Kamis, 07 Juni 2012

Sistem Operasi


 Sistem Operasi

 

Pengertian Deadlock

Deadlock adalah keadaan dimana dua program memegang kontrol terhadap sumber daya yang dibutuhkan oleh program yang lain. Tidak ada yang dapat melanjutkan proses masing-masing sampai program yang lain memberikan sumber dayanya, tetapi tidak ada yang mengalah.
Deadlock yang mungkin dapat terjadi pada suatu proses disebabkan proses itu menunggu suatu kejadian tertentu yang tidak akan pernah terjadi. Dua atau lebih proses dikatakan berada dalam kondisi deadlock, bila setiap proses yang ada menunggu suatu kejadian yang hanya dapat dilakukan oleh proses lain dalam himpunan tersebut.
 

 

Karakteristik 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.
 

Penanganan Deadlock
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 Deadlock

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 sebaliknya.

Penghindaran Deadlock

Penghindaran terhadap deadlock adalah cara penanganan yang selanjutnya. Inti dari penghindaran adalah jangan sembarangan membolehkan proses untuk memulai atau meminta lagi. Maksudnya 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.
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 Deadlock

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 Deadlock

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.
 

Kemungkinan-Kemungkinan Terjadinya Deadlock
Mengelola deadlock
Mencegah deadlock ! mengeliminasi setiap kemungkinan yang dapat
menyebabkan deadlock
Menghindari deadlock ! mengatur eksekusi proses sehingga permintaan
resource selalu dapat dipenuhi sistem
Menangani deadlock !penghentian dan penundaan

Binding Intruksi Data dan ke Memory
Dilakukan dengan 3 cara
Compile time: lokasi untuk proses diketahui pada saat kompilasi.
Kompilasi diulang jika alamat awal berubah ! absolute code
Load time: lokasi memori diketahui pada saat load proses !relocatable
code
Execution time: proses dapat berpindah lokasi pada saat eksekusi !
generic, umum terdapat dalam sistem operasi

Ruang Alamat Logika dan Fisik
Ruang alamat logika (logical address space) dibatasi oleh ruang alamat
fisik (physical address space)
Logical address (virtual address): dihasilkan CPU
Physical address: alamat fisik memori
Pada skema binding:
compile time dan load time: alamat logika dan fisik sama
execution time: alamat logika dan fisik berbeda
Sistem Operasi - Pengelolaan Memory -Konsep

Unit Pengelolaan Memori ( M M U )
Perangkat keras: menterjemahkan alamat logika ke alamat fisik
Pada MMU, sebuah alamat offset (relocation register), ditambahkan
pada setiap alamat logika setiap akan dikirim ke memori
Program (user) hanya mengenal alamat logika

Dynamic Loading
Latar belakang: program dan data harus berada dalam memori agar
dapat dieksukusi ! dibatasi memori fisik
Dynamic loading: program dan data tidak di-load sebelum dipanggil
jika tidak digunakan tidak di-load
meski secara total besar, lokasi memori yang digunakan bisa lebih kecil
sangat bergunaka ketika sistem lebih banyak dipenuhi program yang
jarang digunakan
perlu pustaka khusus
Sistem Operasi - Pengelolaan Memory -Konsep

Dynamic Linking
Linking ditunda hingga eksekusi, digunakan pada shared library.
Pustaka tidak di-linked jika belum digunakan
Stub, sebuah rutin yang bertugas menempatkan pustaka yang
diperlukan
jika ada di memori: gunakan
jika belum: load dan gunakan
Satu pustaka untuk banyak program

Pengertian Swapping:
Suatu metode pengalihan proses yang bersifat sementara dari memori utama kesatu tempat penyimpanan sementara (disk) dan dipanggil kembali ke memori jikaakan melakukan eksekusi. Proses yang dipindahkan yaitu proses yang di-blocked kedisk dan hanya memasukkan proses-proses ready ke memori utama.
Tujuan Swapping:
1. Meningkatkan kinerja saat multiprogramming pada sistem time sharing.
 2. Mengatasi masalah-masalah saat multiprogramming: Pemartisian secara dinamis Strategi pengelolaan memori bebas Algoritma penempatan proses ke memori Strategi penempatan ruang swap pada disk.

Swapping
Proses dapat dikeluarkan (swapped out) dari memori untuk sementara
dan selanjutnya dikembalikan ke memori untuk melanjutkan eksekusi
Backing store:
lokasi hard disk tempat proses dikeluarkan sementara dari memori
proses yang dikeluarkan/dimasukkan berdasarkan aturan tertentu
(prioritas, round robin)
Transfer time: sebanding dengan banyaknya proses/data yang
dipindahkan
Sistem operasi memiliki semacam ready queue untuk proses-proses
yang berada dalam backing store.
Sistem Operasi - Pengelolaan Memory -Swapping


Ilustrasi

G A M B A R : Ilustrasi swapping

 

Alokasi Contiguous (berurutan)
Sebuah proses dialokasikan dalam ruang yang utuh, sebesar kebutuhan
proses
Skema umum:
Sistem operasi: low end memory
Proses user: high memory
Register relokasi: register yang digunakan dalam translasi alamat logika
ke alamat fisik
base register: alamat terkecil proses
limit register: jangkauan terbesar memori untuk sebuah proses, alamat
logika < limit register
MMU: memetakan alamat logika secara dinamis

Multiple-partition
Hole-block: tersebar dalam memori
Ketika proses ter-swapped in, ia akan dialokasikan di lokasi hole dalam
memori
Sistem operasi mengelola informasi:
partisi teralokasi (block)
partisi bebas (hole)

