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