MANAJEMEN PROSES
Proses :
Adalah program yang sedang
di jalankan atau software yang sedang dilaksanakan termasuk sistem operasi yang
disusun menjadi sejumlah proses sequential.
Konsep dasar :
1. Multiprogramming
Melakukan
proses satu persatu secara bergantian dalam waktu yang sangat cepat / bersamaan
(hardware level). Setiap proses mempunyai satu virtual CPU.
2. Pseudoparallelism
Melakukan lebih dari
satu pekerjaan dalam waktu yang bersamaan / pseudoparallelism (user level).
Model Proses :
1.
Sequential
Process / bergantian
2.
Multiprogramming
3.
CPU Switching à peralihan prosedur
dalam mengolah 1 proses ke proses lainnya.
Keterangan :
a.
multiprogramming
untuk 4 program di memori
b.
model konseptual
untuk 4 proses independent, sequential
c.
hanya 1 program
yang aktif dalam 1 waktu = pseudoparalel
Hirarki Proses
Pemanggilan
proses oleh proses lain disebut parallel. Sistem operasi menyediakan apa yang
dibutuhkan oleh proses. Umumnya proses diciptakan dan dihilangkan selama
operasi berlangsung.
1. Create
& Destroy Proses
Sistem
operasi yang mendukung konsep proses, harus menyediakan suatu cara untuk
membuat (create) proses dan menghilangkan (destroy) proses.
2. Fork
System Call
Mekanisme
untuk membuat (create) proses yang identik dengan proses yang
memanggilnya.
Contoh
:
Parent à children
à children à children
à children
Pada UNIX, parent
dan child process running secara parallel.
Pada DOS, parent
dan child process running secara bergantian (sequential). Contohnya : MSDOS
sebagai parent dan program aplikasi sebagai child.
Process scheduler :
untuk pengaturan eksekusi proses
3 Status proses / bagian keadaan proses :
1. Running
/ kerja, benar-benar menggunakan CPU pada saat itu (sedang mengeksekusi
instruksi proses itu).
2. Blocked
/ terhenti, tidak dapat berjalan sampai kegiatan eksternal terlaksana (proses
menunggu kejadian untuk melengkapi tugasnya)
Bisa
berupa proses menunggu : Selesainya operasi perangkat I/O; Tersedianya memori;
Tibanya pesan jawaban
3. Ready
/ siap, proses siap dikerjakan tetapi menunggu giliran dengan proses lain yang
sedang dikerjakan (bisa berjalan, sementara berhenti untuk memungkinkan proses
lain dikerjakan)
Transisi Status
 |
1.
Proses di blok untuk melayani input
karena sumber daya yang diminta belum tersedia / meminta layanan I/O sehingga
menunggu kejadian muncul.
2.
Penjadwalan mengambil proses lain.
3.
Penjadwalan mengambil proses ini
(baru).
4.
Input telah tersedia.
Implementasi Proses
:
§ Untuk
mengimplementasikan model proses, sistem operasi menggunakan suatu tabel /
array yang disebut tabel proses dengan 1 entry per-proses.
§ Setiap
entry berisi tentang : status proses, program counter, stack pointer, alokasi
memori, status file, informasi schedulling / penjadwalan informasi, dll dari
status kerja ke status siap.
Contoh Tabel Proses
:
|
Proses
management
|
Memory
management
|
File
management
|
|
Register
|
Pointer to text
segment
|
UMASK mask |
|
Program counter
|
Pointer to data
segment
|
Root directoy
|
|
Program status
word
|
Pointer to bss
segment
|
Working directory
|
|
Stack pointer
|
Exit status
|
File descriptiors
|
|
Process state
|
Signal status
|
Effective uid
|
|
Time when process
started
|
Process id
|
Effective gid
|
|
CPU time used
|
Parent process
|
System call
parameters
|
|
Children’s CPU
time
|
Process group
|
Various flag bits
|
|
Time of next
alarm
|
Real uid
|
|
|
Message queue
pointers
|
Effective uid
|
|
|
Pending signal
bits
|
Real gid
|
|
|
Process id
|
Effective gid
|
|
|
Various flag bits
|
Bit maps for
signals
|
|
|
|
Various flag bits
|
|
v
Interupsi : Kerja prosesor
pada suatu proses terhenti oleh pensaklaran konteks.
v
Pensaklaran konteks : perubahan kegiatan prosesor dari proses ke proses yang terjadi diantara
proses sistem / proses aplikasi
v Konteks
: kegiatan prosesor terhadap sesuatu hal, berasal dari
sistem operasi, sistem bahasa dan sistem utilitas.
v Blok
kendali proses : suatu bagian memori untuk mencatat
keadaan proses, yang terbagi atas wilayah dimana setiap wilayah untuk mencatat
informasi yang berbeda.
