Makalah Sinkronisasi Proses yang ada pada sistem operasi

Mata Kuliah Sistem Operasi 

Universitas Teknokrat Indonesia 

T.A 2020

"Proses Sinkronisasi Pada Sistem Operasi"

Konsep Interaksi Dalam menjalankan fungsinya dalam sistem operasi, dibutuhkan interaksi antara beberapa proses yang berbeda. Interaksi tersebut bertujuan agar terjadi kesinambungan antar proses yang terjadi sehingga sistem operasi dapat berjalan sebagaimana mestinya. Interaksi tersebut dapat melalui sistem berbagi memori atau dengan cara saling berkirim pesan. Terkadang, beberapa pesan yang dikirim tidak dapat diterima seluruhnya oleh penerima dan menyebabkan informasi yang lain menjadi tidak valid, maka dibutuhkanlah sebuah mekanisme sinkronasi yang akan mengatur penerimaan dan pengiriman pesan sehingga kesalahan penerimaan pesan dapat diperkecil. Pesan yang dikirim dapat ditampung dalam penyangga sebelum diterima oleh penerima. Interaksi antar proses dapat juga terjadi antara proses yang memiliki sistem berbeda. Dalam interaksi tersebut dikenal sebutan client dan server yang memungkinkan sistem yang berbeda untuk berinteraksi dengan menggunakan socket. Dalam interaksi tersebut dikenal juga RPC (Remote Procedure Call) yaitu metode yang memungkinkan sebuah sistem mengakses prosedur sistem lain dalam komputer berbeda. Dalam interaksi antar proses, terkadang suatu proses saling menunggu proses yang lain sebelum melanjutkan prosesnya, sehingga proses-proses tersebut saling menunggu tanpa akhir, hal ini disebut deadlock. Jika deadlock terjadi dalam waktu lama, maka terjadilah starvation, yaitu suatu proses tidak mendapatkan resource yang dibutuhkan. Sinkronisasi Suatu proses yang bekerja bersama-sama dan saling berbagi data dapat mengakibatkan race condition atau pengaksesan data secara bersama-sama. Critical section adalah suatu segmen kode dari proses-proses itu yang yang memungkinkan terjadinya race condition. Untuk mengatasi masalah critical section ini, suatu data yang sedang diproses tidak boleh diganggu proses lain. Solusi prasyarat critical section: Mutual Exclusion. Terjadi kemajuan (progress). Ada batas waktu tunggu (bounded waiting). Critical section dalam kernel: Interupsi. Page Fault . Kernel code memanggil fungsi penjadwalan sendiri. Solusi Critical Section Solusi critical section harus memenuhi ketiga syarat berikut: Mutual Exclusion Progress Bounded Waiting Algoritma I dan II terbukti tidak dapat memecahkan masalah critical section untuk dua proses karena tidak memenuhi syarat progress dan bounded waiting. Algoritma yang dapat menyelesaikan masalah critical section pada dua proses adalah Algoritma III. Sedangkan untuk masalah critical section pada n-buah proses dapat diselesaikan dengan menggunakan Algoritma Tukang Roti Perangkat Sinkronisasi v  Instruksi TestAndSet(). instruksi atomik yang dapat digunakan untuk menangani masalahcritical   section. v  Semafor. sebuah variabel yang hanya dapat diakses oleh dua buah operasi standar yaituincrement  dan decrement. Dua buah jenis semafor, yaitu Binary Semaphore dan Counting Semaphore.  Semafor berfungsi untuk menangani masalah critical section, mengatur alokasiresource, dan  sinkronisasi antarproses. v  Monitor. digunakan untuk menangani masalah yang muncul karena pemakaian semafor.  Monitor menjamin mutual exclusion. Untuk menangani masalah sinkronisasi yang lebih  rumit monitor menyediakan condition variable. v  JVM. mengimplementasikan monitor. Monitor JVM bekerja dengan object locking  danmethod-method wait() serta notify(). Monitor JVM dapat digunakan dengan  menggunakan keyword synchronized. Transaksi Atomik Transaksi merupakan sekumpulan instruksi atau operasi yang menjalankan sebuah fungsi logis  dan memiliki sifat atomicity, consistency, isolation, dan durability. Sifat atomicity pada transaksi  menyebabkan transaksi tersebut akan dijalankan secara keseluruhan atau tidak sama sekali.  