Pengantar Sistem Operasi Komputer

Pengantar Sistem Operasi Komputer Jilid Pertama

Masyarakat Digital Gotong Royong (MDGR)

Pengantar Sistem Operasi Komputer: Jilid Pertama oleh Masyarakat Digital Gotong Royong (MDGR) Diterbitkan $Date: 2008-02-04 12:24:06 $ Hak Cipta © 2003-2008 Masyarakat Digital Gotong Royong (MDGR). Silakan menyalin, mengedarkan, dan/atau, memodifikasi bagian dari dokumen – $Revision: 4.53 $ – – yang dikarang oleh Masyarakat Digital Gotong Royong (MDGR), sesuai dengan ketentuan "GNU Free Documentation License versi 1.2" atau versi selanjutnya dari FSF (Free Software Foundation); tanpa bagian "Invariant", tanpa teks "Front-Cover", dan tanpa teks "Back-Cover". Lampiran A ini berisi salinan lengkap dari lisensi tersebut. BUKU INI HASIL KERINGAT DARI RATUSAN JEMAAH MDGR (BUKAN KARYA INDIVIDUAL). JANGAN MENGUBAH/MENGHILANGKAN LISENSI BUKU INI. SIAPA SAJA DIPERSILAKAN UNTUK MENCETAK/MENGEDARKAN BUKU INI! Seluruh ketentuan di atas TIDAK berlaku untuk bagian dan/atau kutipan yang bukan dikarang oleh Masyarakat Digital Gotong Royong (MDGR). Versi digital terakhir dari buku ini dapat diambil dari http://bebas.vlsm.org/ v06/ Kuliah/ SistemOperasi/ BUKU/.

Catatan Revisi Revisi 4.53 04-Februari-2008 RMS46 Merapihkan ulang Revisi 4.52 04-Februari-2008 RMS46 Mengedit ulang+membenah jilid 1 dan 2. Menambah Soal Ujian. Revisi 4.27 31-Agustus-2007 RMS46 Merapihkan dan memecah menjadi dua jilid. Revisi 4.22 07-Agustus-2007 RMS46 Daftar dalam Pengantar, Mengisi Kerangka, Soal Ap. B., Urut ulang. Revisi 4.16 03-Februari-2007 RMS46 Kerangka Baru. Revisi 4.8 28-Desember-2006 RMS46 Reset, start mengerjakan kerangka bab. Revisi 4.7 18-November-2006 RMS46 Pemulaian persiapan revisi 5.0 (kapan?). Revisi 4.00 28-Agustus-2006 RMS46 Menganggap selesai revisi 4.0. Revisi 3.64 14-Agustus-2006 RMS46 Mei-Agustus 2006: Pemolesan Revisi 3.42 04-Mei-2006 RMS46 April-Mei 2006: Mengosongkan Appendix C: (UPDATE). Revisi 3.37 06-April-2006 RMS46 Start Feb2006: Gusur Appendix B: Soal Latihan. Revisi 3.27 22-Februari-2006 RMS46 Full XML (was SGML), start update kelompok hingga bab 47. Revisi 3.00 26-Agustus-2005 RMS46 Selesai tidak selesai, ini revisi 3.00! Revisi 2.34 26-Agustus-2005 RMS46 Memperbaiki sana-sini. Revisi 2.24 5-Agustus-2005 RMS46 Mempersiapkan seadanya versi 3.0 Revisi 2.17 27-Juli-2005 RMS46 Mengubah dari SGML DocBook ke XML DocBook. Revisi 2.10 03-Mar-2005 RMS46 Membereskan dan memilah 52 bab. Revisi 2.4 02-Dec-2004 RMS46 Update 2.0+. Ubah sub-bab menjadi bab. Revisi 2.0 09-09-2004 RMS46 Menganggap selesai revisi 2.0. Revisi 1.10 09-09-2004 RMS46 Pesiapan ke revisi 2.0 Revisi 1.9.2.10 24-08-2004 RMS46 Ambil alih kelompok 51, perbaikan isi buku. Revisi 1.9.1.2 15-03-2004 RMS46

Revisi lanjutan: perbaikan sana-sini, ejaan, indeks, dst. Revisi 1.9.1.0 11-03-2004 RMS46 Revisi ini diedit ulang serta perbaikan sana-sini. Revisi 1.9 24-12-2003 Kelompok 49 Versi rilis final buku OS. Revisi 1.8 08-12-2003 Kelompok 49 Versi rilis beta buku OS. Revisi 1.7 17-11-2003 Kelompok 49 Versi rilis alfa buku OS. Revisi 1.5 17-11-2003 Kelompok 49 Penggabungan pertama (kel 41-49), tanpa indeks dan rujukan utama. ada. Revisi 1.4 08-11-2003 Kelompok 49 Pengubahan template versi 1.3 dengan template yang baru yang akan digunakan dalam versi 1.4-2.0 Revisi 1.3.0.5 12-11-2003 RMS46 Dipilah sesuai dengan sub-pokok bahasan yang ada. Revisi 1.3 30-09-2003 RMS46 Melanjutkan perbaikan tata letak dan pengindeksan. Revisi 1.2 17-09-2003 RMS46 Melakukan perbaikan struktur SGML, tanpa banyak mengubah isi buku. Revisi 1.1 01-09-2003 RMS46 Kompilasi ulang, serta melakukan sedikit perapihan. Revisi 1.0 27-05-2003 RMS46 Revisi ini diedit oleh Rahmat M. Samik-Ibrahim (RMS46). Revisi 0.21.4 05-05-2003 Kelompok 21 Perapihan berkas dan penambahan entity. Revisi 0.21.3 29-04-2003 Kelompok 21 Perubahan dengan menyempurnakan nama file. Revisi 0.21.2 24-04-2003 Kelompok 21 Merubah Kata Pengantar. Revisi 0.21.1 21-04-2003 Kelompok 21 Menambahkan Daftar Pustaka dan Index. Revisi 0.21.0 26-03-2003 Kelompok 21 Memulai membuat tugas kelompok kuliah Sistem Operasi.

Persembahan Buku "Kunyuk" ini dipersembahkan dari Masyarakat Digital Gotong Royong (MDGR), oleh MDGR, untuk siapa saja yang ingin mempelajari Sistem Operasi dari sebuah komputer. Buku ini bukan merupakan karya individual, melainkan merupakan hasil keringat dari ratusan jemaah MDGR! MDGR ini merupakan Gabungan Kelompok Kerja 21–28 Semester Genap 2002/2003, 41–49 Semester Ganjil 2003/2004, 51 Semester Genap 2003/2004, 53–58 Semester Ganjil 2004/2005, 81–89 Semester Genap 2004/2005, 111–120 Semester Ganjil 2005/2006, 150 Semester Genap 2005/2006, 152–157 dan 181–186 Semester Ganjil 2006/2007, 192–198 Semester Genap 2006/2007, 217 Semester Ganjil 2007/2008, Mata Ajar IKI-20230/80230 Sistem Operasi, Fakultas Ilmu Komputer Universitas Indonesia (http://rms46.vlsm.org/2/150.html -- http://www.cs.ui.ac.id/) yang namanya tercantum berikut ini: Kelompok 21 (2003). Kelompok ini merupakan penjamin mutu yang bertugas mengkoordinir kelompok 22-28 pada tahap pertama dari pengembangan buku ini. Kelompok ini telah mengakomodir semua ide dan isu yang terkait, serta proaktif dalam menanggapi isu tersebut. Tahap ini cukup sulit dan membingungkan, mengingat sebelumnya belum pernah ada tugas kelompok yang dikerjakan secara bersama dengan jumlah anggota yang besar. Anggota dari kelompok ini ialah: Dhani Yuliarso (Ketua), Fernan, Hanny Faristin, Melanie Tedja, Paramanandana D.M., Widya Yuwanda. Kelompok 22 (2003). Kelompok ini merancang bagian (bab 1 versi 1.0) yang merupakan penjelasan umum perihal sistem operasi serta perangkat keras/lunak yang terkait. Anggota dari kelompok ini ialah: Budiono Wibowo (Ketua), Agus Setiawan, Baya U.H.S., Budi A. Azis Dede Junaedi, Heriyanto, Muhammad Rusdi. Kelompok 23 (2003). Kelompok ini merancang bagian (bab 2 versi 1.0) yang menjelaskan managemen proses, thread, dan penjadwalan. Anggota dari kelompok ini ialah: Indra Agung (Ketua), Ali Khumaidi, Arifullah, Baihaki Ageng Sela, Christian K.F. Daeli, Eries Nugroho, Eko Seno P., Habrar, Haris Sahlan. Kelompok 24 (2003). Kelompok ini merancang bagian (bab 3 versi 1.0) yang menjelaskan komunikasi antar proses dan deadlock. Anggota dari kelompok ini ialah: Adzan Wahyu Jatmiko (Ketua), Agung Pratomo, Dedy Kurniawan, Samiaji Adisasmito, Zidni Agni. Kelompok 25 (2003). Kelompok ini merancang bagian (bab 4 versi 1.0) yang menjelaskan segala hal yang berhubungan dengan memori komputer. Anggota dari kelompok ini ialah: Nasrullah (Ketua), Amy S. Indrasari, Ihsan Wahyu, Inge Evita Putri, Muhammad Faizal Ardhi, Muhammad Zaki Rahman, N. Rifka N. Liputo, Nelly, Nur Indah, R. Ayu P., Sita A.R. Kelompok 26 (2003). Kelompok ini merancang bagian (bab 5 versi 1.0) yang menjelaskan segala hal yang berhubungan dengan managemen sistem berkas. Anggota dari kelompok ini ialah: Rakhmad Azhari (Ketua), Adhe Aries P., Adityo Pratomo, Aldiantoro Nugroho, Framadhan A., Pelangi, Satrio Baskoro Y. Kelompok 27 (2003). Kelompok ini merancang bagian (bab 6 versi 1.0) yang menjelaskan segala hal yang berhubungan dengan managemen M/K dan Disk. Anggota dari kelompok ini ialah: Teuku Amir F.K. (Ketua), Alex Hendra Nilam, Anggraini Widjanarti, Ardini Ridhatillah, R. Ferdy Ferdian, Ripta Ramelan, Suluh Legowo, Zulkifli. Kelompok 28 (2003). Kelompok ini merancang bagian (bab 7 versi 1.0) yang menjelaskan segala hal yang berhubungan dengan Studi Kasus GNU/Linux. Anggota dari kelompok ini ialah: Christiono H3ndra (Ketua), Arief Purnama L.K., Arman Rahmanto, Fajar, Muhammad Ichsan, Rama P. Tardan, Unedo Sanro Simon. Kelompok 41 (2003). Kelompok ini menulis ulang bagian (bab 1 versi 2.0) yang merupakan pecahan bab 1 versi sebelumnya. Anggota dari kelompok ini ialah: Aristo (Ketua), Ahmad Furqan S K., Obeth M S. Kelompok 42 (2003). Kelompok ini menulis ulang bagian (bab 2 versi 2.0) yang merupakan bagian akhir dari bab 1 versi sebelumnya. Anggota dari kelompok ini ialah: Puspita Kencana Sari (Ketua), i

Retno Amelia, Susi Rahmawati, Sutia Handayani. Kelompok 43 (2003). Kelompok ini menulis ulang/memperbaiki bagian (bab 3 versi 2.0, ex bab 2 versi 1.0) yang membahas managemen proses, thread, dan penjadwalan. Anggota dari kelompok ini ialah: Agus Setiawan (Ketua), Adhita Amanda, Afaf M, Alisa Dewayanti, Andung J Wicaksono, Dian Wulandari L, Gunawan, Jefri Abdullah, M Gantino, Prita I. Kelompok 44 (2003). Kelompok ini menulis ulang/memperbaiki bagian (bab 4 versi 2.0, ex bab 3 versi 1.0) yang membahas komunikasi antar proses dan deadlock. Anggota dari kelompok ini ialah: Arnold W (Ketua), Antonius H, Irene, Theresia B, Ilham W K, Imelda T, Dessy N, Alex C. Kelompok 45 (2003). Kelompok ini menulis ulang/memperbaiki bagian (bab 5 versi 2.0, ex bab 4 versi 1.0) yang membahas segala hal yang berhubungan dengan memori komputer. Anggota dari kelompok ini ialah: Bima Satria T (Ketua), Adrian Dwitomo, Alfa Rega M, Boby, Diah Astuti W, Dian Kartika P, Pratiwi W, S Budianti S, Satria Graha, Siti Mawaddah, Vita Amanda. Kelompok 46 (2003). Kelompok ini menulis ulang/memperbaiki bagian (bab 6 versi 2.0, ex bab 5 versi 1.0) yang membahas segala hal yang berhubungan dengan managemen sistem berkas. Anggota dari kelompok ini ialah: Josef (Ketua), Arief Aziz, Bimo Widhi Nugroho, Chrysta C P, Dian Maya L, Monica Lestari P, Muhammad Alaydrus, Syntia Wijaya Dharma, Wilmar Y Ignesjz, Yenni R. Kelompok 47 (2003). Kelompok ini menulis ulang/memperbaiki bagian (bab 7 versi 2.0, ex bab 6 versi 1.0) yang membahas segala hal yang berhubungan dengan managemen M/K dan Disk. Anggota dari kelompok ini ialah: Bayu Putera (Ketua), Enrico, Ferry Haris, Franky, Hadyan Andika, Ryan Loanda, Satriadi, Setiawan A, Siti P Wulandari, Tommy Khoerniawan, Wadiyono Valens, William Hutama. Kelompok 48 (2003). Kelompok ini menulis ulang/memperbaiki bagian (bab 8 versi 2.0, ex bab 7 versi 1.0) yang membahas segala hal yang berhubungan dengan Studi Kasus GNU/Linux. Anggota dari kelompok ini ialah: Amir Murtako (Ketua), Dwi Astuti A, M Abdushshomad E, Mauldy Laya, Novarina Azli, Raja Komkom S. Kelompok 49 (2003). Kelompok ini merupakan koordinator kelompok 41-48 pada tahap kedua pengembangan buku ini. Kelompok ini selain kompak, juga sangat kreatif dan inovatif. Anggota dari kelompok ini ialah: Fajran Iman Rusadi (Ketua), Carroline D Puspa. Kelompok 51 (2004). Kelompok ini bertugas untuk memperbaiki bab 4 (versi 2.0) yang membahas komunikasi antar proses dan deadlock. Anggota dari kelompok ini ialah: V.A. Pragantha (Ketua), Irsyad F.N., Jaka N.I., Maharmon, Ricky, Sylvia S. Kelompok 53 (2004). Kelompok ini bertugas untuk me-review bagian 3 versi 3.0 yang berupakan gabungan bab 3 dan bab 8 versi 2.0, yang dipecah ke beberapa bab baru. Bagian 3 ini berisi pokok bahasan Proses/Penjadwalan serta Konsep Perangkat Lunak Bebas. Anggota dari kelompok ini ialah: Endang Retno Nugroho, Indah Agustin, Annisa, Hanson, Jimmy, Ade A. Arifin, Shinta T Effendy, Fredy RTS, Respati, Hafidz Budi, Markus, Prayana Galih PP, Albert Kurniawan, Moch Ridwan J, Sukma Mahendra, Nasikhin, Sapii, Muhammad Rizalul Hak, Salman Azis Alsyafdi, Ade Melani, Amir Muhammad, Lusiana Darmawan, Anthony Steven, Anwar Chandra. Kelompok 54 (2004). Kelompok ini bertugas untuk me-review bagian 4 versi 3.0 yang berupakan gabungan bab 4 dan bab 8 versi 2.0, yang dipecah ke beberapa bab baru. Bagian 4 ini berisi pokok bahasan Sinkronisasi dan Deadlock. Anggota dari kelompok ini ialah: I Christine Angelina, Farania Gama AR, Angga Bariesta H, M.Bayu TS, Muhammad Irfan, Nasrullah, Reza Lesmana, Suryamita H, Fitria Rahma Sari, Api Perdana, Maharmon Arnaldo, Sergio, Tedi Kurniadi, Ferry Sulistiyanto, Ibnu Mubarok, Muhammad Azani HS, Priadhana EK. Kelompok 55 (2004). Kelompok ini bertugas untuk me-review bagian 5 versi 3.0 yang berupakan gabungan bab 5 dan bab 8 versi 2.0, yang dipecah ke beberapa bab baru. Bagian 5 ini berisi pokok bahasan Managemen Memori. Anggota dari kelompok ini ialah: Nilam Fitriah, Nurmaya, Nova Eka Diana, Okky HTF, Tirza Varananda, Yoanna W, Aria WN, Yudi Ariawan, Hendrik Gandawijaya, Johanes, Dania Tigarani S, Desiana NM, Annas Firdausi, Hario Adit W, Kartika Anindya P. Fajar Muharandy, Yudhi M Hamzah K, Binsar Tampahan HS, Risvan Ardiansyah, Budi Irawan, Deny Martan, Prastudy Mungkas F, Abdurrasyid Mujahid, Adri Octavianus, Rahmatri Mardiko. Kelompok 56 (2004). Kelompok ini bertugas untuk me-review bagian 6 versi 3.0 yang berupakan ii

