Struktur Sistem Operasi
Manajemen Proses
Proses adalah sebuah program yang sedang dieksekusi. Sedangkan program adalah kumpulan instruksi yang ditulis ke dalam bahasa yang dimengerti sistem operasi. Sebuah proses membutuhkan sejumlah sumber daya untuk menyelesaikan tugasnya. Sumber daya tersebut dapat berupa CPU time, alamat memori, berkas-berkas, dan perangkat-perangkat M/K. Sistem operasi mengalokasikan sumber daya-sumber daya tersebut saat proses itu diciptakan atau sedang diproses/dijalankan. Ketika proses tersebut berhenti dijalankan, sistem operasi akan mengambil kembali semua sumber daya agar bisa digunakan kembali oleh proses lainnya.
Sistem operasi bertanggung jawab atas aktivitas-aktivitas yang berkaitan dengan manajemen proses seperti:
- Membuat dan menghapus proses pengguna dan sistem proses. Sistem operasi bertugas mengalokasikan sumber daya yang dibutuhkan oleh sebuah proses dan kemudian mengambil sumber daya itu kembali setelah proses tersebut selesai agar dapat digunakan untuk proses lainnya.
- Menunda atau melanjutkan proses. Sistem operasi akan mengatur proses apa yang harus dijalankan terlebih dahulu berdasarkan berdasarkan prioritas dari proses-proses yang ada. Apa bila terjadi 2 atau lebih proses yang mengantri untuk dijalankan, sistem operasi akan mendahulukan proses yang memiliki prioritas paling besar.
- Menyediakan mekanisme untuk proses sinkronisasi. Sistem operasi akan mengatur jalannya beberapa proses yang dieksekusi bersamaan. Tujuannya adalah menghindarkan terjadinya inkonsistensi data karena pengaksesan data yang sama, juga untuk mengatur urutan jalannya proses agar setiap proses berjalan dengan lancar
- Menyediakan mekanisme untuk proses komunikasi. Sistem operasi menyediakan mekanisme agar beberapa proses dapat saling berinteraksi dan berkomunikasi (contohnya berbagi sumber daya antar proses) satu sama lain tanpa menyebabkan terganggunya proses lainnya.
- Menyediakan mekanisme untuk penanganan deadlock. Deadlock adalah suatu keadaan dimana sistem seperti terhenti karena setiap proses memiliki sumber daya yang tidak bisa dibagi dan menunggu untuk mendapatkan sumber daya yang sedang dimiliki oleh proses lain. Saling menunggu inilah yang disebut deadlock(kebuntuan). Sistem operasi harus bisa mencegah, menghindari, dan mendeteksi adanya deadlock. Jika deadlock terjadi, sistem operasi juga harus dapat memulihkan kondisi sistemnya.
Manajemen Memori Utama
Sistem operasi memiliki tugas untuk mengatur bagian memori yang sedang digunakan dan mengalokasikan jumlah dan alamat memori yang diperlukan, baik untuk program yang akan berjalan maupun untuk sistem operasi itu sendiri. Tujuan dari manajemen memori utama adalah agar utilitas CPU meningkat dan untuk meningkatkan efisiensi pemakaian memori.Memori utama atau lebih dikenal sebagai memori adalah sebuah array yang besar dari word atau byte yang ukurannya mencapai ratusan, ribuan, atau bahkan jutaan. Setiap word atau byte mempunyai alamat tersendiri. Memori utama berfungsi sebagai tempat penyimpanan instruksi/data yang akses datanya digunakan oleh CPU dan perangkat M/K. Memori utama termasuk tempat penyimpanan data yang yang bersifat volatile(tidak permanen), yaitu data akan hilang kalau komputer dimatikan.
Sistem komputer modern memiliki sistem hirarki memori, artinya memori yang ada di komputer disusun dengan tingkatan kecepatan dan kapasitas yang berbeda. Memori yang memiliki kecepatan sama dengan kecepatan prosesor memiliki kapasitas yang kecil, berkisar hanya dari ratusan KB hingga 4 MB dengan harga yang sangat mahal. Sedangkan memori utama yang kecepatannya jauh di bawah kecepatan prosesor memiliki kapasitas yang lebih besar, berkisar dari 128 MB hingga 4 GB dengan harga yang jauh lebih murah. Sistem hirarki memori ini memiliki tujuan agar kinerja komputer yang maksimal bisa didapat dengan harga yang terjangkau.
Manajemen Penyimpanan Sekunder
Penyimpanan sekunder ( secondary storage) adalah sarana penyimpanan yang berada satu tingkat di bawah memori utama sebuah komputer dalam hirarki memori. Tidak seperti memori utama komputer, penyimpanan sekunder tidak memiliki hubungan langsung dengan prosesor melalui bus, sehingga harus melewati M/K.Sarana penyimpanan sekunder memiliki ciri-ciri umum sebagai berikut:
1. Non volatile(tahan lama). Walaupun komputer dimatikan, data-data yang disimpan di sarana penyimpanan sekunder tidak hilang. Data disimpan dalam piringan-piringan magnetik.
2. Tidak berhubungan langsung dengan bus CPU. Dalam struktur organisasi komputer modern, sarana penyimpanan sekunder terhubung dengan northbridge. Northbridge yang menghubungkan sarana penyimpanan sekunder pada M/K dengan bus CPU.
3. Lambat. Data yang berada di sarana penyimpanan sekunder memiliki waktu yang lebih lama untuk diakses ( read/write) dibandingkan dengan mengakses di memori utama. Selain disebabkan oleh bandwidth bus yang lebih rendah, hal ini juga dikarenakan adanya mekanisme perputaran head dan piringan magnetik yang memakan waktu.
4. Harganya murah. Perbandingan harga yang dibayar oleh pengguna per byte data jauh lebih murah dibandingkan dengan harga memori utama.
Sarana penyimpanan sekunder memiliki fungsi-fungsi sebagai berikut:1. Menyimpan berkas secara permanen. Data atau berkas diletakkan secara fisik pada piringan magnet dari disk, yang tidak hilang walaupun komputer dimatikan ( non volatile)
2. Menyimpan program yang belum dieksekusi prosesor. Jika sebuah program ingin dieksekusi oleh prosesor, program tersebut dibaca dari disk, lalu diletakkan di memori utama komputer untuk selanjutnya dieksekusi oleh prosesor menjadi proses.
3. Memori virtual. Adalah mekanisme sistem operasi untuk menjadikan beberapa ruang kosong dari disk menjadi alamat-alamat memori virtual, sehingga prosesor bisa menggunakan memorivirtual ini seolah-olah sebagai memori utama. Akan tetapi, karena letaknya di penyimpanan sekunder, akses prosesor ke memori virtual menjadi jauh lebih lambat dan menghambat kinerja komputer.
Sistem operasi memiliki peran penting dalam manajemen penyimpanan sekunder. Tujuan penting dari manajemen ini adalah untuk keamanan, efisiensi, dan optimalisasi penggunaan sarana penyimpanan sekunder.Manajemen Sistem M/K ( I/O)
Pekerjaan utama yang paling sering dilakukan oleh sistem komputer selain melakukan komputasi adalah Masukan/Keluaran (M/K). Dalam kenyataannya, waktu yang digunakan untuk komputasi lebih sedikit dibandingkan waktu untuk M/K. Ditambah lagi dengan banyaknya variasi perangkat M/K sehingga membuat manajemen M/K menjadi komponen yang penting bagi sebuah sistem operasi. Sistem operasi juga sering disebut device manager, karena sistem operasi mengatur berbagai macam perangkat ( device).
Fungsi-fungsi sistem operasi untuk sistem M/K:
- Penyanggaan ( buffering). Menampung data sementara dari/ke perangkat M/K
- Penjadwalan ( scheduling). Melakukan penjadualan pemakaian M/K sistem supaya lebih efisien.
- Spooling. Meletakkan suatu pekerjaan program pada penyangga, agar setiap perangkat dapat mengaksesnya saat perangkat tersebut siap.
- Menyediakan driver perangkat yang umum. Driver digunakan agar sistem operasi dapat memberi perintah untuk melakukan operasi pada perangkat keras M/K yang umum, seperti optical drive, media penyimpanan sekunder, dan layar monitor.
- Menyediakan driver perangkat yang khusus. Driver digunakan agar sistem operasi dapat memberi perintah untuk melakukan operasi pada perangkat keras M/K tertentu, seperti kartu suara, kartu grafis, dan motherboard
Manajemen Sistem Berkas
File atau berkas adalah representasi program dan data yang berupa kumpulan informasi yang saling berhubungan dan disimpan di perangkat penyimpanan. Sistem berkas ini sangatlah penting, karena informasi atau data yang disimpan dalam berkas adalah sesuatu yang sangat berharga bagi pengguna. Sistem operasi harus dapat melakukan operasi-operasi pada berkas, seperti membuka, membaca, menulis, dan menyimpan berkas tersebut pada sarana penyimpanan sekunder. Oleh karena itu, sistem operasi harus dapat melakukan operasi berkas dengan baik.Sistem operasi melakukan manajemen sistem berkas dalam beberapa hal:
· Pembuatan berkas atau direktori. Berkas yang dibuat nantinya akan diletakkan pada direktori-direktori yang diinginkan pada sistem berkas. Sistem operasi akan menunjukkan tempat dimana lokasi berkas atau direktori tersebut akan diletakkan. Setelah itu, sistem operasi akan membuat entri yang berisi nama berkas dan lokasinya pada sistem berkas.
