A. Definisi
Beberapa proses terkadang membutuhkan sumber daya yang sama pada saat bersamaan. 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. Kondisi yang tidak dapat diprediksi hasilnya, bergantung pada proses-proses berjalan yang sedang bersaing disebut Kondisi Pacu (Race Condition). Kondisi pacu harus dihilangkan agar hasil-hasil proses dapat diprediksi dan tidak bergantung pada jalanya proses-proses tersebut.
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. Mutual Exclusion adalah suatu cara yang menjamin jika ada sebuah proses yang menggunakan variabel atau berkas yang sama (digunakan juga oleh proses lain), maka proses lain akan dikeluarkan dari pekerjaan yang sama.
Kriteria penyelesaian Mutual Exclusion :
Mutual Exclusion harus dijamin.
Hanya satu proses pada satu saat yang diizinkan masuk Critical Section/Region.
Proses yang berada di noncritical section, dilarang memblok proses-proses yang ingin masuk critical section.
Harus dijamin proses yang ingin masuk critical section tidak menunggu lama hingga waktu tak terhingga, agar tidak terjadi deadlock atau starvation.
Ketika ada proses di critical section maka proses yang ingin masuk critical section harus diijinkan segera masuk tanpa waktu tunda.
Tidak ada asumsi mengenai kecepatan relative proses atau jumlah proses yang ada.
B. Metode-metode Penjamin Mutual Exclusion
1. Metode Naif
Sebenarnya metode ini tidak menyelesaikan mutual exclusion, karena masih terdapat scenario proses yang membuat situasi kacau. Metode ini sering disebut metode variable lock sederhana.
Ketika proses hendak masuk critical section, proses lebih dulu memeriksa variable lock dengan ketentuan :
Jika variable lock bernilai 0, proses mengeset variable lock menjadi 1 dan segera masuk critical section.
Jika variable lock bernilai 1, proses menunggu sampai nilai variabel lock menjadi 0.
2. Metode untuk situasi tertentu
Metode ini sering disebut metode bergantian secara ketat yang mengasumsikan proses-proses yang hendak masuk critical section secara bergantian terus menerus. Proses memeriksa terus menerus sehingga kondisi siap untuk diproses. Kondisi ini tidak dapat ditentukan lamanya waktu sehingga menyia-nyiakan waktu pemroses. Suatu saat kondisi akan crash ketika ada proses yang harus segera masuk sementara ada proses lain yang masih berjalan.
3. Metode Busy Waiting
a. Metode Penyelesaian Dekker
Algoritma Dekker mempunyai property-property berikut :
Tidak memerlukan instruksi-instruksi perangkat keras khusus.
Proses yang beroperasi di luar critical section tidak dapat mencegah proses lain memasuki critical section.
Proses yang ingin masuk critical section akan segera masuk bila dimungkinkan.
b. Metode Penyelesaian Peterson
Sebelum masuk critical section, proses memanggil enter_critical_section, namun sebelumnya proses memeriksa sampai kondisi aman. Terjadi busy waiting, setelah selesai proses menandai pekerjaan dan mengijinkan proses lain masuk.
Keadaan awal tidak ada proses di critical section. Proses 0 akan masuk critical section. Proses menandai elemen arraynya dan mengeset turn ke 0. Proses memeriksa kondisi, dan prosedur enter_critical_section dilaksanakan. Jika kemudian, proses 1 akan masuk, proses akan menunggu sampai interest(0) menjadi FALSE. Kondisi ini hanya terjadi jika proses 0 mengeset elemen itu dan keluar dari critical section.
c. Metode Pematian Interupsi
Proses mematikan interupsi ke pemroses dan segera masuk ke critical section. Proses kembali mengaktifkan interupsi segera setelah meninggalkan critical section. Metode ini mengakibatkan :
Pemroses tidak dapat beralih ke proses lain karena interupsi clock dimatikan sehingga penjadual pun tidak dieksekusi. Karena penjadual tidak beroperasi maka tidak terjadi alih proses.
Proses dapat memakai memori bersama tanpa takut terinvensi proses lain karena memang tidak ada proses lain yang dieksekusi saat itu.