gabungan bab 6 dan bab 8 versi 2.0, yang dipecah ke beberapa bab baru. Bagian 6 ini berisi pokok bahasan Sistem Berkas. Anggota dari kelompok ini ialah: Hipasdo Abrianto, Muhammad Fahrian, Dini Addiati, Titin Farida, Edwin Richardo, Yanuar Widjaja, Biduri Kumala, Deborah YN, Hidayat Febiansyah, M Nizar Kharis, Catur Adi N, M. Faizal Reza, Kelompok 57 (2004). Kelompok ini bertugas untuk me-review bagian 7 versi 3.0 yang berupakan gabungan bab 7 dan bab 8 versi 2.0, yang dipecah ke beberapa bab baru. Bagian 7 ini berisi pokok bahasan M/K. Anggota dari kelompok ini ialah: Dominikus R, Randu Aditara, Dirgantoro Muhammad, Fuady Rosma Hidayat, M Mahdi, Septian Adiwibowo, Muhammad Hasrul M, Riyadi Akbar, A Taufiqurrakhman, Johanes Andria, Irfan Hilmy, Aziiz Surahman. Kelompok 58 (2004). Kelompok ini bertugas untuk me-review yang sebelumnya menjadi bagian dari bab 8 versi 2.0, yang digabungkan ke bagian-bagian lain buku ini. Bagian ini berisi pokok bahasan GNU/Linux dan Perangkat Lunak Bebas. Anggota dari kelompok ini ialah: M Eka Suryana, Rachmad Laksana, Anjar Widianto, Annas, Arie Murdianto, Ranni K, Septina Dian L, Hera Irawati, Renza Azhary. Kelompok 81 (2005). Kelompok ini bertugas untuk menulis Bab 27 (Masalah Dining Philosophers) serta Bab 7.6, 16.6, 20.2 versi 3.0. Kelompok ini hanya beranggotakan: Andreas Febrian dan Priadhana E. K. Kelompok 82 (2005). Kelompok ini bertugas untuk menulis Bab 2 (Konsep Perangkat Lunak Bebas) serta Bab 3.5, 10.6, 16.10, 47.6 versi 3.0. Kelompok ini hanya beranggotakan: Agus Anang. Kelompok 83 (2005). Kelompok ini bertugas untuk menulis Bab 50 (Sistem Terdistribusi) serta Bab 4.2, 14.5, 20.4 versi 3.0. Kelompok ini hanya beranggotakan: Salman Azis Alsyafdi dan Muhamad Rizalul Hak. Kelompok 84 (2005). Kelompok ini bertugas untuk menulis Bab 49 (Sistem Waktu Nyata dan Multimedia) serta Bab 4.1, 12.3, 17.9, 45.10 versi 3.0. Kelompok ini hanya beranggotakan: Indah Wulansari, Sari W.S, dan Samiaji. Kelompok 85 (2005). Kelompok ini bertugas untuk menulis Bab 25 (Masalah Bounded Buffer) serta Bab 10.2, 16.7, 22.2, 47.5 versi 3.0. Kelompok ini hanya beranggotakan: Fahrurrozi Rahman dan Randy S.P. Kelompok 86 (2005). Kelompok ini bertugas untuk menulis Bab 51 (Keamanan Sistem) serta Bab 10.3, 15.7, 21.11, 46.7 versi 3.0. Kelompok ini hanya beranggotakan: Pamela Indrajati dan Devi Triska Kustiana. Kelompok 87 (2005). Kelompok ini bertugas untuk menulis Bab 52 (Perancangan dan Pemeliharaan) serta Bab 6.4, 16.8, 29.2 versi 3.0. Kelompok ini hanya beranggotakan: Sri Agustien M. dan Ahlijati N. Kelompok 88 (2005). Kelompok ini bertugas untuk menulis Bab 26 (Masalah Readers/Writers) serta Bab 4.3, 12.4, 20.3 versi 3.0. Kelompok ini hanya beranggotakan: Muhammad Azani H.S. dan M. Faisal Reza. Kelompok 89 (2005). Kelompok ini bertugas untuk menulis Bab 8 (Mesin Virtual Java) serta Bab 9.10, 16.9, 17.8, 44.11 versi 3.0. Kelompok ini hanya beranggotakan: Novrizki Primananda dan Zulkifli. Kelompok 111 (2005). Sub-kelompok 111-10 bertugas menulis ulang Bab 10 (Konsep Proses) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Richard Lokasamita, Rado Yanu, Phyllisia Angelia. Sub-kelompok 111-11 bertugas menulis ulang Bab 11 (Konsep Thread) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Ario Santoso, Wahyu Mirza, Daniel Cahyadi. Sub-kelompok 111-12 bertugas menulis ulang Bab 12 (Thread Java) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Moh. Ibrahim, Hafiz Arraja, Sutanto Sugii Joji. Sub-kelompok 111-13 bertugas menulis ulang Bab 13 (Konsep Penjadwalan) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Kresna D.S., Rama Rizki, Wisnu LW. Kelompok 112 (2005). Sub-kelompok 112-14 bertugas menulis ulang Bab 14 (Penjadwal CPU) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Ananda Budi P, Maulana Iman T, Suharjono. Sub-kelompok 112-15 bertugas menulis ulang Bab 15 (Algoritma Penjadwalan I) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Daniel Albert Ya, Desmond D. Putra, Rizky A. Sub-kelompok iii

112-16 bertugas menulis ulang Bab 16 (Algoritma Penjadwalan II) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Anthony Steven, Eliza Margaretha, Fandi. Sub-kelompok 112-17 bertugas menulis ulang Bab 17 (Managemen Proses Linux) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Abdul Arfan, Akhmad Syaikhul Hadi, Hadaiq Rolis S. Kelompok 113 (2005). Sub-kelompok 113-18 bertugas menulis ulang Bab 18 (Konsep Interaksi) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Adrianus W K, Aziz Yudi Prasetyo, Gregorio Cybill. Sub-kelompok 113-19 bertugas menulis ulang Bab 19 (Sinkronisasi) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Candra Adhi, Triastuti C. Sub-kelompok 113-20 bertugas menulis ulang Bab 20 (Pemecahan Masalah Critical Section) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Adolf Pandapotan, Ikhsan Putra Kurniawan, Muhammad Edwin Dwi P. Sub-kelompok 113-21 bertugas menulis ulang Bab 21 (Perangkat Sinkronisasi I) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Dwi Putro HP, Jeremia Hutabarat, Rangga M Jati. Sub-kelompok 113-22 bertugas menulis ulang Bab 22 (Perangkat Sinkronisasi II) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Femphy Pisceldo, Hendra Dwi Hadmanto, Zoni Yuki Haryanda. Kelompok 114 (2005). Sub-kelompok 114-23 bertugas menulis ulang Bab 23 (Deadlock) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Aurora Marsye, Mellawaty, Vidyanita Kumalasari. Sub-kelompok 114-24 bertugas menulis ulang Bab 24 (Diagram Graf) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Arief Ristanto, Edwin Kurniawan. Sub-kelompok 114-25 bertugas menulis ulang Bab 25 (Bounded Buffer) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Nurilla R I, Vidya Dwi A. Sub-kelompok 114-26 bertugas menulis ulang Bab 26 (Readers/Writers) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Astria Kurniawan S, Franova Herdiyanto, Ilham Aji Pratomo. Sub-kelompok 114-27 bertugas menulis ulang Bab 27 (Sinkronisasi Dua Arah) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Aprilia, Thoha, Amalia Zahra. Kelompok 115 (2005). Sub-kelompok 115-28 bertugas menulis ulang Bab 28 (Managemen Memori) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Agung Widiyarto, Fahrurrozi, Reynaldo Putra. Sub-kelompok 115-29 bertugas menulis ulang Bab 29 (Alokasi Memori) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Rakhmat Adhi Pratama, Akhda Afif Rasyidi, Muhamad Ilyas. Sub-kelompok 115-30 bertugas menulis ulang Bab 30 (Pemberian Halaman) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Ardi Darmawan, Iwan Prihartono, Michael B.M. Sub-kelompok 115-31 bertugas menulis ulang Bab 31 (Segmentasi) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Andi Nur Mafsah M, Danang Jaya. Kelompok 116 (2005). Sub-kelompok 116-32 bertugas menulis ulang Bab 32 (Memori Virtual) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Franky, Sadar B S, Yemima Aprilia Sub-kelompok 116-33 bertugas menulis ulang Bab 33 (Permintaan Halaman Pembuatan Proses) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Arief Fatchul Huda, Cahyana. Sub-kelompok 116-34 bertugas menulis ulang Bab 34 (Algoritma Pergantian Halaman) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Hera Irawati, Renza Azhary, Jaka Ramdani. Sub-kelompok 116-35 bertugas menulis ulang Bab 35 (Strategi Alokasi Frame) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Arief Nurrachman, Riska Aprian. Sub-kelompok 116-36 bertugas menulis ulang Bab 36 (Memori Linux) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Jani R.R. Siregar, Martin LT, Muhamad Mulki A. Kelompok 117 (2005). Sub-kelompok 117-37 bertugas menulis ulang Bab 37 (Sistem Berkas) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Alida W, Ratih Amalia. Sub-kelompok 117-38 bertugas menulis ulang Bab 38 (Struktur Direktori) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Muhamad Rizalul Hak, Mega Puspita. Sub-kelompok 117-39 bertugas menulis ulang Bab 39 (Sistem Berkas Jaringan) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Rahmad Mahendra, Rendra Rahmatullah, Rivki Hendriyan. Kelompok 118 (2005). Sub-kelompok 118-40 bertugas menulis ulang Bab 40 (Implementasi Sistem Berkas) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Gita Lystia, Rahmawati. Sub-kelompok 118-41 bertugas menulis ulang Bab 41 (Filesystem Hierarchy Standard) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Susy Violina, M Rabindra S, Siti Fatihatul Aliyah. Sub-kelompok 118-42 bertugas menulis ulang Bab 42 (Konsep Alokasi Blok Sistem Berkas) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Haris Sahlan. Kelompok 119 (2005). Sub-kelompok 119-43 bertugas menulis ulang Bab 43 (Perangkat Keras Masukan/Keluaran) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Intan Sari H H Z, Verra Mukty. Sub-kelompok 119-44 bertugas menulis ulang Bab 44 (Subsistem M/K Kernel) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Randy S P, Tunggul Fardiaz. Sub-kelompok 119-45 bertugas iv

menulis ulang Bab 45 (Managemen Disk I) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Isnina Eva Hidayati, Sari Dwi Handiny, Rissa Dwi Oktavianty. Sub-kelompok 119-46 bertugas menulis ulang Bab 46 (Managemen Disk II) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Ditya Nugraha, Dani Supriyadi, Wahyu Sulistio. Kelompok 120 (2005). Sub-kelompok 120-47 bertugas menulis ulang Bab 47 (Perangkat Penyimpanan Tersier) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: Bahtiar, Suharto Anggono. Sub-kelompok 120-48 bertugas menulis ulang Bab 48 (Masukan/Keluaran Linux) versi 4.0. Sub-kelompok ini beranggotakan: M. Danang Pramudya. Kelompok 150 (2006). Kelompok ini berdiskusi merampungkan versi 4.0. Kelompok ini beranggotakan: Haris Sahlan, Hera Irawati, M. Reza Benaji, Rimphy Darmanegara, V.A. Pragantha. Kelompok 152-157 (2006). Kelompok-kelompok tersebut mulai mengerjakan perbaikan versi 5.0. Nama-nama mereka ialah: Muhammad Ibnu Naslin (Bab 5, 11, 48), Iis Ansari (Bab 5, 11, 48), Agung Firmansyah (Bab 6, 29, 36), Arawinda D (Bab 19, 22, 30), Arudea Mahartianto (Bab 17, 20, 32), Chandra Prasetyo U (Bab 31, 36, 42), Charles Christian (Bab 16, 27, 38), Dyta Anggraeni (Bab 18, 33, 35), Hansel Tanuwijaya (Bab 8, 28, 39), Haryadi Herdian (Bab 12, 39, 46), Laverdy Pramula (Bab 14, 41, 46), Motti Getarinta (Bab 19, 25, 44), Muhammad Haris (Bab 24, 29, 42), Nulad Wisnu Pambudi (Bab 21, 37, 43), Ricky Suryadharma (Bab 13, 16, 40), Rizki Mardian (Bab 28, 41, 43), Siti Fuaida Fithri (Bab 23, 33, 34), Sugianto Angkasa (Bab 9, 15, 27), Teddy (Bab 15, 26, 37), Andrew Fiade (Bab 7, 45, 47), Della Maulidiya (Bab 7, 45, 47), Elly Matul Imah (Bab 7, 45, 47), Ida Bgs Md Mahendra (Bab 7, 45, 47), Ni Kt D Ari Jayanti (Bab 7, 45, 47), Wikan Pribadi (Bab 7, 45, 47). Kelompok 181 (2006). Kelompok ini mengerjakan latihan soal dari Apendiks B: Angelina Novianti, Grahita Prajna Anggana, Haryoguno Ananggadipa, Muhammad Aryo N.P., Steven Wongso. Kelompok 182 (2006). Kelompok ini mengerjakan latihan soal serta menuliskan jawaban dari Apendiks B: Adeline Halim Kesuma, Bonifatio Hartono, Maulahikmah Galinium, Selvia Ettine, Tania Puspita. Kelompok 183 (2006). Kelompok ini mengerjakan latihan soal serta menuliskan jawaban dari Apendiks B: Bunga, Burhan, Danny Laidi, Arinal Gunawan, Prio Romano. Kelompok 184 (2006). Kelompok ini mengerjakan latihan soal serta menuliskan jawaban dari Apendiks B: Arra'di Nur Rizal, Erlangga Muhammad Akbar, Pradana Atmadiputra, Stella Maria, Yanuar Rizky. Kelompok 185 (2006). Kelompok ini mengerjakan latihan soal serta menuliskan jawaban dari Apendiks B: Christopher S, Edwin Ardhian, Gabriel F, Marcories, Nancy M H. Kelompok 186 (2006). Kelompok ini mengerjakan latihan soal serta menuliskan jawaban dari Apendiks B: Kristina R. Setiawan, Maynard L. Benyamin, Melvin Rubianto, Varian S. Cahyadi, Victor L. Budiarta. Bagian II: Konsep Dasar Sistem Operasi versi 5.0 (Kelompok 192, 2007). Bab 05 (Komponen Sistem Operasi) ditulis ulang oleh: Muhammad Ilman Akbar, Sagi Arsyad. Bab 06 (System Calls & Programs) ditulis ulang oleh: Adhitya Novian Raidy, Ananta Dian P. Bab 07 (Struktur Sistem Operasi) ditulis ulang oleh: Andre Tampubolon. Bab 08 (Mesin Virtual) ditulis ulang oleh: Achmad Rohman, Rizal Fahlevi, Aulia Fitri. Bab 09 (GNU/Linux) ditulis ulang oleh: Bayu Distiawan T, Octo Alexandro. Bagian III: Proses dan Penjadwalan versi 5.0 (Kelompok 193, 2007). Bab 10 (Konsep Proses) ditulis ulang oleh: Bobby Alexander W, Refly H Hadiwijaya. Bab 11 (Konsep Thread) ditulis ulang oleh: Yohanes Immanuel, Suviyanto. Bab 12 (Thread Java) ditulis ulang oleh: Annisa Ihsani. Bab 13 (Konsep Penjadwalan) ditulis ulang oleh: Moehamad Ichsan, Mulyandra Pratama, Erwanto D. Bab 14 (Algoritma Penjadwal) ditulis ulang oleh: Diandra Aditya K, Fitriany Nadjib. Bab 15 (Penjadwalan Prosesor Jamak) ditulis ulang oleh: Akhmad Mubarok, A Sobari. Bab 16 (Evaluasi Algoritma) ditulis ulang oleh: Heninggar S, Lia Sadita. Bagian IV: Proses dan Sinkronisasi versi 5.0 (Kelompok 194, 2007). Bab 17 (Konsep Interaksi) ditulis ulang oleh: Hanif Rasyidi, Muhamad Wahyudin. Bab 18 (Sinkronisasi) ditulis ulang oleh: v

Purniawan, Yenni N. Bab 19 (Masalah Critical Section) ditulis ulang oleh: Niko Adi Nugroho. Bab 20 (Perangkat Sinkronisasi) ditulis ulang oleh: Danu Widatama, Abdul Muttaqien. Bab 21 (Transaksi Atomik) ditulis ulang oleh: Clara Vania, Bernadia Puspasari. Bab 22 (Sinkronisasi Linux) ditulis ulang oleh: Suryanto Ang. Bab 23 (Deadlock) ditulis ulang oleh: M. Sidik. Bab 24 (Diagram Graf) ditulis ulang oleh: Puspa Setia P. Bab 25 (Bounded Buffer) ditulis ulang oleh: Laksmita Rahadianti. Bab 26 (Readers/Writers) ditulis ulang oleh: Muchamad Irvan G. Bab 27 (Sinkronisasi Dua Arah) ditulis ulang oleh: Evi Dwi Jayanti, Istiana S. Bagian V: Memori versi 5.0 (Kelompok 195, 2007). Bab 28 (Manajemen Memori) ditulis ulang oleh: Mursal Rais – Pita Larasati F N. Bab 29 (Alokasi Memori) ditulis ulang oleh: Novi Indriyani. Bab 30 (Pemberian Halaman) ditulis ulang oleh: Meirna Asti R, Leonny Pramitasari. Bab 31 (Arsitektur Intel Pentium) ditulis ulang oleh: Meldi Harrosyid. Bab 32 (Memori Virtual) ditulis ulang oleh: Rina Violyta, Metti Zakaria W. Bab 33 (Algoritma Ganti Halaman) ditulis ulang oleh: Renggo Pribadi, Kemal Nasir. Bab 34 (Strategi Alokasi Bingkai) ditulis ulang oleh: Vinky Halim, Armando Yonathan. Bab 35 (Seputar Alokasi Bingkai) ditulis ulang oleh: Nur Asyiah. Bab 36 (Memori Linux) ditulis ulang oleh: M Yudha A, Rizkiansyah Za, Anugrah Ramadhani. Bagian VI: Masukan/Keluaran versi 5.0 (Kelompok 196, 2007). Bab 37 (Sistem M/K) ditulis ulang oleh: Tiara Mulia Putri, Imairi Eitiveni. Bab 38 (Subsistem M/K Kernel) ditulis ulang oleh: Anna Yatia Putri. Bab 39 (M/K Linux) ditulis ulang oleh: Reizki Permana. Bagian VII: Penyimpanan Masal versi 5.0 (Kelompok 197, 2007). Bab 40 (Sistem Berkas) ditulis ulang oleh: Bambang Adhi, Darwin Cuputra. Bab 41 (Struktur Direktori) ditulis ulang oleh: Dian Seprina, Yans Sukma Pratama. Bab 42 (FHS) ditulis ulang oleh: Mustafa Kamal, Risnal Diansyah. Bab 43 (Implementasi Sistem Berkas) ditulis ulang oleh: Asa Ramdhani, Anita Rahmawati, Theresia Liberatha S. Bab 44 (Metoda Alokasi Blok) ditulis ulang oleh: Elisabeth Martha K, Mira Melissa. Bab 45 (Aneka Aspek Sistem Berkas) ditulis ulang oleh: Ginanjar Ck,Fandy Permana. Bab 46 (Media Disk) ditulis ulang oleh: Bambang Adhi. Bab 47 (Sistem Penyimpanan Masal) ditulis ulang oleh: Jusni S Jadera, Jan Sarbunan. Bab 48 (Sistem Berkas Linux) ditulis ulang oleh: Kukuh Setiadi, Rizal Mulyadi. Bagian VIII: Topik Lanjutan versi 5.0 (Kelompok 198, 2007). Bab 49 (Keamanan Sistem) ditulis ulang oleh: Purwanto, Andi Muhammad Rijal. Bab 50 (Sistem Terdistribusi) ditulis ulang oleh: Suci Lestarini N. Bab 51 (Waktu Nyata dan Multimedia) ditulis ulang oleh: Prajna Wira Basnur. Bab 52 (Perancangan dan Pemeliharaan) ditulis ulang oleh: Sri Krisna Karunia, Hari Prasetyo. Kelompok 217 (Semester Ganjil 2007/2008). Perbaikan lanjut dilakukan oleh: Hisma Mulya S (Bab 7/Buku I), Tieta Antaresti (Bab 8/Buku I), Hilda Deborah (Bab 10/Buku I), Lucia Roly P (Bab 11/Buku I), Phina Lidyawati (Bab 12/Buku I), Ivonne Margi I (Bab 13/Buku I), Irvan Ferdiansyah (Bab 14/Buku I), Ronny (Bab 15/Buku I), Dimas Rahmanto (Bab 16/Buku I), Pomona Angela K M (Bab 17/Buku I), Rosalina (Bab 18/Buku I), Indah Chandra (Bab 19/Buku I), Anita Kosasih (Bab 20/Buku I), Yuli Biena (Bab 21/Buku I), Deni Lukmanul Hakim (Bab 22/Buku I), Abe Mitsu Teru (Bab 23/Buku I), Angga Kho Meidy (Bab 24/Buku I), Antonius Hendra (Bab 25/Buku I), Randy Oktavianus H (Bab 26/Buku I), Ramadhan K Sagala (Bab 27/Buku I), Lucky Haryadi (Bab 1/Buku II), Ivo Bahar Nugroho (Bab 2/Buku II), Ragil Ari Yuswito (Bab 3/Buku II), Anita Rahmawati (Bab 4/Buku II), Moehammad Radif M E (Bab 5/Buku II), Arip Mulyanto (Bab 6/Buku II), Pomona Angela K M (Bab 7/Buku II), Lucky Haryadi (Bab 8/Buku II), Phina Lidyawati (Bab 9/Buku II), Hilda Deborah (Bab 10/Buku II), Andrew Fiade (Bab 11/Buku II), Rosalina (Bab 13/Buku II), Irvan Ferdiansyah (Bab 14/Buku II), Indah Chandra (Bab 15/Buku II), Randy Oktavianus H (Bab 16/Buku II), Tieta Antaresti (Bab 17/Buku II), Ramadhan K Sagala (Bab 18/Buku II), Andrew Fiade (Bab 19/Buku II), Ivo Bahar Nugroho (Bab 21/Buku II).

