Sistem Operasi: Bahan Kuliah IKI-20230
PrevBab 2. Proses dan ThreadNext

Hubungan Antara Proses

Sebelumnya kita telah ketahui seluk beluk dari suatu proses mulai dari pengertiannya, cara kerjanya, sampai operasi-operasinya seperti proses pembentukannya dan proses pemberhentiannya setelah selesai melakukan eksekusi. Kali ini kita akan mengulas bagaimana hubungan antar proses dapat berlangsung, misal bagaimana beberapa proses dapat saling berkomunikasi dan bekerja-sama.

Proses yang Kooperatif

Proses yang bersifat simultan (concurrent) dijalankan pada sistem operasi dapat dibedakaan menjadi yaitu proses independent dan proses kooperatif. Suatu proses dikatakan independen apabila proses tersebut tidak dapat terpengaruh atau dipengaruhi oleh proses lain yang sedang dijalankan pada sistem. Berarti, semua proses yang tidak membagi data apa pun (baik sementara/ tetap) dengan proses lain adalah independent. Sedangkan proses kooperatif adalah proses yang dapat dipengaruhi atau pun terpengaruhi oleh proses lain yang sedang dijalankan dalam sistem. Dengan kata lain, proses dikatakan kooperatif bila proses dapat membagi datanya dengan proses lain.

Ada empat alasan untuk penyediaan sebuah lingkungan yang memperbolehkan terjadinya proses kooperatif:

  1. Pembagian informasi: apabila beberapa pengguna dapat tertarik pada bagian informasi yang sama (sebagai contoh, sebuah berkas bersama), kita harus menyediakan sebuah lingkungan yang mengizinkan akses secara terus menerus ke tipe dari sumber-sumber tersebut.

  2. Kecepatan penghitungan/ komputasi: jika kita menginginkan sebuah tugas khusus untuk menjalankan lebih cepat, kita harus membagi hal tersebut ke dalam subtask, setiap bagian dari subtask akan dijalankan secara parallel dengan yang lainnya. Peningkatan kecepatan dapat dilakukan hanya jika komputer tersebut memiliki elemen-elemen pemrosesan ganda (seperti CPU atau jalur I/O).

  3. Modularitas: kita mungkin ingin untuk membangun sebuah sistem pada sebuah model modular-modular, membagi fungsi sistem menjadi beberapa proses atau threads.

  4. Kenyamanan: bahkan seorang pengguna individu mungkin memiliki banyak tugas untuk dikerjakan secara bersamaan pada satu waktu. Sebagai contoh, seorang pengguna dapat mengedit, memcetak, dan meng-compile secara paralel.

Gambar 2-11. Program Produser Konsumer. Sumber: . . .

import java.util.*;

public class BoundedBuffer {

  public BoundedBuffer() {
    // buffer diinisialisasikan kosong
    count = 0;
    in    = 0;
    out   = 0;

    buffer = new Object[BUFFER_SIZE];
  }

  // produser memanggil method ini
  public void enter( Object item ) {
    while ( count == BUFFER_SIZE )
      ; // do nothing

    // menambahkan suatu item ke dalam buffer
    ++count;
    buffer[in] = item;
    in = ( in + 1 ) % BUFFER_SIZE;

    if ( count == BUFFER_SIZE )
      System.out.println( "Producer Entered " +
        item + " Buffer FULL" );
    else
      System.out.println( "Producer Entered " +
        item + " Buffer Size = " + count );
  }

// consumer memanggil method ini  
public Object remove() {
    Object item ;

    while ( count == 0 )
      ; // do nothing
    
    // menyingkirkan suatu item dari buffer
    --count;
    item  = buffer[out];
    out   = ( out + 1 ) % BUFFER_SIZE;

    if ( count == 0 )
      System.out.println( "Consumer consumed " +
        item + " Buffer EMPTY" );
    else
      System.out.println( "Consumer consumed " +
        item + " Buffer Size = " +count );

    return item;
  }

  public static final int NAP_TIME = 5;
  private static final int BUFFER_SIZE = 5;

  private volatile int count;
  private int in;		// arahkan ke posisi kosong selanjutnya
  private int out;		// arahkan ke posisi penuh selanjutnya
  private Object[] buffer;
}

