihan kemana sinyal harus dikirim, yaitu:
1. Mengirimkan sinyal ke thread yang dituju oleh sinyal tersebut.
2. Mengirimkan sinyal ke setiap thread pada proses tersebut.
3. Mengirimkan sinyal ke thread tertentu dalam proses.
4. Menugaskan thread khusus untuk menerima semua sinyal yang ditujukan pada proses.
Metode untuk mengirimkan sebuah sinyal tergantung dari jenis sinyal yang dimunculkan. Sebagai contoh sinyal synchronous perlu dikirimkan ke thread yang memunculkan sinyal tersebut bukan thread lain pada proses itu. Tetapi situasi dengan sinyal asynchronous menjadi tidak jelas. Beberapa sinyal asynchronous seperti sinyal yang berfungsi untuk mematikan proses (contoh: Alt-F4) harus dikirim ke semua thread. Beberapa versi UNIX yang multithreading mengizinkan thread menerima sinyal yang akan ia terima dan menolak sinyal yang akan ia tolak. Karena itu sinyal asynchronouns hanya dikirimkan ke thread yang tidak memblok sinyal tersebut. Solaris 2 mengimplementasikan pilihan ke-4 untuk menangani sinyal. Windows 2000 tidak menyediakan fasilitas untuk mendukung sinyal, sebagai gantinya Windows 2000 menggunakan asynchronous procedure calls (APCs).
Thread Pools
Dalam situasi web server multithreading ada dua masalah yang timbul, diantaranya adalah:
a. Ukuran waktu yang diperlukan untuk menciptakan thread dalam melayani permintaan yang diajukan akan berlebih. Pada kenyataannya thread dibuang ketika sudah menyelesaikan tugasnya.
b. Pembuatan thread yang tidak terbatas jumlahnya dapat menurunkan performa dari sistem. Solusinya adalah dengan penggunaan Thread Pools, cara kerjanya adalah dengan membuat beberapa thread pada proses startup dan menempatkan mereka ke pools, dimana thread tersebut menunggu untuk bekerja. Jadi ketika server menerima permintaan maka akan membangunkan thread dari pool dan jika thread tersebut tersedia, permintaan akan dilayani. Ketika thread sudah selesai mengerjakan tugasnya maka thread tersebut kembali ke pool dan
menunggu pekerjaan lainnya. Bila tidak thread yang tersedia pada saat dibutuhkan, maka server menunggu sampai ada satu thread yang bebas.
Keuntungan menggunakan thread pool adalah:
Proses merupakan sebuah program yang mengeksekusi thread tunggal. Kendali thread tunggal ini hanya memungkinkan proses untuk menjalankan satu tugas pada satu waktu. Banyak sistem operasi modern telah memiliki konsep yang dikembangkan agar memungkinkan sebuah proses untuk mengeksekusi multi-threads. Misalnya user melakukan pekerjaan secara bersamaan yaitu mengetik dan menjalankan pemeriksaan ejaan didalam proses yang sama. Thread merupakan unit dasar dari penggunaan CPU, yang terdiri dari Thread ID, program counter, register set, dan stack. Sebuah thread berbagi code section, data section, dan sumber daya sistem operasi dengan Thread lain yang dimiliki oleh proses yang sama. Thread juga sering disebut lightweight process. Sebuah proses tradisional atau heavyweight process mempunyai thread tunggal yang berfungsi sebagai pengendali. Perbedaannya ialah proses dengan thread yang banyakmengerjakan lebih dari satu tugas pada satu satuan waktu.
Pada umumnya, perangkat lunak yang berjalan pada komputer modern dirancang secara multithreading. Sebuah aplikasi biasanya diimplementasi sebagai proses yang terpisah dengan beberapa thread yang berfungsi sebagai pengendali. Contohnya sebuah web browser mempunyai thread untuk menampilkan gambar atau tulisan sedangkan thread yang lain berfungsi sebagai penerima data dari network.