vi

Daftar Isi Kata Pengantar ...................................................................................................xix 1. Calon Revisi 5.0 (Kapan?) .........................................................................xix I. Konsep Dasar Perangkat Komputer ........................................................................ 1 1. Hari Gini Belajar SO? ................................................................................. 3 1.1. Pendahuluan ................................................................................... 3 1.2. Mengapa Mempelajari Sistem Operasi? ............................................... 3 1.3. Definisi Sementara .......................................................................... 3 1.4. Sejarah Perkembangan ..................................................................... 5 1.5. Bahan Pembahasan .......................................................................... 7 1.6. Tantangan ...................................................................................... 8 1.7. Prasyarat ....................................................................................... 8 1.8. Sasaran Pembelajaran ...................................................................... 8 1.9. Rangkuman .................................................................................... 8 2. HaKI Perangkat Lunak ..............................................................................11 2.1. Pendahuluan ..................................................................................11 2.2. Perangkat Lunak Bebas ...................................................................11 2.3. Aneka Ragam HaKI ........................................................................12 2.4. Lisensi Perangkat Lunak ..................................................................13 2.5. Sumber Terbuka (Open Source) ........................................................15 2.6. Copyleft ........................................................................................15 2.7. Ilustrasi Lisensi ..............................................................................16 2.8. Tantangan .....................................................................................16 2.9. Rangkuman ...................................................................................16 3. Organisasi Sistem Komputer .......................................................................19 3.1. Pendahuluan ..................................................................................19 3.2. Prosesor .......................................................................................20 3.3. Penyimpan Data .............................................................................20 3.4. Masukan/Keluaran .........................................................................21 3.5. Bus ..............................................................................................22 3.6. Boot ............................................................................................22 3.7. Komputer Personal .........................................................................22 3.8. Rangkuman ...................................................................................23 4. Bahasa Java .............................................................................................25 4.1. Pendahuluan ..................................................................................25 4.2. Bahasa Pemrograman Java ...............................................................25 4.3. Java API .......................................................................................25 4.4. Java Virtual Machine ......................................................................25 4.5. Sistem Operasi Java ........................................................................25 4.6. Dasar Pemrograman ........................................................................26 4.7. Objek dan Kelas .............................................................................26 4.8. Atribut .........................................................................................27 4.9. Atribut Private ...............................................................................27 4.10. Atribut Public ..............................................................................27 4.11. Atribut Protected ..........................................................................28 4.12. Konstruktor .................................................................................28 4.13. Metode .......................................................................................28 4.14. Inheritance ..................................................................................29 4.15. Abstract ......................................................................................30 4.16. Package ......................................................................................30 4.17. Interface .....................................................................................30 4.18. Rangkuman .................................................................................31 II. Konsep Dasar Sistem Operasi .............................................................................33 5. Komponen Sistem Operasi .........................................................................35 5.1. Pendahuluan ..................................................................................35 5.2. Kegiatan Sistem Operasi ..................................................................35 5.3. Manajemen Proses ..........................................................................36 5.4. Manajemen Memori Utama ..............................................................36 vii

Pengantar Sistem Operasi Komputer

5.5. Manajemen Sistem Berkas ...............................................................37 5.6. Manajemen Sistem M/K (I/O) ...........................................................37 5.7. Manajemen Penyimpanan Sekunder ...................................................37 5.8. Proteksi dan Keamaman ..................................................................38 5.9. Rangkuman ...................................................................................39 6. Layanan dan Antarmuka ............................................................................41 6.1. Pendahuluan ..................................................................................41 6.2. Jenis Layanan ................................................................................41 6.3. Antarmuka ....................................................................................42 6.4. System Calls ..................................................................................43 6.5. API (Application Program Interface) ..................................................43 6.6. Jenis System Calls ..........................................................................44 6.7. System Programs ...........................................................................45 6.8. Application Programs .....................................................................45 6.9. Rangkuman ...................................................................................45 7. Struktur Sistem Operasi .............................................................................47 7.1. Pendahuluan ..................................................................................47 7.2. Struktur Sederhana .........................................................................47 7.3. Struktur Berlapis ............................................................................47 7.4. Mikro Kernel .................................................................................48 7.5. Proses Boot ...................................................................................49 7.6. Kompilasi Kernel ...........................................................................50 7.7. Komputer Meja ..............................................................................51 7.8. Sistem Prosesor Jamak ....................................................................51 7.9. Sistem Terdistribusi dan Terkluster ....................................................52 7.10. Sistem Waktu Nyata ......................................................................54 7.11. Aspek Lainnya .............................................................................54 7.12. Rangkuman .................................................................................55 8. Virtual Machine (VM) ...............................................................................57 8.1. Pendahuluan ..................................................................................57 8.2. Virtualisasi Penuh ..........................................................................57 8.3. Virtualisasi Paruh ...........................................................................58 8.4. IBM VM ......................................................................................58 8.5. VMware .......................................................................................59 8.6. Xen VMM ....................................................................................59 8.7. Java VM .......................................................................................60 8.8. .NET Framework ............................................................................60 8.9. Rangkuman ...................................................................................61 9. GNU/Linux .............................................................................................63 9.1. Pendahuluan ..................................................................................63 9.2. Kernel ..........................................................................................64 9.3. Distro ...........................................................................................65 9.4. Lisensi .........................................................................................66 9.5. Prinsip Rancangan Linux .................................................................66 9.6. Modul Kernel Linux .......................................................................68 9.7. Rangkuman ...................................................................................70 III. Proses dan Penjadwalan ...................................................................................71 10. Konsep Proses ........................................................................................73 10.1. Pendahuluan ................................................................................73 10.2. Diagram Status Proses ...................................................................73 10.3. Process Control Block ...................................................................74 10.4. Pembentukan Proses .....................................................................74 10.5. Fungsi fork() ...........................................................................75 10.6. Terminasi Proses ..........................................................................76 10.7. Proses Linux ................................................................................76 10.8. Rangkuman .................................................................................76 11. Konsep Thread .......................................................................................79 11.1. Pendahuluan ................................................................................79 11.2. Keuntungan MultiThreading ...........................................................79 11.3. Model MultiThreading ...................................................................79 11.4. Pustaka Thread ............................................................................80 11.5. Pembatalan Thread .......................................................................80 11.6. Thread Pools ...............................................................................81 viii


11.7. Penjadwalan Thread ......................................................................81 11.8. Thread Linux ...............................................................................82 11.9. Rangkuman .................................................................................82 12. Thread Java ...........................................................................................85 12.1. Pendahuluan ................................................................................85 12.2. Status Thread ...............................................................................85 12.3. Pembentukan Thread .....................................................................86 12.4. Penggabungan Thread ...................................................................87 12.5. Pembatalan Thread .......................................................................88 12.6. JVM ...........................................................................................88 12.7. Aplikasi Thread dalam Java ............................................................89 12.8. Rangkuman .................................................................................89 13. Konsep Penjadwalan ................................................................................91 13.1. Pendahuluan ................................................................................91 13.2. Siklus Burst CPU – M/K ................................................................91 13.3. Penjadwalan Preemptive ................................................................92 13.4. Penjadwalan Non Preemptive ..........................................................92 13.5. Dispatcher ..................................................................................93 13.6. Kriteria Penjadwalan .....................................................................93 13.7. Rangkuman .................................................................................94 14. Algoritma Penjadwalan ............................................................................95 14.1. Pendahuluan ................................................................................95 14.2. FCFS (First Come First Served) ......................................................95 14.3. SJF (Shortest Job First) .................................................................96 14.4. Priority Scheduling .......................................................................97 14.5. Round Robin ................................................................................97 14.6. Multilevel Queue ..........................................................................98 14.7. Multilevel Feedback Queue ............................................................99 14.8. Rangkuman ............................................................................... 100 15. Penjadwalan Prosesor Jamak ................................................................... 103 15.1. Pendahuluan .............................................................................. 103 15.2. Penjadwalan Master/Slave ............................................................ 103 15.3. Penjadwalan SMP ....................................................................... 104 15.4. Affinity dan Load Ballancing ......................................................... 104 15.5. Symetric Multithreading .............................................................. 105 15.6. Multicore .................................................................................. 105 15.7. Rangkuman ............................................................................... 107 16. Evaluasi dan Ilustrasi ............................................................................. 109 16.1. Pendahuluan .............................................................................. 109 16.2. Deterministic Modelling .............................................................. 109 16.3. Queueing Modelling .................................................................... 110 16.4. Simulasi ................................................................................... 111 16.5. Implementasi ............................................................................. 112 16.6. Ilustrasi: Linux ........................................................................... 112 16.7. Ilustrasi: Solaris ......................................................................... 114 16.8. Rangkuman ............................................................................... 115 IV. Proses dan Sinkronisasi .................................................................................. 117 17. Konsep Interaksi ................................................................................... 119 17.1. Pendahuluan .............................................................................. 119 17.2. Komunikasi Antar Proses ............................................................. 119 17.3. Sinkronisasi ............................................................................... 119 17.4. Penyangga ................................................................................. 120 17.5. Client/Server ............................................................................. 120 17.6. RPC ......................................................................................... 121 17.7. Deadlock dan Starvation .............................................................. 121 17.8. Rangkuman ............................................................................... 122 18. Sinkronisasi ......................................................................................... 123 18.1. Pendahuluan .............................................................................. 123 18.2. Race Condition .......................................................................... 123 18.3. Critical Section .......................................................................... 124 18.4. Prasyarat Solusi Critical Section .................................................... 125 18.5. Critical Section dalam Kernel ....................................................... 126 18.6. Rangkuman ............................................................................... 126 ix


19. Solusi Critical Section ........................................................................... 129 19.1. Pendahuluan .............................................................................. 129 19.2. Algoritma I ................................................................................ 129 19.3. Algoritma II .............................................................................. 130 19.4. Algoritma III ............................................................................. 131 19.5. Algoritma Tukang Roti ................................................................ 132 19.6. Rangkuman ............................................................................... 132 20. Perangkat Sinkronisasi ........................................................................... 135 20.1. Pendahuluan .............................................................................. 135 20.2. TestAndSet() ....................................................................... 135 20.3. Semafor .................................................................................... 136 20.4. Fungsi Semafor .......................................................................... 137 20.5. Monitor .................................................................................... 139 20.6. Monitor Java ............................................................................. 141 20.7. Rangkuman ............................................................................... 142 21. Transaksi Atomik .................................................................................. 145 21.1. Pendahuluan .............................................................................. 145 21.2. Model Sistem ............................................................................. 145 21.3. Pemulihan Berbasis Log ............................................................... 145 21.4. Checkpoint ................................................................................ 146 21.5. Serialisasi ................................................................................. 146 21.6. Protokol Penguncian ................................................................... 148 21.7. Protokol Berbasis Waktu .............................................................. 149 21.8. Rangkuman ............................................................................... 150 22. Sinkronisasi Linux ................................................................................ 153 22.1. Pendahuluan .............................................................................. 153 22.2. Critical Section .......................................................................... 153 22.3. Penyebab Konkurensi Kernel ........................................................ 154 22.4. Integer Atomik ........................................................................... 154 22.5. Spin Locks ................................................................................. 156 22.6. Semafor .................................................................................... 157 22.7. SMP ........................................................................................ 158 22.8. Rangkuman ............................................................................... 158 23. Deadlocks ............................................................................................ 161 23.1. Pendahuluan .............................................................................. 161 23.2. Starvation ................................................................................. 162 23.3. Model Sistem ............................................................................. 163 23.4. Karakteristik .............................................................................. 163 23.5. Penanganan ............................................................................... 164 23.6. Pencegahan ............................................................................... 164 23.7. Penghindaran ............................................................................. 165 23.8. Pendeteksian .............................................................................. 166 23.9. Pemulihan ................................................................................. 166 23.10. Rangkuman ............................................................................. 167 24. Diagram Graf ....................................................................................... 169 24.1. Pendahuluan .............................................................................. 169 24.2. Komponen Alokasi Sumber Daya .................................................. 169 24.3. Metode Penghindaran .................................................................. 172 24.4. Algoritma Bankir ........................................................................ 174 24.5. Metode Pendeteksian ................................................................... 175 24.6. Rangkuman ............................................................................... 177 25. Bounded-Buffer .................................................................................... 179 25.1. Pendahuluan .............................................................................. 179 25.2. Penggunaan Semafor ................................................................... 179 25.3. Program .................................................................................... 181 25.4. Penjelasan Program ..................................................................... 183 25.5. Rangkuman ............................................................................... 186 26. Readers/Writers .................................................................................... 189 26.1. Pendahuluan .............................................................................. 189 26.2. Penggunaan Semafor ................................................................... 189 26.3. Program .................................................................................... 190 26.4. Penjelasan Program ..................................................................... 193 26.5. Rangkuman ............................................................................... 194 x


27. Sinkronisasi Dengan Semafor .................................................................. 195 27.1. Pendahuluan .............................................................................. 195 27.2. Penggunaan Semafor ................................................................... 195 27.3. Program .................................................................................... 196 27.4. Penjelasan Program ..................................................................... 199 27.5. Rangkuman ............................................................................... 203 Daftar Rujukan Utama ........................................................................................ 205 A. GNU Free Documentation License .................................................................... 211 A.1. PREAMBLE ...................................................................................... 211 A.2. APPLICABILITY AND DEFINITIONS .................................................. 211 A.3. VERBATIM COPYING ....................................................................... 212 A.4. COPYING IN QUANTITY ................................................................... 212 A.5. MODIFICATIONS .............................................................................. 213 A.6. COMBINING DOCUMENTS ............................................................... 214 A.7. COLLECTIONS OF DOCUMENTS ....................................................... 214 A.8. Aggregation with Independent Works ...................................................... 215 A.9. TRANSLATION ................................................................................. 215 A.10. TERMINATION ............................................................................... 215 A.11. FUTURE REVISIONS OF THIS LICENSE ........................................... 215 A.12. ADDENDUM ................................................................................... 216 B. Kumpulan Soal Ujian Bagian Pertama ................................................................ 217 B.1. Konsep Dasar Perangkat Komputer ......................................................... 218 B.2. Konsep Dasar Sistem Operasi ................................................................ 218 B.3. Proses dan Penjadwalan ........................................................................ 219 B.4. Proses dan Sinkronisasi ......................................................................... 227 Indeks .............................................................................................................. 249

xi

xii

Daftar Gambar 1.1. Abstraksi Komponen Sistem Komputer ............................................................... 4 1.2. Arsitektur Komputer von-Neumann .................................................................... 6 1.3. Bagan Sebuah Komputer Personal ...................................................................... 6 1.4. Bagan Memori Untuk Sistem Monitor Batch Sederhana .......................................... 7 3.1. Penyimpanan Hirarkis .....................................................................................20 3.2. Struktur M/K .................................................................................................21 3.3. Bagan Sebuah Komputer Personal .....................................................................23 6.1. Contoh GUI ..................................................................................................42 6.2. Contoh System Call ........................................................................................43 7.1. Struktur UNIX ...............................................................................................47 7.2. Struktur kernel mikro ......................................................................................49 7.3. Model ASMP dan SMP ...................................................................................52 7.4. Sistem Terdistribusi dan Terkluster ....................................................................53 8.1. Contoh skema penggunaan pada VMware versi ESX Servers ..................................59 8.2. Contoh dari penggunaan Xen VMM ...................................................................60 9.1. Logo Linux ...................................................................................................63 10.1. Status Proses ...............................................................................................73 10.2. Process Control Block ...................................................................................74 11.1. Model-Model MultiThreading .........................................................................79 12.1. Status Thread ...............................................................................................85 13.1. Siklus Burst .................................................................................................91 13.2. Dispatch Latency ..........................................................................................93 14.1. Gantt Chart Kedatangan Proses .......................................................................95 14.2. Gantt Chart Kedatangan Proses Sesudah Urutan Kedatangan Dibalik ......................96 14.3. Shortest Job First (Non-Preemptive) .................................................................96 14.4. Urutan Kejadian Algoritma Round Robin ..........................................................98 14.5. Penggunaan Waktu Quantum ..........................................................................98 14.6. Multilevel Queue ..........................................................................................98 14.7. Multilevel Feedback Queue ............................................................................99 15.1. Multiprogramming dengan multiprocessor ...................................................... 103 15.2. Symetric Multithreading .............................................................................. 105 15.3. Chip CPU dual-core .................................................................................... 106 16.1. Perbandingan dengan Deterministic Modelling ................................................. 110 16.2. Evaluasi Algoritma Penjadwalan dengan Simulasi ............................................ 111 16.3. Hubungan antara prioritas dan waktu kuantum ................................................. 113 16.4. Daftar task indexed berdasarkan prioritas ........................................................ 113 16.5. Penjadwalan Solaris .................................................................................... 114 17.1. Dead Lock ................................................................................................ 121 17.2. Starvation ................................................................................................. 121 18.1. Ilustrasi program produsen dan konsumen ....................................................... 124 18.2. Ilustrasi critical section ................................................................................ 125 18.3. ilustrasi proses Pi ........................................................................................ 125 19.1. Algoritma I ................................................................................................ 129 19.2. Algoritma II .............................................................................................. 130 19.3. Algoritma III ............................................................................................. 131 20.1. Monitor .................................................................................................... 140 20.2. Monitor dengan condition variable ................................................................. 140 20.3. Monitor JVM ............................................................................................. 141 21.1. Two-Phase Locking Protocol ........................................................................ 149 22.1. Atomic Operation ....................................................................................... 154 22.2. 32-bit atomic_t ........................................................................................... 155 23.1. Contoh kasus deadlock pada lalu lintas di jembatan ........................................... 161 23.2. Contoh kasus deadlock pada lalu lintas di persimpangan .................................... 161 24.1. Proses Pi ................................................................................................... 169 24.2. Sumber daya Rj .......................................................................................... 170 24.3. Proses Pi meminta sumber daya Rj ................................................................. 170 24.4. Resource Rj meminta sumber daya Pi ............................................................. 170 24.5. Contoh graf alokasi sumber daya ................................................................... 171 xiii