2 cara interupsi
pada processor :
1. Interupsi
langsung
Berasal
dari luar prosesor (peripheral / alat mengirim sinyal kepada prosesor untuk
meminta pelayanan)
2. Interupsi
Tanya / Polling
Berasal
dari prosesor (prosesor secara bergiliran mengecek apakah ada peripheral yang
memerlukan pelayanan atau tidak)
§
Interupsi dapat di-enable dan disable
tergantung pada levelnya.
§
Pembangkit interupsi dapat berasal dari :
o
Program, di dalam
program telah dirancang pada bagian tertentu akan terjadi pensaklaran konteks,
yang menimbulkan interupsi, contohnya pada saat penggunaan alat / prosesor
secara bergantian.
o Prosesor, prosesor sendiri dapat membangkitkan interupsi, yang biasa mengolah
logika dan aritmatika. Jika melampoi ukuran tampung register di dalam prosesor,
maka terjadi kekeliruan yang akan menginterupsi kerjanya sendiri dan
menyerahkan kendali prosesor pada sistem operasi. Misalnya
pembagian dengan bilangan nol.
o Satuan
kendali, tugas untuk melaksanakan interupsi terletak
pada satuan kendali, sehingga satuan kendali dapat membangkitkan interupsi.
Misalnya kekeliruan instruksi
o Kunci
waktu / clock, menggunakan interupsi berkala. Misalnya
pada program looping yang tak terhingga, diinterupsi pada setiap selang waktu
60 detik.
o Peripheral
I/O, I/O jika akan bekerja memberitahukan pada
prosesor dengan interupsi prosesor dan juga ketika pekerjaan selesai atau pada
saat terjadi kekeliruan paritas.
o Memori,
karena terjadi kekeliruan, misalnya ketika prosesor ingin mencapai alamat
memori yang terletak di luar bentangan alamat memori yang ada.
o Sumber
daya lain, misal dibangkitkan oleh operator sistem
komputer yang mengerti cara interupsi.
q Interupsi
vector : Berisi alamat prosedur service interupsi
q Penerimaan
interupsi dan interupsi berganda : ada kalanya
interupsi ditolak oleh prosesor atau interupsi yang datang tidak hanya satu
sehingga diperlukan prioritas.
Tindak lanjut
interupsi :
1. Penata
interupsi / interrupt handler
jika
terjadi interupsi, maka kendali prosesor diserahkan ke bagian penata interupsi
pada sistem operasi, maka penata interupsi inilah yang melaksanakan interupsi.
a. Instruksi
yang sedang diolah oleh prosesor dibiarkan sampai selesai program.
b. Penata
interupsi merekam semua informasi proses ke dalam blok kendali proses.
c. Penata
interupsi mengidentifikasi jenis dan asal interupsi.
d. Penata
interupsi mengambil tindakan sesuai dengan yang dimaksud interupsi.
e. Penata
interupsi mempersiapkan segala sesuatu untuk pelanjutan proses yang
diinterupsi.
2. Penata
keliru / error handler
yaitu
interupsi karena kekeliruan pada pengolahan proses dan bagian pada sistem
operasi yang menata kegiatan akibat kekeliruan adalah penata keliru.
a. Pemulihan, komputer
telah dilengkapi dengan sandi penemuan dan pemulihan kekeliruan, contohnya
telah dilengkapi dengan sandi Hamming sehingga ketika menemukan kekeliruan
sandi akan mengoreksi kekeliruan itu, proses pulih ke bentuk semula sebelum
terjadi kekeliruan.
b. Pengulangan, mengatur
agar proses yang membangkitkan interupsi keliru dikerjakan ulang, jika
kekeliruan dapat diatasi maka proses akan berlangsung seperti biasa, jika tidak
teratasi maka interupsi akan menempuh tindak lanjut keluar dari proses.
c. Keluar dari proses,
penata keliru menyiapkan tampilan berita keliru dari monitor, setelah itu
prosesor keluar dari proses, ini adalah tindakan terakhir jika tidak dapat
menolong proses yang keliru tersebut.