· Penghapusan berkas atau direktori. Sistem operasi akan mencari letak berkas atau direktori yang hendak dihapus dari sistem berkas, lalu menghapus seluruh entri berkas tersebut, agar tempat dari berkas tersebut dapat digunakan oleh berkas lainnya.
· Pembacaan dan menulis berkas. Proses pembacaan dan penulisan berkas melibatkan pointer yang menunjukkan posisi dimana sebuah informasi akan dituliskan di dalam sebuah berkas.
· Meletakkan berkas pada sistem penyimpanan sekunder. Sistem operasi mengatur lokasi fisik tempat penyimpanan berkas pada sarana penyimpanan sekunder
Pelayanan Sistem Operasi
Seperti yang telah kita ketahui bersama, tujuan dari sebuah sistem operasi adalah sebagai penghubung antara user dan hardware, dimana sistem operasi memberikan kemudahan-kemudahan agar user tidak harus mengakses hardware secara langsung dalam bahasa mesin, tetapi dalam bentuk layanan-layanan yang diberikan oleh sistem operasi.Berikut ini adalah kategori-kategori layanan yang diberikan oleh sistem operasi:
· Antarmuka. Sistem operasi menyediakan berbagai fasilitas yang membantu programmer dalam membuat program seperti editor. Walaupun bukan bagian dari sistem operasi, tapi layanan ini diakses melalui sistem operasi.
· Eksekusi Program. Sistem harus bisa me- load program ke memori, dan menjalankan program tersebut. Program harus bisa menghentikan pengeksekusian baik secara normal maupun tidak (ada error).
· Operasi Masukan/Keluaran. Program yang sedang dijalankan kadang kala membutuhkan Masukan/Keluaran. Untuk efisiensi dan keamanan, pengguna biasanya tidak bisa mengatur piranti masukan/keluaran secara langsung, untuk itulah sistem operasi harus menyediakan mekanisme dalam melakukan operasi masukan/keluaran.
· Manipulasi Sistem Berkas. Program harus membaca dan menulis berkas, dan kadang kala juga harus membuat dan menghapus berkas.
· Komunikasi. Kadang kala sebuah proses memerlukan informasi dari proses lain. Ada dua cara umum dimana komunikasi dapat dilakukan. Komunikasi dapat terjadi antara proses dalam satu komputer, atau antara proses yang berada dalam komputer yang berbeda tetapi dihubungkan oleh jaringan komputer. Komunikasi dapat dilakukan dengan share-memory atau message-passing, dimana sejumlah informasi dipindahkan antara proses oleh sistem operasi.
· Deteksi Error. Sistem operasi harus selalu waspada terhadap kemungkinan error. Error dapat terjadi di CPU dan memori perangkat keras, masukan/keluaran, dan di dalam program yang dijalankan pengguna. Untuk setiap jenis error sistem operasi harus bisa mengambil langkah yang tepat untuk mempertahanan jalannya proses komputasi, misalnya dengan menghentikan jalannya program, mencoba kembali melakukan operasi yang dijalankan, atau melaporkan kesalahan yang terjadi agar pengguna dapat mengambil langkah selanjutnya.
Disamping pelayanan di atas, terdapat juga layanan-layanan lain yang bertujuan untuk mempertahankan efisiensi sistem itu sendiri. Layanan tambahan itu yaitu: · Alokasi Sumber Daya. Ketika beberapa pengguna menggunakan sistem atau beberapa program dijalankan secara bersamaan, sumber daya harus dialokasikan bagi masing-masing pengguna dan program tersebut.
· Accounting. Kita menginginkan agar jumlah pengguna yang menggunakan sumber daya, dan jenis sumber daya yang digunakan selalu terjaga. Untuk itu maka diperlukan suatu perhitungan dan statistik. Perhitungan ini diperlukan bagi seseorang yang ingin merubah konfigurasi sistem untuk meningkatkan pelayanan.
· Proteksi. Layanan proteksi memastikan bahwa segala akses ke sumber daya terkontrol; dan tentu saja keamanan terhadap gangguan dari luar sistem tersebut. Keamanan bisa saja dilakukan dengan terlebih dahulu mengindentifikasi pengguna. Ini bisa dilakukan dengan meminta password bila ingin menggunakan sumber daya.
System Calls
Komputer digunakan untuk melakukan suatu proses yang dikehendaki user. Oleh karena itu harus ada suatu bentuk komunikasi antara user dan hardware. Komunikasi itu terjadi dalam bentuk system calls. SO melalui shell-nya akan menangkap perintah dari user yang kemudian akan dikomunikasikan melalui system calls. Disinilah peran SO sebagai jembatan komunikasi antara user dan hardware itu terjadi. System calls itu sendiri umumnya ditulis dalam bahasa C dan C++.Mengenai shell, shell itu sendiri secara umum adalah layer yang berfungsi sebagai interface antara user dan inti dalam sistem operasi (kernel). Melalui shell, user dapat memberi perintah-perintah yang akan dikirim ke sistem operasi, sehingga shell ini merupakan layer yang menerima interaksi dari user secara langsung. Shell dalam SO secara umum dibagi menjadi 2, Command Line(CLI) dan Graphical(GUI). Jadi dengan kata lain, system calls berperan sebagai interface dalam layanan-layanan yang disediakan oleh sistem operasi.
Untuk lebih jelasnya lihat gambar berikut. Contoh di atas adalah sytem calls di dalam program yang membaca data dari satu file lalu meng- copy-nya ke file lain.
System Programs
Seperti yang sudah kita pelajari di bab-bab awal bahwa terdapat empat komponen utama dalam sistem komputer, apabila kita jabarkan, dari yang paling bawah adalah perangkat keras ( Hardware), lalu di atasnya adalah sistem operasi, kemudian di atasnya dimana yang berhubungan langsung dengan para pengguna adalah sistem program dan program aplikasi. Di dalam sistem komputer, sistem program berguna untuk menyediakan kemudahan-kemudahan bagi pengembangan progran serta eksekusi. sistem program yang sering kita gunakan contohnya adalah format dan login. Sistem program dibagi dalam beberapa kategori yaitu:· Manajemen/manipulasi Berkas. Membuat, menghapus, menyalin, mengganti nama, mencetak, memanipulasi berkas dan direktori.
· Informasi Status. Beberapa program meminta informasi tentang tanggal, jam, jumlah memori dan disk yang tersedia, jumlah pengguna dan informasi yang sejenis.
· Modifikasi Berkas. Membuat berkas dan memodifikasi isi berkas yang disimpan pada disk atau tape.
· Pendukung Bahasa Pemograman. Kadang kala kompilator, assembler, interpreter, dari bahasa pemograman diberikan kepada pengguna dengan bantuan sistem operasi.
· Loading dan Eksekusi Program. Ketika program di assembly atau dikompilasi, program tersebut harus di load ke dalam memori untuk dieksekusi. Untuk itu sistem harus menyediakan absolute loaders, relocatable loaders, linkage editors, dan overlay loaders.
· Komunikasi. Komunikasi menyediakan mekanisme komunikasi antara proses, pengguna, dan sistem komputer yang berbeda. Sehingga pengguna bisa mengirim pesan, browse web pages, mengirim e-mail, atau mentransfer berkas.
Struktur Sederhana
Pada awalnya, sistem operasi dimulai sebagai sistem yang kecil, sederhana, dan terbatas. Lama kelamaan, sistem operasi semakin berkembang menjadi suatu sistem yang lebih besar dari awalnya. Dalam perkembangannya, ada sistem yang terstruktur dengan kurang baik, dan ada juga yang baik. Contoh sistem yang terstruktur kurang baik adalah MS-DOS. Sistem operasi ini dirancang sedemikian rupa agar mampu berjalan pada hardware yang terbatas. Memang memiliki struktur, tapi belum terbagi-bagi dalam modul-modul, dan interface serta fungsionalitas tidak begitu jelas batasannya.Begitu pula dengan UNIX, yang pada awalnya juga terbatas oleh hardware yang ada. Sistem ini dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu kernel dan program sistem. Kernel sendiri dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu device driver dan interface, yang kemudian terus berkembang seiring dengan perkembangan UNIX. Berikut ini adalah skema struktur UNIX.
Struktur Berlapis
Rasanya susah membayangkan sekian banyak fungsi yang disediakan oleh sistem operasi diimplementasikan dalam satu program saja. Karena itu, lebih mudah untuk membaginya dalam sejumlah layer/lapisan. Tentu setiap lapisan memiliki fungsinya sendiri-sendiri, dan juga bisa menambah fungsi-fungsi lain, berdasarkan fungsi-fungsi yang tersedia pada lapisan-lapisan lain yang dibawahnya.Lapisan-lapisan sistem operasi adalah suatu abstraksi dari enkapsulasi sekumpulan struktur data dalam sistem operasi. Lapisan-lapisan yang berada di atas bisa mengakses operasi-operasi yang tersedia di lapisan-lapisan bawahnya. Stallings memberi model yang lebih detail, sebagai berikut:
· Lapisan 1. Berisi berbagai sirkuit elektronik, misal register, memory cells, dan logic gate.