24.6. Graf Alokasi Sumber Daya dalam status aman ................................................. 172 24.7. Graf dengan Deadlock ................................................................................. 173 24.8. Contoh Graf tanpa Deadlock ......................................................................... 173 24.9. Jawaban soal ............................................................................................. 175 24.10. Contoh Graf Alokasi Sumber Daya yang akan diubah menjadi graf tunggu .......... 176 24.11. Contoh Graf Tunggu .................................................................................. 177 25.1. Produsen Menunggu Konsumen .................................................................... 179 25.2. Konsumen Menunggu Produsen .................................................................... 180 25.3. Produsen Menunggu Buffer Penuh ................................................................. 180 25.4. Konsumen Menunggu Buffer Kosong ............................................................. 181 27.1. Peranan yang terdapat dalam permainan .......................................................... 195 27.2. Bandar memulai permainan .......................................................................... 195 27.3. Bandar memeriksa pemenang ........................................................................ 196 27.4. Bandar mengulang gambreng ........................................................................ 196

xiv

Daftar Tabel 1.1. Perbandingan Sistem Dahulu dan Sekarang .......................................................... 3 14.1. Contoh Shortest Job First ...............................................................................96 16.1. Contoh ..................................................................................................... 109 16.2. Solaris dispatch table for interactive and time sharing threads ............................ 115 16.3. Scheduling Priorities in Linux ....................................................................... 116 16.4. Scheduling Priorities in Solaris ..................................................................... 116 21.1. Contoh Penjadwalan Serial: Penjadwalan T0 diikuti T1 ..................................... 147 21.2. Contoh Penjadwalan Non-Serial (Concurrent Serializable Schedule) .................... 148 21.3. Contoh Penjadwalan dengan PROTOKOL BERBASIS WAKTU ........................ 150 22.1. Tabel Atomic Integer Operations ................................................................... 155 22.2. Tabel Spin Lock Methods ............................................................................ 156 22.3. Tabel Spin Lock Versus Semaphore ............................................................... 157

xv

xvi

Daftar Contoh 10.1. Contoh Penggunaan fork() ..............................................................................75 18.1. Race Condition .......................................................................................... 123 18.2. Race Condition dalam bahasa mesin ............................................................... 123 18.3. Program yang memperlihatkan Race Condition ................................................ 124 18.4. Struktur umum dari proses Pi adalah: ............................................................. 125 20.1. TestAndSet() ............................................................................................. 135 20.2. TestAndSet() dengan mutual exclusion ........................................................... 135 20.3. TestAndSet() yang memenuhi critical section .................................................. 136 22.1. Critical section ........................................................................................... 154 23.1. TestAndSet ............................................................................................... 162 23.2. TestAndSet ............................................................................................... 165 23.3. TestAndSet ............................................................................................... 166 27.1. Program yang menggunakan proses sinkronisasi dua arah ................................... 196 27.2. Class Hompimpah ...................................................................................... 199 27.3. method pemainGambreng ............................................................................ 200 27.4. syncBandarPemain ..................................................................................... 201 27.5. syncBandar ............................................................................................... 201 27.6. resetGambreng ........................................................................................... 201 27.7. syncPemainBandar ..................................................................................... 202 27.8. hitungGambreng ......................................................................................... 202 27.9. Keluaran Program ....................................................................................... 203

xvii

xviii

Kata Pengantar 1. Calon Revisi 5.0 (Kapan?) ''I said you robbed me before, so I'm robbing you back! '' —Paul McCartney: Deliver Your Children (1978) – DRAFT – BELUM TERBIT – DRAFT – Buku ini masih jauh dari sempurna, sehingga masih diperbaiki secara berkesinambungan. Diskusi yang terkait dengan bidang Sistem Operasi secara umum, maupun yang khusus seputar buku ini, diselenggarakan melalui milis Sistem Operasi. Kritik/tanggapan/usulan juga dapat disampaikan ke gmail.com>. Versi digital terakhir dari buku ini dapat diambil dari http://bebas.vlsm.org/v06/Kuliah/SistemOperasi/BUKU/.

xix

xx

Bagian I. Konsep Dasar Perangkat Komputer Komputer modern merupakan sistem yang kompleks. Secara fisik, komputer tersebut terdiri dari beberapa bagian seperti prosesor, memori, disk, pencetak (printer), serta perangkat lainnya. Perangkat keras tersebut digunakan untuk menjalankan berbagai perangkat lunak aplikasi (software aplication). Sebuah Sistem Operasi merupakan perangkat lunak penghubung antara perangkat keras (hardware) dengan perangkat lunak aplikasi tersebut di atas. Bagian ini (Bagian I, “Konsep Dasar Perangkat Komputer”), menguraikan secara umum komponen-komponen komputer seperti Sistem Operasi, perangkat keras, proteksi, keamanan, serta jaringan komputer. Aspek-aspek tersebut diperlukan untuk memahami konsep-konsep Sistem Operasi yang akan dijabarkan dalam buku ini. Tentunya tidak dapat diharapkan pembahasan yang dalam. Rincian lanjut, sebaiknya dilihat pada rujukan yang berhubungan dengan "Pengantar Organisasi Komputer", "Pengantar Struktur Data", serta "Pengantar Jaringan Komputer". Bagian II, “Konsep Dasar Sistem Operasi” akan memperkenalkan secara umum seputar Sistem Operasi. Bagian selanjutnya, akan menguraikan yang lebih rinci dari seluruh aspek Sistem Operasi.

Bab 1. Hari Gini Belajar SO? 1.1. Pendahuluan Mengapa Sistem Operasi masih menjadi bagian dari inti kurikulum bidang Ilmu Komputer? Bab pendahuluan ini akan memberikan sedikit gambaran perihal posisi Sistem Operasi di abad 21 ini.

1.2. Mengapa Mempelajari Sistem Operasi? Setelah lebih dari 60 tahun sejarah perkomputeran, telah terjadi pergeseran yang signifikan dari peranan sebuah Sistem Operasi. Perhatikan tabel berikut ini. Secara sepintas, terlihat bahwa telah terjadi perubahan sangat drastis dalam dunia Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer.

Tabel 1.1. Perbandingan Sistem Dahulu dan Sekarang Dahulu

Sekarang

Komputer Utama

Mainframe

Kumpulan Komputer dalam Jaringan

Memori

Beberapa Kbytes

Beberapa Gbytes

Disk

Beberapa Mbytes

Beberapa ratus Gbytes

Peraga

Terminal Teks

Grafik beresolusi Tinggi

Arsitektur

Aneka ragam arsitektur

Beberapa arsitektur dominan

Sistem Operasi

Setiap arsitekur komputer menggunakan Sistem Operasi yang berbeda

Dominasi Microsoft dengan beberapa pengecualian

Hal yang paling terlihat secara kasat mata ialah perubahan (pengecilan) fisik yang luar biasa. Penggunaan memori dan disk pun meningkat dengan tajam, terutama setelah multimedia mulai dimanfaatkan sebagai antarmuka interaksi. Saat dahulu, setiap arsitektur komputer memiliki Sistem Operasi yang tersendiri. Jika dewasa ini telah terjadi penciutan arsitektur yang luar biasa, dengan sendirinya menciutkan jumlah variasi Sistem Operasi. Hal ini ditambah dengan trend Sistem Operasi yang dapat berjalan diberbagai jenis arsitektur. Sebagian dari pembaca yang budiman mungkin mulai bernalar: mengapa ''hari gini'' (terpaksa) mempelajari Sistem Operasi?! Secara pasti-pasti, dimana relevansi dan "job (duit)"-nya? Terlepas dari perubahan tersebut di atas; banyak aspek yang tetap sama seperti dahulu. Komputer abad lalu menggunakan model arsitektur von-Neumann, dan demikian pula model komputer abad ini. Aspek pengelolaan sumber-daya Sistem Operasi seperti proses, memori, masukan/keluaran (m/k), berkas, dan seterusnya masih menggunakan prinsip-prinsip yang sama. Dengan sendirinya, mempelajari Sistem Operasi masih tetap serelevan abad lalu; walaupun telah terjadi berbagai perubahan fisik.

1.3. Definisi Sementara Buku ini merupakan sebuah rujukan mata-ajar Sistem Operasi (SO). Hampir seluruh isi buku akan menggunjingkan secara panjang-lebar, semua aspek yang berhubungan dengan Sistem Operasi tersebut. Namun sebelum pergunjingan dimulai, perlu ditetapkan sebuah pegangan sementara, perihal apa yang dimaksud dengan "Sistem Operasi" itu sendiri. Mendefinisikan istilah "Sistem Operasi" mungkin merupakan hal yang mudah, namun mungkin juga merupakan hal yang sangat ribet! Para pembaca sepertinya pernah mendengar istilah "Sistem Operasi". Mungkin pula pernah berhubungan secara langsung ataupun tidak langsung dengan istilah tersebut. Namun, belum tentu dapat menjabarkan perihal apa yang sebetulnya dimaksud dengan kata "Sistem Operasi". Sebaliknya, banyak pula yang pernah mendengar merek dagang "WindowsTM 1)" 1

Windows merupakan merek dagang terdaftar dari Microsoft.

3

Definisi Sementara ataupun istilah "GNU/Linux 2)", lalu mengidentikkan nama Windows istilah "Sistem Operasi" tersebut.

TM

atau GNU/Linux dengan

Gambar 1.1. Abstraksi Komponen Sistem Komputer

Sebuah sistem komputer dapat dibagi ke dalam beberapa komponen utama, seperti "para pengguna", "perangkat keras", serta "perangkat lunak" (Gambar 1.1, “Abstraksi Komponen Sistem Komputer”). "Para pengguna" (users) ini merupakan pihak yang memanfaatkan sistem komputer tersebut. Para pengguna di sini bukan saja manusia, namun mungkin berbentuk program aplikasi lain, ataupun perangkat komputer lain. "Perangkat keras" (hardware) ini berbentuk benda konkret yang dapat dilihat dan disentuh. Perangkat keras ini merupakan inti dari sebuah sistem, serta penyedia sumber-daya (resources) untuk keperluan komputasi. Diantara "para pengguna" dan "perangkat keras" terdapat sebuah lapisan abstrak yang disebut dengan "perangkat lunak" (software). Secara keseluruhan, perangkat lunak membantu para pengguna untuk memanfaatkan sumber-daya komputasi yang disediakan perangkat keras. Perangkat lunak secara garis besar dibagi lagi menjadi dua yaitu "program aplikasi" dan "Sistem Operasi". "Program aplikasi" merupakan perangkat lunak yang dijalankan oleh para pengguna untuk mencapat tujuan tertentu. Umpama, kita menjelajah internet dengan menggunakan aplikasi "Browser". Atau mengubah (edit) sebuah berkas dengan aplikasi "Editor". Sedangkan, "Sistem Operasi" dapat dikatakan merupakan sebuah perangkat lunak yang "membungkus" perangkat keras agar lebih mudah dimanfaatkan oleh para pengguna melalui program-program aplikasi tersebut. Sistem Operasi berada di antara perangkat keras komputer dan perangkat aplikasinya. Namun, bagaimana caranya menentukan secara pasti, letak perbatasan antara "perangkat keras komputer" dan "Sistem Operasi", dan terutama antara "perangkat lunak aplikasi" dan "Sistem Operasi"? Umpamanya, apakah "Internet ExplorerTM 3)" merupakan aplikasi atau bagian dari Sistem Operasi? Siapakah yang berhak menentukan perbatasan tersebut? Apakah para pengguna? Apakah perlu didiskusikan habis-habisan melalui milis? Apakah perlu diputuskan oleh sebuah pengadilan? Apakah para politisi (busuk?) sebaiknya mengajukan sebuah Rencana Undang Undang Sistem Operasi terlebih dahulu? Ha! Secara lebih rinci, Sistem Operasi didefinisikan sebagai sebuah program yang mengatur perangkat keras komputer, dengan menyediakan landasan untuk aplikasi yang berada di atasnya, serta bertindak sebagai penghubung antara para pengguna dengan perangkat keras. Sistem Operasi bertugas untuk mengendalikan (kontrol) serta mengkoordinasikan pengunaan perangkat keras untuk berbagai program aplikasi untuk bermacam-macam pengguna. Dengan demikian, sebuah Sistem Operasi bukan merupakan bagian dari perangkat keras komputer, dan juga bukan merupakan 2 GNU 3

merupakan singkatan dari GNU is Not Unix, sedangkan Linux merupakan merek dagang dari Linus Torvalds. Internet Explorer merupakan merek dagang terdaftar dari Microsoft.

4

Sejarah Perkembangan

bagian dari perangkat lunak aplikasi komputer, apalagi tentunya bukan merupakan bagian dari para pengguna komputer. Pengertian dari Sistem Operasi dapat dilihat dari berbagai sudut pandang. Dari sudut pandang pengguna, Sistem Operasi merupakan sebagai alat untuk mempermudah penggunaan komputer. Dalam hal ini Sistem Operasi seharusnya dirancang dengan mengutamakan kemudahan penggunaan, dibandingkan mengutamakan kinerja ataupun utilisasi sumber-daya. Sebaliknya dalam lingkungan berpengguna-banyak (multi-user), Sistem Operasi dapat dipandang sebagai alat untuk memaksimalkan penggunaan sumber-daya komputer. Akan tetapi pada sejumlah komputer, sudut pandang pengguna dapat dikatakan hanya sedikit atau tidak ada sama sekali. Misalnya embedded computer pada peralatan rumah tangga seperti mesin cuci dan sebagainya mungkin saja memiliki lampu indikator untuk menunjukkan keadaan sekarang, tetapi Sistem Operasi ini dirancang untuk bekerja tanpa campur tangan pengguna. Dari sudut pandang sistem, Sistem Operasi dapat dianggap sebagai alat yang menempatkan sumber-daya secara efisien (Resource Allocator). Sistem Operasi ialah manager bagi sumber-daya, yang menangani konflik permintaan sumber-daya secara efisien. Sistem Operasi juga mengatur eksekusi aplikasi dan operasi dari alat M/K (Masukan/Keluaran). Fungsi ini dikenal juga sebagai program pengendali (Control Program). Lebih lagi, Sistem Operasi merupakan suatu bagian program yang berjalan setiap saat yang dikenal dengan istilah kernel. Dari sudut pandang tujuan Sistem Operasi, Sistem Operasi dapat dipandang sebagai alat yang membuat komputer lebih nyaman digunakan (convenient) untuk menjalankan aplikasi dan menyelesaikan masalah pengguna. Tujuan lain Sistem Operasi ialah membuat penggunaan sumber-daya komputer menjadi efisien. Dapat disimpulkan, bahwa Sistem Operasi merupakan komponen penting dari setiap sistem komputer. Akibatnya, pelajaran "Sistem Operasi" selayaknya merupakan komponen penting dari sistem pendidikan berbasis "ilmu komputer". Konsep Sistem Operasi dapat lebih mudah dipahami, jika juga memahami jenis perangkat keras yang digunakan. Demikian pula sebaliknya. Dari sejarah diketahui bahwa Sistem Operasi dan perangkat keras saling mempengaruhi dan saling melengkapi. Struktur dari sebuah Sistem Operasi sangat tergantung pada perangkat keras yang pertama kali digunakan untuk mengembangkannya. Sedangkan perkembangan perangkat keras sangat dipengaruhi dari hal-hal yang diperlukan oleh sebuah Sistem Operasi. Dalam sub bagian-bagian berikut ini, akan diberikan berbagai ilustrasi perkembangan dan jenis Sistem Operasi beserta perangkat kerasnya.

1.4. Sejarah Perkembangan Arsitektur perangkat keras komputer tradisional terdiri dari empat komponen utama yaitu "Prosesor", "Memori Penyimpanan", "Masukan" (Input), dan "Keluaran" (Output). Model tradisional tersebut sering dikenal dengan nama arsitektur von-Neumann (Gambar 1.2, “Arsitektur Komputer von-Neumann”). Pada saat awal, komputer berukuran sangat besar sehingga komponen-komponennya dapat memenuhi sebuah ruangan yang sangat besar. Sang pengguna – menjadi programer yang sekali gus merangkap menjadi menjadi operator komputer – juga bekerja di dalam ruang komputer tersebut. Walaupun berukuran besar, sistem tersebut dikategorikan sebagai "komputer pribadi" (PC). Siapa saja yang ingin melakukan komputasi; harus memesan/antri untuk mendapatkan alokasi waktu (rata-rata 30-120 menit). Jika ingin melakukan kompilasi Fortran, maka pengguna pertama kali akan me-load kompilator Fortran, yang diikuti dengan "load" program dan data. Hasil yang diperoleh, biasanya berbentuk cetakan (print-out). Timbul beberapa masalah pada sistem PC tersebut. Umpama, alokasi pesanan harus dilakukan dimuka. Jika pekerjaan rampung sebelum rencana semula, maka sistem komputer menjadi "idle"/tidak tergunakan. Sebaliknya, jika perkerjaan rampung lebih lama dari rencana semula, para calon pengguna berikutnya harus menunggu hingga pekerjaan selesai. Selain itu, seorang pengguna kompilator Fortran akan beruntung, jika pengguna sebelumnya juga menggunakan Fortran. Namun, jika pengguna sebelumnya menggunakan Cobol, maka pengguna Fortran harus me-"load". Masalah ini ditanggulangi dengan menggabungkan para pengguna kompilator sejenis ke dalam satu kelompok batch yang sama. Medium semula yaitu punch card diganti dengan tape.