Kelemahan utama :
Bila proses yang mematikan interupsi mengalami gangguan maka proses tidak akan pernah menghidupkan interupsi kembali. Kejadian ini mengakibatkan kematian seluruh system.
Jika terdapat dua pemroses atau lebih, mematikan interupsi hanya berpengaruh pada pemroses yang sedang mengeksekusi intruksi itu. Proses lain masih dapat memasuki critical section.
d. Metode Test and Set Lock (TSL)
Metode ini membaca isi memori ke register dan kemudian menyimpan nilai bukan 0 ke alamat memori. Pemroses yang mengeksekusi instruksi tsl mengunci bus memori, mencegah pemroses lain mengkases memori.
e. Metode Exchange (XCHG)
Metode ini menggunakan instruksi exchange (xchg). Instruksi xchg menukarkan dua isi memori.
f. Metode Instruksi Mesin
Keunggulan :
Sederhana dan mudah diverifikasi
Dapat diterapkan ke sembarang jumlah proses
Dapat digunakan untuk mendukung banyak critical region
Kelemahan :
Merupakan metode dengan busy waiting, sangat tidak efisien.
Adanya busy waiting memungkinkan terjadi deadlock dan starvation.
4. Metode Penyelesaian Level Tinggi (Metode Semapore)
Dua proses atau lebih dapat bekerja sama dengan menggunakan penanda-penanda sederhana. Proses berhenti sampai proses memperoleh penanda tertentu. Variabel khusus untuk penandaan ini disebut semaphore. Semaphore mempunyai dua property :
a. Semaphore dapat diinisialisasi dengan nilai bukan negative.
b. Ada dua operasi terhadap semaphore yaitu Operasi Up dan Operasi Down.
Operasi Down
Operasi ini menurunkan nilai semaphore. Jika nilai semaphore menjadi bukan positif maka proses yang mengeksekusinya diblok. Operasi Down adalah atomic (atomic action), tidak dapat diinterupsi sebelum selesai. Menurunkan nilai, memeriksa nilai, menempatkan proses pada antrian dan memblok sebagai instruksi tunggal. Tidak ada proses lain yang dapat diakses sampai proses selesai.
Operasi Up
Operasi ini menaikkan nilai semaphore. Jika satu proses atau lebih telah diblok pada suatu semaphore tidak dapat menyelesaikan operasi down maka salah satu dipilih oleh system dan dibolehkan menyelesaikan operasi downnya. Operasi Up menaikan nilai semaphore, memindahkan dari antrian dan menempatkan satu proses ke senarai ready tidak dapat diinterupsi.
Sebelum masuk critical section, proses melakukan down. Bila berhasil maka proses masuk critical section. Bila tidak berhasil maka proses diblok pada semaphore. Proses yang diblok dapat melanjutkan jika proses yang berada di critical section keluar dan melakukan operasi up dan menjadikan proses yang diblok menjadi ready dan berlanjut hingga operasi downnya berhasil.
C. Implementasi Semaphore
1. Pematian Interupsi
Sistem operasi mematikan interupsi selagi memeriksa semaphore, memperbarui, dan menjadikan proses diblok. Karena semua aksi hanya memerlukan beberapa instruksi, pematian interupsi tidak merugikan.
2. Instruksi tsl
Pada banyak pemroses, tiap semaphore dilindungi variable lock dan instruksi tsl agar menjamin hanya satu pemroses yang saat itu memanipulasi semaphore
Sumber : http://godaizone.blogspot.com
Minggu, 28 April 2013
DEADLOCK PADA SISTEM OPERASI
Deadlock dalam arti sebenarnya adalah kebuntuan. Kebuntuan yang dimaksud dalam sistem operasi adalah kebuntuan proses. Jadi Deadlock ialah suatu kondisi dimana proses tidak berjalan lagi atau tidak ada komunikasi lagi antar proses. Deadlock disebabkan karena proses yang satu menunggu sumber daya yang sedang dipegang oleh proses lain, proses lain itu pun sedang menunggu sumber daya yang dipegang olehnya. Dengan kata lain setiap proses dalam set menunggu untuk sumber yang hanya dapat dikerjakan oleh proses lain dalam set sedang menunggu.