· Lapisan 2. Berisi instruksi prosesor, misal instruksi aritmatika, instruksi transfer data, dsb.
· Lapisan 3. Penambahan konsep seperti prosedur/subrutin, maupun fungsi yang me-return nilai tertentu.
· Lapisan 4. Penambahan interrupt.
· Lapisan 5. Program sebagai sekumpulan instruksi yang dijalankan oleh prosesor.
· Lapisan 6. Berhubungan dengan secondary storage device, yaitu membaca/menulis head, track, dan sektor.
· Lapisan 7. Menciptakan alamat logika untuk proses. Mengatur hubungan antara main memory, virtual memory, dan secondary memory.
· Lapisan 8. Program sebagai sekumpulan instruksi yang dijalankan oleh prosesor.
· Lapisan 9. Berhubungan dengan secondary storage device, yaitu membaca/menulis head,track, dan sektor.
· Lapisan 10. Menciptakan alamat logika untuk proses. Mengatur hubungan antara main memory, virtual memory, dan secondary memory.
· Lapisan 11. Program sebagai sekumpulan instruksi yang dijalankan oleh prosesor.
· Lapisan 12. File adalah objek yang memiliki nama dan ukuran. Abstraksi dari lapisan 9.
· Lapisan 13. Menyediakan interface agar bisa berinteraksi dengan pengguna.
Lapisan-lapisan dari 1-4 bukanlah bagian dari sistem operasi dan masih menjadi bagian dari prosesor secara ekslusif.Lapisan ke-5 hingga ke-7, sistem operasi sudah berhubungan dengan prosesor. Selanjutnya dari lapisan ke-8 hingga 13, sistem operasi berhubungan dengan media penyimpanan maupun perlatan-peralatan lain yang ditancapkan, misalnya peralatan jaringan.
Virtual Machine
Virtual Machine(VM) adalah sebuah mesin yang mempunyai dasar logika yang menggunakan pendekatan lapisan-lapisan ( layers)dari sistem komputer.Sehingga sistem komputer dengan tersendiri dibangun atas lapisan-lapisan tersebut, dengan urutan lapisannya mulai dari lapisan terendah sampai lapisan teratas adalah sebagai berikut:· Perangkat keras (semua bagian fisik komputer)
· Kernel (program untuk mengontrol disk dan sistem file, multi-tasking, load-balancing, networking dan security)
· Sistem program (program yang membantu general user)
Kernel yang berada pada lapisan kedua ini, menggunakan instruksi perangkat keras untuk menciptakan seperangkat system call yang dapat digunakan oleh komponen-komponen pada level sistem program. Sistem program kemudian dapat menggunakan system call dan perangkat keras lainnya seolah-olah pada level yang sama. Meskipun sistem program berada di level tertinggi , namun program aplikasi bisa melihat segala sesuatu pada tingkatan dibawahnya seakan-akan mereka adalah bagian dari mesin. Pendekatan dengan lapisan-lapisan inilah yang kemudian menjadi kesimpulan logis pada konsep Virtual Machine(VM) atau virtual machine(VM).Kekurangan Virtual Machine(VM)
Ada beberapa kesulitan utama dari konsep VM, diantaranya adalah:· Dalam sistem penyimpanan. Sebagai contoh kesulitan dalam sistem penyimpanan adalah sebagai berikut: Andaikan kita mempunyai suatu mesin yang memiliki 3 disk drive namun ingin mendukung 7 VM. Keadaan ini jelas tidak memungkinkan bagi kita untuk dapat mengalokasikan setiap disk drive untuk tiap VM, karena perangkat lunak untuk mesin virtual sendiri akan membutuhkan ruang disk secara substansi untuk menyediakan memori virtual dan spooling.Solusinya adalah dengan menyediakan disk virtual atau yang dikenal pula dengan minidisk, dimana ukuran daya penyimpanannya identik dengan ukuran sebenarnya. Dengan demikian, pendekatan VM juga menyediakan sebuah antarmuka yang identik dengan underlying bare hardware.
· Dalam hal pengimplementasian. Meski konsep VM cukup baik, namun VM sulit diimplementasikan.
Kelebihan Virtual Machine(VM)
Terlepas dari segala kekurangannya, VM memiliki beberapa keunggulan, antara lain:· Dalam hal keamanan. VM memiliki perlindungan yang lengkap pada berbagai sistem sumber daya, yaitu dengan meniadakan pembagian resources secara langsung, sehingga tidak ada masalah proteksi dalam VM. Sistem VM adalah kendaraan yang sempurna untuk penelitian dan pengembangan sistem operasi. Dengan VM, jika terdapat suatu perubahan pada satu bagian dari mesin, maka dijamin tidak akan mengubah komponen lainnya.
· Memungkinkan untuk mendefinisikan suatu jaringan dari Virtual Machine(VM). Tiap-tiap bagian mengirim informasi melalui jaringan komunikasi virtual. Sekali lagi, jaringan dimodelkan setelah komunikasi fisik jaringan diimplementasikan pada perangkat lunak.
Manajemen proses
Konsep Proses
Proses didefinisikan sebagai program yang sedang dieksekusi. Menurut Silberschatz proses tidak hanya sekedar suatu kode program ( text section), melainkan meliputi beberapa aktivitas yang bersangkutan seperti program counter dan stack. Sebuah proses juga melibatkan stack yang berisi data sementara (parameter fungsi/ metode, return address, dan variabel lokal) dan data section yang menyimpan variabel-variabel global. Tanenbaum juga berpendapat bahwa proses adalah sebuah program yang dieksekusi yang mencakup program counter, register, dan variabel di dalamnya.
Keterkaitan hubungan antara proses dengan sistem operasi terlihat dari cara sistem operasi menjalankan/ mengeksekusi proses. Sistem operasi mengeksekusi proses dengan dua cara yaitu batch system yang mengeksekusi jobs dan time-shared system yang mengatur pengeksekusian program pengguna ( user) atau tasks. Bahkan pada sistem pengguna tunggal ( single user) seperti Microsoft Windows dan Mac OS, seorang pengguna mampu menjalankan beberapa program pada saat yang sama, seperti Spread Sheet, Web Browser, dan Web Email. Bahkan jika pengguna hanya menggunakan satu program saja pada satu waktu, sistem operasi perlu mendukung program internalnya sendiri, seperti manajemen memori. Dengan kata lain, semua aktivitas tersebut adalah identik sehingga kita menyebutnya ''proses''.
Program itu sendiri bukanlah sebuah proses. Program merupakan sebuah entitas pasif; serupa isi dari sebuah berkas didalam disket. Sedangkan sebuah proses adalah suatu entitas aktif, dengan sebuah program counter yang menyimpan alamat instruksi yang selanjutnya akan dieksekusi dan seperangkat sumber daya ( resource) yang dibutuhkan agar sebuah proses dapat dieksekusi.
Diagram Status Proses
Sebuah proses dapat memiliki tiga status utama yaitu:
- Running. Status yang dimiliki pada saat instruksi-instruksi dari sebuah proses dieksekusi
- Waiting. Status yang dimiliki pada saat proses menunggu suatu sebuah event seperti proses M/K.
- Ready. Status yang dimiliki pada saat proses siap untuk dieksekusi oleh prosesor
Terdapat dua status tambahan, yaitu saat pembentukan dan terminasi:
- New. Status yang dimiliki pada saat proses baru saja dibuat
- Terminated. Status yang dimiliki pada saat proses telah selesai dieksekusi.
Hanya satu proses yang dapat berjalan pada prosesor mana pun pada satu waktu. Namun, banyak proses yang dapat berstatus Ready atau Waiting. Ada tiga kemungkinan bila sebuah proses memiliki status Running:
- Jika program telah selesai dieksekusi maka status dari proses tersebut akan berubah menjadi Terminated.
- Jika waktu yang disediakan oleh OS untuk proses tersebut sudah habis maka akan terjadi interrupt dan proses tersebut kini berstatus Ready.
- Jika suatu event terjadi pada saat proses dieksekusi (seperti ada permintaan M/K) maka proses tersebut akan menunggu event tersebut selesai dan proses berstatus Waiting.
Process Control Block
Setiap proses digambarkan dalam sistem operasi oleh sebuah process control block(PCB) - juga disebut sebuah control block. Sebuah PCB ditunjukkan dalam Gambar 10.2, Process Control Block. PCB berisikan banyak bagian dari informasi yang berhubungan dengan sebuah proses yang spesifik, termasuk hal-hal di bawah ini:
- Status Proses. Status new, ready, running, waiting, halted, dan juga banyak lagi.
- Program Counter . Suatu stack yang berisi alamat dari instruksi selanjutnya untuk dieksekusi untuk proses ini.