5

Sejarah Perkembangan

Gambar 1.2. Arsitektur Komputer von-Neumann

Selanjutnya, terjadi pemisahan tugas antara programer dan operator. Para operator biasanya secara eksklusif menjadi penghuni "ruang kaca" seberang ruang komputer. Para programer yang merupakan pengguna (users), mengakses komputer secara tidak langsung melalui bantuan para operator. Para pengguna mempersiapkan sebuah job yang terdiri dari program aplikasi, data masukan, serta beberapa perintah pengendali program. Medium yang lazim digunakan ialah kartu berlubang (punch card). Setiap kartu dapat menampung informasi satu baris hingga 80 karakter Set kartu job lengkap tersebut kemudian diserahkan kepada para operator.

Gambar 1.3. Bagan Sebuah Komputer Personal

6

Bahan Pembahasan

Perkembangan Sistem Operasi dimulai dari sini, dengan memanfaatkan sistem batch (Gambar 1.4, “Bagan Memori Untuk Sistem Monitor Batch Sederhana”). Para operator mengumpulkan job-job yang mirip yang kemudian dijalankan secara berkelompok. Umpama, job yang memerlukan kompilator Fortran akan dikumpulkan ke dalam sebuah batch bersama dengan job-job lainnya yang juga memerlukan kompilator Fortran. Setelah sebuah kelompok job rampung, maka kelompok job berikutnya akan dijalankan secara otomatis.

Gambar 1.4. Bagan Memori Untuk Sistem Monitor Batch Sederhana

Pada perkembangan berikutnya, diperkenalkan konsep Multiprogrammed System. Dengan sistem ini job-job disimpan di memori utama di waktu yang sama dan CPU dipergunakan bergantian. Hal ini membutuhkan beberapa kemampuan tambahan yaitu: penyediaan I/O routine oleh sistem, pengaturan memori untuk mengalokasikan memori pada beberapa Job, penjadwalan CPU untuk memilih job mana yang akan dijalankan, serta pengalokasian perangkat keras lain (Gambar 1.4, “Bagan Memori Untuk Sistem Monitor Batch Sederhana”). Peningkatan lanjut dikenal sistem "bagi waktu"/"tugas ganda"/"komputasi interaktif" (Time-Sharing System/ Multitasking/ Interactive Computing). Sistem ini, secara simultan dapat diakses lebih dari satu pengguna. CPU digunakan bergantian oleh job-job di memori dan di disk. CPU dialokasikan hanya pada job di memori dan job dipindahkan dari dan ke disk. Interaksi langsung antara pengguna dan komputer ini melahirkan konsep baru, yaitu response time yang diupayakan wajar agar tidak terlalu lama menunggu. Hingga akhir tahun 1980-an, sistem komputer dengan kemampuan yang "normal", lazim dikenal dengan istilah main-frame. Sistem komputer dengan kemampuan jauh lebih rendah (dan lebih murah) disebut "komputer mini". Sebaliknya, komputer dengan kemampuan jauh lebih canggih disebut komputer super (super-computer). CDC 6600 merupakan yang pertama dikenal dengan sebutan komputer super menjelang akhir tahun 1960-an. Namun prinsip kerja dari Sistem Operasi dari semua komputer tersebut lebih kurang sama saja. Komputer klasik seperti diungkapkan di atas, hanya memiliki satu prosesor. Keuntungan dari sistem ini ialah lebih mudah diimplementasikan karena tidak perlu memperhatikan sinkronisasi antar prosesor, kemudahan kontrol terhadap prosesor karena sistem proteksi tidak, teralu rumit, dan cenderung murah (bukan ekonomis). Perlu dicatat yang dimaksud satu buah prosesor ini ialah satu buah prosesor sebagai Central Processing Unit (CPU). Hal ini ditekankan sebab ada beberapa perangkat yang memang memiliki prosesor tersendiri di dalam perangkatnya seperti VGA Card AGP, Optical Mouse, dan lain-lain.

1.5. Bahan Pembahasan Mudah-mudahan para pembaca telah yakin bahwa hari gini pun masih relevan mempelajari Sistem Operasi! Buku ini terdiri dari delapan bagian yang masing-masing akan membahas satu pokok pembahasan. Setiap bagian akan terdiri dari beberapa bab yang masing-masing akan membahas sebuah sub-pokok pembahasan untuk sebuah jam pengajaran (sekitar 40 menit). Setiap sub-pokok pengajaran ini, terdiri dari sekitar 5 hingga 10 seksi yang masing-masing membahas sebuah ide. 7

Tantangan

Terakhir, setiap ide merupakan unit terkecil yang biasanya dapat dijabarkan kedalam satu atau dua halaman peraga seperti lembaran transparan. Dengan demikian, setiap jam pengajaran dapat diuraikan ke dalam 5 hingga 20 lembaran transparan peraga. Lalu, pokok bahasan apa saja yang akan dibahas di dalam buku ini? Bagian I, “Konsep Dasar Perangkat Komputer” akan berisi pengulangan – terutama konsep organisasi komputer dan perangkat keras – yang diasumsikan telah dipelajari di mata ajar lain. Bagian II, “Konsep Dasar Sistem Operasi” akan membahas secara ringkas dan pada aspek-aspek pengelolaan sumber-daya Sistem Operasi yang akan dijabarkan pada bagian-bagian berikutnya. Bagian-bagian tersebut akan membahas aspek pengelolaan proses dan penjadwalannya, proses dan sinkronisasinya, memori, memori sekunder, serta masukan/keluaran (m/k). Bagian terakhir akan membahas beberapa topik lanjutan yang terkait dengan Sistem Operasi. Buku ini bukan merupakan tuntunan praktis menjalankan sebuah Sistem Operasi. Pembahasan akan dibatasi pada tingkat konseptual. Penjelasan lanjut akan diungkapan berikut.

1.6. Tantangan Lazimnya, Sistem Operasi bukan merupakan mata ajar favorit. Merupakan sebuah tantangan tersendiri untuk membuat mata ajar ini menjadi menarik.

1.7. Prasyarat Memiliki pengetahuan dasar struktur data, algoritma pemrograman, dan organisasi sistem komputer. Bagian pertama ini akan mengulang secara sekilas sebagian dari prasyarat ini. Jika mengalami kesulitan memahami bagian ini, sebaiknya mencari informasi tambahan sebulum melanjutkan buku ini. Selain itu, diharapkan menguasai bahasa Java.

1.8. Sasaran Pembelajaran Sasaran utama yang diharapkan setelah mendalami buku ini ialah: • Mengenal komponen-komponen yang membentuk Sistem Operasi. • Dapat menjelaskan peranan dari masing-masing komponen tersebut. • Seiring dengan pengetahuan yang didapatkan dari Organisasi Komputer, dapat menjelaskan atau meramalkan kinerja dari aplikasi yang berjalan di atas Sistem Operasi dan perangkat keras tersebut. • Landasan/fondasi bagi mata ajar lainnya, sehingga dapat menjelaskan konsep-konsep bidang tersebut.

1.9. Rangkuman Sistem Operasi telah berkembang selama lebih dari 40 tahun dengan dua tujuan utama. Pertama, Sistem Operasi mencoba mengatur aktivitas-aktivitas komputasi untuk memastikan pendaya-gunaan yang baik dari sistem komputasi tersebut. Kedua, menyediakan lingkungan yang nyaman untuk pengembangan dan jalankan dari program. Pada awalnya, sistem komputer digunakan dari depan konsol. Perangkat lunak seperti assembler, loader, linker dan kompilator meningkatkan kenyamanan dari sistem pemrograman, tapi juga memerlukan waktu set-up yang banyak. Untuk mengurangi waktu set-up tersebut, digunakan jasa operator dan menggabungkan tugas-tugas yang sama (sistem batch). Sistem batch mengizinkan pengurutan tugas secara otomatis dengan menggunakan Sistem Operasi yang resident dan memberikan peningkatan yang cukup besar dalam utilisasi komputer. Komputer tidak perlu lagi menunggu operasi oleh pengguna. Tapi utilisasi CPU tetap saja rendah. Hal ini dikarenakan lambatnya kecepatan alat-alat untuk M/K relatif terhadap kecepatan CPU. Operasi off-line dari alat-alat yang lambat bertujuan untuk menggunakan beberapa sistem reader-to-tape dan tape-to-printer untuk satu CPU. Untuk meningkatkan keseluruhan kemampuan dari sistem komputer, para developer memperkenalkan konsep multiprogramming. 8

Rangkuman

Rujukan [Silberschatz2005] Avi Silberschatz, Peter Galvin, dan Grag Gagne. 2005. Operating Systems Concepts. Seventh Edition. John Wiley & Sons.

9

10

Bab 2. HaKI Perangkat Lunak 2.1. Pendahuluan Sebelum membahas aspek teknis secara mendalam, sebaiknya kita memantapkan terlebih dahulu sebuah pengertian aspek non teknis dari sebuah sistem operasi yaitu Hak atas Kekayaan Intelektual Perangkat Lunak (HaKI PL) Pembahasan dimulai dengan menerangkan konsep HaKI secara umum, serta HaKI PL secara lebih dalam. Secara khusus akan dibahas konsep Perangkat Lunak Bebas/Sumber Terbuka – PLB/ST (Free/Open Source Software – F/OSS). Pembahasan ini bukan bertujuan sebagai indoktrinasi faham tersebut! Justru yang diharapkan: • Pelurusan atas persepsi keliru PLB dan ST, serta penjelasan perbedaan dan persamaan dari kedua konsep tersebut. • Apa yang boleh dan apa yang tidak boleh dilakukan dengan PLB/ST. • Pelurusan atas persepsi bahwa para penulis program komputer tidak berhak digaji layak. • Pelurusan atas persepsi bahwa PLB tidak boleh dijual/dikomersialkan. • Pelurusan atas persepsi bahwa PLB wajib disebarluaskan. • Pelurusan atas persepsi bahwa saat distribusi tidak wajib menyertakan kode sumber. Setelah menyimak tulisan ini, diharapkan akan lebih memahami dan lebih menghargai makna PLB/ST secara khusus, serta HaKI/PL secara umum. ''Hak atas Kekayaan Intelektual'' (HaKI) merupakan terjemahan atas istilah ''Intellectual Property Right'' (IPR). Istilah tersebut terdiri dari tiga kata kunci yaitu: ''Hak'', ''Kekayaan'' dan ''Intelektual''. Kekayaan merupakan abstraksi yang dapat: dimiliki, dialihkan, dibeli, maupun dijual. Sedangkan ''Kekayaan Intelektual'' merupakan kekayaan atas segala hasil produksi kecerdasan daya pikir seperti teknologi, pengetahuan, seni, sastra, gubahan lagu, karya tulis, karikatur, dan seterusnya. Terakhir, HaKI merupakan hak-hak (wewenang/kekuasaan) untuk berbuat sesuatu atas Kekayaan Intelektual tersebut, yang diatur oleh norma-norma atau hukum-hukum yang berlaku. ``Hak'' itu sendiri dapat dibagi menjadi dua. Pertama, ``Hak Dasar (Azasi)'', yang merupakan hak mutlak yang tidak dapat diganggu-gugat. Umpama: hak untuk hidup, hak untuk mendapatkan keadilan, dan sebagainya. Kedua, ``Hak Amanat/ Peraturan'' yaitu hak karena diberikan oleh masyarakat melalui peraturan/perundangan. Di berbagai negara, termasuk Amrik dan Indonesia, HaKI merupakan ''Hak Amanat/Pengaturan'', sehingga masyarakatlah yang menentukan, seberapa besar HaKI yang diberikan kepada individu dan kelompok. Sesuai dengan hakekatnya pula, HaKI dikelompokkan sebagai hak milik perorangan yang sifatnya tidak berwujud (intangible). Terlihat bahwa HaKI merupakan Hak Pemberian dari Umum (Publik) yang dijamin oleh Undang-undang. HaKI bukan merupakan Hak Azazi, sehingga kriteria pemberian HaKI merupakan hal yang dapat diperdebatkan oleh publik. Apa kriteria untuk memberikan HaKI? Berapa lama pemegang HaKI memperoleh hak eksklusif? Apakah HaKI dapat dicabut demi kepentingan umum? Bagaimana dengan HaKI atas formula obat untuk para penderita HIV/AIDs? Undang-undang mengenai HaKI pertama kali ada di Venice, Italia yang menyangkut masalah paten pada tahun 1470. Caxton, Galileo, dan Guttenberg tercatat sebagai penemu-penemu yang muncul dalam kurun waktu tersebut dan mempunyai hak monopoli atas penemuan mereka. Hukum-hukum tentang paten tersebut kemudian diadopsi oleh kerajaan Inggris di jaman TUDOR tahun 1500-an dan kemudian lahir hukum mengenai paten pertama di Inggris yaitu Statute of Monopolies (1623). Amerika Serikat baru mempunyai undang-undang paten tahun 1791. Upaya harmonisasi dalam bidang HaKI pertama kali terjadi tahun 1883 dengan lahirnya konvensi Paris untuk masalah paten, merek dagang dan desain. Kemudian konvensi Berne 1886 untuk masalah Hak Cipta (Copyright).

2.2. Perangkat Lunak Bebas Bebas pada kata perangkat lunak bebas tepatnya adalah bahwa para pengguna bebas untuk menjalankan suatu program, mengubah suatu program, dan mendistribusi ulang suatu program dengan atau tanpa mengubahnya. Berhubung perangkat lunak bebas bukan perihal harga, harga yang murah tidak menjadikannya menjadi lebih bebas, atau mendekati bebas. Jadi jika anda mendistribusi ulang salinan dari perangkat lunak bebas, anda dapat saja menarik biaya dan mendapatkan uang. Mendistribusi ulang perangkat lunak bebas merupakan kegiatan yang baik dan sah; jika anda melakukannya, silakan juga menarik keuntungan. 11

Aneka Ragam HaKI

Perangkat lunak bebas ialah perangkat lunak yang mengizinkan siapa pun untuk menggunakan, menyalin, dan mendistribusikan, baik dimodifikasi atau pun tidak, secara gratis atau pun dengan biaya. Perlu ditekankan, bahwa kode sumber dari program harus tersedia. Jika tidak ada kode program, berarti bukan perangkat lunak. Perangkat Lunak Bebas mengacu pada kebebasan para penggunanya untuk menjalankan, menggandakan, menyebarluaskan, mempelajari, mengubah dan meningkatkan kinerja perangkat lunak. Tepatnya, mengacu pada empat jenis kebebasan bagi para pengguna perangk at lunak: • Kebebasan 0. Kebebasan untuk menjalankan programnya untuk tujuan apa saja. • Kebebasan 1. Kebebasan untuk mempelajari bagaimana program itu bekerja serta dapat disesuaikan dengan kebutuhan anda. Akses pada kode program merupakan suatu prasyarat. • Kebebasan 2. Kebebasan untuk menyebarluaskan kembali hasil salinan perangkat lunak tersebut sehingga dapat membantu sesama anda. • Kebebasan 3. Kebebasan untuk meningkatkan kinerja program, dan dapat menyebarkannya ke khalayak umum sehingga semua menikmati keuntungannya. Akses pada kode program merupakan suatu prasyarat juga. Suatu program merupakan perangkat lunak bebas, jika setiap pengguna memiliki semua dari kebebasan tersebut. Dengan demikian, anda seharusnya bebas untuk menyebarluaskan salinan program itu, dengan atau tanpa modifikasi (perubahan), secara gratis atau pun dengan memungut biaya penyebarluasan, kepada siapa pun dimana pun. Kebebasan untuk melakukan semua hal di atas berarti anda tidak harus meminta atau pun membayar untuk izin tersebut. Perangkat lunak bebas bukan berarti ``tidak komersial''. Program bebas harus boleh digunakan untuk keperluan komersial. Pengembangan perangkat lunak bebas secara komersial pun tidak merupakan hal yang aneh; dan produknya ialah perangkat lunak bebas yang komersial.

2.3. Aneka Ragam HaKI • Hak Cipta (Copyright). Berdasarkan pasal 1 ayat 1 Undang-Undang Nomor 19 Tahun 2002 Tentang Hak Cipta: Hak Cipta adalah hak eksklusif bagi Pencipta atau penerima hak untuk mengumumkan atau memperbanyak ciptaannya atau memberikan izin untuk itu dengan tidak mengurangi pembatasan-pembatasan menurut peraturan perundang-undangan yang berlaku. • Paten (Patent). Berdasarkan Pasal 1 ayat 1 Undang-Undang Nomor 14 Tahun 2001 Tentang Paten: Paten adalah hak eksklusif yang diberikan oleh Negara kepada Inventor atas hasil Invensinya di bidang teknologi, yang untuk selama waktu tertentu melaksanakan sendiri Invensinya tersebut atau memberikan persetujuannya kepada pihak lain untuk melaksanakannya. Berbeda dengan hak cipta yang melindungi sebuah karya, paten melindungi sebuah ide, bukan ekspresi dari ide tersebut. Pada hak cipta, seseorang lain berhak membuat karya lain yang fungsinya sama asalkan tidak dibuat berdasarkan karya orang lain yang memiliki hak cipta. Sedangkan pada paten, seseorang tidak berhak untuk membuat sebuah karya yang cara bekerjanya sama dengan sebuah ide yang dipatenkan. • Merk Dagang (Trademark). Berdasarkan pasal 1 ayat 1 Undang-Undang Nomor 15 Tahun 2001 Tentang Merek: Merek adalah tanda yang berupa gambar, nama, kata, huruf-huruf, angka-angka, susunan warna, atau kombinasi dari unsur-unsur tersebut yang memiliki daya pembeda dan digunakan dalam kegiatan perdagangan barang atau jasa. Contoh: Kacang Atom cap Ayam Jantan.