Terkadang ada sebuah aplikasi yang perlu menjalankan beberapa tugas yang serupa. Sebagai contohnya sebuah web server dapat mempunyai ratusan klien yang mengaksesnya secara concurrent. Kalau web server berjalan sebagai proses yang hanya mempunyai thread tunggal maka ia hanya dapat melayani satu klien pada pada satu satuan waktu. Bila ada klien lain yang ingin mengajukan permintaan maka ia harus menunggu sampai klien sebelumnya selesai dilayani. Solusinya adalah dengan membuat web server menjadi multi-threading. Dengan ini maka sebuah web server akan membuat thread yang akan mendengar permintaan klien, ketika permintaan lain diajukan maka web server akan menciptakan thread lain yang akan melayani permintaan tersebut [MDGR2006].
Keuntungan Thread
Beberapa keuntungan dari penggunaan thread adalah sebagai berikut:
a. Responsif. Aplikasi interaktif menjadi tetap responsif meski pun sebagian dari program sedang diblok atau melakukan operasi yang panjang kepada pengguna. Umpamanya, sebuah thread dari web browser dapat melayani permintaan pengguna sementara thread lain berusaha menampilkan gambar.
b. Berbagi sumber daya. Thread berbagi memori dan sumber daya dengan thread lain yang dimiliki oleh proses yang sama. Keuntungan dari berbagi kode adalah mengizinkan sebuah aplikasi untuk mempunyai beberapa thread yang berbeda dalam lokasi memori yang sama.
c. Ekonomis. Pembuatan sebuah proses memerlukan dibutuhkan pengalokasian memori dan sumber daya. Alternatifnya adalah dengan penggunaan thread, karena thread berbagi memori dan sumber daya proses yang memilikinya maka akan lebih ekonomis untuk membuat dan konteks penukaran thread. Akan susah untuk mengukur perbedaan waktu antara proses dan thread dalam hal pembuatan dan pengaturan, tetapi secara umum pembuatan dan pengaturan proses lebih lama dibandingkan thread. Pada Solaris, pembuatan proses lebih lama 30 kali dibandingkan pembuatan thread, dan konteks penukaran proses lima kali lebih lama dibandingkan konteks penukaran thread.
d. Utilisasi arsitektur multiprocessor. Keuntungan dari multithreading dapat sangat meningkat pada arsitektur multiprocessor, dimana setiap thread dapat berjalan secara pararel di atas processor yang berbeda. Pada arsitektur processor tunggal, CPU menjalankan setiap thread secara bergantian tetapi hal ini berlangsung sangat cepat sehingga menciptakan ilusi pararel, tetapi pada kenyataannya hanya satu thread yang dijalankan CPU pada satu-satuan waktu (satusatuan waktu pada CPU biasa disebut time slice atau quantum).
Model Multithreading
Dukungan thread disediakan pada tingkat user yaitu user threads atau tingka kernel untuk kernel threads. User Threads disediakan oleh kernel dan diatur tanpa dukungan kernel, sedangkan kernel therads didukung dan diatur secara langusng oleh sistem operasi. Hubungan antara user threads dan kernel threads terdiri dari tiga model relasi, yaitu:
Model Many to One: Model Many-to-One memetakan beberapa thread tingkatan pengguna ke sebuah thread tingkatan kernel. Pengaturan thread dilakukan dalam ruang pengguna, sehingga efisien. Hanya satu thread pengguna yang dapat mengakses thread kernel pada satu saat. Jadi, multiple thread tidak dapat berjalan secara paralel pada multiprocessor. Thread tingkat pengguna yang diimplementasi pada sistem operasi yang tidak mendukung thread kernel menggunakan model Many-to-One.
Model One to One: Model One-to-One memetakan setiap thread tingkatan pengguna ke thread kernel. Ia menyediakan lebih banyak concurrency dibandingkan model Many-to-One. Keuntungannya sama dengan keuntungan thread kernel. Kelemahannya model ini ialah setiap pembuatan thread pengguna memerlukan pembuatan thread kernel. Karena pembuatan thread dapat menurunkan kinerja dari sebuah aplikasi maka implmentasi dari model ini, jumlah thread dibatasi oleh sistem. Contoh sistem operasi yang mendukung model One-to-One ialah Windows NT dan OS/2.
