Mutual Exclusion
Melihat kekurangan dari pendekatan instruksi mesin pendekatan alternatif dirasa perlu. Sistem operasi dan bahasa pemrograman dapat menyediakan mekanisme untuk mewujudkan mutual exclusion. Beberapa di antaranya adalah:
1. Semaphore, 2. Monitor, dan 3. Message passing
4.3.1 Semaphore
William Stalling dalam bukunya, Operating Systems Internal Design and Principles, menyebutkan kemajuan besar yang pertama dalam menangani masalah-maslah yang timbul akibat proses-proses yang konkuren terjadi di tahun 1965 oleh Dijkstra. Dijkstra menekankan pada disain dari sistem operasi sebagai sekumpulan proses berurutan yang saling bekeja sama dan dengan pengembangan dari mekanisme- mekanisme kerja sama yang efisien dan dapat diandalkan. Mekanisme-mekanisme tersebut dapat digunakan oleh proses dari user jika prosesor dan sistem operasi dapat menyediakan mereka untuk digunakan.
Prinsip dasarnya adalah: bawhwa dua atau lebih proses dapat bekerja sama dengan menggunakan sinyal-sinyal sederhana, sedemikian sehingga sebuah proses dapat dipaksa berhenti pada tahap tertentu hingga menerima sinyal tertentu. Kebutuhan untuk koordinasi kompleks apapun dapat dipenuhi dengan struktur sinyal-sinyal yang tepat. Untuk mengirimkan
sinyal dibutuhkan variabel-variabel spesial yang disebut sebagai semaphore. Untuk mengirim sinyal melalui semaphore s sebuah proses memanggil rutin primitif
semSignal(s) dan untuk menerima sinyal melalui semaphore
s, sebuah proses memanggil rutin primitif semWait(s). Jika ternyata setelah memanggil semWait(s) sinyal yang ditunggu tidak tersedia maka proses tersebut akan ditahan hingga sinyal yang ditunggu dikirimkan.
Semaphore dapat dilihat sebagai sebuah variabel bertipe integer yang kepadanya dapat dilakukan tiga operasi, yaitu:
1. Sebuah semaphore dapat diinisialisasikan sehingga bernilai bilangan non negatif.
2. Operasi semWait akan mengurangi nilai semaphore. Jika nilainya telah negatif maka proses yang memanggil semWait tersebut akan di blok. Sebaliknya jika nilainya masih positif proses dapat dilanjutkan. 3. Operasi semSignal menaikkan nilai semaphore. Jika
nilanya kurang atau sama dengan nol maka proses yang diblok oleh operasi semWait akan dilepaskan dari status diblok.
Selain ketiga operasi di atas tidak boleh ada lagi cara untuk memeriksa dan mengubah nilai semaphore.
Bentuk dari semphore yang lebih ketat adalah binary semaphore atau mutex yang hanya mengizinkan nilai 0 dan 1 bagi semaphore. Operasi-operasinya adlah sebagai berikut:
1. Binary semaphore dapat diinisialisasikan dengan nilai 0 atau 1.
2. Operasi semWaitB memeriksa nilai semaphore. Jika nilainya satu maka nilainya diubah menjadi nol dan proses melanjutkan eksekusi.
3. Operasi semSignalB memeriksa apakah ada proses yang diblok pada semaphore ini. Juka ada maka proses yang telah diblok oleh operasi semWaitB akan dilepaskan dari status diblok dan nilai dari semaphore diubah menjadi satu.
Bentuk semaphore yang pertama sering pula disebut sebagai
counting semaphore atau general semaphore.
Kebijakan yang digunakan untuk mengeluarkan proses dari antrian proses yang diblok pada semaphore dapat bermacam- macam bentuknya. Bentuk yang paling adil adalah First In First Out (FIFO). Proses yang paling lama diblok adalah yang keluar paling awal. Semaphore yang mendefinisikan kebijakan melepas proses dari antrian dikenal sebagai strong semaphore sedangkan yang tidak mendefinisikannya disebut sebagai weak semaphore.