Operasi-operasi pada transaksi atomik disimpan dalam log agar dapat dilakukan rolled-back jika  terjadi kegagalan sistem. Dengan memanfaatkan log, pemulihan data dapat dilakukan dengan  melakukan undo atau redo. Untuk menghemat waktu pada saat rolled-back, kita dapat memberikan  operasi checkpoint pada transaksi sehingga kita tidak perlu memeriksa keseluruhan transaksi untuk  memutuskan melakukan undo/redo. Serialisasi diperlukan ketika beberapa transaksi atomik dijalankan secara bersamaan. Hal ini  dimaksudkan agar sifat konsistensi hasil eksekusi transaksi dapat terpenuhi. Ada dua cara untuk  menjaga agar penjadwalan bersifat serializable, yaitu protokol penguncian dan protokol berbasis  waktu. Pada protokol penguncian, setiap data yang akan diakses harus dikunci oleh transaksi yang  akan memakainya agar transaksi lain tidak bisa mengakses data yang sama. Sedangkan, pada protokol  berbasis waktu, setiap transaksi diberikan suatu timestamp yang unik, sehingga dapat diketahui  apakah transaksi tersebut sudah dijalankan atau belum. Protokol berbasis waktu dapat mengatasi  masalah deadlock, sedangkan protokol penguncian tidak. Sinkronisasi Linux ada suatu saat dalam sebuah kernel, tidak terkecuali kernel LINUX, dapat terjadi concurrent access.  Dalam hal ini diperlukan proteksi dalam kernel yang bersangkutan. Proteksi dapat dilakukan dengan  sinkronisasi. 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. Ada dua  jenis concurrency yaitu pseudo-concurrency dan true-concurrency. Ada beberapa penyebab  konkurensi kernel, diantaranya interrupt, softirqs dan tasklets, kernel preemption,sleeping dan  synchronization with user-space, dan symmetrical multiprocessing. Salah satu metode dalam kernel  LINUX untuk sinkronisasi adalah atomic operations. Integer atomik adalah salah satu jenis dari  atomic operations. Integer Atomik menyediakan instruksi yang dijalankan secara atomik (tanpa  interrupt). Locking yang paling umum digunakan dalam LINUX adalah spin lock. Spin lock adalah  lock yang hanya dapat dilakukan oleh satu thread. Ketika sebuah thread yang akan dijalankan  meminta spin lock yang sedang digunakan, maka thread ini akan loops menunggu sampai spin lock  tersebut selesai digunakan oleh thread yang sedang berjalan. 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. Symmetrical  multiprocessing (SMP) mendukung adanya pengeksekusian secara paralel dua atau lebih thread oleh  dua atau lebih processor. Kernel LINUX 2.0 adalah kernel LINUX pertama yang memperkenalkan  konsep SMP. Deadlocks Deadlock adalah suatu keadaan dimana sistem seperti terhenti dikarenakan setiap proses memiliki  sumber daya yang tidak bisa dibagi dan menunggu untuk mendapatkan sumber daya yang sedang  dimiliki oleh proses lain. Starvation adalah keadaan dimana satu atau beberapa proses ‘kelaparan’ karena terus dan terus menunggu kebutuhan sumber dayanya dipenuhi. Namun, karena sumber daya tersebut tidak tersedia  atau dialokasikan untuk proses lain, akhirnya proses yang membutuhkan tidak bisa memilikinya.  Kondisi seperti ini merupakan akibat dari keadaan menunggu yang berkepanjangan. Karakteristik terjadinya deadlock: Mutual Exclusion . Hold and Wait . No Preemption . Circular Wait . Mekanisme penanganan deadlock: Pengabaian. Ostrich Algorithm. Pencegahan. Mencegah terjadinya salah satu kondisi deadlock. Penghindaran. Memastikan sistem berada pada safe state dan dengan menggunakan deadlock  avoidance algorithm. Pendeteksian dan Pemulihan. Mekanisme pendeteksian menggunakan detection algorithm,  sedangkan pemulihan dengan cara rollback and restart sistem ke safe state.   