- CPU register. Register bervariasi dalam jumlah dan jenis, tergantung pada rancangan komputer. Register tersebut termasuk accumulator, register indeks, stack pointer, general-purposes register, ditambah code information pada kondisi apa pun. Beserta dengan program counter, keadaan/status informasi harus disimpan ketika gangguan terjadi, untuk memungkinkan proses tersebut berjalan/bekerja dengan benar setelahnya (lihat Gambar 10.3, Status Proses).
- Informasi manajemen memori. Informasi ini dapat termasuk suatu informasi sebagai nilai dari dasar dan batas register, tabel halaman, atau tabel segmen tergantung pada sistem memori yang digunakan oleh sistem operasi (lihat Bagian V, Memori).
- Informasi pencatatan. Informasi ini termasuk jumlah dari CPU dan waktu riil yang digunakan, batas waktu, jumlah akun, jumlah job atau proses, dan banyak lagi.
- Informasi status M/K. Informasi termasuk daftar dari perangkat M/K 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.
Pembentukan Proses
Saat komputer berjalan, terdapat banyak proses yang berjalan secara bersamaan. Sebuah proses dibuat melalui system call create-process yang membentuk proses turunan ( child process) yang dilakukan oleh proses induk ( parent process). Proses turunan tersebut juga mampu membuat proses baru sehingga semua proses ini pada akhirnya membentuk pohon proses. Ketika sebuah proses dibuat maka proses tersebut dapat memperoleh sumber-daya seperti waktu CPU, memori, berkas, atau perangkat M/K. Sumber daya ini dapat diperoleh langsung dari sistem operasi, dari proses induk yang membagi-bagikan sumber daya kepada setiap proses turunannnya, atau proses turunan dan proses induk berbagi sumber-daya yang diberikan sistem operasi.Di dalam UNIX daftar dari proses yang sedang aktif berjalan bisa didapatkan dengan menggunakan perintah ps, contoh ps -el. Ada dua kemungkinan bagaimana jalannya ( running) proses induk dan turunan. Proses-proses tersebut berjalan secara konkuren atau proses induk menunggu sampai beberapa/seluruh proses turunannya selesai berjalan. Juga terdapat dua kemungkinan dalam pemberian ruang alamat ( address space) proses yang baru. Proses turunan dapat merupakan duplikasi.
Bila UNIX menggunakan kemungkinan pertama (proses baru merupakan duplikasi induknya) maka sistem operasi DEC VMS menggunakan kemungkinan kedua dalam pembuatan proses baru yaitu setiap proses baru memiliki program yang di- load ke ruang alamatnya dan melaksanakan program tersebut. Sedangkan sistem operasi Microsoft Windows NT mendukung dua kemungkinan tersebut. Ruang alamat proses induk dapat diduplikasi atau proses induk meminta sistem operasi untuk me- load program yang akan dijalankan proses baru ke ruang alamatnya.
Terminasi Proses
Suatu proses diterminasi ketika proses tersebut telah selesai mengeksekusi perintah terakhir atau diterminasi dengan sengaja oleh proses lain, biasanya proses induk yang melakukan hal ini. Pada saat terminasi. Semua sumber-daya yang digunakan oleh proses akan dialokasikan kembali oleh sistem operasi agar dapat dimanfaatkan oleh proses lain. Suatu proses yang diterminasi karena selesai melakukan tugasnya, sistem operasi akan memanggil system call exit() sedangkan proses yang diterminasi dengan sengaja oleh proses lain melalui system call abort. Biasanya proses induk melakukan terminasi sengaja pada turunannya. Alasan terminasi tersebut seperti:1. Turunan melampaui penggunaan sumber-daya yang telah dialokasikan. Dalam keadaan ini, proses induk perlu mempunyai mekanisme untuk memeriksa status turunannya-nya.
2. Task yang ditugaskan kepada turunan tidak lagi diperlukan.
3. Proses induk selesai, dan sistem operasi tidak mengizinkan proses turunan untuk tetap berjalan. Jadi, semua proses turunan akan berakhir pula. Hal ini yang disebut cascading termination.
Thread
Suatu proses dikontrol oleh paling sedikit satu thread. Namun, sebagian besar proses yang ada sekarang biasanya dijalankan oleh beberapa buah thread. Multithreading adalah sebuah mekanisme di mana dalam suatu proses, ada beberapa thread yang mengerjakan tugasnya masing-masing pada waktu yang bersamaan. Contohnya, sebuah web browser harus menampilkan sebuah halaman yang memuat banyak gambar. Pada program yang single-threaded, hanya ada satu thread untuk mengatur suatu gambar, lalu jika gambar itu telah ditampilkan, barulah gambar lain bisa diproses. Dengan multithreading, proses bisa dilakukan lebih cepat jika ada thread yang menampilkan gambar pertama, lalu thread lain untuk menampilkan gambar kedua, dan seterusnya, di mana thread-thread tersebut berjalan secara paralel.
Saat sebuah program Java dieksekusi, yaitu saat main() dijalankan, ada sebuah thread utama yang bekerja. Java adalah bahasa pemrograman yang mendukung adanya pembentukan thread tambahan selain thread utama tersebut. Thread dalam Java diatur oleh Java Virtual Machine(JVM) sehingga sulit untuk menentukan apakah thread Java berada di user-level atau kernel-level.
Suatu thread bisa berada pada salah satu dari status berikut:
- New . Thread yang berada di status ini adalah objek dari kelas Thread yang baru dibuat, yaitu saat instansiasi objek dengan statement new. Saat thread berada di status new, belum ada sumber daya yang dialokasikan, sehingga thread belum bisa menjalankan perintah apapun.
- Runnable . Agar thread bisa menjalankan tugasnya, method start() dari kelas Thread harus dipanggil. Ada dua hal yang terjadi saat pemanggilan method start(), yaitu alokasi memori untuk thread yang dibuat dan pemanggilan method run(). Saat method run() dipanggil, status thread berubah menjadi runnable, artinya thread tersebut sudah memenuhi syarat untuk dijalankan oleh JVM. Thread yang sedang berjalan juga berada di status runnable.
- Blocked . Sebuah thread dikatakan berstatus blocked atau terhalang jika terjadi blocking statement, misalnya pemanggilan method sleep(). sleep() adalah suatu method yang menerima argumen bertipe integer dalam bentuk milisekon. Argumen tersebut menunjukkan seberapa lama thread akan "tidur". Selain sleep(), dulunya dikenal method suspend(), tetapi sudah disarankan untuk tidak digunakan lagi karena mengakibatkan terjadinya deadlock. Di samping blocking statement, adanya interupsi M/K juga dapat menyebabkan thread menjadi blocked. Thread akan menjadi runnable kembali jika interval method sleep()-nya sudah berakhir, atau pemanggilan method resume() jika untuk menghalangi thread tadi digunakan method suspend() atau M/K sudah tersedia lagi.
- Dead . Sebuah thread berada di status dead bila telah keluar dari method run(). Hal ini bisa terjadi karena thread tersebut memang telah menyelesaikan pekerjaannya di method run(), maupun karena adanya pembatalan thread. Status jelas dari sebuah thread tidak dapat diketahui, tetapi method isAlive() mengembalikan nilai boolean untuk mengetahui apakah thread tersebut dead atau tidak.
Sinkronisasi & Deadlock
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.
Dalam bab ini akan dijelaskan bagaimana implementasi sinkronisasi dalam Linux. Metode-metode sinkronisasi yang dibahas meliputi integer atomik yang merupakan salah satu jenis dari operasi atomik, locking yang terdiri dari spin lock dan semafor, dan dijelaskan hal-hal lain yang terkait dengan pembahasan ini.
Critical Section
Sebuah proses memiliki bagian dimana bagian ini akan melakukan akses dan manipulasi data. Bagian ini disebut dengan critical section. Ketika sebuah proses sedang dijalankan dalam critical section nya, tidak ada proses lain yang boleh dijalankan dalam critical section nya. Karena hal ini dapat memungkinkan terjadinya akses ke resources yang sama dalam waktu yang sama. Keadaan seperti ini disebut proses tersebut mutually exclusive. Oleh karena itu, diperlukan suatu mekanisme atau aturan agar proses sifat mutually exclusive dapat terpenuhi.Dengan mengontrol variabel mana yang diubah baik didalam maupun diluar critical section, concurrent access dapat dicegah. Critical section biasanya digunakan saat program multithreading, dimana program tersebut terdiri dari banyak thread, akan mengubah nilai dari variabel. Dalam hal ini critical section diperlukan untuk melindungi variabel dari concurrent access yang dapat membuat nilai dari variabel tersebut menjadi tidak konsisten.
Lalu bagaimana critical section tersebut diimplementasikan didalam sistem operasi. Metode yang paling sederhana adalah dengan mencegah adanya thread lain yang mengubah variabel yang sedang digunakan dalam critical section. Selain itu, system call yang dapat menyebabkan context switch juga dihindari. Jika scheduler meng- interrupt proses yang sedang mengakses critical section nya, maka scheduler akan membiarkan proses tersebut menyelesaikan critical section nya atau menghentikannya sementara untuk memberi kesempatan bagi proses lain untuk menjalankan critical section nya. Proses yang sedang berada dalam critical section nya dijalankan secara mutually exclusive.