Contoh sederhananya ialah pada gambar berikut ini.
 |
| Terjadinya deadlock pada jembatan penyebrangan |
Contoh yang lain terjadi pada persimpangan jalan:
 |
| Deadlock terjadi pada persimpangan jalan |
Kejadian Deadlock selalu tidak lepas dari sumber daya, bahwa hampir seluruhnya merupakan
masalah sumber daya yang digunakan bersama-sama. Oleh karena itu, kita juga perlu tahu tentang jenis sumber daya, yaitu: sumber daya dapat digunakan lagi berulang-ulang dan sumber daya yang dapat digunakan dan habis dipakai atau dapat dikatakan sumber daya sekali pakai.
Sumber daya ini tidak habis dipakai oleh proses mana pun.Tetapi setelah proses berakhir, sumber daya ini dikembalikan untuk dipakai oleh proses lain yang sebelumnya tidak kebagian sumber daya ini.
Contohnya prosesor, Channel I/O, disk, semaphore. Contoh peran sumber daya jenis ini pada
terjadinya Deadlock ialah misalnya sebuah proses memakai disk A dan B, maka akan terjadi Deadlock jika setiap proses sudah memiliki salah satu disk dan meminta disk yang lain. Masalah ini tidak hanya dirasakan oleh pemrogram tetapi oleh seorang yang merancang sebuah sistem operasi. Cara yang digunakan pada umumnya dengan cara memperhitungkan dahulu sumber daya yang digunakan oleh proses-proses yang akan menggunakan sumber daya tersebut. Contoh lain yang menyebabkan 2 Deadlock dari sumber yang dapat dipakai berulang-ulang ialah berkaitan dengan jumlah proses yang memakai memori utama.
Ada empat kondisi yang dapat menyebabkan terjadinya deadlock. Keempat kondisi tersebut tidak dapat berdiri sendiri, namun saling mendukung.
- Mutual exclusion. Hanya ada satu proses yang boleh memakai sumber daya, dan proses lain yang ingin memakai sumber daya tersebut harus menunggu hingga sumber daya tadi dilepaskan atau tidak ada proses yang memakai sumber daya tersebut.
- Hold and wait. Proses yang sedang memakai sumber daya boleh meminta sumber daya lagi maksudnya menunggu hingga benar-benar sumber daya yang diminta tidak dipakai oleh proses lain, hal ini dapat menyebabkan kelaparan sumber daya sebab dapat saja sebuah proses tidak mendapat sumber daya dalam waktu yang lama.
- No preemption. Sumber daya yang ada pada sebuah proses tidak boleh diambil begitu saja oleh proses lainnya. Untuk mendapatkan sumber daya tersebut, maka harus dilepaskan terlebih dahulu oleh proses yang memegangnya, selain itu seluruh proses menunggu dan mempersilahkan hanya proses yang memiliki sumber daya yang boleh berjalan.
- Circular wait. Kondisi seperti rantai, yaitu sebuah proses membutuhkan sumber daya yang dipegang proses berikutnya.
Diagram Graf
Sebuah sistem komputer terdiri dari berbagai macam sumber-daya (resources), seperti:
• Fisik (Perangkat, Memori)
• Logika (Lock, Database record)
• Sistem Operasi (PCB Slots)
• Aplikasi (Berkas)
Diantara sumber-daya tersebut ada yang preemptable dan ada juga yang tidak. Sumber-daya ini akan digunakan oleh proses-proses yang membutuhkannya. Mekanisme hubungan dari proses-proses dan sumber-daya yang dibutuhkan/digunakan dapat di diwakilkan dengan graf.
Graf adalah suatu struktur diskrit yang terdiri dari vertex dan sisi, dimana sisi menghubungkan vertexvertex yang ada. Berdasarkan tingkat kompleksitasnya, graf dibagi menjadi dua bagian, yaitu simple graf dan multigraf. Simpel graf tidak mengandung sisi paralel (lebih dari satu sisi yang menghubungkan dua vertex yang sama). Berdasarkan arahnya graf dapat dibagi menjadi dua bagian yaitu graf berarah dan graf tidak berarah. Graf berarah memperhatikan arah sisi yang menghubungkan dua vertex, sedangkan graf tidak berarah tidak memperhatikan arah sisi yang menghubungkan dua vertex.
