Proses adalah sebuah program yang sedang dieksekusi. Sebuah proses membutuhkan beberapa sumber daya untuk menyelesaikan tugasnya. Alokasi sumber daya tersebut dikelola oleh Sistem Operasi. Umpamanya, walku CPU, memori, berkas-berkas, dan perangkat-perangkat M/K. Ketika proses tersebut berhenti dijalankan, sistem operasiakan mendapatkan kembali semua sumber daya yang bisa digunakan kembali.
Proses berisi instruksi, data, program counter, register pemroses, stack data, alamat pengiriman dan variabel pendukung lainnya.Terdapat beberapa definisi mengenai proses, antara lain :
a. Merupakan konsep pokok dalam sistem operasi, sehingga masalah manajemen proses adalah masalah utama dalam perancangan sistem operasi.
b. Proses adalah program yang sedang dieksekusi.
c. Proses adalah unit kerja terkecil yang secara individu memiliki sumber daya dan dijadwalkan oleh sistem operasi.
Peran sistem operasi dalam kegiatan proses adalah mengelola semua proses di sistem dan mengalokasikan sumber daya ke proses tersebut.Banyak proses yang dijalankan bersamaan, dimana setiap proses mendapat bagian memori dan kendali sendiri-sendiri (peran SO), sehingga setiap proses (program) memiliki prinsip :
a. Independent, artinya program-program tersebut berdiri sendiri, terpisah dan saling tidak bergantung.
b. One program at any instant, artinya hanya terdapat satu proses yang dilayani pemroses pada satu saat.
Dalam multiprogramming, teknik penanganan proses adalah dengan mengeksekusi satu proses dan secara cepat beralih ke proses lainnya (bergiliran),sehingga menimbulkan efek paralel semu (pseudoparallelism).
Terdapat sumber daya yang tak dapat dipakai bersama pada saat bersamaa, seperti printer. Sumber daya seperti ini disebut sumber daya kritis. Bagian program yang menggunakan sumber daya kritis disebut memasuki critical region/section. Hanya satu program pada saat yang diijinkan masuk critical region. Pemrogram tidak dapat bergantung pada sistem operasi untuk memahami dan memaksakan batasan ini karena maksud program tidak dapat diketahui.
Sistem operasi hanya menyediakan layanan (berupa system call) untuk mencegah proses masuk critical section yang sedang dimasuki proses lain. Pemrogram harus menspesifikasikan bagian-bagian critical region sehingga sistem operasi akan menjaganya dengan suatu mekanisme untuk mencegah proses lain masuk critical region yang sedang dipakai proses lain. inilah yang dimaksud dengan mutual exclusion. Pemaksaan adanya mutual eclusion menimbulkan dua masalah, yaitu:
-deadlock,
- startvation.
Dalam sistem komputer, terdapat banyak sumber daya yang hanya bisa dimanfaatkan oleh satu proses pada suatu waktu. Contohnya adalah penggunaan sumber daya seperti printer, tape drives dan CD-ROM drives. Dua buah proses yang menggunakan slot yang sama pada tabel proses dapat menyebabkan kerusakan pada sistem. Untuk itu, setiap sistem operasi memiliki mekanisme yang memberikan akses eksklusif pada sumber daya.
Pada kenyataannya, proses membutuhkan akses eksklusif untuk beberapa sumber daya sekaligus. Bayangkan apabila sebuah proses, sebut saja proses A, meminta sumber daya X dan mendapatkannya. Kemudian ada proses B yang meminta sumber daya Y dan mendapatkannya juga. Setelah itu, proses A meminta sumber daya Y dan proses B meminta sumber daya X. Pada situasi tersebut, kedua proses harus ter- block dan menunggu secara terus-menerus. Keadaan seperti itu dinamakan deadlock.
Deadlock secara bahasa berarti buntu atau kebuntuan. Dalam definisi lebih lengkap, deadlock berarti suatu keadaan dimana sistem seperti terhenti dikarenakan setiap proses memiliki sumber daya yang tidak bisa dibagi dan menunggu untuk mendapatkan sumber daya yang sedang dimiliki oleh proses lain. Keadaan seperti ini hanya dapat terjadi pada akses terhadap sumber daya yang tidak bisa dibagi atau non-sharable.
Gambar di atas adalah contoh lain terjadinya deadlock pada dunia nyata. Pada gambar jelas terlihat bahwa lalu lintas terhenti dan terjadi antrian pada empat arah datangnya mobil. Tidak ada mobil yang bisa melanjutkan perjalanan dan hanya menunggu saja. Permasalahan ini dapat dipecahkan dengan cara salah satu dari antrian tersebut mundur dan memberikan kesempatan antrian lain untuk berjalan terlebih dahulu. Kasus seperti ini sangat potensial untuk terjadinya starvation
Starvation adalah keadaan dimana satu atau beberapa proses 'kelaparan' karena terus dan terus menunggu kebutuhan sumber dayanya dipenuhi. Namun, karena sumber daya tersebut tidak tersedia atau dialokasikan untuk proses lain, akhirnya proses yang membutuhkan tidak bisa memilikinya. Kondisi seperti ini merupakan akibat dari keadaan menunggu yang berkepanjangan.