Model Many To Many: Model ini me-multipleks banyak thread tingkatan pengguna ke thread kernel yang jumlahnya lebih sedikit atau sama dengan tingkatan pengguna. thread. Jumlah thread kernel spesifik untuk sebagian aplikasi atau sebagian mesin. Many-to-One model mengizinkan developer untuk membuat user thread sebanyak yang ia mau tetapi concurrency (berjalan bersama) tidak dapat diperoleh karena hanya satu thread yang dapat dijadwal oleh kernel pada suatu waktu. One-to-One menghasilkan concurrency yang lebih tetapi developer harus hati-hati untuk tidak menciptakan terlalu banyak thread dalam suatu aplikasi (dalam beberapa hal, developer hanya dapat membuat thread dalam jumlah yang terbatas). Model Many-to-Many tidak mengalami kelemahan dari dua model di atas. Developer dapat membuat user thread sebanyak yang diperlukan, dan kernel thread yang bersangkutan dapat bejalan secara paralel pada multiprocessor. Dan juga ketika suatu thread menjalankan blocking system call maka kernel dapat menjadwalkan thread lain untuk melakukan eksekusi. Contoh sistem operasi yang mendukung model ini adalah Solaris, IRIX, dan Digital UNIX.
Persoalan dalam Thread
System Calls fork() dan exec()
Terdapat dua kemungkinan dalam sistem UNIX jika fork dipanggil oleh salah satu thread dalam proses:
a. Semua thread diduplikasi.
b. Hanya thread yang memanggil fork.
Jika suatu thread memanggil System Call exec maka program yang dispesifikasi dalam parameter exec, akan mengganti keseluruhan proses termasuk thread. Penggunaan dua versi dari fork di atas tergantung dari aplikasi. Kalau exec dipanggil seketika sesudah fork, maka duplikasi seluruh thread tidak dibutuhkan, karena program yang dispesifikasi dalam parameter exec akan mengganti seluruh proses. Pada kasus ini cukup hanya mengganti thread yang memanggil fork. Tetapi jika proses yang terpisah tidak memanggil exec sesudah fork maka proses yang terpisah tersebut hendaknya menduplikasi seluruh thread.
Pembatalan Thread
Pembatalan thread merupakan penghentian tugas sebelum prosesnya selesai, sebagai contoh dalam web page, pemanggilan suatu gambar menggunakan beberapa thread. Jika penggambaran belum sempurna sedangkan user menekan tombol stop, maka seluruh penggambaran oleh tiap-tiap thread tersebut akan dibatalkan secara kesuluruhan. Pembatalan suatu thread dapat terjadi dalam dua skenario yang berbeda, yaitu:
a. Asynchronous cancellation: suatu thread seketika itu juga memberhentikan target thread.
b. Deferred cancellation: target thread secara perodik memeriksa apakah dia harus berhenti, cara ini memperbolehkan target thread untuk memberhentikan dirinya sendiri secara berurutan. Kejaidan yang sulit dari pembatalan suatu thread adalah ketika terjadi situasi dimana sumber daya sudah dialokasikan untuk thread yang akan dibatalkan. Selain itu kesulitan lain adalah ketika thread yang dibatalkan sedang meng-update data yang ia bagi dengan thread lain. Hal ini akan menjadi masalah yang sulit apabila menggunakan asynchronous cancellation. Sistem operasi akan mengambil kembali sumber daya dari thread yang dibatalkan namun seringkali sistem operasi tidak mengambil kembali seluruh sumber daya dari thread tersebut. Alternatifnya adalah dengan menggunakan deffered cancellation. Cara kerja dari deffered cancellation adalah dengan menggunakan satu thread yang berfungsi sebagai pengindikasi bahwa target thread akan dibatalkan. Tetapi pembatalan hanya akan terjadi jika target thread telah memeriksa apakah ia harus batal atau tidak. Hal ini memperbolehkan thread untuk memeriksa apakah ia harus berhenti pada titik tersebut secara aman.
Penanganan Sinyal
Sinyal yang digunakan pada sistem UNIX untuk memberitahukan sebuah proses kalau suatu peristiwa telah terjadi. Sebuah sinyal dapat diterima secara synchronous atau asynchronous tergantung dari sumber dan alasan suatu event memberikan sinyal. Semua sinyal (asynchronous dan synchronous) mengikuti pola yang sama, yaitu:
a. Sebuah sinyal dimunculkan oleh kejadian dari suatu event.
b. Sinyal yang dimunculkan tersebut dikirim ke proses.
c. Sesudah dikirim, sinyal tersebut harus ditangani.