12

Lisensi Perangkat Lunak

• Rahasia Dagang (Trade Secret). Menurut pasal 1 ayat 1 Undang-Undang Nomor 30 Tahun 2000 Tentang Rahasia Dagang: Rahasia Dagang adalah informasi yang tidak diketahui oleh umum di bidang teknologi dan/atau bisnis, mempunyai nilai ekonomi karena berguna dalam kegiatan usaha, dan dijaga kerahasiaannya oleh pemilik Rahasia Dagang. Contoh: rahasia dari formula Parfum. • Service Mark. Adalah kata, prase, logo, simbol, warna, suara, bau yang digunakan oleh sebuah bisnis untuk mengindentifikasi sebuah layanan dan membedakannya dari kompetitornya. Pada prakteknya perlindungan hukum untuk merek dagang sedang service mark untuk identitasnya. Contoh: ''Pegadaian: menyelesaikan masalah tanpa masalah''. • Desain Industri. Berdasarkan pasal 1 ayat 1 Undang-Undang Nomor 31 Tahun 2000 Tentang Desain Industri: Desain Industri adalah suatu kreasi tentang bentuk, konfigurasi, atau komposisi garis atau warna, atau garis dan warna, atau gabungan daripadanya yang berbentuk tiga dimensi atau dua dimensi yang memberikan kesan estetis dan dapat diwujudkan dalam pola tiga dimensi atau dua dimensi serta dapat dipakai untuk menghasilkan suatu produk, barang, komoditas industri, atau kerajinan tangan. • Desain Tata Letak Sirkuit Terpadu. Berdasarkan pasal 1 Undang-Undang Nomor 32 Tahun 2000 Tentang Desain Tata Letak Sirkuit Terpadu; Ayat 1: Sirkuit Terpadu adalah suatu produk dalam bentuk jadi atau setengah jadi, yang di dalamnya terdapat berbagai elemen dan sekurang-kurangnya satu dari elemen tersebut adalah elemen aktif, yang sebagian atau seluruhnya saling berkaitan serta dibentuk secara terpadu di dalam sebuah bahan semikonduktor yang dimaksudkan untuk menghasilkan fungsi elektronik. Ayat 2: Desain Tata Letak adalah kreasi berupa rancangan peletakan tiga dimensi dari berbagai elemen, sekurang-kurangnya satu dari elemen tersebut adalah elemen aktif, serta sebagian atau semua interkoneksi dalam suatu Sirkuit Terpadu dan peletakan tiga dimensi tersebut dimaksudkan untuk persiapan pembuatan Sirkuit Terpadu. • Indikasi Geografis. Berdasarkan pasal 56 ayat 1 Undang-Undang No. 15 Tahun 2001 Tentang Merek: Indikasi-geografis dilindungi sebagai suatu tanda yang menunjukkan daerah asal suatu barang yang karena faktor lingkungan geografis termasuk faktor alam, faktor manusia, atau kombinasi dari kedua faktor tersebut, memberikan ciri dan kualitas tertentu pada barang yang dihasilkan.

2.4. Lisensi Perangkat Lunak Di Indonesia, HaKI PL termasuk ke dalam kategori Hak Cipta (Copyright). Beberapa negara, mengizinkan pematenan perangkat lunak. Pada industri perangkat lunak, sangat umum perusahaan besar memiliki portfolio paten yang berjumlah ratusan, bahkan ribuan. Sebagian besar perusahaan-perusahaan ini memiliki perjanjian cross-licensing, artinya ''Saya izinkan anda menggunakan paten saya asalkan saya boleh menggunakan paten anda''. Akibatnya hukum paten pada industri perangkat lunak sangat merugikan perusahaan-perusahaan kecil yang cenderung tidak memiliki paten. Tetapi ada juga perusahaan kecil yang menyalahgunakan hal ini. Banyak pihak tidak setuju terhadap paten perangkat lunak karena sangat merugikan industri perangkat lunak. Sebuah paten berlaku di sebuah negara. Jika sebuah perusahaan ingin patennya 13

Perangkat Lunak Berpemilik (Propriety)

berlaku di negara lain, maka perusahaan tersebut harus mendaftarkan patennya di negara lain tersebut. Tidak seperti hak cipta, paten harus didaftarkan terlebih dahulu sebelum berlaku.

Perangkat Lunak Berpemilik (Propriety) Perangkat lunak berpemilik (propriety) ialah perangkat lunak yang tidak bebas atau pun semi-bebas. Seseorang dapat dilarang, atau harus meminta izin, atau akan dikenakan pembatasan lainnya jika menggunakan, mengedarkan, atau memodifikasinya.

Perangkat Lunak Komersial Perangkat lunak komersial adalah perangkat lunak yang dikembangkan oleh kalangan bisnis untuk memperoleh keuntungan dari penggunaannya. ``Komersial'' dan ``kepemilikan'' adalah dua hal yang berbeda! Kebanyakan perangkat lunak komersial adalah berpemilik, tapi ada perangkat lunak bebas komersial, dan ada perangkat lunak tidak bebas dan tidak komersial. Sebaiknya, istilah ini tidak digunakan.

Perangkat Lunak Semi-Bebas Perangkat lunak semibebas adalah perangkat lunak yang tidak bebas, tapi mengizinkan setiap orang untuk menggunakan, menyalin, mendistribusikan, dan memodifikasinya (termasuk distribusi dari versi yang telah dimodifikasi) untuk tujuan tertentu (Umpama nirlaba). PGP adalah salah satu contoh dari program semibebas. Perangkat lunak semibebas jauh lebih baik dari perangkat lunak berpemilik, namun masih ada masalah, dan seseorang tidak dapat menggunakannya pada sistem operasi yang bebas.

Public Domain Perangkat lunak public domain ialah perangkat lunak yang tanpa hak cipta. Ini merupakan kasus khusus dari perangkat lunak bebas non-copyleft, yang berarti bahwa beberapa salinan atau versi yang telah dimodifikasi bisa jadi tidak bebas sama sekali. Terkadang ada yang menggunakan istilah ``public domain'' secara bebas yang berarti ``cuma-cuma'' atau ``tersedia gratis". Namun ``public domain'' merupakan istilah hukum yang artinya ``tidak memiliki hak cipta''. Untuk jelasnya, kami menganjurkan untuk menggunakan istilah ``public domain'' dalam arti tersebut, serta menggunakan istilah lain untuk mengartikan pengertian yang lain. Sebuah karya adalah public domain jika pemilik hak ciptanya menghendaki demikian. Selain itu, hak cipta memiliki waktu kadaluwarsa. Sebagai contoh, lagulagu klasik sebagian besar adalah public domain karena sudah melewati jangka waktu kadaluwarsa hak cipta.

Freeware Istilah ``freeware'' tidak terdefinisi dengan jelas, tapi biasanya digunakan untuk paket-paket yang mengizinkan redistribusi tetapi bukan pemodifikasian (dan kode programnya tidak tersedia). Paket-paket ini bukan perangkat lunak bebas.

Shareware Shareware ialah perangkat lunak yang mengizinkan orang-orang untuk meredistribusikan salinannya, tetapi mereka yang terus menggunakannya diminta untuk membayar biaya lisensi. Dalam prakteknya, orang-orang sering tidak mempedulikan perjanjian distribusi dan tetap melakukan hal tersebut, tapi sebenarnya perjanjian tidak mengizinkannya.

GNU General Public License (GNU/GPL) GNU/GPL merupakan sebuah kumpulan ketentuan pendistribusian tertentu untuk meng-copyleft-kan sebuah program. Proyek GNU menggunakannya sebagai perjanjian distribusi untuk sebagian besar perangkat lunak GNU. Sebagai contoh adalah lisensi GPL yang umum 14

Sumber Terbuka (Open Source)

digunakan pada perangkat lunak Open Source. GPL memberikan hak kepada orang lain untuk menggunakan sebuah ciptaan asalkan modifikasi atau produk derivasi dari ciptaan tersebut memiliki lisensi yang sama. Kebalikan dari hak cipta adalah public domain. Ciptaan dalam public domain dapat digunakan sekehendaknya oleh pihak lain.

2.5. Sumber Terbuka (Open Source) Walau pun PL memegang peranan yang penting, pengertian publik terhadap Hak atas Kekayaan Intelektual Perangkat Lunak (HaKI PL) masih relatif minim. Kebinggungan ini bertambah dengan peningkatan pemanfaatan dari Perangkat Lunak Bebas (PLB) – Free Software – dan Perangkat Lunak Sumber Terbuka (PLST) – Open Source Software (OSS). PLB ini sering disalahkaprahkan sebagai PLST, walau pun sebetulnya terdapat beberapa berbedaan yang mendasar diantara kedua pendekatan tersebut. Pada dasarnya, PLB lebih mengutamakan hal fundamental kebebasan, sedangkan PLST lebih mengutamakan kepraktisan pemanfaatan PL itu sendiri. Konsep Perangkat Lunak Kode Terbuka (Open Source Software) pada intinya adalah membuka kode sumber (source code) dari sebuah perangkat lunak. Konsep ini terasa aneh pada awalnya dikarenakan kode sumber merupakan kunci dari sebuah perangkat lunak. Dengan diketahui logika yang ada di kode sumber, maka orang lain semestinya dapat membuat perangkat lunak yang sama fungsinya. Open source hanya sebatas itu. Artinya, tidak harus gratis. Kita bisa saja membuat perangkat lunak yang kita buka kode-sumber-nya, mempatenkan algoritmanya, medaftarkan hak cipta, dan tetap menjual perangkat lunak tersebut secara komersial (alias tidak gratis). definisi open source yangasli seperti tertuang dalam OSD (Open Source Definition) yaitu: • Free Redistribution • Source Code • Derived Works • Integrity of the Authors Source Code • No Discrimination Against Persons or Groups • No Discrimination Against Fields of Endeavor • Distribution of License • License Must Not Be Specific to a Product • License Must Not Contaminate Other Software Beberapa bentuk model bisnis yang dapat dilakukan dengan Open Source: • Support/seller, pendapatan diperoleh dari penjualan media distribusi, branding, pelatihan, jasa konsultasi, pengembangan custom, dan dukungan setelah penjualan. • Loss leader, suatu produk Open Source gratis digunakan untuk menggantikan perangkat lunak komersial. • Widget Frosting, perusahaan pada dasarnya menjual perangkat keras yang menggunakan program open source untuk menjalankan perangkat keras seperti sebagai driver atau lainnya. • Accecorizing, perusahaan mendistribusikan buku, perangkat keras, atau barang fisik lainnya yang berkaitan dengan produk Open Source, misal penerbitan buku O Reilly. • Service Enabler, perangkat lunak Open Source dibuat dan didistribusikan untuk mendukung ke arah penjualan service lainnya yang menghasilkan uang. • Brand Licensing, Suatu perusahaan mendapatkan penghasilan dengan penggunaan nama dagangnya. • Sell it, Free it, suatu perusahaan memulai siklus produksinya sebagai suatu produk komersial dan lalu mengubahnya menjadi produk open Source. • Software Franchising, ini merupakan model kombinasi antara brand licensing dan support/seller.

2.6. Copyleft Copyleft adalah pelesatan dari copyright (Hak Cipta). Copyleft merupakan PLB yang turunannya tetap merupakan PLB. Contoh lisensi copyleft ialah adalah GNU/GPL General Public License. Perangkat lunak copylefted merupakan perangkat lunak bebas yang ketentuan pendistribusinya tidak memperbolehkan untuk menambah batasan-batasan tambahan – jika mendistribusikan atau memodifikasi perangkat lunak tersebut. Artinya, setiap salinan dari perangkat lunak, walaupun telah dimodifikasi, haruslah merupakan perangkat lunak bebas. Perangkat lunak bebas non-copyleft dibuat oleh pembuatnya yang mengizinkan seseorang untuk 15

Ilustrasi Lisensi

mendistribusikan dan memodifikasi, dan untuk menambahkan batasan-batasan tambahan dalamnya. Jika suatu program bebas tapi tidak copyleft, maka beberapa salinan atau versi yang dimodifikasi bisa jadi tidak bebas sama sekali. Perusahaan perangkat lunak dapat mengkompilasi programnya, dengan atau tanpa modifikasi, dan mendistribusikan file tereksekusi sebagai produk perangkat lunak yang berpemilik. Sistem X Window menggambarkan hal ini.

2.7. Ilustrasi Lisensi GNU/GPL bukan merupakan satu-satunya lisensi copyleft. Terdapat banyak lisensi lainnya seperti: • Lisensi Apache • Lisensi Artistic • Lisensi FreeBSD • Lisensi OpenLDAP serta masih banyak lisensi lainnya.

2.8. Tantangan Perangkat Keras Rahasia Para pembuat perangkat keras cenderung untuk menjaga kerahasiaan spesifikasi perangkat mereka. Ini menyulitkan penulisan driver bebas agar Linux dan XFree86 dapat mendukung perangkat keras baru tersebut. Walau pun kita telah memiliki sistem bebas yang lengkap dewasa ini, namun mungkin saja tidak di masa mendatang, jika kita tidak dapat mendukung komputer yang akan datang.

Pustaka Tidak Bebas Pustaka tidak bebas yang berjalan pada perangkat lunak bebas dapt menjadi perangkap bagi pengembang perangkat lunak bebas. Fitur menarik dari pustaka tersebut merupakan umpan; jika anda menggunakannya; anda akan terperangkap, karena program anda tidak akan menjadi bagian yang bermanfaat bagi sistem operasi bebas. Jadi, kita dapat memasukkan program anda, namun tidak akan berjalan jika pustaka-nya tidak ada. Lebih parah lagi, jika program tersebut menjadi terkenal, tentunya akan menjebak lebih banyak lagi para pemrogram.

Paten Perangkat Lunak Ancaman terburuk yang perlu dihadapi berasal dari paten perangkat lunak, yang dapat berakibat pembatasan fitur perangkat lunak bebas lebih dari dua puluh tahun. Paten algoritma kompresi LZW diterapkan 1983, serta hingga baru-baru ini, kita tidak dapat membuat perangkat lunak bebas untuk kompresi GIF. Tahun 1998 yang lalu, sebuah program bebas yang menghasilkan suara MP3 terkompresi terpaksa dihapus dari distro akibat ancaman penuntutan paten.

Dokumentasi Bebas Perangkat lunak bebas seharusnya dilengkapi dengan dokumentasi bebas pula. Sayang sekali, dewasa ini, dokumentasi bebas merupakan masalah yang paling serius yang dihadapi oleh masyarakat perangkat lunak bebas.

2.9. Rangkuman Arti bebas yang salah, telah menimbulkan persepsi masyarakat bahwa perangkat lunak bebas merupakan perangkat lunak yang gratis. Perangkat lunak bebas ialah perihal kebebasan, bukan harga. Konsep kebebasan yang dapat diambil dari kata bebas pada perangkat lunak bebas adalah seperti kebebasan berbicara bukan seperti bir gratis. Maksud dari bebas seperti kebebasan berbicara adalah kebebasan untuk menggunakan, menyalin, menyebarluaskan, mempelajari, mengubah, dan meningkatkan kinerja perangkat lunak. Suatu perangkat lunak dapat dimasukkan dalam kategori perangkat lunak bebas bila setiap orang 16

Rangkuman

memiliki kebebasan tersebut. Hal ini berarti, setiap pengguna perangkat lunak bebas dapat meminjamkan perangkat lunak yang dimilikinya kepada orang lain untuk dipergunakan tanpa perlu melanggar hukum dan disebut pembajak. Kebebasan yang diberikan perangkat lunak bebas dijamin oleh copyleft, suatu cara yang dijamin oleh hukum untuk melindungi kebebasan para pengguna perangkat lunak bebas. Dengan adanya copyleft maka suatu perangkat lunak bebas beserta hasil perubahan dari kode sumbernya akan selalu menjadi perangkat lunak bebas. Kebebasan yang diberikan melalui perlindungan copyleft inilah yang membuat suatu program dapat menjadi perangkat lunak bebas. Keuntungan yang diperoleh dari penggunaan perangkat lunak bebas adalah karena serbaguna dan efektif dalam keanekaragaman jenis aplikasi. Dengan pemberian kode-sumber-nya, perangkat lunak bebas dapat disesuaikan secara khusus untuk kebutuhan pemakai. Sesuatu yang tidak mudah untuk terselesaikan dengan perangkat lunak berpemilik. Selain itu, perangkat lunak bebas didukung oleh milis-milis pengguna yang dapat menjawab pertanyaan yang timbul karena permasalahan pada penggunaan perangkat lunak bebas.

Rujukan [UU2000030] RI . 2000. Undang-Undang Nomor 30 Tahun 2000 Tentang Rahasia Dagang. . [UU2000031] RI. 2000. Undang-Undang Nomor 31 Tahun 2000 Tentang Desain Industri. [UU2000032] RI. 2000. Undang-Undang Nomor 32 Tahun 2000 Tentang Desain Tata Letak Sirkuit Terpadu. [UU2001014] RI. 2001. Undang-Undang Nomor 14 Tahun 2001 Tentang Paten. [UU2001015] RI. 2001. Undang-Undang Nomor 15 Tahun 2001 Tentang Merek. [UU2002019] RI. 2002. Undang-Undang Nomor 19 Tahun 2002 Tentang Hak Cipta. [WEBFSF1991a] Free Software Foundation. 1991. GNU General http://gnui.vLSM.org/ licenses/ gpl.txt . Diakses 29 Mei 2006.

Public

License

–

[WEBFSF2001a] Free Software Foundation. 2001. Definisi Perangkat Lunak Bebas – http://gnui.vlsm.org/ philosophy/ free-sw.id.html . Diakses 29 Mei 2006. [WEBFSF2001b] Free Software Foundation. 2001. Frequently Asked Questions about the GNU GPL – http://gnui.vlsm.org/licenses/gpl-faq.html . Diakses 29 Mei 2006. [WEBHuham2005] Departemen Hukum dan Hak Asasi Manusia Republik Indonesia. 2005. Kekayaan Intelektual – http://www.dgip.go.id/ article/ archive/ 2 . Diakses 29 Mei 2006. [WEBRamelan1996] Rahardi Ramelan. 1996. Hak Atas Kekayaan Intelektual Dalam Era Globalisasi http://leapidea.com/ presentation?id=6 . Diakses 29 Mei 2006. [WEBSamik2003a] Rahmat M Samik-Ibrahim. 2003. Pengenalan Lisensi Perangkat Lunak Bebas – http://rms46.vlsm.org/ 1/ 70.pdf . vLSM.org. Pamulang. Diakses 29 Mei 2006. [WEBStallman1994a] Richard M Stallman. 1994. Mengapa Perangkat Lunak Seharusnya Tanpa Pemilik – http://gnui.vlsm.org/ philosophy/ why-free.id.html . Diakses 29 Mei 2006. [WEBWiki2005a] From Wikipedia, the free encyclopedia. 2005. Intellectual property – http://en.wikipedia.org/ wiki/ Intellectual_property . Diakses 29 Mei 2006. [WEBWIPO2005] World Intellectual Property Organization. 2005. About Intellectual Property – http://www.wipo.int/ about-ip/ en/ . Diakses 29 Mei 2006.

