Sistem Operasi

Sistem Operasi

Konsep proses: program yang sedang dieksekusi

layout memory untuk proses

Process Control Block

Penjadwalan:

Latar belakang: multiprogramming & multitasking

Elemen:

antrian: job, ready, device

penjadwal (scheduler): long, short & medium term

context switch: membuat CPU idle

Operasi: creation & termination

Ruang memory: saling menggunakan (sebagian / seluruhnya), saling

bebas

Eksekusi: saling tunggu / parallel

Terminasi proses ! de-alokasi resource

Komunikasi antar proses yang saling tergantung

Model: shared memory & message passing

Komunikasi: langsung & tidak langsung

Sinkronisasi & Buffer

Client-Server: Socket, RPC, RMI

Pengertian Thread

Thread adalah sebuah alur kontrol dari sebuah proses. Suatu proses yang multithreaded mengandung beberapa perbedaan alur kontrol dengan ruang alamat yang sama. Keuntungan dari multithreaded meliputi peningkatan respon dari user, pembagian sumber daya proses, ekonomis, dan kemampuan untuk mengambil keuntungan dari arsitektur multiprosesor. User level thread adalah thread yang tampak oleh programmer dan tidak diketahui oleh kernel. User level thread secara tipikal dikelola oleh sebuah library thread di ruang user. Kernel level thread didukung dan dikelola oleh kernel sistem operasi. Secara umum, user level thread lebih cepat dalam pembuatan dan pengelolaan dari pada kernel thread. Ada tiga perbedaan tipe dari model yang berhubungan dengan user dan kernel thread.

• Model many to one: memetakan beberapa user level thread hanya ke satu buah kernel thread.

• Model one to one: memetakan setiap user thread ke dalam satu kernel thread. Berakhir.

• Model many to many: mengizinkan pengembang untuk membuat user thread sebanyak mungkin, konkurensi tidak dapat tercapai karena hanya satu thread yang dapat dijadualkan oleh kernel dalam satu waktu.

 

Thread

Mempelajari konsep thread

Mempelajari berbagai pustaka thread: Pthread, Win32, Java

Mempelajari berbagai isu terkait thread

Tentang Thread

Lightweight process: satuan penggunaan CPU

Berbagi resource dengan thread lain dalam sebuah proses

Proses (heavyweight process), memilki kontrol tunggal eksekusi

Mutual Exclusion adalah Suatu kondisi dimana setiap sumber daya diberikan tepat pada satu proses pada suatu waktu (kondisi-kondisi untuk solusi). Tiga kondisi untuk menentukan mutual Exclusion diantaranya :

1. Tidak ada dua proses yang pada saat bersamaan berada di critical region.
2. Tidak ada proses yang berjalan diluar critical region yang bisa menghambat proses lain
3. Tidak ada proses yang tidak bisa masuk ke critical region

Race Condition adalah situasi di mana beberapa proses mengakses dan memanipulasi data bersama pada saat besamaan. Nilai akhir dari data bersama tersebut tergantung pada proses yang terakhir selesai. Unutk mencegah race condition, proses-proses yang berjalan besamaan haus di disinkronisasi.

Sinkronisasi adalah Komunikasi antara proses yang 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.

Deadlock ialah suatu kondisi permanen dimana proses tidak berjalan lagi ataupun tidak ada komunikasi lagi antar proses. 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. Atau dengan kata lain setiap proses dalam set menunggu untuk sumber yang hanya bisa dikerjakan oleh proses lain dalam set yang sedang menunggu.

Starvation adalah suatu proses meninggalkan critical section dan lebih dari satu proses menunggu (waiting).Beberapa proses dapat ditolak aksenya dalam waktu tak terbatas.

Monitor adalah kumpulan prosedur, variabel dan struktur data di satu modul atau paket khusus. Proses dapat memanggil prosedur-prosedur kapan pun diinginkan. Tapi proses tak dapat mengakses struktur data internal dalam monitor secara langsung. Hanya lewat prosedur-prosedur yang dideklarasikan minitor untuk mengakses struktur internal.