Tindak lanjut interupsi menurut Peterson &
Silberschatz :
 |
Keterangan :
1.
Rampung
Program
selesai dilaksanakan oleh prosesor sehingga penyerahan kendali proses ke
pekerjaan baru / perintah baru karena proses yang dikerjakan oleh prosesor
telah selesai.
2.
Keliru
Jika menemukan kekeliruan akan ditampilkan, kemudian
kendali prosesor diserahkan pada perintah berikutnya.
3. Permintaan bukan dari alat I/O
Setelah interupsi selesai dilayani, kendali prosesor
dikembalikan pada proses semula, misalnya interupsi berkala.
4.
Permintaan dari alat I/O
Setelah
interupsi selesai dilayani, kendali prosesor dikembalikan pada proses sebelumnya,
tetapi ada kalanya prosesor ikut campur dalam kerja alat I/O sehingga
pengembalian kendali proses semula, tidak berlangsung segera / tunggu.
5.
Rampung dari alat I/O
Setelah
interupsi selesai dilayani dan tanda rampung dicatat, kendali prosesor dikembalikan
ke proses semula. Biasanya untuk alat I/O yang tidak diikut campuri oleh
prosesor.
Catt:
1 & 2 tidak
mengembalikan prosesor ke proses yang terinterupsi, sedangkan
3,4,5 mengembalikan
prosesor ke proses yang terinterupsi.
Langkah-langkah
yang dilakukan sistem operasi pada saat terjadi interupsi :
1. hardware
memasukkan program counter, dl.l.
memasukkan
ke dalam stack pencacah program
2. Hardware
memuatkan (load) program counter baru dari vector interrupsi
3. Prosedur bahasa rakitan menyimpan isi register
4. Prosedur bahasa rakitan men-set stack yang baru
5. Prosedur
C menandai proses servis siap (ready)
6. Scheduler / penjadwalan menentukan proses mana yang akan
jalan berikutnya
7. Prosedur C kembali ke modus bahasa rakitan
8. Prosedur bahasa rakitan memulai proses yang sedang
dilaksanakan.
Komunikasi antar
proses
(Inter
Process Communinication / IPC) :
 |
Ø Beberapa
proses biasanya berkomunikasi dengan proses lainnya.
Ø Contohnya
pada shell pipe line : output dari proses pertama harus diberikan kepada proses
ke dua dan seterusnya.
Ø Pada
beberapa sistem operasi, proses-proses yang bekerja bersama sering sharing
(berbagi) media penyimpanan, dimana suatu proses dapat membaca dan menulis pada
shared storage (main memory atau files)
Masalah – masalah
pada IPC :
Race Condition
:
Suatu kondisi
dimana dua atau lebih proses mengakses shared memory / data pada saat
yang bersamaan dan hasil akhirnya tidak sesuai dengan yang dikehendaki
Contoh rase
condition :
v Print
spooler
Contoh
: berupa kumpulan data-data yang akan di cetak.
v Spooler
directory
|
|
|
|
Mengerjakan
proses lain
|
|
|
|
|
4
|
Abc
|
Out
= 4
|
 Proses A |
|
5
|
Program
c
|
|
|
|
|
6
|
Program
n
|
|
 |
|
7
|
|
In
= 7
|
|
|
|
8
|
|
|
|
Proses B
|
|
|
Mengerjakan
proses lain
|
|
>
Proses A à
cek slot input yang kosong (7) untuk mencetak suatu data dan stop
>
Interupsi ………
>
Proses B à
meletakkan data yang akan di print pada slot kosong tersebut (7) dan stop (slot
kosong berikutnya adalah 7+1=8)
>
:
prosesor mengerjakan proses lain
>
Proses A dilanjutkan à meletakkan data yang akan di print di slot (7), sehingga
meng-overwrite data proses B yang diletakkan di slot (7)
>
Maka proses B tidak akan dilaksanakan, dan tidak akan terdeteksi terjadi
kesalahan.
Untuk menghindari race condition maka harus diatur agar 2 proses yang
mempunyai critical section yang sama tidak memasuki critical section pada saat
yang bersamaan.