Contoh dari sinyal synchronous adalah ketika suatu proses melakukan pengaksesan memori secara ilegal atau pembagian dengan nol, sinyal dimunculkan dan dikirim ke proses yang melakukan operasi tersebut. Contoh dari sinyal asynchronous misalnya kita mengirimkan sinyal untuk mematikan proses dengan keyboard (CTRL+C) maka sinyal asynchronous dikirim ke proses tersebut. Setiap sinyal dapat ditangani oleh salah satu dari dua penanganan sinyal, yaitu:
1. Penanganan sinyal default.
2. Penanganan sinyal yang didefinisikan sendiri oleh user.
Penanganan sinyal pada program yang hanya memakai thread tunggal cukup mudah yaitu hanya dengan mengirimkan sinyal ke prosesnya. Tetapi mengirimkan sinyal lebih rumit pada program multithreading, karena sebuah proses dapat memiliki beberapa thread. Secara umum ada empat pilihan kemana sinyal harus dikirim, yaitu:
1. Mengirimkan sinyal ke thread yang dituju oleh sinyal tersebut.
2. Mengirimkan sinyal ke setiap thread pada proses tersebut.
3. Mengirimkan sinyal ke thread tertentu dalam proses.
4. Menugaskan thread khusus untuk menerima semua sinyal yang ditujukan pada proses.
Metode untuk mengirimkan sebuah sinyal tergantung dari jenis sinyal yang dimunculkan. Sebagai contoh sinyal synchronous perlu dikirimkan ke thread yang memunculkan sinyal tersebut bukan thread lain pada proses itu. Tetapi situasi dengan sinyal asynchronous menjadi tidak jelas. Beberapa sinyal asynchronous seperti sinyal yang berfungsi untuk mematikan proses (contoh: Alt-F4) harus dikirim ke semua thread. Beberapa versi UNIX yang multithreading mengizinkan thread menerima sinyal yang akan ia terima dan menolak sinyal yang akan ia tolak. Karena itu sinyal asynchronouns hanya dikirimkan ke thread yang tidak memblok sinyal tersebut. Solaris 2 mengimplementasikan pilihan ke-4 untuk menangani sinyal. Windows 2000 tidak menyediakan fasilitas untuk mendukung sinyal, sebagai gantinya Windows 2000 menggunakan asynchronous procedure calls (APCs).
Thread Pools
Dalam situasi web server multithreading ada dua masalah yang timbul, diantaranya adalah:
a. Ukuran waktu yang diperlukan untuk menciptakan thread dalam melayani permintaan yang diajukan akan berlebih. Pada kenyataannya thread dibuang ketika sudah menyelesaikan tugasnya.
b. Pembuatan thread yang tidak terbatas jumlahnya dapat menurunkan performa dari sistem. Solusinya adalah dengan penggunaan Thread Pools, cara kerjanya adalah dengan membuat beberapa thread pada proses startup dan menempatkan mereka ke pools, dimana thread tersebut menunggu untuk bekerja. Jadi ketika server menerima permintaan maka akan membangunkan thread dari pool dan jika thread tersebut tersedia, permintaan akan dilayani. Ketika thread sudah selesai mengerjakan tugasnya maka thread tersebut kembali ke pool dan
menunggu pekerjaan lainnya. Bila tidak thread yang tersedia pada saat dibutuhkan, maka server menunggu sampai ada satu thread yang bebas.
Keuntungan menggunakan thread pool adalah:
- Umumnya lebih cepat dalam melayani permintaan thread yang sudah ada dibandingkan dengan menunggu thread baru yang sedang dibuat.
- Thread pool membatasi jumlah thread yang ada pada suatu waktu. Hal ini penting pada sistem yang tidak dapat mendukung banyak thread yang berjalan secara bersamaan.
- Jumlah thread dalam pool dapat tergantung dari jumlah CPU dalam sistem, jumlah memori fisik, dan jumlah permintaan klien yang bersamaan. Thread yang dimiliki oleh suatu proses memang berbagi data tetapi setiap thread mungkin membutuhkan duplikat dari data tertentu untuk dirinya sendiri dalam keadaan tertentu. Data ini disebut thread-specific data.