17

18

Bab 3. Organisasi Sistem Komputer 3.1. Pendahuluan Pada awalnya semua operasi pada sebuah sistem komputer ditangani oleh hanya seorang pengguna. Sehingga semua pengaturan terhadap perangkat keras maupun perangkat lunak dilakukan oleh pengguna tersebut. Namun seiring dengan berkembangnya Sistem Operasi pada sebuah sistem komputer, pengaturan ini pun diserahkan kepada Sistem Operasi tersebut. Segala macam manajemen sumber daya diatur oleh Sistem Operasi. Pengaturan perangkat keras dan perangkat lunak ini berkaitan erat dengan proteksi dari perangkat keras maupun perangkat lunak itu sendiri. Sehingga, apabila dahulu segala macam proteksi terhadap perangkat keras dan perangkat lunak agar sistem dapat berjalan stabil dilakukan langsung oleh pengguna maka sekarang Sistem Operasi-lah yang banyak bertanggung jawab terhadap hal tersebut. Sistem Operasi harus dapat mengatur penggunaan segala macam sumber daya perangkat keras yang dibutuhkan oleh sistem agar tidak terjadi hal-hal yang tidak diinginkan. Seiring dengan maraknya berbagi sumberdaya yang terjadi pada sebuah sistem, maka Sistem Operasi harus dapat secara pintar mengatur mana yang harus didahulukan. Hal ini dikarenakan, apabila pengaturan ini tidak dapat berjalan lancar maka dapat dipastikan akan terjadi kegagalan proteksi perangkat keras. Dengan hadirnya multiprogramming yang memungkinkan adanya utilisasi beberapa program di memori pada saat bersamaan, maka utilisasi dapat ditingkatkan dengan penggunaan sumberdaya secara bersamaan tersebut, akan tetapi di sisi lain akan menimbulkan masalah karena sebenarnya hanya ada satu program yang dapat berjalan pada satuan waktu yang sama. Akan banyak proses yang terpengaruh hanya akibat adanya gangguan pada satu program. Sebagai contoh saja apabila sebuah harddisk menjadi sebuah sumberdaya yang dibutuhkan oleh berbagai macam program yang dijalankan, maka bisa-bisa terjadi kerusakan harddisk akibat suhu yang terlalu panas akibat terjadinya sebuah situasi kemacetan penggunaan sumber daya secara bersamaan akibat begitu banyak program yang mengirimkan request akan penggunaan harddisk tersebut. Di sinilah proteksi perangkat keras berperan. Sistem Operasi yang baik harus menyediakan proteksi yang maksimal, sehingga apabila ada satu program yang tidak bekerja maka tidak akan menggangu kinerja Sistem Operasi tersebut maupun program-program yang sedang berjalan lainnya. Tidak ada suatu ketentuan khusus tentang bagaimana seharusnya struktur sistem sebuah komputer. Para ahli serta perancang arsitektur komputer memiliki pandangannya masing-masing. Akan tetapi, untuk mempermudah pemahaman rincian dari sistem operasi di bab-bab berikutnya, kita perlu memiliki pengetahuan umum tentang struktur sistem komputer. GPU = Graphics Processing Unit; AGP = Accelerated Graphics Port; HDD = Hard Disk Drive; FDD = Floppy Disk Drive; FSB = Front Side Bus; USB = Universal Serial Bus; PCI = Peripheral Component Interconnect; RTC = Real Time Clock; PATA = Pararel Advanced Technology Attachment; SATA = Serial Advanced Technology Attachment; ISA = Industry Standard Architecture; IDE = Intelligent Drive Electronics/Integrated Drive Electronics; MCA = Micro Channel Architecture; PS/2 = Sebuah port yang dibangun IBM untuk menghubungkan mouse ke PC;

19

Penyimpan Data

3.2. Prosesor Secara umum, sistem komputer terdiri atas CPU dan sejumlah perangkat pengendali yang terhubung melalui sebuah bus yang menyediakan akses ke memori. Umumnya, setiap device controller bertanggung-jawab atas sebuah hardware spesifik. Setiap device dan CPU dapat beroperasi secara konkuren untuk mendapatkan akses ke memori. Adanya beberapa hardware ini dapat menyebabkan masalah sinkronisasi. Karena itu untuk mencegahnya sebuah memory controller ditambahkan untuk sinkronisasi akses memori.

3.3. Penyimpan Data Dasar susunan media penyimpanan ialah kecepatan, biaya, sifat volatilitas. Caching menyalin informasi ke media penyimpanan yang lebih cepat; Memori utama dapat dilihat sebagai cache terakhir untuk media penyimpanan sekunder. Menggunakan memori berkecepatan tinggi untuk memegang data yang diakses terakhir. Dibutuhkan cache management policy. Cache juga memperkenalkan tingkat lain di hirarki penyimpanan. Hal ini memerlukan data untuk disimpan bersama-sama di lebih dari satu level agar tetap konsisten.

Gambar 3.1. Penyimpanan Hirarkis

Register Tempat penyimpanan beberapa buah data volatile yang akan diolah langsung di prosesor yang berkecepatan sangat tinggi. Register ini berada di dalam prosesor dengan jumlah yang sangat terbatas karena fungsinya sebagai tempat perhitungan/komputasi data.

Cache Memory Tempat penyimpanan sementara (volatile) sejumlah kecil data untuk meningkatkan kecepatan pengambilan atau penyimpanan data di memori oleh prosesor yang berkecepatan tinggi. Dahulu cache disimpan di luar prosesor dan dapat ditambahkan. Misalnya pipeline burst cache yang biasa ada di komputer awal tahun 90-an. Akan tetapi seiring menurunnya biaya produksi die atau wafer dan untuk meningkatkan kinerja, cache ditanamkan di prosesor. Memori ini biasanya dibuat berdasarkan desain memori statik.

Random Access Memory Tempat penyimpanan sementara sejumlah data volatile yang dapat diakses langsung oleh prosesor. Pengertian langsung di sini berarti prosesor dapat mengetahui alamat data yang ada di memori secara langsung. Sekarang, RAM dapat diperoleh dengan harga yang cukup murah dangan kinerja yang bahkan dapat melewati cache pada komputer yang lebih lama.

Memori Ekstensi Tambahan memori yang digunakan untuk membantu proses-proses dalam komputer, biasanya berupa buffer. Peranan tambahan memori ini sering dilupakan akan tetapi sangat penting artinya 20

Direct Memory Access

untuk efisiensi. Biasanya tambahan memori ini memberi gambaran kasar kemampuan dari perangkat tersebut, sebagai contoh misalnya jumlah memori VGA, memori soundcard.

Direct Memory Access Perangkat DMA digunakan agar perangkat M/K (I/O device) yang dapat memindahkan data dengan kecepatan tinggi (mendekati frekuensi bus memori). Perangkat pengendali memindahkan data dalam blok-blok dari buffer langsung ke memory utama atau sebaliknya tanpa campur tangan prosesor. Interupsi hanya terjadi tiap blok bukan tiap word atau byte data. Seluruh proses DMA dikendalikan oleh sebuah controller bernama DMA Controller (DMAC). DMA Controller mengirimkan atau menerima signal dari memori dan I/O device. Prosesor hanya mengirimkan alamat awal data, tujuan data, panjang data ke pengendali DMA. Interupsi pada prosesor hanya terjadi saat proses transfer selesai. Hak terhadap penggunaan bus memory yang diperlukan pengendali DMA didapatkan dengan bantuan bus arbiter yang dalam PC sekarang berupa chipset Northbridge. Media penyimpanan data yang non-volatile yang dapat berupa Flash Drive, Optical Disc, Magnetic Disk, Magnetic Tape. Media ini biasanya daya tampungnya cukup besar dengan harga yang relatif murah. Portability-nya juga relatif lebih tinggi. Pada standar arsitektur sequential komputer ada tiga tingkatan utama penyimpanan: primer, sekunder, and tersier. Memori tersier menyimpan data dalam jumlah yang besar (terabytes, atau 1012 bytes), tapi waktu yang dibutuhkan untuk mengakses data biasanya dalam hitungan menit sampai jam. Saat ini, memori tersiser membutuhkan instalasi yang besar berdasarkan/bergantung pada disk atau tapes. Memori tersier tidak butuh banyak operasi menulis tapi memori tersier tipikal-nya write ones atau read many. Meskipun per-megabites-nya pada harga terendah, memory tersier umumnya yang paling mahal, elemen tunggal pada modern supercomputer installations. Ciri-ciri lain: non-volatile, penyimpanan off-line , umumnya dibangun pada removable media contoh optical disk, flash memory.

3.4. Masukan/Keluaran Gambar 3.2. Struktur M/K

Ada dua macam tindakan jika ada operasi M/K. Kedua macam tindakan itu adalah: i. Setelah proses M/K dimulai, kendali akan kembali ke user program saat proses M/K selesai (Synchronous). Instruksi wait menyebabkan CPU idle sampai interupsi berikutnya. Akan terjadi Wait loop (untuk menunggu akses berikutnya). Paling banyak satu proses M/K yang berjalan dalam satu waktu. ii. Setelah proses M/K dimulai, kendali akan kembali ke user program tanpa menunggu proses M/K 21

Bus

selesai (Asynchronous). System call permintaan pada sistem operasi untuk mengizinkan user menunggu sampai M/K selesai. Device-status table mengandung data masukkan untuk tiap M/K device yang menjelaskan tipe, alamat, dan keadaannya. Sistem operasi memeriksa M/K device untuk mengetahui keadaan device dan mengubah tabel untuk memasukkan interupsi. Jika M/K device mengirim/mengambil data ke/dari memori hal ini dikenal dengan nama Direct Memory Access (DMA).

3.5. Bus Pada sistem komputer yang lebih maju, arsitekturnya lebih kompleks. Untuk meningkatkan kinerja, digunakan beberapa buah bus. Tiap bus merupakan jalur data antara beberapa device yang berbeda. Dengan cara ini RAM, Prosesor, GPU (VGA AGP) dihubungkan oleh bus utama berkecepatan tinggi yang lebih dikenal dengan nama FSB (Front Side Bus). Sementara perangkat lain yang lebih lambat dihubungkan oleh bus yang berkecepatan lebih rendah yang terhubung dengan bus lain yang lebih cepat sampai ke bus utama. Untuk komunikasi antar bus ini digunakan sebuah bridge. Tanggung-jawab sinkronisasi bus yang secara tak langsung juga mempengaruhi sinkronisasi memori dilakukan oleh sebuah bus controller atau dikenal sebagai bus master. Bus master akan mengendalikan aliran data hingga pada satu waktu, bus hanya berisi data dari satu buah device. Pada prakteknya bridge dan bus master ini disatukan dalam sebuah chipset. Suatu jalur transfer data yang menghubungkan setiap device pada komputer. Hanya ada satu buah device yang boleh mengirimkan data melewati sebuah bus, akan tetapi boleh lebih dari satu device yang membaca data bus tersebut. Terdiri dari dua buah model: Synchronous bus di mana digunakan dengan bantuan clock tetapi berkecepatan tinggi, tapi hanya untuk device berkecepatan tinggi juga; Asynchronous bus digunakan dengan sistem handshake tetapi berkecepatan rendah, dapat digunakan untuk berbagai macam device. Kejadian ini pada komputer modern biasanya ditandai dengan munculnya interupsi dari software atau hardware, sehingga Sistem Operasi ini disebut Interrupt-driven. Interrupt dari hardware biasanya dikirimkan melalui suatu signal tertentu, sedangkan software mengirim interupsi dengan cara menjalankan system call atau juga dikenal dengan istilah monitor call. System/Monitor call ini akan menyebabkan trap yaitu interupsi khusus yang dihasilkan oleh software karena adanya masalah atau permintaan terhadap layanan sistem operasi. Trap ini juga sering disebut sebagai exception. Setiap interupsi terjadi, sekumpulan kode yang dikenal sebagai ISR (Interrupt Service Routine) akan menentukan tindakan yang akan diambil. Untuk menentukan tindakan yang harus dilakukan, dapat dilakukan dengan dua cara yaitu polling yang membuat komputer memeriksa satu demi satu perangkat yang ada untuk menyelidiki sumber interupsi dan dengan cara menggunakan alamat-alamat ISR yang disimpan dalam array yang dikenal sebagai interrupt vector di mana sistem akan memeriksa Interrupt Vector setiap kali interupsi terjadi. Arsitektur interupsi harus mampu untuk menyimpan alamat instruksi yang di-interupsi Pada komputer lama, alamat ini disimpan di tempat tertentu yang tetap, sedangkan pada komputer baru, alamat itu disimpan di stack bersama-sama dengan informasi state saat itu.

3.6. Boot Pada saat pertama CPU aktif, program pertama yang di eksekusi berada di ROM. Langkah berikutnya dijalankan sebuah program untuk memasukkan sistem operasi ke dalam komputer. Proses ini disebut Boot Strap.

3.7. Komputer Personal Berikut merupakan bagan sebuah komputer personal.

22

Rangkuman

Gambar 3.3. Bagan Sebuah Komputer Personal

3.8. Rangkuman Sistem Operasi harus memastikan operasi yang benar dari sistem komputer. Untuk mencegah pengguna program mengganggu operasi yang berjalan dalam sistem, perangkat keras mempunyai dua mode: mode pengguna dan mode monitor. Beberapa perintah (seperti perintah M/K dan perintah halt) adalah perintah khusus, dan hanya dapat dijalankan dalam mode monitor. Memori juga harus dilindungi dari modifikasi oleh pengguna. Timer mencegah terjadinya pengulangan secara terus menerus (infinite loop). Hal-hal tersebut (dual mode, perintah khusus, pengaman memori, timer interrupt) adalah blok bangunan dasar yang digunakan oleh Sistem Operasi untuk mencapai operasi yang sesuai. Memori utama adalah satu-satunya tempat penyimpanan yang besar yang dapat diakses secara langsung oleh prosessor, merupakan suatu array dari word atau byte, yang mempunyai ukuran ratusan sampai jutaan ribu. Setiap word memiliki alamatnya sendiri. Memori utama adalah tempat penyimpanan yang volatile, dimana isinya hilang bila sumber energinya (energi listrik) dimatikan. Kebanyakan sistem komputer menyediakan secondary penyimpanan sebagai perluasan dari memori utama. Syarat utama dari penyimpanan sekunder ialah dapat menyimpan data dalam jumlah besar secara permanen. Media penyimpanan sekunder yang paling umum adalah disk magnetik, yang meyediakan penyimpanan untuk program maupun data. Disk magnetik adalah alat penyimpanan data yang non-volatile yang juga menyediakan akses secara random. Tape magnetik digunakan terutama untuk backup, penyimpanan informasi yang jarang digunakan, dan sebagai media pemindahan informasi dari satu sistem ke sistem yang lain. Beragam sistem penyimpanan dalam sistem komputer dapat disusun dalam hirarki berdasarkan kecepatan dan biayanya. Tingkat yang paling atas adalah yang paling mahal, tapi cepat. Semakin kebawah, biaya perbit menurun, sedangkan waktu aksesnya semakin bertambah (semakin lambat). 23

Rangkuman


24

Bab 4. Bahasa Java 4.1. Pendahuluan Java adalah sebuah teknologi yang diperkenalkan oleh Sun Microsystems pada pertengahan tahun 1990. Menurut definisi dari Sun, Java adalah nama untuk sekumpulan teknologi untuk membuat dan menjalankan perangkat luinak pada komputer standalone ataupun pada lingkungan jaringan. Kita lebih menyukai menyebut Java sebagai sebuah teknologi dibanding hanya sebuah bahasa pemrograman, karena Java lebih lengkap dibanding sebuah bahasa pemrograman konvensional. Teknologi Java memiliki tiga komponen penting, yaitu: • Programming-language specification • Application-programming interface • Virtual-machine specification

4.2. Bahasa Pemrograman Java Bahasa Java dapat dikategorikan sebagai sebuah bahasa pemrograman berorientasi objek, pemrograman terdistribusi dan bahasa pemrograman multithrreaded . Objek Java dispesifikasi dengan membentuk kelas. Untuk masing-masing kelas Java, kompiler Java memproduksi sebuah file keluaran arsitektur netral yang akan jalan pada berbagai implementasi dari Java Virtual Machine (JVM). Awalnya Java sangat digemari oleh komunitas pemrograman internet, karena Java mendukung untuk applets , dimana program dengan akses sumber daya terbatas yang jalan dalam sebuah web browser. Java juga menyediakan dukungan level tinggi untuk networking dan objek terdistribusi. Java juga dianggap sebagai sebuah bahasa yang aman. Tampilan ini pada khususnya penting menganggap bahwa sebuah program Java boleh mengeksekusi silang sebuah jaringan terdistribusi.

4.3. Java API Java API terdiri dari tiga bagian utama: • Java Standard Edition (SE), sebuah standar API untuk merancang aplikasi desktop dan applets dengan bahasa dasar yang mendukung grafis, M/K, keamanan, konektivitas basis data dan jaringan. • Java Enterprose Edition (EE), sebuah inisiatif API untuk merancang aplikasi server dengan mendukung untuk basis data. • Java Macro Edition (ME), sebuah API untuk merancang aplikasi yang jalan pada alat kecil seperti telepon genggam, komputer genggam dan pager.

4.4. Java Virtual Machine Java Virtual Machine (JVM) adalah sebuah spesifikasi untuk sebuah komputer abstrak. JVM terdiri dari sebuah kelas pemanggil dan sebuah interpreter Java yang mengeksekusi kode arsitektur netral. Kelas pemanggil memanggil file .class dari kedua program Java dan Java API untuk dieksekusi oleh interpreter Java. Interpreter Java mungkin sebuah perangkat lunak interpreter yang menterjemahkan satu kode byte pada satu waktu, atau mungkin sebuah just-intime (JIT) kompiler yang menurunkan bytecode arsitektur netral kedalam bahasa mesin untuk host computer .

4.5. Sistem Operasi Java Sistem operasi biasanya ditulis dalam sebuah kombinasi dari kode bahssa C dan assembly, terutama disebabkan oleh kelebihan performa dari bahasa tersebut dan memudahkan komunikasi dengan perangkat keras. Satu kesulitan dalam merancang sistem basis bahasa adalah dalam hal proteksi memori, yaitu memproteksi sistem opeasi dari pemakai program yang sengaja memproteksi pemakai program 25

Dasar Pemrograman

lainnya. Sistem operasi tradisional mengaharapkan pada tampilan perangkat keras untuk menyediakan proteksi memori. Sistem basis bahasa mengandalkan pada tampilan keamanan dari bahasa. Sebagai hasilnya, sistem basis bahasa menginginkan pada alat perangkat keras kecil, yang mungkin kekurangan tampilan perangkat keras yang menyediakan proteksi memori.