Sebuah proses produser membentuk informasi yang dapat digunakan oleh konsumen proses. Sebagai contoh sebuah cetakan program yang membuat banyak karakter yang diterima oleh driver pencetak. Untuk memperbolehkan produser dan konsumer proses agar dapat berjalan secara terus menerus, kita harus menyediakan sebuah item buffer yang dapat diisi dengan proses produser dan dikosongkan oleh proses konsumer. Proses produser dapat memproduksi sebuah item ketika konsumer sedang mengkonsumsi item yang lain. Produser dan konsumer harus dapat selaras. Konsumer harus menunggu hingga sebuah item diproduksi.

Komunikasi Proses Dalam Sistem

Cara lain untuk meningkatkan efek yang sama adalah untuk sistem operasi yaitu untuk menyediakan alat-alat proses kooperatif untuk berkomunikasi dengan yang lain lewat sebuah komunikasi dalam proses (IPC = Inter-Process Communication). IPC menyediakan sebuah mekanisme untuk mengizinkan proses-proses untuk berkomunikasi dan menyelaraskan aksi-aksi mereka tanpa berbagi ruang alamat yang sama. IPC adalah khusus digunakan dalam sebuah lingkungan yang terdistribusi dimana proses komunikasi tersebut mungkin saja tetap ada dalam komputer-komputer yang berbeda yang tersambung dalam sebuah jaringan. IPC adalah penyedia layanan terbaik dengan menggnakan sebuah sistem penyampaian pesan, dan sistem-sistem pesan dapat diberikan dalam banyak cara.

Sistem Penyampaian Pesan

Fungsi dari sebuah sistem pesan adalah untuk memperbolehkan komunikasi satu dengan yang lain tanpa perlu menggunakan pembagian data. Sebuah fasilitas IPC menyediakan paling sedikit dua operasi yaitu kirim (pesan) dan terima (pesan). Pesan dikirim dengan sebuah proses yang dapat dilakukan pada ukuran pasti atau variabel. Jika hanya pesan dengan ukuran pasti dapat dikirimkan, level sistem implementasi adalah sistem yang sederhana. Pesan berukuran variabel menyediakan sistem implementasi level yang lebih kompleks.

Berikut ini ada beberapa metode untuk mengimplementasikan sebuah jaringan dan operasi pengiriman/ penerimaan secara logika:

Komunikasi Langsung

Proses-proses yang ingin dikomunikasikan harus memiliki sebuah cara untuk memilih satu dengan yang lain. Mereka dapat menggunakan komunikasi langsung/ tidak langsung.

Setiap proses yang ingin berkomunikasi harus memiliki nama yang bersifat eksplisit baik penerimaan atau pengirim dari komunikasi tersebut. Dalam konteks ini, pengiriman dan penerimaan pesan secara primitive dapat dijabarkan sebagai:

Sebuah jaringan komunikasi pada bahasan ini memiliki beberapa sifat, yaitu:

  • Sebuah jaringan yang didirikan secara otomatis diantara setiap pasang dari proses yang ingin dikomunikasikan. Proses tersebut harus mengetahui identitas dari semua yang ingin dikomunikasikan.

  • Sebuah jaringan adalah terdiri dari penggabungan dua proses.

  • Diantara setiap pesan dari proses terdapat tepat sebuah jaringan.

Pembahasan ini memperlihatkan sebuah cara simetris dalam pemberian alamat. Oleh karena itu, baik keduanya yaitu pengirim dan penerima proses harus memberi nama bagi yang lain untuk berkomunikasi, hanya pengirim yang memberikan nama bagi penerima sedangkan penerima tidak menyediakan nama bagi pengirim. Dalam konteks ini, pengirim dan penerima secara sederhana dapat dijabarkan sebagai:

  • Send (P, message) - mengirim sebuah pesan kepada proses P.

  • Receive (id, message) - menerima sebuah pesan dari semua proses. Variabel id diatur sebagai nama dari proses dengan komunikasi.