Dalam hal ini akan dibahas mengenai implementasi graf dalam sistem operasi. Salah satunya dalah graf alokasi sumber daya. Graf alokasi sumber daya merupakan graf sederhana dan graf berarah. Graf alokasi sumber daya adalah bentuk visualisasi dalam mendeteksi maupun menyelesaikan masalah deadlock. Graf alokasi sumber daya mempunyai komponen- komponen layaknya graf biasa. Hanya saja dalam graf alokasi sumber daya ini, vertex dibagi menjadi dua jenis yaitu:
- Proses P= {P0, P1, P2, P3,..., Pi,..., Pm}. Terdiri dari semua proses yang ada di sistem. Untuk proses, vertexnya digambarkan sebagai lingkaran dengan nama prosesnya.
- Sumber daya R= {R0, R1, R2, R3,..., Rj,..., Rn}. Terdiri dari semua sumber daya yang ada di
sistem. Untuk sumber daya, vertexnya digambarkan sebagai segi empat dengan instansi yang
dapat dialokasikan serta nama sumber dayanya.
Sisi, E={Pi®Rj,…, Rj®Pi} terdiri dari dua jenis, yaitu:
a. Sisi permintaan: Pi®Rj Sisi permintaan menggambarkan adanya suatu proses Pi yang meminta sumber daya Rj.
b. Sisi alokasi: Rj®Pi. Sisi alokasi menggambarkan adanya suatu sumber daya Rj yang mengalokasikan salah satu instansi-nya pada proses P
Misalkan suatu graph pengalokasian sumber daya dengan ketentuan sebagai berikut:
Himpunan P,R dan E:
• P={P1, P2, P3}
• R={R1, R2, R3, R4}
• E={P1®R1, P2®R3, R1®P3, R2®P2, R2®P1, R3®P3}
Instansi sumber daya:
• R1 memiliki satu instansi
• R2 memiliki dua instansi
• R3 memiliki satu instansi
• R4 memiliki tiga instansi
Status Proses:
• Proses P1 mengendalikan sebuah instansi R2 dan menunggu sebuah instansi dari R1.
• Proses P2 mengendalikan sebuah instansi dari R1 dan R2, dan menunggu sebuah instansi R3
• Proses P3 mengendalikan sebuah instansi dari R3.
 |
| Grafik pengalokasian sumber daya |
Pada gambar graph di atas tidak terdapat adanya cycle, sehingga proses tidak mengalami terjadinya deadlock. Sekarang perhatikan graph berikut yang terdapat cycle dan memungkinkan terjadinya deadlock.
P1-R1-P2-R3-P3-R2-P1 dan P2-R3-P3-R2-P2
Proses P1, P2 dan P3 terjadi deadlock. Proses P2 menunggu R3, dimana sedang dikendalikan oleh P3. Proses P3 di sisi lain sedang menunggu proses P1 dan P2 melepas sumber daya R2. Kemudian P1 menunggu proses P2 melepas sumber daya R1. Sekarang perhatikan graph berikut yang terdapat cycle P1-R1-P3-R2-P1.
Add beberapa cara untuk menanggulangi terjadinya deadlock, diantaranya adalah:
- Mengabaikan masalah deadlock.
- Mendeteksi dan memperbaiki
- Penghindaran yang terus menerus dan pengalokasian yang baik dengan menggunakan protokol
untuk memastikan sistem tidak pernah memasuki keadaan deadlock. Yaitu dengan deadlock
avoidance sistem untuk mendata informasi tambahan tentang proses mana yang akan meminta
dan menggunakan sumber daya.
- Pencegahan yang secara struktur bertentangan dengan empat kondisi terjadinya deadlock
dengan deadlock prevention sistem untuk memastikan bahwa salah satu kondisi yang penting
tidak dapat menunggu.
Hal-hal yang terjadi dalam mendeteksi adanya Deadlock adalah:
• Permintaan sumber daya dikabulkan selama memungkinkan.
• Sistem operasi memeriksa adakah kondisi circular wait secara periodik.
• Pemeriksaan adanya deadlock dapat dilakukan setiap ada sumber daya yang hendak digunakan
oleh sebuah proses.
• Memeriksa dengan algoritma tertentu.
Sumber : http://imam_muiz.staff.gunadarma.ac.id
Langganan:
Postingan (Atom)