Di contoh lalu lintas jembatan, terlihat bahwa kejadian deadlock yang berlangsung secara terus-menerus dan tiada akhir dapat menyebabkan terjadinya starvation. Akan tetapi, deadlock bukanlah satu-satunya penyebab terjadinya starvation. Lalu lintas yang didominasi oleh kendaraan-kendaraan dari satu arah pun dapat menyebabkan terjadinya starvation. Akibat yang terjadi adalah kendaraan dari arah lain menjadi terus menunggu giliran untuk berjalan hingga akhirnya mengalami starvation.
Race condition adalah suatu kondisi dimana dua atau lebih proses mengakses shared memory/sumber daya pada saat yang bersamaan dan hasil akhir dari data tersebut tergantung dari proses mana yang terakhir selesai dieksekusi sehingga hasil akhirnya terkadang tidak sesuai dengan yang dikehendaki.
Monitor adalah suatu tipe data abstrak yang dapat mengatur aktivitas serta penggunaan resource oleh beberapa thread. Ide monitor pertama kali diperkenalkan oleh C.A.R Hoare dan Per Brinch-Hansen pada awal 1970-an.
Monitor terdiri atas data-data private dengan fungsi-fungsi public yang dapat mengakses data-data tersebut. Method-method dalam suatu monitor sudah dirancang sedemikian rupa agar hanya ada satu buah method yang dapat bekerja pada suatu saat. Hal ini bertujuan untuk menjaga agar semua operasi dalam monitor bersifat mutual exclusion.
Monitor dapat dianalogikan sebagai sebuah bangunan dengan tiga buah ruangan yaitu satu buah ruangan kontrol, satu buah ruang-tunggu-masuk, satu buah ruang-tunggu-dalam. Ketika suatu thread memasuki monitor, ia memasuki ruang-tunggu-masuk (enter). Ketika gilirannya tiba, thread memasuki ruang kontrol (acquire), di sini thread menyelesaikan tugasnya dengan shared resource yang berada di ruang kontrol (owning). Jika tugas thread tersebut belum selesai tetapi alokasi waktu untuknya sudah habis atau thread tersebut menunggu pekerjaan thread lain selesai, thread melepaskan kendali atas monitor (release) dan dipindahkan ke ruang-tunggu-dalam (waiting queue). Ketika gilirannya tiba kembali, thread memasuki ruang kontrol lagi (acquire). Jika tugasnya selesai, ia keluar dari monitor (release and exit).
Gambar Ilustrasi monitor
Karena masalah sinkronisasi begitu rumit dan beragam, monitor menyediakan tipe data condition untuk programmer yang ingin menerapkan sinkronisasi yang sesuai untuk masalah yang dihadapinya. Condition memiliki operasi-operasi:
Wait, sesuai namanya thread yang memanggil fungsi ini akan dihentikan kerjanya.
Signal, jika suatu thread memanggil fungsi ini, satu (dari beberapa) thread yang sedang menunggu akan dibangunkan untuk bekerja kembali. Operasi ini hanya membangunkan tepat satu buah thread yang sedang menunggu. Jika tidak ada thread yang sedang menunggu, tidak akan terjadi apa-apa.
Bayangkan jika pada suatu saat sebuah thread A memanggil fungsi signal pada condition x (x.signal()) dan ada sebuah thread B yang sedang menunggu operasi tersebut (B telah memanggil fungsi x.wait() sebelumnya), ada dua kemungkinan keadaan thread A dan B setelah A mengeksekusi x.signal():
Signal-and-Wait, A menunggu sampai B keluar dari monitor atau menunggu condition lain yang dapat mengaktifkannya.
Signal-and-Continue, B menunggu sampai A keluar dari monitor atau menunggu condition lain yang dapat mengakifkannya.
Monitor dikembangkan karena penggunaan semafor yang kurang praktis. Hal itu disebabkan kesalahan pada penggunaan semafor tidak dapat dideteksi oleh compiler. Keuntungan memakai monitor:
Kompilator pada bahasa pemrograman yang telah mengimplementasikan monitor akan memastikan bahwa resource yang dapat diakses oleh beberapa thread dilindungi oleh monitor, sehingga prinsip mutual exclusion tetap terjaga.
Kompilator bisa memeriksa kemungkinan adanya deadlock.