Contoh dari mekanisme semaphore dapat dilihat pada gambar 4-1 dengan kondisi awal terdapat proses A, B, C, dan D dengan keterhubungan sedemikan sehingga proses A, B, dan C bergantung pada hasil yang dikeluarkan proses D. Urutan kejadian pada gambar dapat dijelaskan sebagai berikut:
1. Awalnya A sedang berjalan; B, C, dan D dalam kondisi ready. Semaphore bernilai 1 menandakan salah satu hasil yang dikeluarkan proses D telah tersedia. Ketika A memanggil instruksi semWait pada semaphore s nilai s akan dikurangi menjadi 0 dan A dapat melanjutkan ke langkah selanjutnya dan kemudain bergabung pada antrian ready.
2. B kemudian dieksekusi dan memanggil instruksi semWait. Dikarenakan nilai semaphore s menjadi -1 maka proses B akan diblok dan memasuki antrian blocked.
3. Ketika proses D dieksekusi dan mengeluarkan hasil yang baru instruksi semSignal dipanggil oleh proses D yang memungkinkan proses B yang diblok untuk masuk ke kondisi ready di antrian ready.
4. Proses D yang telah selesai langsung bergabung pada antrian ready dan proses C dieksekusi.
5. Proses C yang memanggil instruksi semWait kemudian diblok dan masuk ke antrian blocked dan nilai semaphore menjadi -1 (tidak tampak di gambar). 6. Selanjutnya proses A dan B juga mengalami hal yang
sama dengan proses C. Pada tahap ini akhirnya nilai semaphore menjadi -3.
7. Proses D kembali dijalankan, mengeluarkan hasil baru dan memanggil instruksi semSignal sehingga nilai semaphore menjadi -2 dan proses C keluar dari antrian blocked masuk ke antrian ready. Ketika dieksekusi proses C akan mendapatkan hasil yang dikeluarkan oleh proses D. Pada putaran berikutanya proses D akan melepaskan proses A dan B dari antrian blocked dan masing-masing akan mendapatkan hasil dari proses D seperti halnya proses C.
Strong semaphore menjamin terbebas dari starvation sedangkan weak semaphore tidak. Pada umumnya sistem operasi menyediakan fasilitas untuk strong semaphore.
Semaphore Prosesor
A
s=1 C D B
Blocked queue Ready queue
Semaphore Prosesor
B
s=0 A C D
Blocked queue Ready queue
Semaphore Prosesor
D
s=-1 A C
B
Blocked queue Ready queue
Semaphore Prosesor
D
s=0 B A C
Blocked queue Ready queue
Semaphore Prosesor
C
s=0 D B A
Blocked queue Ready queue
Semaphore Prosesor
D s=-3 B A C
Blocked queue Ready queue
Semaphore Prosesor
D
s=-2 C
B A
Blocked queue Ready queue
1 2 3 4 5 6 7
Monitor diajukan sebagai solusi dari masalah yang dimiliki semaphore. Monitor sendiri adalah sebuah modul program yang memiliki satu atau beberapa prosedur, urutan inisialisasi, dan data lokal. Monitor memiliki karakteristik sebagai berikut:
1. Data lokal hanya bisa diakses oleh prosedur yang ada di dalam monitor.
2. Sebuah proses memasuki monitor dengan memanggil salah satu prosedur di dalam monitor tersebut.
3. Pada satu saat hanya ada satu proses yang bisa menggunakan prosedur di dalam monitor. Proses lain yang hendak mengakses pada waktu yang bersamaan harus menunggu proses pertama selesai.
Untuk melindungi struktur data yang dibagi pakai bersama data tersebut dapat diletakkan di dalam monitor.
Untuk dapat digunakan dalam lingkungan yang konkuren monitor harus menyediakan fasilitas sinkronisasi bagi proses- proses yang menggunakannya. Sebagai contoh jika ada sebuah proses yang memanggil prosedur dalam monitor dan ketika berada di dalamnya harus diblok untuk menunggu suatu kejadian atau kondisi tertentu terpenuhi maka diperlukan sebuah fasilitas yang memungkinkan proses tersebut tidak hanya diblok tetapi juga melepas akses terhadap monitor sehinga proses lain dapat menggunakan monitor tersebut. Setelah kondisi terpenuhi dan monitor kembali tersedia proses tadi dapat kembali berjalan pada posisi sebelum ia diblok.