Semafor
Semafor dalam LINUX adalah sleeping locks. Ketika sebuah thread meminta semafor yang sedang digunakan, maka semafor akan meletakkan thread tersebut dalam wait queue dan menyebabkan thread tersebut masuk status sleep. Kemudian processor menjalankan thread yang lain. Ketika thread yang memegang semafor melepaskan lock nya, maka satu dari thread yang ada di wait queue akan dipanggil sehingga akan mendapatkan semafor.Beberapa konklusi yang dapat diambil berkaitan dengan sleeping yang terjadi dalam semafor diantaranya :
· Karena thread yang sedang menunggu giliran untuk dijalankan masuk dalam status sleep, maka semafor cocok untuk lock yang digunakan untuk waktu yang cukup lama.
· Sebaliknya, semafor tidak cocok untuk lock yang digunakan dalam waktu yang singkat karena waktu yang digunakan untuk sleeping, menjaga wait queue, dan membangunkan thread yang sedang sleep akan menambah waktu lock.
· Thread yang sedang memegang semafor dapat sleep dan tidak akan deadlock ketika ada thread yang lain yang mendapatkan semafor yang sama karena thread tersebut akan sleep dan membiarkan thread yang pertama untuk melanjutkan eksekusinya.
· Suatu thread tidak dapat memegang spin lock ketika menunggu untuk mendapatkan semafor karena thread tersebut harus sleep dan tidak dapat sleep dengan memegang spin lock.
Model Sistem
Keadaan dimana suatu proses yang meminta sumber daya pasti terjadi dalam suatu sistem. Untuk itu dibutuhkan cara pemodelan terhadapnya. Terdapat tipe sumber daya R 1, R 2, ..., R m. Contohnya adalah space pada memori dan juga komponen-komponen M/K. Setiap tipe sumber daya R i tersebut memiliki W i instances. Misalnya sebuah sumber daya M/K memiliki dua buah instances yang bisa diakses oleh proses.Sebuah proses dalam melakukan penggunaan terhadap suatu sumber daya melalui langkah-langkah sebagai berikut:
· Request . Pada langkah ini, pertama kali proses mengajukan diri untuk bisa mendapatkan sumber daya. Proses dapat meminta satu atau lebih sumber daya yang tersedia ataupun yang sedang dimiliki oleh proses yang lain.
· Use . Selanjutnya, setelah proses mendapatkan sumber daya yang dibutuhkannya, proses akan melakukan eksekusi. Sumber daya digunakan oleh proses sampai proses selesai melakukan eksekusi dan tidak membutuhkan lagi sumber daya tersebut.
· Release . Setelah memanfaatkan sumber daya untuk melakukan eksekusi, proses pun akan melepaskan sumber daya yang dimilikinya. Sumber daya tersebut dibutuhkan oleh proses lain yang mungkin sedang menunggu untuk menggunakan.
Karakteristik
Setelah pada bagian sebelumnya kita telah mengetahui mengenai pengertian dari deadlock dan bagaimana memodelkannya, sekarang kita akan membahas secara mendalam mengenai karakteristik dari terjadinya deadlock. Karakteristik-karakteristik ini harus dipenuhi keempatnya untuk terjadi deadlock. Namun, perlu diperhatikan bahwa hubungan kausatif antara empat karakteristik ini dengan terjadinya deadlock adalah implikasi. Deadlock mungkin terjadi apabila keempat karakteristik terpenuhi. Empat kondisi tersebut adalah:1. Mutual Exclusion . Kondisi yang pertama adalah mutual exclusion yaitu proses memiliki hak milik pribadi terhadap sumber daya yang sedang digunakannya. Jadi, hanya ada satu proses yang menggunakan suatu sumber daya. Proses lain yang juga ingin menggunakannya harus menunggu hingga sumber daya tersebut dilepaskan oleh proses yang telah selesai menggunakannya. Suatu proses hanya dapat menggunakan secara langsung sumber daya yang tersedia secara bebas.
2. Hold and Wait . Kondisi yang kedua adalah hold and wait yaitu beberapa proses saling menunggu sambil menahan sumber daya yang dimilikinya. Suatu proses yang memiliki minimal satu buah sumber daya melakukan request lagi terhadap sumber daya. Akan tetapi, sumber daya yang dimintanya sedang dimiliki oleh proses yang lain. Pada saat yang sama, kemungkinan adanya proses lain yang juga mengalami hal serupa dengan proses pertama cukup besar terjadi. Akibatnya, proses-proses tersebut hanya bisa saling menunggu sampai sumber daya yang dimintanya dilepaskan. Sambil menunggu, sumber daya yang telah dimilikinya pun tidak akan dilepas. Semua proses itu pada akhirnya saling menunggu dan menahan sumber daya miliknya.
3. No Preemption . Kondisi yang selanjutnya adalah no preemption yaitu sebuah sumber daya hanya dapat dilepaskan oleh proses yang memilikinya secara sukarela setelah ia selesai menggunakannya. Proses yang menginginkan sumber daya tersebut harus menunggu sampai sumber daya tersedia, tanpa bisa merebutnya dari proses yang memilikinya.
4. Circular Wait . Kondisi yang terakhir adalah circular wait yaitu kondisi membentuk siklus yang berisi proses-proses yang saling membutuhkan. Proses pertama membutuhkan sumber daya yang dimiliki proses kedua, proses kedua membutuhkan sumber daya milik proses ketiga, dan seterusnya sampai proses ke n-1 yang membutuhkan sumber daya milik proses ke n. Terakhir, proses ke n membutuhkan sumber daya milik proses yang pertama. Yang terjadi adalah proses-proses tersebut akan selamanya menunggu. Circular wait oleh penulis diistilahkan sebagai 'Lingkaran Setan' tanpa ujung.
Penanganan
Secara umum terdapat 4 cara untuk menangani keadaan deadlock, yaitu:1. Pengabaian. Maksud dari pengabaian di sini adalah sistem mengabaikan terjadinya deadlock dan pura-pura tidak tahu kalau deadlock terjadi. Dalam penanganan dengan cara ini dikenal istilah ostrich algorithm. Pelaksanaan algoritma ini adalah sistem tidak mendeteksi adanya deadlock dan secara otomatis mematikan proses atau program yang mengalami deadlock. Kebanyakan sistem operasi yang ada mengadaptasi cara ini untuk menangani keadaan deadlock. Cara penanganan dengan mengabaikan deadlock banyak dipilih karena kasus deadlock tersebut jarang terjadi dan relatif rumit dan kompleks untuk diselesaikan. Sehingga biasanya hanya diabaikan oleh sistem untuk kemudian diselesaikan masalahnya oleh user dengan cara melakukan terminasi dengan Ctrl+Alt+Del atau melakukan restart terhadap komputer.
2. Pencegahan. Penanganan ini dengan cara mencegah terjadinya salah satu karakteristik deadlock. Penanganan ini dilaksanakan pada saat deadlock belum terjadi pada sistem. Intinya memastikan agar sistem tidak akan pernah berada pada kondisi deadlock. Akan dibahas secara lebih mendalam pada bagian selanjutnya.
3. Penghindaran. Menghindari keadaan deadlock. Bagian yang perlu diperhatikan oleh pembaca adalah bahwa antara pencegahan dan penghindaran adalah dua hal yang berbeda. Pencegahan lebih kepada mencegah salah satu dari empat karakteristik deadlock terjadi, sehingga deadlock pun tidak terjadi. Sedangkan penghindaran adalah memprediksi apakah tindakan yang diambil sistem, dalam kaitannya dengan permintaan proses akan sumber daya, dapat mengakibatkan terjadi deadlock. Akan dibahas secara lebih mendalam pada bagian selanjutnya.
4. Pendeteksian dan Pemulihan. Pada sistem yang sedang berada pada kondisi deadlock, tindakan yang harus diambil adalah tindakan yang bersifat represif. Tindakan tersebut adalah dengan mendeteksi adanya deadlock, kemudian memulihkan kembali sistem. Proses pendeteksian akan menghasilkan informasi apakah sistem sedang deadlock atau tidak serta proses mana yang mengalami deadlock. Akan dibahas secara lebih mendalam pada bagian selanjutnya.
Pencegahan
Pencegahan deadlock dapat dilakukan dengan cara mencegah salah satu dari empat karakteristik terjadinya deadlock. Berikut ini akan dibahas satu per satu cara pencegahan terhadap empat karakteristik tersebut.1. Mutual Exclusion . Kondisi mutual exclusion pada sumber daya adalah sesuatu yang wajar terjadi, yaitu pada sumber daya yang tidak dapat dibagi (non-sharable). Sedangkan pada sumber daya yang bisa dibagi tidak ada istilah mutual exclusive. Jadi, pencegahan kondisi yang pertama ini sulit karena memang sifat dasar dari sumber daya yang tidak dapat dibagi.