Critical Section / seksi kritis :
Bagian dari program yang mengakses shared memory, yang dapat menyebabkan
terjadinya race condition.
4 kondisi untuk mencegah race condition :
a. Tidak ada 2 proses yang memasuki critical sectionnya
secara bersamaan / simultan
b. Tidak ada asumsi yang dibuat yang berhubungan dengan
kecepatan dan jumlah CPU
c. Tidak
ada proses yang berjalan diluar critical section-nya yang dapat memblokir
proses-proses lain
d. Tidak
ada proses yang menunggu selamanya untuk masuk ke critical section-nya.
Mutual Exclusion
(MuTex) With Busy Waiting :
Jika suatu proses
sedang mengakses shared memory di critical sectionnya, tidak ada satu prosespun
yang dapat memasuki critical section (mutual exclusion) dan menyebabkan masalah.
Jenis-jenis mutual
exclusion :
1. Disabling
interrupt / mematikan interupsi
Dengan
cara mematikan interupsi yang masuk pada saat proses sedang berada pada
critical section-nya. Cara ini kadang
cukup berguna untuk kernel tetapi tidak untuk user. Dan cara inipun tidak
terlalu baik untuk CPU yang jumlahnya lebih dari satu, dimana disable interrupt
hanya mengenai CPU yang sedang menjalankan proses itu dan tidak berpengaruh
terhadap CPU lain
2. Lock variables
Setiap
proses yang akan mengakses ke critical section-nya harus meng-cek lock
variable. Jika 0 berarti proses dapat memasuki critical section-nya dan jika 1
maka proses harus menunggu sampai lock variable = 0. Kelemahannya adalah 2
proses masih dapat memasuki critical section-nya pada saat yang bersamaan.
Sewaktu satu proses meng-cek lock variable = 0, pada saat akan men-set 1 ada
interupsi untuk melaksanakan proses lain yang juga ingin memasuki critical
sectionnya, maka akan terjadi race condition.
3. Strict
alternation
Dengan
mengamati variable turn untuk menentukan siapa yang akan memasuki critical
section-nya bukanlah ide yang baik jika proses lebih lambat dari yang lain.
Contohnya
:
While
(true)
{
while (turn != 0) /*wait*/;
critical_section ( );
turn = 1;
noncritical_section ( );
}
while
(true)
{
while (turn != 1) /*wait*/;
critical_section ( );
turn = 0;
noncritical_section ( );
}
4. Peterson’s
Solution
Proses
tidak akan diteruskan sampai while terpenuhi, bila interested[other] = TRUE,
maka proses akan menunggu sampai FALSE.
Kelemahannya
: jika proses memanggil enter_region-nya secara hampir bersamaan, yang disimpan
di turn adalah data yang ditulis terakhir.
Contohnya
:
#
include “prototype.h”
#
define FALSE 0
#
define TRUE 1
#
define N 2 /*banyaknya proses*/
int
turn;
int
interested [N]; /*nilai
awal di-set = 0 (false)*/
void
enter_region(int process) /*proses
= 1 atau 0*/
{
int
other; /*jumlah
proses lainnya*/
other
= 1 – process; /*proses
lainnya*/
interested[process]
= TRUE; /*menunjukkan
tertarik*/
turn
= process; /*set
flag*/
while
(turn==process && interested[other] == TRUE)
}
void
leave_region(int process) /*proses
yang selesai*/
{
interested[process] = FALSE; /*meninggalkan critical region*/
}
5. Test
and Set Lock Instruction / Instruksi TSL
Dengan
bantuan hardware, menentukan siapa yang berhak memasuki critical_region
(section)
Contoh
:
Enter_region
:
Tsl reg,flag |
copy flag ke reg dan set flag = 1
Cmp reg,#0 |
apakah flag = 0
Jnz enter_region |jika
<> 0 loop lagi
Ret |return
ke caller, masuk critical region
Leave_region :
Mov flag, #0 |simpan 0 ke flag
Ret |return
ke caller
Proses
harus memanggil ini pada saat yang tepat.
Kelemahan
utama dengan busy waiting adalah menyita banyak waktu CPU dan problem inversi
prioritas.
6. Sleep
and Wake Up
Mekanismenya
: proses akan di blok / tidur (sleep) apabila tidak bisa memasuki
critical_section-nya dan akan dibangunkan (wake up) / ready apabila resource
yang diperlukan telah tersedia.