Diagram Graf Deadlock adalah suatu kondisi dimana proses tidak berjalan lagi ataupun tidak ada komunikasi lagi  antar proses di dalam sistem operasi. deadlock disebabkan karena proses yang satu menunggu  sumber daya yang sedang dipegang oleh proses lain yang sedang menunggu sumber daya yang  dipegang oleh proses tersebut. Untuk mendeteksi deadlock dan menyelesaikannya dapat digunakan  graf sebagai visualisasinya. Jika dalam graf terlihat adanya perputaran, maka proses tersebut memiliki  potensi terjadideadlock. Namun, jika dalam graf tidak terlihat adanya perputaran, maka proses  tersebut tidak akan terjadi deadlock. Implementasi graf dalam sistem operasi, yaitu penggunaannya  untuk penanganan deadlock pada sistem operasi. Diantaranya adalah graf alokasi sumber daya dan  graf tunggu.Graf alokasi sumber daya dan graf tunggu merupakan graf sederhana dan graf berarah.  Dua graf tersebut adalah bentuk visualisasi dalam mendeteksi masalah deadlock pada sistem operasi. Untuk mengetahui ada atau tidaknya deadlock dalam suatu graf alokasi sumber daya dapat dilihat  dari perputaran dan sumber daya yang dimilikinya. Jika tidak ada perputaran berarti tidak deadlock.  Jika ada perputaran, ada potensi terjadi deadlock. Sumber daya dengan instans tunggal dan perputaran  pasti akan mengakibatkan deadlock. Pada graf tunggu, deadlock terjadi jika dan hanya jika pada graf  tersebut ada perputaran. Untuk mendeteksi adanya perputaran diperlukan operasi sebanyak n 2,  dimana n adalah jumlah simpul dalam graf alokasi sumber daya. Bounded-Buffer Proses yang kooperatif bisa berbagi data melalui penukaran pesan. Pesan-pesan yang dikirim antar  proses akan disimpan dalam sebuah antrian sementara, yaitu buffer. Jika kapasitas buffertersebut  terbatas, maka dia disebut bounded-buffer. Untuk mencegah inkonsistensi data yang terjadi akibat  akses data oleh proses kooperatif yang berjalan secara konkuren, maka diperlukan sinkronisasi antar  proses-proses tersebut. Permasalahan bounded-buffer ini diilustrasikan dalam proses produsen-konsumen. Masalah-masalah  yang timbul adalah buffer yang merupakan critical section sehingga hanya boleh diakses satu proses pada satu waktu; keadaan dimana produsen ingin menaruh data di antrian, namun antrian penuh keadaan dimana konsumen ingin mengambil data dari antrian namun antrian kosong. Untuk menyelesaikan masalah, digunakanlah perangkat sinkronisasi semafor. Semafor yang  digunakan adalah mutex. yang menjaga buffer hanya diakses satu proses pada satu waktu; tempat_kosong. jumlah tempat kosong. tempat_terisi. jumlah tempat terisi Dengan demikian produsen yang ingin menaruh data atau konsumen yang ingin mengakses data  harus memeriksa apakah proses lain sedang memakai buffer (menggunakan mutex) dan memeriksa   apakah buffer penuh atau kosong (menggunakan tempat_kosong dan tempat_terisi). Readers/Writers Readers/Writers merupakan sebuah masalah klasik dalam contoh sinkronisasi untuk menjaga validitas  data. Jika reader sedang mengakses data, reader-reader yang lain boleh ikut mengakses data, tapi  writer harus menunggu sampai data tidak diakses siapapun. Jika writer sedang mengakses data, tidak  boleh ada thread lain yang mengakses data. Semaphore digunakan untuk sinkronisasi antar thread  (baik readers maupun writers). Sinkronisasi Dengan Semafor Program Hompimpah merupakan ilustrasi dimana sebuah thread memegang kendali sinkronisasi  thread lainnya. Seperti yang dijelaskan dalam program masing-masing dari pemain saling  mengendalikan satu sama lain, dengan menggunakan alat sinkronisasi yang bernama semafor.  Semafor dalam program adalah semafor buatan berupa class Semafor yang dibuat dalam bahasa Java. Adapun di dalamnya terdapat 2 fungsi yaitu fungsi buka() dan fungsikunci() dengan fungsi-fungsi  inilah masing-masing thread dapat mengendalikan satu sama lain. Reference : https://sites.google.com/a/student.unsika.ac.id/karaos/pengertian-os/ proses-sinkronisasi-pada-sistem-operasi

 

• Alamat Blog Dosen : https://syaifulahdan.wordpress.com
• Alamat web Program studi : http://if.ftik.teknokrat.ac.id
• Fakultas : http://ftik.teknokrat.ac.id
• Universitas : www.teknokrat.ac.id
• Nama Mahasiswa : Dwi Indriati