Monitor sendiri memiliki beberapa alternative implementasi seperti:
1. Monitor dengan signal
2. Monitor dengan notify dan broadcast
4.3.2 Message Passing
Message passing adalah sebuah teknik untuk melakukan sinkronisasi dan komunikasi antara proses-proses yang salin berinteraksi. Message passing dapat diimplementasikan dengan beberapa cara namun yang dibahas kali ini adalah dengan menggunakan sepasang prosedur primitive yaitu:
1. Send (tujuan, pesan) 2. Receive(sumber, pesan)
Sebuah proses mengirim informasi kepada proses lain melalui pemanggilan prosedur send sedangkan proses menerima informasi melalui pemanggilan prosedur receive.
Ada beberapa persoalan yang berkenaan dengan disain teknik message passing ini, antara lain:
1. Sinkronisasi: proses tidak dapat menerima pesan sebelum pesan tersebut dikirimkan oleh proses lain. 2. Pengalamatan: menentukan cara mengalamati sebuah
proses, yaitu melalui direct addressing dan indirect addressing.
3. Format pesan: menentukan bagaimana pesan dibentuk dan informasi apa saja yang terdapat di dalam pesan termasuk pesan-pesan pada sistem tersebar
4. Aturan antrian: menentukan bagaimana antrian pesan yang datang maupun dikirim diproses oleh proses tujuan atau sumber.
4.3.3 Sinkronisasi
Ketika suatu proses mengirimkan pesan dengan memanggil prosedur send ada dua kemungkinan yang dapat terjadi:
1. Proses pengirim diblok hingga pesan diterima, atau 2. Proses boleh melanjutkan eksekusi
Hal yang sama juga terjadi pada proses menerima pesandengan memanggil prosedur receive. Proses dapat diblok menunggu adanya pesan yang datang atau proses melanjutkan eksekusinya sekalipun pesan belum datang. Berdasarkan empat kondisi yang telah disebutkan dapat dibuat tiga kombinasi kondisi yang umum digunakan pada sebuah sistem yaitu:
1. Blocking send, blocking receive 2. Nonblocking send, blocking receive 3. Nonblocking send, nonblocking receive
Proses dengan nonblocking send memiliki kelebihan proses dapat terus berlanjut tanpa menunggu adanya konfirmasi
bahwa pesan telah diterima namun di sisi lain jika proses mengalami kesalahan dan terus menerus mengirimkan pesan maka sumber daya komputer dapat terkuras oleh proses tersebut. Selain itu pemrogram aplikasi juga harus membuat sendiri mekanisme untuk menentukan apakah pesan sudah diterima atau belum.
Pada prosedur primitive receive versi blocking proses yang meminta pesan akan menunggu hingga pesan yang dimaksud diterima. Saat pesan tidak juga diterima proses dapat menunggu terus tanpa kepastian. Non blocking receive menyelesaikan masalah ini namun sisi buruknya adalah pesan dapat hilang ketika prosedur receive dipanggil sebelum pesan sampai.
4.3.4 Pengalamatan (Addressing)
Pada direct addressing prosedur send memerlukan penanda/identitas dari proses yang menjadi tujuan pesan sedangkan prosedur receive akan menangani dua kemungkinan:
1. Prosedur receive memerlukan identitas proses yang akan mengirimkan pesan. Konsekuensinya proses yang memanggil receive perlu mengetahui identitas dari proses yang akan mengirimkan pesan. Cara ini efektif untuk mengendalikan dua proses konkuren yang saling bekerja sama.
2. Proses yang menerima pesan tidak dapat menentukan proses mana yang menjadi sumber pesan. Contohnya pada proses yang menangani printer. Proses tersebut menerima pesan dari proses-proses lain yang memerlukan layanan printer. Pada kasus seperti ini lebih tepat jika menggunakan indirect addressing. Pada metode indirect addressing pesan tidak langsung dikirimkan kepada proses tujuan melainkan disimpan terlebih dahulu pada penyimpanan sementara (mailbox). Cara ini dipandang lebih baik karena ketergantungan antar proses menjadi lebih rendah dan komunikasi dapat menjadi lebih fleksibel.