Semaphore adalah pendekatan yang diajukan oleh Djikstra, dengan prinsip bahwa dua proses atau lebih dapat bekerja sama dengan menggunakan penanda-penanda sederhana. Seperti proses dapat dipaksa berhenti pada suatu saat, sampai proses mendapatkan penanda tertentu itu. Sembarang kebutuhan koordinasi kompleks dapat dipenuhi dengan struktur penanda yang cocok untuk kebutuhan itu. Variabel khusus untuk penanda ini disebut semaphore.Semaphore mempunyai dua sifat, yaitu:

1. Semaphore dapat diinisialisasi dengan nilai non-negatif.
2. Terdapat dua operasi terhadap semaphore, yaitu Down dan Up. Usulan asli yang disampaikan Djikstra adalah operasi P dan V.

Keuntungan Model Multi Thread

Responsif ! web browser

Resource sharing: aplikasi dengan beberapa thread dapat

menggunakan lokasi memori yang sama

Ekonomis: tanpa alokasi dan dealokasi resource ! resource sharing

Skalabilitas: selain optimasi penggunaan prosesor multicore,

perpindahan antar thread lebih cepat pada single core daripada proses

Isu Terkait Pemrograman Multi Core

Berbagi aktifitas

Penyeimbangan beban

Memecah data

Ketergantungan data

Pengujian dan debug

Ilustrasi : Multi Thread Server

Jenis Thread

User thread:

Kernel thread

Keduanya meliputi: pembuatan, penjadwalan dan pengelolaan di levelnya

masing-masing

User Thread

Selalu berasosiasi dengan kernel thread

Pustaka di level user ! cepat

Salah satu thread yang melakukan blocking akan mencegah seluruh

proses di mana thread tersebut berasal untuk ditunda (single thread

kernel) ! SC: read , sleep

Pthread (POSIX), Win32, Java

Kernel Thread

Pengelolaan di level kernel

lambat

dianggap seperti proses

Salah satu thread yang melakukan blocking, tidak mencegah seluruh

proses tertunda

Model thread

Many- To - One

Konkurensi terbatas

Green (Solaris-2), GNU portable thread

One-To-One

Proses dicegah tertunda secara total

Mahal, satu user thread harus diwakili satu kernel thread

Windows NT/XP/2000, Linux, Solaris 9

Many-To-Many

Banyak user thread dipetakan ke kernel thread

Konkurensi optimal

Solaris sebelum versi 9, Windows NT/2000 dengan paket ThreadFiber

Pustaka Thread

Memberikan API untuk pengembang perangkat lunak mengelola thread

Implementasi:

sepenuhnya di user level (-to-one)

didukung oleh kernel level (-to-many)

Posik Thread

Diimplementasi baik sebagai user maupun kernel level

Standar IEEE 1003.1c: API terkait pembuatan dan sinkronisasi thread

Umum digunakan pada keluarga UNIX

Ilustrasi : Posik Thread

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <pthread.h>

int *a,*b;

void *vector(void *vargp) {

int temp,counter,start,finish,ptrNumber,*passVal ;

ptrNumber=*((int *) vargp); free(vargp);

start=(ptrNumber*25000);

finish=start+25000;

temp=0;

for(counter=start;counter<finish;counter++)

temp+=a[counter]*b[counter];

passVal=malloc(sizeof(int));

*passVal=temp; pthread_exit(passVal);

}

int main() {

pthread_t tid[4];

int c=0,c1=0,i,*ptr,*passVal,tmp;

a=malloc(100000*sizeof(int));

b=malloc(100000*sizeof(int));

for(i=0;i<1000;i++) {

a[i]=1+(rand()%1000);

b[i]=1+(rand()%1000);

c+=(a[i]*b[i]);

}

printf("C total (Sequential) = %d\n",c);

for(i=0;i<4;i++) {

ptr=malloc(sizeof(int));

*ptr=i; pthread_create(&tid[i],NULL,vector,ptr);