Penjadwalan CPU
Penjadwalan CPU
Penjadwalan CPU adalah pemilihan proses dari antrian ready untuk dapat dieksekusi. Penjadwalan CPU merupakan konsep dari multiprogramming, dimana CPU digunakan secara bergantian untuk proses yang berbeda. Suatu proses terdiri dari dua siklus yaitu Burst I/O dan Burst CPU yang dilakukan bergantian hingga proses selesai. Penjadwalan CPU mungkin dijalankan ketika proses:
Pada saat CPU menganggur, maka sistem operasi harus menyeleksi proses-proses yang ada di memori utama (ready queue) untuk dieksekusi dan mengalokasikan CPU untuk salah satu dari proses tersebut. Seleksi semacam ini disebut dengan shortterm scheduler (CPU scheduler).
Komponen yang lain dalam penjadwalan CPU adalah dispatcher, Dispatcher adalah suatu modul yang akan memberikan kontrol pada CPU terhadap penyeleksian proses yang dilakukan selama short-term scheduling . Waktu yang diperlukan oleh dispatcher untuk menghentikan suatu proses dan memulai proses yang lain disebut dengan dispatch latency.
Jika dalam suatu proses Burst CPU jauh lebih besar daripada Burst I/O maka disebut CPU Bound. Demikian juga sebaliknya disebut dengn I/O Bound.
Algoritma Penjadwalan CPU
Penjadwalan CPU terkait dengan bagaimana proses dikelola . Banyak algoritma yang digunakan untuk penjadwalan proses. Beberapa algoritma yang digunakan antara lain :
1. First-Come First- Serve (FCFS)
Merupakan algoritma yang paling sederhana dalam penjadwalan proses. Proses yang melakukan request terhadap CPU akan diproses oleh CPU. Implementasinya dengan menggunakan algoritma First In First Out – FIFO. FCFS bersifat non-preemptive yaitu proses yang dikerjakan oleh CPU tidak dapat diinterupsi oleh proses yang lainnya.
Sebagai contoh :
Gant Chart :
Proses diasumsikan datang bersamaan dan masuk dalam antrian penggunaan CPU. Proses akan dikerjakan berdasarkan nomor urutan proses, sedangkan yang lainnya menunggu sampai proses diatasnya selesai dikerjakan.
Dari Gant Chart dapat diperoleh waktu tunggu proses dari CPU yang dapat diambil waktu rata-ratanya.
Waiting Time P1 = 0, Waiting Time P2 = 10, Waiting Time P3 = 11, Waiting Time P4 = 13, Waiting Time P5 = 14.
Avarage Waiting Time (AWT) = (WT P1 + WT P2 + WT P3 + WT P4 + WT P5)/5
Avarage Waiting Time (AWT) = (0 + 10 + 11 + 13 + 14)/5 = 9.6 ms
FCFS dapat juga bekerja dengan adanya prioritas terhadap proses, prioritas dengan nilai terkecil akan diberi status sebagai prioritas tinggi dan akan dikerjakan terlebih dahulu.
Gant Chart :
Avarage Waiting Time (AWT) = (0 + 1 + 6 + 16 + 18)/4 = 8.2 ms
Masalah utama pada FCFS adalah adanya antrian dari proses yang menjadi panjang karena waiting time yang rata-rata panjang. Proses-proses yang telah berada dalam posisi ready akan tetapi CPU belum dapat memprosesnya. Hal ini yang disebut dengan starvation.
2. Shortest Job First (SJF)
Pendekatan SJF berbeda dengan FCFS, algoritma SJF tergantung dengan panjang proses yang ada pada queue. Ketika CPU akan melakukan proses, CPU akan memilik proses dengan CPU burst paling kecil. SJF dapat bekerja dengan mode preemptive maupun non-preemptive.
Gant chat :
Waiting Time P1 = 3
Waiting Time P2 = 16
Waiting Time P3 = 9
Waiting Time P4 = 0
Avarage Waiting Time = (3 + 16 + 9 + 0)/4 = 7 ms
b. Preemptive
SJF dengan waktu kedatangan (arrival time) berbeda.
Proses akan di-preemptive jika ada proses masuk, dah penjadwalan dilakukan ulang dengan membandingkan proses yang masuk dengna proses yang sedang dijalankan. Sebaga contoh pada tabel ketika P1 dijalankan dengna membutuhkan 8 ms, akan tetapi datang burst dari proses P2 dengan burst time 4 ms pada deti ke-1. Proses akan berhenti pada detik 1 kemudian membandingkan proses P1 dengan P2. Karena P2 < P1 maka proses P1 akan dikembalikan ke ready queue dengan P1 = 7 dan memproses P2. Demikian seterusnya.