2. Hold and Wait . Untuk kondisi yang kedua, sistem perlu memastikan bahwa setiap kali proses meminta sumber daya, ia tidak sedang memiliki sumber daya lain. Atau bisa dengan proses meminta dan mendapatkan sumber daya yang dimilikinya sebelum melakukan eksekusi, sehingga tidak perlu menunggu.
3. No Preemption . Pencegahan kondisi ini dengan cara membolehkan terjadinya preemption. Maksudnya bila ada proses yang sedang memiliki sumber daya dan ingin mendapatkan sumber daya tambahan, namun tidak bisa langsung dialokasikan, maka akan preempted. Sumber daya yang dimiliki proses tadi akan diberikan pada proses lain yang membutuhkan dan sedang menunggu. Proses akan mengulang kembali eksekusinya setelah mendapatkan semua sumber daya yang dibutuhkannya, termasuk sumber daya yang dimintanya terakhir.
4. Circular Wait . Kondisi 'lingkaran setan' ini dapat 'diputus' dengan jalan menentukan total kebutuhan terhadap semua tipe sumber daya yang ada. Selain itu, digunakan pula mekanisme enumerasi terhadap tipe-tipe sumber daya yang ada. Setiap proses yang akan meminta sumber daya harus meminta sumber daya dengan urutan yang menaik. Misalkan sumber daya printer memiliki nomor 1 sedangkan CD-ROM memiliki nomor 3. Proses boleh melakukan permintaan terhadap printer dan kemudian CD-ROM, namun tidak boleh
Penghindaran
Penghindaran terhadap deadlock adalah cara penanganan yang selanjutnya. Inti dari penghindaran adalah jangan sembarangan membolehkan proses untuk memulai atau meminta lagi. Maksudnya adalah, jangan pernah memulai suatu proses apabila nantinya akan menuju ke keadaan deadlock. Kedua, jangan memberikan kesempatan pada proses untuk meminta sumber daya tambahan jika penambahan tersebut akan membawa sistem pada keadaan deadlock. Tidak mungkin akan terjadi deadlock apabila sebelum terjadi sudah kita hindari.Langkah lain untuk menghindari adalah dengan cara tiap proses memberitahu jumlah kebutuhan maksimum untuk setiap tipe sumber daya yang ada. Selanjutnya terdapat deadlock-avoidance algorithm yang secara rutin memeriksa state dari sistem untuk memastikan tidak adanya kondisi circular wait serta sistem berada pada kondisi safe state. Safe state adalah suatu kondisi dimana semua proses mendapatkan sumber daya yang dimintanya dengan sumber daya yang tersedia. Apabila tidak bisa langsung, ia harus menunggu selama waktu tertentu, kemudian mendapatkan sumber daya yang diinginkan, melakukan eksekusi, dan terakhir melepas kembali sumber daya tersebut. Terdapat dua jenis algoritma penghindaran yaitu resource-allocation graph untuk single instances resources serta banker's algorithm untuk multiple instances resources.
Algoritma penghindaran yang pertama yaitu resource-allocation graph akan dijelaskan secara mendalam pada bab selanjutnya yaitu Diagram Graf. Untuk algoritma yang kedua yaitu banker's algorithm akan dibahas pada bab ini dan dilengkapi oleh pembahasan di bab selanjutnya.
Dalam banker's algorithm, terdapat beberapa struktur data yang digunakan, yaitu:
· Available . Jumlah sumber daya yang tersedia.
· Max . Jumlah sumber daya maksimum yang diminta oleh tiap proses.
· Allocation . Jumlah sumber daya yang sedang dimiliki oleh tiap proses.
· Need . Sisa sumber daya yang masih dibutuhkan oleh proses, didapat dari max- allocation.
Kemudian terdapat safety algorithm untuk menentukan apakah sistem berada pada safe state atau tidak. Pendeteksian
Pada dasarnya kejadian deadlock sangatlah jarang terjadi. Apabila kondisi tersebut terjadi, masing-masing sistem operasi mempunyai mekanisme penanganan yang berbeda. Ada sistem operasi yang ketika terdapat kondisi deadlock dapat langsung mendeteksinya. Namun, ada pula sistem operasi yang bahkan tidak menyadari kalau dirinya sedang mengalami deadlock. Untuk sistem operasi yang dapat mendeteksi deadlock, digunakan algoritma pendeteksi. Secara lebih mendalam, pendeteksian kondisi deadlock adalah cara penanganan deadlock yang dilaksanakan apabila sistem telah berada pada kondisi deadlock. Sistem akan mendeteksi proses mana saja yang terlibat dalam kondisi deadlock. Setelah diketahui proses mana saja yang mengalami kondisi deadlock, maka diadakan mekanisme untuk memulihkan sistem dan menjadikan sistem berjalan kembali dengan normal.Mekanisme pendeteksian adalah dengan menggunakan detection algorithm yang akan memberitahu sistem mengenai proses mana saja yang terkena deadlock. Setelah diketahui proses mana saja yang terlibat dalam deadlock, selanjutnya adalah dengan menjalankan mekanisme pemulihan sistem yang akan dibahas pada bagian selanjutnya. Berikut ini adalah algoritma pendeteksian deadlock.
Pemulihan
Pemulihan kondisi sistem terkait dengan pendeteksian terhadap deadlock. Apabila menurut algoritma pendeteksian deadlock sistem berada pada keadaan deadlock, maka harus segera dilakukan mekanisme pemulihan sistem. Berbahaya apabila sistem tidak segera dipulihkan dari deadlock, karena sistem dapat mengalami penurunan performance dan akhirnya terhenti.Cara-cara yang ditempuh untuk memulihkan sistem dari deadlock adalah sebagai berikut:
1. Terminasi proses. Pemulihan sistem dapat dilakukan dengan cara melalukan terminasi terhadap semua proses yang terlibat dalam deadlock. Dapat pula dilakukan terminasi terhadap proses yang terlibat dalam deadlock secara satu per satu sampai 'lingkaran setan' atau circular wait hilang. Seperti diketahui bahwa circular wait adalah salah satu karakteristik terjadinya deadlock dan merupakan kesatuan dengan tiga karakteristik yang lain. Untuk itu, dengan menghilangkan kondisi circular wait dapat memulihkan sistem dari deadlock.Dalam melakukan terminasi terhadap proses yang deadlock, terdapat beberapa faktor yang menentukan proses mana yang akan diterminasi. Faktor pertama adalah prioritas dari proses-proses yang terlibat deadlock. Faktor kedua adalah berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk eksekusi dan waktu proses menunggu sumber daya. Faktor ketiga adalah berapa banyak sumber daya yang telah dihabiskan dan yang masih dibutuhkan. Terakhir, faktor utilitas dari proses pun menjadi pertimbangan sistem untuk melakukan terminasi pada suatu proses.
2. Rollback and Restart . Dalam memulihkan keadaan sistem yang deadlock, dapat dilakukan dengan cara sistem melakukan preempt terhadap sebuah proses dan kembali ke state yang aman. Pada keadaan safe state tersebut, proses masih berjalan dengan normal, sehingga sistem dapat memulai proses dari posisi aman tersebut. Untuk menentukan pada saat apa proses akan rollback, tentunya ada faktor yang menentukan. Diusahakan untuk meminimalisasi kerugian yang timbul akibat memilih suatu proses menjadi korban. Harus pula dihindari keadaan dimana proses yang sama selalu menjadi korban, sehingga proses tersebut tidak akan pernah sukses menjalankan eksekusi.
PEMBAHASAN
.
1. Konsep Dasar Penjadualan Proses
Penjadualan proses merupakan kumpulan kebijaksanaan dan mekanisme di dalam sistem operasi yang berkaitan dengan urutan kerja yang dilakukan sistem komputer.
Penjadualan bertugas memutuskan :
– Proses yang harus berjalan
– Kapan dan selama berapa lama proses itu berjalan
Penjadualan proses didasarkan pada sistem operasi yang menggunakan prinsip multiprogramming. Penjadualan proses adalah pemilihan proses dari ready queue untuk dapat dieksekusi.
1.1. Preemptive Scheduling
Pada saat CPU menganggur, maka sistem operasi harus menyeleksi proses-proses yang ada di memori utama (ready queue) dan mengalokasikan CPU untuk mengeksekusi salah satu dari proses tersebut. Keputusan untuk menjadualkan CPU mengikuti empat keadaan dibawah ini :
1. Apabila proses berpindah dari keadaan running ke waiting;
2. Apabila proses berpindah dari keadaan running ke ready;
3. Apabila proses berpindah dari keadaan waiting ke ready;
4. Apabila proses berhenti.
Terdapat 2 strategi penjadualan, apabila model penjadualan yang dipilih menggunakan keadaan 1 dan 4, maka penjadualan semacam ini disebut non-preemptive. Sebaliknya, apabila yang digunakan adalah keadaan 2 dan 3, maka disebut dengan preemptive.
Pada Non-Preemptive, jika ada proses yang sedang dieksekusi oleh CPU, maka proses tersebut tidak dapat digantikan oleh proses yang lain hingga proses tersebut selesai dieksekusi.