SLEEP : sistem call
membuat proses yang memanggil di blok (blocked)
WAKE UP : sistem
call yang membuat proses yang memanggil menjasi ready
Contoh
:
Procedure-Consumer
Problem (bounded buffer)
Beberapa proses share buffer dengan ukuran tetap
Jika buffer penuh producer sleep
Jika buffer kosong consumer sleep
Jika buffer mulai kosong producer
wake up
Jika buffer terisi consumer wake up
Masih ada kemungkinan terjadi race condition
7. Semaphore
(Dijkstra, 1965)
Meng-cek, mengubah
dan sleep 1 instruksi
yang
Mengubah
dan wake up tdk
dpt dipisahkan
Instruksi tersebut sangat berguna untuk sinkronisasi.
Dapat diimplementasikan untuk memecahkan
producer-consumer problem.
Mekanisme-nya
menggunakan :
-
variabel integer untuk menghitung
jumlah wake up yang disimpan / tertunda
-
bernilai 0 bila tidak ada wake up yang
disimpan, bernilai positif bila ada wake up yang tertunda
Dua macam operasi terhadap semaphore :
1. DOWN(S)
:
If S >= 0 then
S := S-1;
Else sleep
(S)
End;
2. UP(S)
:
S
:= S + 1;
If
S <= 0 then wakeup(S)
End;
Operasi
DOWN dan UP merupakan operasi yang bersifat Atomic (Atomic Action).
8. Event
Counters (Reed and Kanodia, 1979)
Tiga operasi terhadap event counter (E) :
1.
Read (E) : return current value of E
2.
Advance (E) : Atomically increment E
by 1
3.
Wait until E has a value of v or more
9. Monitor
-
Higher level synchronization
primitive.
-
Kumpulan prosedur, variabel dan
struktur data yang dipaket menjadi satu modul atau paket.
-
Proses bisa memanggil prosedur dalam
monitor, tetapi tidak dapat mengakses langsung struktur data internal dari
monitor.
10. Message
Passing
Menggunakan
2 primitive :
1. send
(destination, &message)
2. receive
(source, &message)
Beberapa
isu pada message passing system : message lost; acknowledgement; domains;
authentication; performance
Masalah Klasik IPC
:
q
The Dining Philosopher Problem
-
5 philosophers yang kerjanya hanya
makan dan berfikir
-
tersedia lima piring spaghetti dan lima sumpit
-
untuk makan dibutuhkan bua buah sumpit
-
problem-nya bagaimana cara menulis program agar setiap philosopher dapat
berfikir dan makan tanpa harus saling menunggu ?
q
The Readers and Writers Problem
-
Model akses database
-
Banyak proses berkompetisi untuk
membaca dan menulis. Contohnya : airline reservation.
-
Beberapa proses boleh membaca pada
saat yang sama
-
Bila suatu proses sedang menulis,
tidak boleh ada proses lain yang mengakses database
-
Proses membaca mempunyai prioritas
yang lebih tinggi daripada proses menulis
Proses dalam Sistem Terdistribusi
Thread
Gambar (a) :
-
mempunyai : program counter, stack,
register set, address space sendiri
-
independent satu sama lain dan
berkomunikasi lewat IPC yang disediakan sistem, seperti : semaphore, monitor,
atau message
Gambar (b) :
-
multiple threads of control (THREAD
atau lightweight Process). Thread mirip seperti little-mini process. Setiap
thread berjalan sekuensial, yang mempunyai program counter dan stack sendiri.
Thread juga men-share CPU seperti proses.
-
Thread dalam satu proses menempati
address space yang sama, tidak ada proteksi penggunaan memori antar thread
karena proses dimiliki oleh satu user.
-
Thread dapat berada pada empat state
yang berbeda, seperti process (running, blocked, ready, terminated)
Ada
3 model process pada server :
1. thread
di ciptakan untuk dapat melakukan paralelisme yang dikombinasikan dengan
eksekusi sekuensial dan blocking system calls
2. single
treads server, menggunakan blocking system calls, tetapi kinerja sistem tidak
baik
3. finite-state
machine, kinerja baik dengan melakukan parallelisme, tetapi menggunakan
nonblocking calls, sehingga sulit dalam memprogram