Gant chart :
Waiting Time P1 = 0 + (10-1) = 9
Waiting Time P2 = 1-1 = 0
Waiting Time P3 = 17-2 = 15
Waiting Time P4 = 5-3 = 2
Average Waiting Time = (9 + 0 + 15 + 2 )/4 = 6.5 ms
3. Round Robin (RR)
Round Robin hampir mirip dengan FCFS akan tetapi terdapat proses perpindahan antar proses dimana satu proses melakukan interupsi terhadap proses yang lainnya atau disebut juga dengan preemptive. Proses preemptive dengan menggunakan time quantum atau time slice.
Sebagai contoh :
Dengan time slice sebesar 4 ms, penjadwalan yang terjadi adalah sebagai berikut:
P1 mendapatkan kesempatan pada 4 ms (time slice) pertama, karena P1 > time slice maka P1 hanya akan diproses selama time slice, sisa P1 sebesar P1 – time slice akan di preemptive-kan. Selanjutnya penjadwalan akan beralih ke P2, karena P2 < time slice maka P2 diproses hingga selesai, setelah itu penjadwalan beralih ke P3 dan seterusnya.
Waiting Time P1 = 0 + (10 – 4) = 6
Waiting Time P2 = 4
Waiting Time P3 = 7
Average Waiting Time = (6 + 4 + 7 )/3 = 5.66 ms
Pada algoritma RR, tidak ada proses yang dikerjakan dalam satu waktu lebih dari time slice yang disediakan. Jika terdapat n proses pada queue dengan time slice sebesar q, maka setiap proses akan mendapatkan waktu 1/n dengan masing-masing proses sebesar q .Setiap proses akan menunggu setidaknya sebanyak (n-1)x q untuk proses selanjutnya. Sebagai contoh terdapat 5 proses dengan time slice sebesar 20 ms maka masing-masing proses akan mendapatkan waktu sebanyak 20 ms setiap 100 ms.
Performance dari RR tergantung pada ukuran time slice. Jika time slice terlalu besar maka RR akan sama atau mendekati performance FCFS. Akan tetapi jika time slice kecil maka muncul problem context switch yang terlalu banyak, yaitu proses perpindahan dari satu proses ke proses lain yang akan menimbulkan permasalahan. Hal ini terjadi karena perbedaan kecepatan processor dan memori, dengan terjadinya perpindahan yang terlalu sering proses pembacaan CPU ke memori dan sebaliknya akan membebani sistem.
Penjadwalan CPU adalah pemilihan proses dari antrian ready untuk dapat dieksekusi. Penjadwalan CPU merupakan konsep dari multiprogramming, dimana CPU digunakan secara bergantian untuk proses yang berbeda. Suatu proses terdiri dari dua siklus yaitu Burst I/O dan Burst CPU yang dilakukan bergantian hingga proses selesai. Penjadwalan CPU mungkin dijalankan ketika proses:
- running ke waiting time
- running ke ready state
- waiting ke ready state
- terminates
Pada saat CPU menganggur, maka sistem operasi harus menyeleksi proses-proses yang ada di memori utama (ready queue) untuk dieksekusi dan mengalokasikan CPU untuk salah satu dari proses tersebut. Seleksi semacam ini disebut dengan shortterm scheduler (CPU scheduler).
Komponen yang lain dalam penjadwalan CPU adalah dispatcher, Dispatcher adalah suatu modul yang akan memberikan kontrol pada CPU terhadap penyeleksian proses yang dilakukan selama short-term scheduling . Waktu yang diperlukan oleh dispatcher untuk menghentikan suatu proses dan memulai proses yang lain disebut dengan dispatch latency.
Jika dalam suatu proses Burst CPU jauh lebih besar daripada Burst I/O maka disebut CPU Bound. Demikian juga sebaliknya disebut dengn I/O Bound.