G A M B A R : Ilustrasi multiple allocation


Masalah Alokasi Penyimpanan Dinamis
First fit: mengalokasi hole pertama yang memenuhi permintaan
Best Fit: mengalokasi hole terkecil yang sesuai permintaan
Worst fit: mengalokasi hole terbesar sesuai permintaan
Sistem Operasi - Pengelolaan Memory -Alokasi Contiguous (berurutan)

Fragmentasi
External: total memori tersedia memenuhi kebutuhan, tetapi tidak
contiguous
Internal: memori yang dialokasikan sedikit lebih besar daripada
kebutuhan, sisa tidak digunakan
Compaction: memperkecil kemungkinan fragmentasi eksternal
menyatukan hole agar berada dalam blok yang sama ! menggeser block
juga
hanya digunakan pada relokasi dinamik dan dilakukan saat eksekusi

Paging
Ruang alamat logika bisa saja non-contiguous
Ruang alamat fisik dibagi dalam blok berukuran tetap (frame),
sedangkan pembagian alamat logika disebut page
Perlu mekanisme untuk mengidentifikasi frame kosong, agar page
teralokasi
Proses dengan n page, memerlukan n frame
Page table, digunakan untuk mentranslasi alamat logika ke alamat fisik
Sistem Operasi - Pengelolaan Memory -Paging
 
Skema Translasi Alamat
Nomor page (p): digunakan sebagai indeks ke page table, berisi base
address dari setiap page dalam memori fisik
Offset (d): nilai yang ditambahkan ke base address untuk
mendefinisikan alamat fisik

G A M B A R : Paging hardware


Dukungan Hardware untuk Page Table
Page table disimpan di memori utama
Page table base register (PTBR): menunjuk page table
Page table length register (PTLR): mengindikasikan ukuran page table
Dengan skema ini, setiap akses instruksi/data memerlukan dua akses
memori, ke page table dan ke instruksi/data ! menimbulkan masalah
waktu akses
Diatasi dengan associative memory dan translation look aside buffer
(TLB) ! hardware khusus untuk mempercepat waktu akses
Beberapa TLBs meyimpan address-space identifiers (ASIDs) disetiap
entry TLB – Secara unik mengidentifikasi setiap proses untuk
memberikan proteksi terhadap ruang alamat
Hanya beberapa dari page table yang disimpan dalam TLB, kapasitas
terbatas
Sistem Operasi - Pengelolaan Memory -Paging

Associative Memory
Nomor page Nomor frame
Transalasi alamat p : d
Aturan:
jika diketahui nomor page: keluarkan nomor frame
jika tidak diketahui nomor page, cari dari page table, keluarkan nomor
frame
Waktu akses efektif:
Waktu akses TLB + waktu akses memori
Hit rasio: persentase ditemukannya page table dalam TLB dalam rentang
waktu tertentu

Proteksi Memory
Setiap referensi ke memori memiliki pasangan nomor page dan frame
Proteksi memori diterapkan melalui proteksi bit yang terkait pada setiap
frame, dapat menyebabkan blok memori bersifat read-write atau read
only
Valid-invalid bit pada page table:
valid: sedang berada pada ruang alamat logika proses
invalid: tidak sedang pada ruang alamat logika proses

Struktur Page Table
Target: membuat alokasi page table dan memori efisien
Mekanisme:
Hierarchical paging: ruang alamat logika dipecah dalam beberapa tabel
Hashed page table:
inverted page table

Hashed Page Table
Umum digunakan di sisitem > 32 bit
Halaman virtual di-hashed dalam page table: berisi pointer ke element
hashing di lokasi yang sama
Halaman virtual dibandingkan dengan pointer, jika ditemukan
dihubungkan dengan alamat fisik

Inverted Page Table
Umum digunakan di sisitem > 32 bit
Setiap entri page table memiliki pasangan alamat memori fisik dengan
informasi proses yang memilikinya
Butuh lebih sedikit memori untuk menyimpan, tetapi butuh waktu lebih
banyak untuk me-refer ke lokasi memori fisik (gunakan hash table)

Segmentation
Skema pengelolaan memori yang mendukung pemisahan antara lokasi
memori logika dengan lokasi memori fisik
Sebuah program adalah kumpulan segment.
Segement adalah unit logika yang dapat berupa: program utama,
prosedur, fungsi metode, obyek, variabel lokal dan global, blok bersama,
stack, tabel simbol, array

Arsitektur
Alamat logika terdiri dari dua bagian: <nomor-segment, offset>
Segment table – memetakan alamat fisik yang setiap entry terdiri dari:
base – berisi lokasi fisik di mana segmen dimulai
limit – berisi jumlah lokasi memory yang diperlukan segmen
Segment-table base register (STBR) menunjuk ke tabel lokasi segmen
di memori
Segment-table length register (STLR) menunjukkan banyaknya lokasi
memori yang diperlukan: nomor segmen s valid jika s < STLR

Arsitektur
Proteksi, setiap entry dalam tabel segmen menghubungkan:
Bit validasi = 0 ) illegal segment
read/write/execute (privileges)
Bits proteksi terkait dengan segment: code sharing terjadi pada level
segmen
Karena panjang segemen bervariasi, alokasi memori merupakan bagian
dari masalah alokasi dinamis

Segmentasi dengan Paging
Memanfaatkan kelebihan segmentasi:
sharing & protection: setiap segmen memiliki informasi read/write atau
read-only
Memanfaatkan kelebihan paging:
tidak ada fragmentasi external
alokasi cepat





Tidak ada komentar:

Poskan Komentar