Komunikasi Tidak Langsung

Dengan komunikasi tidak langsung, pesan akan dikirimkan pada dan diterima dari/ melalui mailbox (kotak surat) atau terminal-terminal, sebuah mailbox dapat dilihat secara abstrak sebagai sebuah objek didalam setiap pesan yang dapat ditempatkan dari proses dan dari setiap pesan yang bias dipindahkan. Setiap kotak surat memiliki sebuah identifikasi (identitas) yang unik, sebuah proses dapat berkomunikasi dengan beberapa proses lain melalui sebuah nomor dari mailbox yang berbeda. Dua proses dapat saling berkomunikasi apabila kedua proses tersebut sharing mailbox. Pengirim dan penerima dapat dijabarkan sebagai:

Dalam masalah ini, link komunikasi mempunyai sifat sebagai berikut:

  • Sebuah link dibangun diantara sepasang proses dimana kedua proses tersebut membagi mailbox.

  • Sebuah link mungkin dapat berasosiasi dengan lebih dari dua proses.

  • Diantara setiap pasang proses komunikasi, mungkin terdapat link yang berbeda-beda, dimana setiap link berhubungan pada satu mailbox.

Misalkan terdapat proses P1, P2 dan P3 yang semuanya share mailbox. Proses P1 mengirim pesan ke A, ketika P2 dan P3 masing-masing mengeksekusi sebuah kiriman dari A. Proses mana yang akan menerima pesan yang dikirim P1? Jawabannya tergantung dari jalur yang kita pilih:

  • Mengizinkan sebuah link berasosiasi dengan paling banyak 2 proses.

  • Mengizinkan paling banyak satu proses pada suatu waktu untuk mengeksekusi hasil kiriman (receive operation).

  • Mengizinkan sistem untuk memilih secara mutlak proses mana yang akan menerima pesan (apakah itu P2 atau P3 tetapi tidak keduanya, tidak akan menerima pesan). Sistem mungkin mengidentifikasi penerima kepada pengirim.

Mailbox mungkin dapat dimiliki oleh sebuah proses atau sistem operasi. Jika mailbox dimiliki oleh proses, maka kita mendefinisikan antara pemilik (yang hanya dapat menerima pesan melalui mailbox) dan pengguna dari mailbox (yang hanya dapat mengirim pesan ke mailbox). Selama setiap mailbox mempunyai kepemilikan yang unik, maka tidak akan ada kebingungan tentang siapa yang harus menerima pesan dari mailbox. Ketika proses yang memiliki mailbox tersebut diterminasi, mailbox akan hilang. Semua proses yang mengirim pesan ke mailbox ini diberi pesan bahwa mailbox tersebut tidak lagi ada.

Dengan kata lain, mempunyai mailbox sendiri yang independent, dan tidak melibatkan proses yang lain. Maka sistem operasi harus memiliki mekanisme yang mengizinkan proses untuk melakukan hal-hal dibawah ini:

  • Membuat mailbox baru.

  • Mengirim dan menerima pesan melalui mailbox.

  • Menghapus mailbox.

Proses yang membuat mailbox pertama kali secara default akan memiliki mailbox tersebut. Untuk pertama kali, pemilik adalah satu-satunya proses yang dapat menerima pesan melalui mailbox ini. Bagaimana pun, kepemilikan dan hak menerima pesan mungkin dapat dialihkan ke proses lain melalui sistem pemanggilan.

Sinkronisasi

Komunikasi antara proses membutuhkan place by calls untuk mengirim dan menerima data primitive. Terdapat rancangan yang berbeda-beda dalam implementasi setiap primitive. Pengiriman pesan mungkin dapat diblok (blocking) atau tidak dapat dibloking (nonblocking) - juga dikenal dengan nama sinkron atau asinkron.