1. Penjadwalan Preemptive
Penjadwalan Preemptive mempunyai arti kemampuan sistem operasi untuk memberhentikan sementara proses yang sedang berjalan untuk memberi ruang kepada proses yang prioritasnya lebih tinggi. Penjadwalan ini bisa saja termasuk penjadwalan proses atau I/O. Penjadwalan Preemptive memungkinkan sistem untuk lebih bisa menjamin bahwa setiap proses mendapat sebuah slice waktu operasi. Dan juga membuat sistem lebih cepat merespon terhadap event dari luar (contohnya seperti ada data yang masuk) yang membutuhkan reaksi cepat dari satu atau beberapa proses. Membuat penjadwalan yang Preemptive mempunyai keuntungan yaitu sistem lebih responsif daripada sistem yang memakai penjadwalan Non Preemptive.
Dalam waktu-waktu tertentu, proses dapat dikelompokkan ke dalam dua kategori: proses yang memiliki Burst M/K yang sangat lama disebut I/O Bound, dan proses yang memiliki Burst CPU yang sangat lama disebut CPU Bound. Terkadang juga suatu sistem mengalami kondisi yang disebut busywait, yaitu saat dimana sistem menunggu request input(seperti disk, keyboard, atau jaringan). Saat busywait tersebut, proses tidak melakukan sesuatu yang produktif, tetapi tetap memakan resource dari CPU. Dengan penjadwalan Preemptive, hal tersebut dapat dihindari.
Dengan kata lain, penjadwalan Preemptive melibatkan mekanisme interupsi yang menyela proses yang sedang berjalan dan memaksa sistem untuk menentukan proses mana yang akan dieksekusi selanjutnya.
Lama waktu suatu proses diizinkan untuk dieksekusi dalam penjadwalan Preemptive disebut time slice/quantum. Penjadwalan berjalan setiap satu satuan time slice untuk memilih proses mana yang akan berjalan selanjutnya. Bila time slice terlalu pendek maka penjadwal akan memakan terlalu banyak waktu proses, tetapi bila time slice terlau lama maka memungkinkan proses untuk tidak dapat merespon terhadap event dari luar secepat yang diharapkan.
2. Penjadwalan Non Preemptive
Penjadwalan Non Preemptive ialah salah satu jenis penjadwalan dimana sistem operasi tidak pernah melakukan context switch dari proses yang sedang berjalan ke proses yang lain. Dengan kata lain, proses yang sedang berjalan tidak bisa di- interupt.
Penjadwalan Non Preemptive terjadi ketika proses hanya:
1. Berjalan dari running state sampai waiting state.
2. Dihentikan.
Ini berarti CPU menjaga proses sampai proses itu pindah ke waiting state ataupun dihentikan (proses tidak diganggu). Metode ini digunakan oleh Microsoft Windows 3.1 dan Macintosh. Ini adalah metode yang dapat digunakan untuk platforms hardware tertentu, karena tidak memerlukan perangkat keras khusus (misalnya timer yang digunakan untuk meng interupt pada metode penjadwalan Preemptive).
Algoritma Penjadwalan CPU
Penjadwalan CPU terkait dengan bagaimana proses dikelola . Banyak algoritma yang digunakan untuk penjadwalan proses. Beberapa algoritma yang digunakan antara lain :
1. First-Come First- Serve (FCFS)
Merupakan algoritma yang paling sederhana dalam penjadwalan proses. Proses yang melakukan request terhadap CPU akan diproses oleh CPU. Implementasinya dengan menggunakan algoritma First In First Out – FIFO. FCFS bersifat non-preemptive yaitu proses yang dikerjakan oleh CPU tidak dapat diinterupsi oleh proses yang lainnya.
Sebagai contoh :
| Proses | Burst |
| P1 | 10 |
| P2 | 1 |
| P3 | 2 |
| P4 | 1 |
| P5 | 5 |
Proses diasumsikan datang bersamaan dan masuk dalam antrian penggunaan CPU. Proses akan dikerjakan berdasarkan nomor urutan proses, sedangkan yang lainnya menunggu sampai proses diatasnya selesai dikerjakan.
Dari Gant Chart dapat diperoleh waktu tunggu proses dari CPU yang dapat diambil waktu rata-ratanya.
Waiting Time P1 = 0, Waiting Time P2 = 10, Waiting Time P3 = 11, Waiting Time P4 = 13, Waiting Time P5 = 14.