Dalam kehidupan nyata, semafor adalah sistem sinyal yang digunakan untuk berkomunikasi secara visual. Dalam software, semafor adalah sebuah variabel bertipe integer yang selain saat inisialisasi, hanya dapat diakses melalui dua operasi standar, yaitu increment dan decrement. Semafor digunakan untuk menyelesaikan masalah sinkronisasi secara umum. Berdasarkan jenisnya, semafor hanya bisa memiliki nilai 1 atau 0, atau lebih dari sama dengan 0. Konsep semafor pertama kali diajukan idenya oleh Edsger Dijkstra pada tahun 1967.
Operasi standar pada semafor (dalam bahasa pemrograman C):
void kunci(int sem_value) {
while(sem_value <= 0);
sem_value--;
}
void buka(int sem_value) {
sem_value++;
}
Nama asli dari operasi tersebut sebenarnya adalah Proberen (test) dan Verhogen (increment). Namun, sebutan untuk 2 method ini sangat beragam, antara lain sering dikenal dengan nama : release dan acquire, P dan V, serta kunci dan buka. Dalam buku ini akan digunakan istilah buka dan kunci. Fungsi wait dipanggil ketika thread akan memasuki critical section-nya atau ketika thread akan memakai resource yang tersedia. Jika sem_value kurang dari sama dengan 0, thread tersebut harus menunggu sampai thread lain memanggil fungsi buka. Fungsi buka dipanggil ketika thread meningggalkan critical section-nya atau ketika melepaskan resource yang telah digunakannya. Tentu saja kedua operasi tersebut harus bersifat atomik karena sem_value dapat diakses oleh beberapa proses (shared resource).
Semafor memiliki dua jenis, yaitu:
Binary semaphore . Semafor ini hanya memiliki nilai 1 atau 0. Sering juga disebut sebagai semafor primitif
Counting semaphore . Semafor ini memiliki nilai 0, 1, serta integer lainnya. Banyak sistem operasi yang tidak secara langsung mengimplementasikan semafor ini, tetapi dengan memanfaatkan binary semaphore
Sinkronisasi Pada Linux
Pada suatu saat dalam sebuah kernel, tidak terkecuali kernel Linux, dapat terjadi concurrent access. Yang dimaksud dengan concurrent access adalah beberapa thread yang sedang berjalan mengakses resources yang sama dalam waktu yang sama. Jika hal ini terjadi, thread-thread tersebut akan saling meng- overwrite perubahan yang dilakukan thread sesamanya sebelum perubahan tersebut mencapai state yang konsisten. Sehingga hasil dari proses tidak seperti yang diharapkan. Dalam hal ini diperlukan proteksi dalam kernel yang bersangkutan. Proteksi dapat dilakukan dengan sinkronisasi.
Proteksi resources dari concurrent access bukanlah merupakan hal yang mudah. Beberapa tahun yang lalu sebelum Linux mendukung adanya symmetrical multiprocessing, proteksi masih mudah dilakukan. Karena hanya ada satu processor yang didukung, satu-satunya cara bagi resources dapat diakses secara concurrent (bersama-sama) oleh thread adalah ketika ada interrupt atau memang ada jadwal dari kernel bahwa thread lain diperbolehkan untuk mengakses resources tersebut.
Namun dengan berkembangnya zaman, Linux akhirnya mendukung adanya symmetrical multiprocessing dalam versi 2.0 kernelnya. Multiprocessing artinya kernel code dapat dijalankan dalam dua atau lebih processor. Jika tanpa proteksi, code yang dijalankan dalam dua processor yang berbeda dapat mengakses resources yang sama dalam waktu yang sama. Dengan adanya Linux 2.6 kernel yang mendukung adanya konsep preemptive, scheduler dalam kernel dapat meng interrupt kernel code yang sedang berjalan untuk memberi kesempatan bagi kernel code lain untuk dijalankan. Dengan demikian pengaksesan resources yang sama dalam waktu yang sama dapat dihindari.
Siskronisasi pada Windows
Sistem Operasi khususnya seperti windows memiliki concurrent program yang memiliki entry point lebih dari satu dan beberapa dapat aktif dalam satu waktu. Contohnya dapat terjadi ketika suatu proses membuat system call, diblok didalam (menunggu disk operasi selesai) dan ketika menunggu proses yang lain membuat system call. Contoh yang lain adalah saat penyelaan mungkin terjadi ketika system call sedang di lakukan. Pada kasus ini yang melayani system call yang didpat lebih dulu sesuai dengan pembuat penyela, yang merupakan aktivitas operasi sistem yang lain.
Sebagai aktivitas sistem operasi, kadang-kadang di eksekusi atas nama proses user sendiri. Kemudian kita biasanya akan mengetahui proses yang terjadi baru-baru saja. Tetapi secara khususnya aktivitas sistem operasi atas nama proses ini. Dengan kata lain thread mungkin juga dengan cara bersamaaan membentuk concurrent program dan persisnya pada masakah yang sama dan diterapkan pada keadaan itu secara benar.
Eka widiastuti Shafa (07.04.111.00044)
Syaiful Mauliedie (07.04.111.00159)
Tidak ada komentar:
Posting Komentar