Sedangkan pada Preemptive, Jika ada proses yang sedang dieksekusi oleh CPU, maka proses tersebut dapat digantikan atau diberhentikan sementara untuk memberi ruang kepada proses lain yang memiliki prioritas lebih tinggi.
1.2. Dispatcher
Komponen yang lain yang terlibat dalam penjadualan CPU adalah dispatcher. Dispatcher adalah modul yang memberikan kontrol CPU kepada proses yang sedang terjadwal. Fungsinya adalah:
1. Context switching
Mengganti state dari suatu proses dan mengembalikannya untuk menghindari monopoli CPU time. Context switching dilakukan untuk menangani suatu interrupt(misalnya menunggu waktu M/K). Untuk menyimpan state dari proses-proses yang terjadwal sebuah Process Control Block harus dibuat untuk mengingat proses-proses yang sedang diatur scheduler. Selain state suatu proses, PCB juga menyimpan process ID, program counter (posisi saat ini pada program), prioritas proses dan data-data tambahan lainnya.
2. Switching to user mode dari kernel mode.
3. Lompat dari suatu bagian di progam user untuk mengulang program.
Dispatcher seharusnya dapat dilakukan secepat mungkin. Dispatch Latency adalah waktu yang diperlukan dispatcher untuk menghentikan suatu proses dan memulai proses yang lain.
2. Kriteria Penjadualan
Suatu algoritma penjadualan CPU yang berbeda dapat mempunyai nilai yang berbeda untuk sistem yang berbeda. Banyak kriteria yang bisa dipakai untuk menilai algoritma penjadualan CPU.
Kriteria yang digunakan dalam menilai adalah:
1. CPU Utilization . Kita ingin menjaga CPU sesibuk mungkin. CPU utilization akan mempunyai range dari 0 sampai 100 persen. Di sistem yang sebenarnya ia mempunyai range dari 40 sampai 100 persen.
2. Throughput . Salah satu ukuran kerja adalah banyaknya proses yang diselesaikan per satuan waktu. Jika kita mempunyai beberapa proses yang sama dan memiliki beberapa algoritma penjadualan yang berbeda, throughput bisa menjadi salah satu kriteria penilaian, dimana algoritma yang menyelesaikan proses terbanyak mungkin yang terbaik.
3. Turnaround Time . Dari sudut pandang proses tertentu, kriteria yang penting adalah berapa lama untuk mengeksekusi proses tersebut. Memang, lama pengeksekusian sebuah proses sangat tergantung dari hardware yang dipakai, namun kontribusi algoritma penjadualan tetap ada dalam lama waktu yang dipakai untuk menyelesaikan sebuah proses. Misal kita memiliki sistem komputer yang identik dan proses-proses yang identik pula, namun kita memakai algoritma yang berbeda, algoritma yang mampu menyelesaikan proses yang sama dengan waktu yang lebih singkat mungkin lebih baik dari algoritma yang lain. Interval waktu yang diijinkan dengan waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan sebuah proses disebut turnaround time. Turnaround time adalah jumlah periode untuk menunggu untuk dapat ke memori, menunggu di ready queue, eksekusi CPU, dan melakukan operasi M/K.
4. Waiting Time . Algoritma penjadualan CPU tidak mempengaruhi waktu untuk melaksanakan proses tersebut atau M/K, itu hanya mempengaruhi jumlah waktu yang dibutuhkan proses di antrian ready. Waiting time adalah jumlah waktu yang dibutuhkan proses di antrian ready.
5. Response Time . Di sistem yang interaktif, turnaround time mungkin bukan waktu yang terbaik untuk kriteria. Sering sebuah proses dapat memproduksi output di awal, dan dapat meneruskan hasil yang baru sementara hasil yang sebelumnya telah diberikan ke pengguna. Ukuran lain adalah waktu dari pengiriman permintaan sampai respon yang pertama diberikan. Ini disebut response time, yaitu waktu untuk memulai memberikan respon, tetapi bukan waktu yang dipakai output untuk respon tersebut.
6. Fairness . Suatu algoritma harus memperhatikan pengawasan nilai prioritas dari suatu proses (menghindari terjadinya starvation CPU time).
7. Efisiensi. Rendahnya overhead dalam context switching, penghitungan prioritas dan sebagainya menentukan apakah suatu algoritma efisien atau tidak.
Sebaiknya ketika kita akan membuat algoritma penjadualan yang dilakukan adalah memaksimalkan CPU utilization dan throughput, dan meminimalkan turnaround time, waiting time, dan response time.
3. Algoritma Penjadualan
Penjadualan berkaitan dengan permasalahan memutuskan proses mana yang akan dilaksanakan dalam suatu sistem. Proses yang belum mendapat jatah alokasi dari CPU akan mengantri di ready queue. Algoritma penjadualan berfungsi untuk menentukan proses manakah yang ada di ready queue yang akan dieksekusi oleh CPU.
3.1 First Come First Served Scheduling(FCFS)
Algoritma ini merupakan algoritma penjadualan yang paling sederhana yang digunakan CPU. Dengan menggunakan algoritma ini setiap proses yang berada pada status ready dimasukkan kedalam FIFO queue atau antrian dengan prinsip first in first out, sesuai dengan waktu kedatangannya. Proses yang tiba terlebih dahulu yang akan dieksekusi.
1. Waiting time rata-ratanya cukup lama.
2. Terjadinya convoy effect, yaitu proses-proses menunggu lama untuk menunggu 1 proses besar yang sedang dieksekusi oleh CPU. Algoritma ini juga menerapkan konsep non-preemptive, yaitu setiap proses yang sedang dieksekusi oleh CPU tidak dapat di-interrupt oleh proses yang lain.
3.2 Shortest Job First Scheduling (SJF)
Pada algoritma ini setiap proses yang ada di ready queue akan dieksekusi berdasarkan burst time terkecil. Hal ini mengakibatkan waiting time yang pendek untuk setiap proses dan karena hal tersebut maka waiting time rata-ratanya juga menjadi pendek, sehingga dapat dikatakan bahwa algoritma ini adalah algoritma yang optimal.
Ada beberapa kekurangan dari algoritma ini yaitu:
1. Susahnya untuk memprediksi burst time proses yang akan dieksekusi selanjutnya.
2. Proses yang mempunyai burst time yang besar akan memiliki waiting time yang besar pula karena yang dieksekusi terlebih dahulu adalah proses dengan burst time yang lebih kecil.
Algoritma ini dapat dibagi menjadi dua bagian yaitu :
1. Preemptive . Jika ada proses yang sedang dieksekusi oleh CPU dan terdapat proses di ready queue dengan burst time yang lebih kecil daripada proses yang sedang dieksekusi tersebut, maka proses yang sedang dieksekusi oleh CPU akan digantikan oleh proses yang berada di ready queue tersebut.
2. Non-preemptive . CPU tidak memperbolehkan proses yang ada di ready queue untuk menggeser proses yang sedang dieksekusi oleh CPU meskipun proses yang baru tersebut mempunyai burst time yang lebih kecil.
3.3 Priority Scheduling
Priority Scheduling merupakan algoritma penjadualan yang mendahulukan proses yang memiliki prioritas tertinggi. Setiap proses memiliki prioritasnya masing-masing.
Prioritas suatu proses dapat ditentukan melalui beberapa karakteristik antara lain:
1. Time limit.
2. Memory requirement.
3. Akses file.
4. Perbandingan antara burst M/K dengan CPU burst.
5. Tingkat kepentingan proses.
Priority scheduling juga dapat dijalankan secara preemptive maupun non-preemptive. Pada preemptive, jika ada suatu proses yang baru datang memiliki prioritas yang lebih tinggi daripada proses yang sedang dijalankan, maka proses yang sedang berjalan tersebut dihentikan, lalu CPU dialihkan untuk proses yang baru datang tersebut. Sementara itu, pada non-preemptive, proses yang baru datang tidak dapat menganggu proses yang sedang berjalan, tetapi hanya diletakkan di depan queue.
Kelemahan pada priority scheduling adalah dapat terjadinya indefinite blocking( starvation). Suatu proses dengan prioritas yang rendah memiliki kemungkinan untuk tidak dieksekusi jika terdapat proses lain yang memiliki prioritas lebih tinggi darinya.
Solusi dari permasalahan ini adalah aging, yaitu meningkatkan prioritas dari setiap proses yang menunggu dalam queue secara bertahap.
3.4 Round Robin Scheduling
Algoritma ini menggilir proses yang ada di antrian. Proses akan mendapat jatah sebesar time quantum. Jika time quantum-nya habis atau proses sudah selesai, CPU akan dialokasikan ke proses berikutnya. Tentu proses ini cukup adil karena tak ada proses yang diprioritaskan, semua proses mendapat jatah waktu yang sama dari CPU yaitu (1/n), dan tak akan menunggu lebih lama dari (n-1)q dengan q adalah lama 1 quantum.
Algoritma ini sepenuhnya bergantung besarnya time quantum. Jika terlalu besar, algoritma ini akan sama saja dengan algoritma first come first served. Jika terlalu kecil, akan semakin banyak peralihan proses sehingga banyak waktu terbuang.