Avarage Waiting Time (AWT) = (WT P1 + WT P2 + WT P3 + WT P4 + WT P5)/5
Avarage Waiting Time (AWT) = (0 + 10 + 11 + 13 + 14)/5 = 9.6 ms
FCFS dapat juga bekerja dengan adanya prioritas terhadap proses, prioritas dengan nilai terkecil akan diberi status sebagai prioritas tinggi dan akan dikerjakan terlebih dahulu.
| Proses | Burst | Prioritas |
| P1 | 10 | 3 |
| P2 | 1 | 1 |
| P3 | 2 | 4 |
| P4 | 1 | 5 |
| P5 | 5 | 2 |
Avarage Waiting Time (AWT) = (0 + 1 + 6 + 16 + 18)/4 = 8.2 ms
Masalah utama pada FCFS adalah adanya antrian dari proses yang menjadi panjang karena waiting time yang rata-rata panjang. Proses-proses yang telah berada dalam posisi ready akan tetapi CPU belum dapat memprosesnya. Hal ini yang disebut dengan starvation.
2. Shortest Job First (SJF)
Pendekatan SJF berbeda dengan FCFS, algoritma SJF tergantung dengan panjang proses yang ada pada queue. Ketika CPU akan melakukan proses, CPU akan memilik proses dengan CPU burst paling kecil. SJF dapat bekerja dengan mode preemptive maupun non-preemptive.
- Non-preemptive
| Proses | Burst |
| P1 | 6 |
| P2 | 8 |
| P3 | 7 |
| P4 | 3 |
Gant chat :
Waiting Time P1 = 3Waiting Time P2 = 16
Waiting Time P3 = 9
Waiting Time P4 = 0
Avarage Waiting Time = (3 + 16 + 9 + 0)/4 = 7 ms
b. Preemptive
SJF dengan waktu kedatangan (arrival time) berbeda.
| Proses | Arrival | Burst |
| P1 | 0 | 8 |
| P2 | 1 | 4 |
| P3 | 2 | 9 |
| P4 | 3 | 5 |
Gant chart :
Waiting Time P1 = 0 + (10-1) = 9
Waiting Time P2 = 1-1 = 0
Waiting Time P3 = 17-2 = 15
Waiting Time P4 = 5-3 = 2
Average Waiting Time = (9 + 0 + 15 + 2 )/4 = 6.5 ms
3. Round Robin (RR)
Round Robin hampir mirip dengan FCFS akan tetapi terdapat proses perpindahan antar proses dimana satu proses melakukan interupsi terhadap proses yang lainnya atau disebut juga dengan preemptive. Proses preemptive dengan menggunakan time quantum atau time slice.
Sebagai contoh :
| Proses | Burst |
| P1 | 24 |
| P2 | 3 |
| P3 | 3 |
P1 mendapatkan kesempatan pada 4 ms (time slice) pertama, karena P1 > time slice maka P1 hanya akan diproses selama time slice, sisa P1 sebesar P1 – time slice akan di preemptive-kan. Selanjutnya penjadwalan akan beralih ke P2, karena P2 < time slice maka P2 diproses hingga selesai, setelah itu penjadwalan beralih ke P3 dan seterusnya.
Waiting Time P1 = 0 + (10 – 4) = 6
Waiting Time P2 = 4
Waiting Time P3 = 7
Average Waiting Time = (6 + 4 + 7 )/3 = 5.66 ms
Pada algoritma RR, tidak ada proses yang dikerjakan dalam satu waktu lebih dari time slice yang disediakan. Jika terdapat n proses pada queue dengan time slice sebesar q, maka setiap proses akan mendapatkan waktu 1/n dengan masing-masing proses sebesar q .Setiap proses akan menunggu setidaknya sebanyak (n-1)x q untuk proses selanjutnya. Sebagai contoh terdapat 5 proses dengan time slice sebesar 20 ms maka masing-masing proses akan mendapatkan waktu sebanyak 20 ms setiap 100 ms.
Performance dari RR tergantung pada ukuran time slice. Jika time slice terlalu besar maka RR akan sama atau mendekati performance FCFS. Akan tetapi jika time slice kecil maka muncul problem context switch yang terlalu banyak, yaitu proses perpindahan dari satu proses ke proses lain yang akan menimbulkan permasalahan. Hal ini terjadi karena perbedaan kecepatan processor dan memori, dengan terjadinya perpindahan yang terlalu sering proses pembacaan CPU ke memori dan sebaliknya akan membebani sistem.
Langganan:
Postingan (Atom)