}

for(i=0;i<4;i++) {

if((pthread_join(tid[i], (void**) &passVal))==0) {

tmp=*passVal; c1+=tmp;

}

else {

printf("Threads %d can’t be joined\n",i);

printf("program terminated\n");

exit(0);

}

}

printf("C total (Parallel) = %d\n",c1);

printf("\nComparing sequential and parallel result\n");

if((c-c1)!=0)

printf("pthread failed...!\n");

else

printf("pthread success!\n");

return 0;

}

Java Thread

Dikelola JVM

Dibuat dengan mengimplementasi Runnable

Ilustrasi : Java Thread

class MutableInteger {

private int value;

public int getValue() {

return value;

}

public void setValue(int value) {

this.value=value;

}

}

class Summation implements Runnable {

private int upper;

private MutableInteger sumValue;

public Summation (int upper, MutableInteger sumValue) {

this.upper=upper; this.sumValue=sumValue;

}

public void run() {

int sum=0;

Thread thrd=new Thread();

thrd.start();

for(int i=0; i<upper; i++) {

sum=sum+2;

}

sumValue.setValue(sum);

}

}

public class Driver {

public static void main(String[] args) {

if(args.length > 0) {

if(Integer.parseInt(args[0])<0) {

System.err.println(args[0]+" must be>=0.");

}

else {

MutableInteger sum=new MutableInteger();

int upper=Integer.parseInt(args[0]);

Thread thrd=new Thread(new Summation(upper,sum));

thrd.start();

try {

thrd.join();

System.out.println("The sum of "+ upper+ " is " + sum.getValue());

}

catch(InterruptedException e) {

}

}

}

else {

System.err.println("Usage: Driver <Integer Value>");

}

}

}

S C : fork & exec

Opsi saat thread dijalankan:

menduplikasi seluruh thread dalam sebuah proses

menduplikasi thread yang menjalankan fork

Pembatalan Thread

Terkait terminasi thread sebelum seharusnya selesai

Opsi:

Asinkron: langsung melakukan terminasi

Deffered: safely cancelation,

Penanganan Signal

Digunakan untuk memberitahu proses bahwa ada sebuah kejadian.

Diterima secara

sinkron: dikirimkan ke proses penyebab munculnya SIGNAL (pembaian

dengan nol)

asinkron: dikirimkan oleh kejadian di luar proses (ctrl C)

Dikelola oleh:

default handler

user defined handler

Beberapa ada yang diabaikan (mengubah ukuran obyek window), ada

yang menyebabkan proses harus diterminasi (mengakses memori

secara ilegal)

Penanganan Signal

Pada thread:

SIGNAL dikirimkan ke thread yang menyebabkannya

SIGNAL dikirimkan ke setiap thread pada proses

SIGNAL dikirimkan ke thread tertentu pada proses

Menugaskan sebuah thread untuk menangani semua SIGNAL yang

terjadi

Thread Pools

Multithreaded server: berpotensi membahayakan sistem jika diijinkan

membuat thread dalam jumlah sangat banyak (tak hingga)

Dibatasi jumlah thread yang diijinkan (pools)

Saat proses dijalankan, sejumlah thread telah disiapkan, menunggu

untuk memberi layanan pada client

Keuntungan:

lebih cepat daripada konsep on-demand

mencegah kegagalan operasi karena keterbatasan resource

Thread Specific Data

Memungkinkan setiap thread memiliki datanya sendiri

for(i=0;i<4;i++) {

ptr=malloc(sizeof(int));

*ptr=i; pthread_create(&tid[i],NULL,vector,ptr);

}

WINDOWS  XP

One-to-one mapping

Berisi:

identitas

register, stack (user & kernel), data khusus 1

Struktur data utama:

Executive thread block (ETHREAD)

Kernel thread block (KTHREAD)

Thread environment block (TEB)

Linux Thread

Dikenal sebagai task

Thread dibuat dengan clone( ) SC

Memungkinkan berbagi ruang memori antara child-parent, pointer ke

lokasi memori