Terdapat empat jenis komunikasi dengan metode indirect ini bergantung kepada banyaknya proses pengirim dan penerima, yaitu:
1. Satu pengiri ke satu penerima 2. Banyak pengirim ke satu penerima 3. Satu pengirim ke banyak penerima 4. Banyak pengirim ke banyak penerima
Yang menjadi persoalan adalah kepemilikan mailbox tempat menyimpan pesan. Mailbox bisa dimiliki oleh proses penerima pesan dan ketika proses mati begitu juga mailbox akan dihapus. Cara lain adlah sistem operasi menyediakan layanan mailbox dan mailbox dapat dipesan oleh proses tertentu. Pada cara ke-dua mailbox dapat dipandang dimiliki oleh proses yang memintanya dan akan dihilangkan ketika proses tersebut selesai atau tetap dimiliki oleh sistem operasi penghapusan nantinya dilakukan oleh sistem operasi.
4.3.5 Format Pesan
Format pesan amat bergantung pada fasilitas pertukaran pesan dan jumlah komputer yang terlibat dalam pertukaran pesan. Pesan dapat memiliki panjang tetap untuk memperkecil overhead (pemrosesan tambahan seperti: menelusuri pesan untuk mencari ujung dari sebuah pesan) atau jika berukuran besar dapat disimpan dalam sebuah file. Pendekatan yang lebih fleksibel adalah menggunakan pesan yang panjangnya tidak tetap.
Pesan dapat dibagi menjadi bagian kepala (header) yang berisi informasi tentang pesan dan badan (body) tempat menampung isi pesan sebenarnya.
4.3.6 Aturan Antrian
Aturan antrian yang paling sederhana adalah FIFO (first in first out) tetapi mungkin tidak cukup jika terdapat beberapa pesan yang penting dan perlu untuk segera disampaikan dibandingkan pesan-pesan lainnya. Alternatifnya ialah dengan menyediakan fasilitas prioritas pada pesan atau membolehkan penerima pesan memeriksa antrian untuk mengambil pesan.
Rangkuman
Hal mendasar yang perlu diperhatikan ketika menangani banyak proses yang berjalan bersama-sama (konkurensi) adalah masalah-masalah seperti: bagaimana komunikasi antar proses-proses tersebut, membagi pakai dan terjadinya kompetisi untuk sumber daya komputer, sinkronisasi aktivitas proses-proses, dan alokasi prosesor. Pada komputer yang menjalankan multiprogramming proses- proses dijalankan bergantian dengan cepat oleh prosesor sehinga tampak seolah-olah berjalan bergantian.
Fitur-fitur utama dari sistem operasi modern yang paling menonjol adalah kemampuan sistem operasi untuk melakukan Multiprogramming, multiprosesing dan distributed prosesing.
Soal Latihan
1. Apa yang harus diperhatikan dalam hal konkurensi 2. Apa yang dimaksud dengan konkurensi dan sebutkan
contoh dari konkurensi
3. Apa yang dimaksud dengan semaphore, sinkronisasi, message passing dalam hal konkurensi
4. Jelaskan persyaratan untuk mutual exclusion
5. Sebutkan menurut yang anda ketahui tentang algoritma antrian.
Overview
Sebelum memulai mempelajari sistem operasi penting bagi kita untuk mengetahui komponen-komponen yang menjadi bagian dari sebuah sistem komputer disertai cara kerjanya. Hal ini disebabkan nantinya sistem operasi bekerja untuk mengatur komponen-komponen tersebut dan menyembunyikan kerumitannya bagi pengembang aplikasi dan para pengguna akhir sistem operasi.
Tujuan
1. Mahasiswa mengetahui komponen-komponen yang membangun sebuah sistem komputer
2. Mahasiswa mengetahui bagaimana komponen- komponen itu bekerja dan saling bekerja sama untuk memenuhi kebutuhan aplikasi dan pengguna akhir.
5.1 Pendahuluan
Dalam sistem multiprogramming beberapa program menempati memori utama sekaligus. Apakah semuanya akan dijalankan dalam waktu yang bersamaan? Tidak, program akan dijalankan bergantian. Yang mana yang dijalankan terlebih dahulu? Masalah ini yang ditangani penjadwalan. Tujuan dari penjadwalan Prosesor adalah untuk memberikan prosesor pada setiap process sepanjang waktu sedemikian hingga memenuhi tujuan sistem : rata-rata response time yang cepat, lebih banyak program dapat diselesaikan (throughput), dan efisiensi Prosesor.
New
Ready/ suspend
Ready Running Exit
Blocked/ suspend
Blocked