Buffering

Baik komunikasi itu langsung atau tak langsung, penukaran pesan oleh proses memerlukan antrian sementara. Pada dasarnya, terdapat tiga jalan dimana antrian tersebut diimplementasikan:

Contoh Produser-Konsumer

Sekarang kita mempunyai solusi problem produser-konsumer yang menggunakan penyampaian pesan. Produser dan konsumer akan berkomunikasi secara tidak langsung menggunakan mailbox yang dibagi. Buffer menggunakan java.util.Vector class sehingga buffer mempunyai kapasitas tak terhingga. Dan send() dan read() method adalah nonblocking. Ketika produser memproduksi suatu item, item tersebut diletakkan ke mailbox melalui send() method. Konsumer menerima item dari mailbox menggunakan receive() method. Karena receive() nonblocking, consumer harus mengevaluasi nilai dari Object yang di-return dari receive(). Jika null, mailbox kosong.

Gambar 2-12. Program Produser Konsumer Alternatif. Sumber: . . .

import java.util.*;

public class Producer extends Thread {
   private MessageQueueueue mbox;

   public Producer( MessageQueueueue m ) {
      mbox  = m;
   }

   public void run() {
      Date message;

      while ( true ) {
         int sleeptime = ( int ) ( Server.NAP_TIME * Math.random() );
         System.out.println( "Producer sleeping for " + 
            sleeptime + " seconds" );
         try {
            Thread.sleep(sleeptime*1000);
         } catch( InterruptedException e ) {}

         message = new Date();
         System.out.println( "Producer produced " + message );
         mbox.send( message );
      }
   }
}

import java.util.*;

public class Consumer extends Thread {
   private MessageQueueueue mbox;

   public Consumer( MessageQueueueue m ) {
      mbox  = m;
   }

   public void run() {
      Date message;

      while ( true ) {
         int sleeptime = (int) (Server.NAP_TIME * Math.random());
         System.out.println("Consumer sleeping for " + 
            sleeptime + " seconds" );
         try {
            Thread.sleep( sleeptime * 1000 );
         } catch( InterruptedException e ) {}

         message = ( Date ) mbox.receive();

         if ( message != null )
            System.out.println("Consumer consume " + message );
      }
   }
}

Kita memiliki dua aktor di sini, yaitu Produser dan Konsumer. Produser adalah thread yang menghasilkan waktu (Date) kemudian menyimpannya ke dalam antrian pesan. Produser juga mencetak waktu tersebut di layer (sebagai umpan balik bagi kita). Konsumer adalah thread yang akan mengakses antrian pesan untuk mendapatkan waktu (date) itu dan tak lupa mencetaknya di layer. Kita menginginkan supaya konsumer itu mendapatkan waktu sesuatu dengan urutan sebagaimana produser menyimpan waktu tersebut. Kita akan menghadapi salah satu dari dua kemungkinan situasi di bawah ini:

Situasi di atas dikenal dengan race conditions. Kita dapat menghindari situasi itu dengan mensinkronisasikan aktivitas p1 dan c1 (sehubungan dengan akses mereka ke mailbox). Proses tersebut akan didiskusikan pada bagian berjudul Deadlock di Bab 3.

Mailbox

Gambar 2-15. Program Send/ Receive. Sumber: . . .

import java.util.*;

public class MessageQueue {
   private Vector q;

   public MessageQueue() {
      q = new Vector();
   }
	  
   // Mengimplementasikan pengiriman nonblocking
   public void send( Object item ) {
      q.addElement( item );
   }
	  
   // Mengimplementasikan penerimaan nonblocking
   public Object receive() {
      Object item;
      if ( q.size() == 0 )
         return null;
      else {
         item  = q.firstElement();
         q.removeElementAt(0);

         return item;
      }
   }
}

  1. Menunggu sampai batas waktu yang tidak dapat ditentukan sampai terdapat ruang kosong pada mailbox.

  2. Menunggu paling banyak n milidetik.

  3. Tidak menunggu, tetapi kembali (return) secepatnya.

  4. Satu pesan dapat diberikan kepada sistem operasi untuk disimpan, walau pun mailbox yang dituju penuh. Ketika pesan dapat disimpan pada mailbox, pesan akan dikembalikan kepada pengirim (sender). Hanya satu pesan kepada mailbox yang penuh yang dapat diundur (pending) pada suatu waktu untuk diberikan kepada thread pengirim.

PrevHomeNext
Operasi-Operasi Pada ProsesUpThread