Permasalahan utama pada Round Robin adalah menentukan besarnya time quantum. Jika time quantum yang ditentukan terlalu kecil, maka sebagian besar proses tidak akan selesai dalam 1 quantum. Hal ini tidak baik karena akan terjadi banyak switch, padahal CPU memerlukan waktu untuk beralih dari suatu proses ke proses lain (disebut dengan context switches time). Sebaliknya, jika time quantum terlalu besar, algoritma Round Robin akan berjalan seperti algoritma first come first served. Time quantum yang ideal adalah jika 80% dari total proses memiliki CPU burst time yang lebih kecil dari 1 time quantum.
3.5 Multilevel Queue Scheduling
Ide dasar dari algoritma ini berdasarkan pada sistem prioritas proses. Kemudian muncul ide untuk menganggap kelompok-kelompok tersbut sebagai sebuah antrian-antrian kecil yang merupakan bagian dari antrian keseluruhan proses, yang sering disebut dengan algoritma multilevel queue.
Dalam hal ini, dapat dilihat bahwa seolah-olah algoritma dengan prioritas yang dasar adalah algoritma multilevel queue dimana setiap queue akan berjalan dengan algoritma FCFS yang memiliki banyak kelemahan. Oleh karena itu, algoritma multilevel queue memungkinkan adanya penerapan algoritma internal dalam masing-masing sub-antriannya yang bisa memiliki algoritma internal yang berbeda untuk meningkatkan kinerjanya.
Berawal dari priority scheduling, algoritma ini pun memiliki kelemahan yang sama dengan priority scheduling, yaitu sangat mungkin bahwa suatu proses pada queue dengan prioritas rendah bisa saja tidak mendapat jatah CPU. Untuk mengatasi hal tersebut, salah satu caranya adalah dengan memodifikasi algoritma ini dengan adanya jatah waktu maksimal untuk tiap antrian, sehingga jika suatu antrian memakan terlalu banyak waktu, maka prosesnya akan dihentikan dan digantikan oleh antrian dibawahnya, dan tentu saja batas waktu untuk tiap antrian bisa saja sangat berbeda tergantung pada prioritas masing-masing antrian.
3.6 Multilevel Feedback Queue Scheduling
Algoritma ini mirip sekali dengan algoritma multilevel queue. Perbedaannya ialah algoritma ini mengizinkan proses untuk pindah antrian. Jika suatu proses menyita CPU terlalu lama, maka proses itu akan dipindahkan ke antrian yang lebih rendah. Hal ini menguntungkan proses interaksi karena proses ini hanya memakai waktu CPU yang sedikit. Demikian pula dengan proses yang menunggu terlalu lama. Proses ini akan dinaikkan tingkatannya. Biasanya prioritas tertinggi diberikan kepada proses dengan CPU burst terkecil, dengan begitu CPU akan terutilisasi penuh dan M/K dapat terus sibuk. Semakin rendah tingkatannya, panjang CPU burst proses juga semakin besar.
Algoritma ini didefinisikan melalui beberapa parameter, antara lain:
a. Jumlah antrian.
b. Algoritma penjadualan tiap antrian.
c. Kapan menaikkan proses ke antrian yang lebih tinggi.
d. Kapan menurunkan proses ke antrian yang lebih rendah.
e. Antrian mana yang akan dimasuki proses yang membutuhkan.
Dengan pendefinisian seperti tadi membuat algoritma ini sering dipakai, karena algoritma ini mudah dikonfigurasi ulang supaya cocok dengan sistem. Tapi untuk mengatahui mana penjadwal terbaik, kita harus mengetahui nilai parameter tersebut.
Multilevel feedback queue adalah salah satu algoritma yang berdasar pada algoritma multilevel queue. Perbedaan mendasar yang membedakan multilevel feedback queue dengan multilevel queue biasa adalah terletak pada adanya kemungkinan suatu proses berpindah dari satu antrian ke antrian lainnya, entah dengan prioritas yang lebih rendah ataupun lebih tinggi. Pada zaman sekarang ini algoritma multilevel feedback queue adalah salah satu yang paling banyak digunakan.
3.7 Guaranteed Scheduling
Penjadualan ini memberi daya pemroses yang sama untuk membuat dan menyesuaikan performance adalah jika ada N pemakai, sehingga setiap proses (pemakai) akan mendapatkan 1/N dari daya pemroses CPU. Untuk mewujudkannya, sistem harus selalu menyimpan informasi tentang jumlah waktu CPU untuk semua proses sejak login dan juga berapa lama pemakai sedang login. Kemudian jumlah waktu CPU, yaitu waktu mulai login dibagi dengan n, sehingga lebih mudah menghitung rasio waktu CPU. Karena jumlah waktu pemroses tiap pemakai dapat diketahui, maka dapat dihitung rasio antara waktu pemroses yang sesungguhnya harus diperoleh, yaitu 1/N waktu pemroses seluruhnya dan waktu pemroses yang telah diperuntukkan proses itu. Algoritma akan menjalankan proses dengan rasio paling rendah hingga naik ke tingkat lebih tinggi diatas pesaing terdekatnya. Ide sederhana ini dapat diimplementasikan ke sistem real-time dan memiliki penjadualan berprioritas dinamis.
3.8 Multiple Processor Scheduling
Pada prosesor jamak, penjadualannya jauh lebih kompleks daripada prosesor tunggal karena pada prosesor jamak memungkinkan adanya load sharing antar prosesor yang menyebabkan penjadualan menjadi lebih kompleks namun kemampuan sistem tersebut menjadi lebih baik.
Pendekatan pertama untuk penjadualan prosesor jamak adalah penjadualan asymmetric multiprocessing atau bisa disebut juga sebagai penjadualan master/slave. Dimana pada metode ini hanya satu prosesor(master) yang menangani semua keputusan penjadualan, pemrosesan M/K, dan aktivitas sistem lainnya dan prosesor lainnya (slave) hanya mengeksekusi proses. Metode ini sederhana karena hanya satu prosesor yang mengakses struktur data sistem dan juga mengurangi data sharing. Penjadualan SMP (Symmetric multiprocessing) adalah pendekatan kedua untuk penjadualan prosesor jamak. Dimana setiap prosesor menjadualkan dirinya sendiri (self scheduling). Semua proses mungkin berada pada ready queue yang biasa, atau mungkin setiap prosesor memiliki ready queue tersendiri.
Bagaimanapun juga, penjadualan terlaksana dengan menjadualkan setiap prosesor untuk memeriksa antrian ready dan memilih suatu proses untuk dieksekusi.
4. Metode Evaluasi Penjadualan
Pemilihan algoritma penjadualan merupakan hal yang sulit. Persoalan pertama adalah mendefinisikan kriteria untuk pemilihan algoritma. Kriteria-kriteria yang sering digunakan adalah fairness (keadilan), efisiensi, waktu tanggap, turn around time, dan throughput. Kriteria kemudian dapat menjadi:
1. Memaksimumkan utilisasi pemroses dengan konstrain waktu tanggap maksismum adalah 500 milidetik, atau
2. Memaksimumkan throughput bahwa turn around time adalah berbanding linear dengan waktu eksekusi total
Begitu kriteria pemilihan telah didefinisikan, kita dapat mengevaluasi beragam algoritma. Terdapat sejumlah metode evaluasi untuk melakukan hal ini, yaitu :
1. Pemodelan deterministik
Pemodelan deterministik merupakan evaluasi analitis. Evaluasi analitis menggunakan algoritma dan beban kerja sistem untuk menghasilkan satu rumus atau angka yang menunjukkan kinerja algoritma untuk beban kerja itu. Pemodelan deterministik menggunakan suatu beban kerja tertentu yang telah ditentukan dan mendefinisikan kinerja algoritma untuk beban kerja itu.
2. Pemodelan antrian
Sistem komputer dipandang sebagai satu jaringan pelayan (server). Masing-masing pelayan mempunyai satu antrian dari proses-proses yang menunggu layanan. Pemroses adalah satu pelayan dengan satu antrian proses yang siap menerima layanan, begitu juga perangkat I/O adalah antrian perangkat. Dengan mengetahui rate kedatangan dan rate layanan, maka kita dapat mengkomputasi utilisasi, panjang antrian rata-rata, waktu tunggu rata-rata dan sebagainya. Bidang studi ini adalah analisis jaringan antrian (queueing network analysis).
3. Simulasi
Simulasi dapat memberikan evaluasi algoritma penjadualan dengan lebih akurat. Simulasi melibatkan pemrograman model system komputer. Dengan simulasi akan diperoleh statistik yang menyatakan kinerja algoritma
4. Implementasi
Simulasi pun hanya memberikan akurasi yang terbatas. Satu-satunya cara paling akurat dalam mengevaluasi algoritma penjadualan adalah mengimplementasikannya, menjalankannya pada sistem nyata dan melihatnya bekerja. Pendekatan ini adalah menjalankan algoritma nyata di sistem nyata untuk keperluan evaluasi pada beban atau kondisi operasi yang nyata.
Masing-masing cara evaluasi algoritma penjadualan mempunyai kelebihan dan kelemahan.