4.6. Dasar Pemrograman Java2 adalah generasi kedua dari Java platform (generasi awalnya adalah Java Development Kit). Java berdiri di atas sebuah mesin interpreter yang diberi nama JVM. JVM inilah yang akan membaca bytecode dalam file .class dari suatu program sebagai representasi langsung program yang berisi bahasa mesin. Oleh karena itu, bahasa Java disebut sebagai bahasa pemrograman yang portable karena dapat dijalankan pada berbagai sistem operasi, asalkan pada sistem operasi tersebut terdapat JVM. Platform Java terdiri dari kumpulan library, JVM, kelas- kelas loader yang dipaket dalam sebuah lingkungan rutin Java, dan sebuah compiler, debuger, dan perangkat lain yang dipaket dalam Java Development Kit (JDK). Java2 adalah generasi yang sekarang sedang berkembang dari platform Java. Agar sebuah program Java dapat dijalankan, maka file dengan ekstensi .java harus dikompilasi menjadi file bytecode. Untuk menjalankan bytecode tersebut dibutuhkan JRE (Java Runtime Environment ) yang memungkinkan pemakai untuk menjalankan program Java, hanya menjalankan, tidak untuk membuat kode baru lagi. JRE berisi JVM dan library Java yang digunakan. Platform Java memiliki tiga buah edisi yang berbeda, yaitu J2EE (Java2 Enterprose Edition), J2ME ( Java2 Micro Edition) dan J2SE ( Java2 Second Edition). J2EE adalah kelompok dari beberapa API (Application Programming Interface) dari Java dan teknologi selain Java. J2EE sering dianggap sebagai middleware atau teknologi yang berjalan di server, namun sebenarnya J2EE tidak hanya terbatas untuk itu. Faktanya J2EE juga mencakup teknologi yang dapat digunakan di semua lapisan dari sebuah sistem informasi. Implementasi J2EE menyediakan kelas dasar dan API dari Java yang mendukung pengembangan dari rutin standar untuk aplikasi klien maupun server , termasuk aplikasi yang berjalan di web browser. J2SE adalah lingkungan dasar dari Java, sedangkan J2ME merupakan edisi library yang dirancang untuk digunakan pada device tertentu seperti pagers dan mobile phone. Java merupakan bahasa pemrogrman yang bersifat case sensitive yang berarti penulisan menggunakan huruf besar ataupun huruf kecil pada kode program dapat berarti lain. Misalnya penulisan "System" akan diartikan berbeda dengan "system" oleh interpreter. Java tidak seperti C++, Java tidak mendukung pemrograman prosedural, tapi mendukung pemrograman berorientasi objek sehingga ada sintaks class pada kode programnya.

4.7. Objek dan Kelas Sebuah kelas menyerupai sebuah struktur yang merupakan tipe data sendiri, misalkan tipe data titik yang terdiri dari koordinat x dan y. Bahasa Java telah menggunakan sebuah kelas untuk menyatakan tipe data titik karena bahasa pemrograman Java merupakan bahasa pemrograman berorientasi objek murni sehingga tidak mengenal struktur tapi mengenal apa yang disebut dengan kelas. Perbedaan sebuah kelas dengan sebuah struktur adalah sebuah kelas dapat berdiri sendiri dan dapat digunakan untuk berbagai keperluan kelas-kelas yang lain, sedangkan sebuah struktur tidak dapat berdiri sendiri. Sebuah kelas lebih fleksibel untuk digunakan oleh kelas lain tanpa harus membongkar kode program utama, sedangkan jika digunakan struktur maka kode program harus dibongkar unuk disalin bagian strukturnya ke kode program utama yang lain. Sebuah file dapat terdiri dari berbagai kelas, namun biasanya pada bahasa pemrograman Java sebuah file hanya terdiri dari satu kelas yang disimpan dengan nama kelas, misal file List.java berisi kelas List. Namun jika kelas yang dibuat misalnya public class nama_kelas, maka kelas itu harus disimpan dalam satu file hanya untuk satu kelas. Setelah dilakukan kompilasi maka pada Java akan ada sebuah file .class yang berisi bytecode dari setiap kelas. Jika sebuah file terdiri dari dua kelas maka setelah dikompilasi akan dihasilkan dua buah file .class yang nantinya akan dibaca oleh interpreter Java saat program dieksekusi. Sebuah kelas saat program dieksekusi dan perintah new dijalankan, maka akan dibuat sebuah objek. Objek adalah elemen pada saat runtime yang akan diciptakan, dimanipulasi dan dihancurkan saat eksekusi sehingga sebuah objek hanya ada saat sebuah program dieksekusi, jika masih dalam bentuk 26

Atribut

kode, disebut sebagai kelas jadi pada saat runtime (saat sebuah program dieksekusi), yang kita punya adalah objek, di dalam teks program yang kita lihat hanyalah kelas.

4.8. Atribut Atribut dari sebuah kelas adalah variabel global yang dimilki sebuah kelas, misalkan pada kelas sebagai berikut: class Elemen NilaiMatKul elmt Elemen next Elemen() {end constructor} {end class} maka elmt dan next adalah atribut dari kelas Elemen. Atribut pada sebuah kelas memiliki izin akses jika kelas digunakan oleh kelas lain, izin akses itu seperti private, public dan protected.

4.9. Atribut Private Izin akses private pada sebuah atribut biasanya digunakan oleh sebuah kelas untuk melindungi atribut-atributnya agar tidak dapat diakses oleh kelas lain. Sebuah atribut yang dinyatakan sebagai private hanya dapat diakses secara langsung oleh kelas yang membungkusnya, sedangakan kelas lainnya tidak dapat mengakses atribut ini secara langsung, misalkan kelas sebagai berikut: class Elemen private NilaiMatKul elmt private Elemen next Elemen() {end constructor} {end class} maka yang dapat mengakses elmt dan next hanyalah kelas Elemen sehingga jika sebuah kelas List di dalamnya mempunyai kode sebagai berikut: Elemen e <- new Elemen maka pengaksesan e.next tidak dizinkan pada kelas List. Agar isi dari sebuah atribut private dapat diakses oleh kelas lain dapat dibuat sebuah metode yang mengembalikan nilai atribut itu, misalnya sebagai berikut: public getNext() -> Elemen -> next {end getNext} sehingga kelas lain akan mengakses atribut next pada kelas Elemen dengan kode Elemen n < e.getNext().

4.10. Atribut Public Izin akses public sebuah kelas, jika sebuah atribut diperbolehkan diakses secara langsung oleh kelas lain. Sebuah atribut yang dinyatakan sebagai public dapat diakses secara langsung oleh kelas lain di luar kelas yang membungkusnya, misalkan pada kelas Elemen sebagai berikut:

27

Atribut Protected

class Elemen public NilaiMatKul elmt Elemen next Elemen () {end constructor} {end class} maka aatribut elmt dan next dapat diakses secara langsung oleh kelas lain, misalkan dengan kode: Elemen e <- new Elemen() e.next <- NULL Jika sebuah atribut tidak ditulis izin aksesnya misalkan hanya ditulis Element next, maka interpreter Java akan menganggap atribut next mempunyai izin akses public.

4.11. Atribut Protected Izin akses protected sebuah atribut biasanya digunakan oleh sebuah kelas, jika sebuah atribut diperbolehkan diakses secara langsung oleh kelas lain yang merupakan kelas turunannya (inheritance ). Sebuah atribut yang dinyatakan sebagai protected tidak dapat diakses secara langsung oleh kelas lain di luar kelas yang membungkusnya, kecuali kelas yang mengaksesnya adalah kelas turunan dari kelas yang membungkusnya, misalkan pada kelas Elemen sebagai berikut: class Elemen protected NilaiMatKul elmt protected Elemen next Elemen() {end constructor} {end class} maka atribut elmt dan next dapat diakses secara langsung oleh kelas lain yang merupakan turunan kelas Elemen. Izin akses protected dimaksudkan untuk melindungi atribut agar tidak diakses secara langsung oleh sembarang kelas lain, namun diizinkan diakses secara langsung oleh kelas turunannya.

4.12. Konstruktor Sebuah kelas harus memiliki sebuah metode yang disebut sebagai konstruktor. nama sebuah konstruktor harus sama dengan nama dari sebuah kelas, misalkan kelas Elemen maka konstruktornya adalah Elemen(). Sebuah konstruktor juga dapat menerima sebuah masukan seperti halnya prosedur pada pemrograman prosedural. Fungsi dari sebuah konstruktor adalah: mengalokasikan sebuah objek saat program dieksekusi, memberikan nilai awal sebagai inisialisasi dari semua atribut yang perlu diinisialisasi dan mengerjakan proses- proses yang diperlukan saat sebuah objek dibuat. Namun pada kenyataannya sebuah konstruktor dapat tidak berisi apa-apa, hal ini jika memang tidak diperlukan adanya inisialisasi atau proses yang dikerjakan ketika sebuah objek dibuat. Konstruktor harus bersifat public karena sebuah konstruktor akan diakses oleh kelas lain untuk membuat objek suatu kelas. Sebuah kelas dapat memiliki konstruktor lebih dari satu. Pada saat eksekusi program, kompiler atau interpreter akan mencari konstruktor mana yang sesuai dengan konstruktor yang dipanggil, hal ini disebut sebagai overloading .

4.13. Metode Metode pada sebuah kelas hampir sama dengan fungsi atau prosedur pada pemrograman prosedural. Pada sebuah metode di dalam sebuah kelas juga memiliki izin akses seperti halnya atribut pada 28

Inheritance

kelas, izin akses itu antara lain private, public dan protected yang memiliki arti sama pada izin akses atribut yang telah dibahas sebelumnya. Sebuah kelas boleh memiliki lebih dari satu metode dengan nama yang sama asalkan memiliki parameter masukan yang berbeda sehingga kompiler atau interpreter dapat mengenali metode mana yang dipanggil. Di dalam sebuah kelas, terdapat juga yang disebut sebagai metode atau atribut statis yang memiliki kata kunci static. Maksud dari statis di sini adalah metode yang dapat diakses secara berbagi dengan semua objek lain tanpa harus membuat objek yang memiliki metode statis tadi (tanpa proses new), tapi sebuah metode statis mempunyai keterbatasan yaitu hanya dapat mengakses atribut atau metode lain di dalam kelas yang membungkusnya yang juga bersifat statis. Metode statis biasanya diimplementasikan untuk metode main.

4.14. Inheritance Inheritance atau pewarisan pada pemrograman berorientasi objek merupakan suatu hubungan dua buah kelas atau lebih. Dalam hal ini ada kelas yang memiliki atribut dan metode yang sama dengan kelas lainnya beserta atribut dan metode tambahan yang merupakan sifat khusus kelas yang menjadi turunannya. Sebagai contoh, misalkan ada sebuah kelas Titik yang mempunyai kelas turunan Titik3D: class Titik private integer x private integer y Titik() x < 0 y < 0 {end Titik} public getX() -> integer -> x {end getX} public getY() -> integer -> y {end getY} {end class} class Titik3D: Titik private integer z Titik3D() z <- 0 {end Titik3D} public getZ() -> integer -> z {end getZ} {end class} Keterkaitan antara kelas Titik dan Titik3D adalah kelas Titik3D merupakan kelas turunan dari kelas Titik. Dalam hal ini kelas Titik disebut dengan kelas dasar atau super class atau base class sedangkan kelas Titik3D disebut sebagai kelas turunan atau derived class atau subclass . Pada contoh di atas, ketika kelas Titik3D dibuat objeknya maka objek tersebut dapat menggunakan metode yang ada pada kelas Titik walau pada kode programnya metode itu tidak dituliskan, misalkan sebagai berikut: Titik3D integer integer integer

p x y z

<<<<-

new Titik3D() p.getX() p.getY() p.getZ()

29

Abstract

Keuntungan dari pewarisan adalah tidak perlu mengutak atik kode kelas yang membutuhkan tambahan atribut atau metode saja, karena tinggal membuat kelas turunannya tanpa harus mengubah kode kelas dasarnya. Kelas dasar akan mewariskan semua atribut dan kodenya kecuali konstruktor dan destruktor yang memiliki izin akses public dan protected ke kelas turunannya dengan izin akses yang sama dengan pada kelas dasar. Ketika sebuah kelas turunan dibuat objeknya saat eksekusi, maka secara implisit konstruktor kelas dasar dipanggil terlebih dahulu baru kemudian konstruktor kelas turunan dijalankan. Begitu juga saat objek dimusnahkan maka secara destruktor kelas turunan akan dijalankan baru kemudian destruktor kelas dasar dijalankan.

4.15. Abstract Pada bahasa pemrograman Java juga ada sebuah kata kunci abstract yang dapat digunakan pada sebuah metode, namun jika digunakan pada sebuah metode, maka metode tersebut harus berada di dalam sebuah kelas yang juga menggunakan kata kunci abstract . Metode abstract tidak boleh memiliki badan program, badan program metode ini dapat diimplementasikan pada kelas turunannya. Fungsi dari kelas atau metode abstract pada bahasa pemrograman Java adalah menyediakan sebuah abstraksi kelas atau metode sehingga dapat dilihat metode apa saja yang ada di dalam kelas tanpa harus melihat isi badan program dari metode-metode itu. Prinsipnya sama dengan fungsi sebuah daftar isi pada sebuah buku, dengan melihat daftar isi bisa diketahui isi sebuah buku tanpa harus membaca semua isi buku terlebih dahulu.

4.16. Package Package adalah sebuah kontainer atau kemasan yang dapat digunakan untuk mengelompokkan kelas- kelas sehingga memungkinkan beberapa kelas yang bernama sama disimpan dalam package yang berbeda. Sebuah package pada Java dapat digunakan oleh package yang lain ataupun kelas-kelas di luar Package . Jika dalam bahasa pemrograman Java terdapat kode import example.animal.Mamalia; maka program tersebut memakai kelas mamalia yang ada pada package example.animal. Jika terdapat kode import example.animal.*; maka program tersebut memakai semua kelas yang ada pada package example.animal. Package pada bahasa pemrograman Java dinyatakan dengan kode: package nama_package; Misalnya: package example.animal; yang ditulis pada bagian atas kode program kelas anggota package. Misal sebuah kelas dengan nama Mamalia ada di dalam package dengan nama example.animal maka file yang menyimpan kode program kelas Mamalia dimasukkan dalam direktori.

4.17. Interface Interface atau antar muka pada bahasa pemrograman Java sangat mirip dengan kelas, tapi tanpa atribut kelas dan memiliki metode yang dideklarasikan tanpa isi. Deklarasi metode pada sebuah interface dapat diimplementasikan oleh kelas lain. Sebuah kelas dapat mengimplementasikan lebih dari satu interface bahwa kelas ini akan mendeklarasikan metode pada interface yang dibutuhkan kelas itu sekaligus mendefiniskan isinya pada kode program kelas itu. Metode pada interface yang diimplementasikan pada suatu kelas harus sama persis dengan yang ada pada interface. Misalnya pada interface terdapat deklarasi void printAnimal(); maka pada kelas yang mengimplementasikan metode itu harus ditulis sama yaitu: void printAnimal(){ ..................... }

30

Rangkuman

Sebuah interface dideklarasikan dengan kode: interface nama_antarmuka{ metode_1 metode_2 ..................... metode_n } misalnya: interface Animal{ void printAnimal(); } Adapun deklarasi kelas yang mengimplementasikan interface sebagai berikut: class nama_kelas implements interface_1, interface_2, ..., interface_n{ metode_1 metode_2 ...................................... metode_n } misalnya: class Mamalia implements Animal{ Mamalia (){ } void prontAnimal(){ system.out.println("printAnimal dalam kelas Mamalia"); } }

4.18. Rangkuman Java adalah sebuah teknologi yang diperkenalkan oleh Sun Microsystems pada pertengahan tahun 1990. Menurut definisi dari Sun, Java adalah nama untuk sekumpulan teknologi untuk membuat dan menjalankan perangkat luinak pada komputer standalone ataupun pada lingkungan jaringan. Teknologi Java memiliki tiga komponen penting, yaitu: Programming-language specification , Application- programming interface, Application-programming interface. Java2 adalah generasi kedua dari Java platform (generasi awalnya adalah Java Development Kit). Java berdiri di atas sebuah mesin interpreter yang diberi nama JVM. JVM inilah yang akan membaca bytecode dalam file .class dari suatu program sebagai representasi langsung program yang berisi bahasa mesin. Oleh karena itu, bahasa Java disebut sebagai bahasa pemrograman yang portable karena dapat dijalankan pada berbagai sistem operasi, asalkan pada sistem operasi tersebut terdapat JVM.

31

Rangkuman


32

Bagian II. Konsep Dasar Sistem Operasi Para pembaca sepertinya pernah mendengar istilah "Sistem Operasi". Mungkin pula pernah berhubungan secara langsung atau pun tidak langsung dengan istilah tersebut. Namun, belum tentu dapat menjabarkan perihal apa yang sebetulnya dimaksud dengan kata "Sistem Operasi". Bagian ini akan mengungkapan secara singkat dan padat, apa yang dimaksud dengan "Sistem Operasi".

Bab 5. Komponen Sistem Operasi 5.1. Pendahuluan Sistem operasi dapat dikatakan adalah perangkat lunak yang sangat kompleks. Hal-hal yang ditangani oleh sistem operasi bukan hanya satu atau dua saja, melainkan banyak hal. Dari menangani perangkat keras, perangkat lunak atau program yang berjalan, sampai menangani pengguna. Hal tersebut menyebabkan sebuah sistem operasi memiliki banyak sekali komponen-komponen tersendiri yang memiliki fungsinya masing-masing. Seluruh komponen yang menyusun sistem operasi tersebut saling bekerjasama untuk satu tujuan, yaitu efisiensi kerja seluruh perangkat komputer dan kenyamanan dalam penggunaan sistem operasi. Oleh karena itu, penting bagi kita untuk mengetahui komponen-komponen apa saja yang ada di dalam sebuah sistem operasi, agar kita bisa mempelajari sistem operasi secara menyeluruh. Bab ini menceritakan secara umum apa saja komponen-komponen yang ada di sistem operasi. Detail tentang setiap komponen tersebut ada di bab-bab selanjutnya dalam buku ini. Tanpa satu saja dari komponen-komponen tersebut, bisa dipastikan sebuah sistem operasi tidak akan berjalan dengan maksimal. Bayangkan jika kita memiliki sistem operasi yang tidak memiliki kemampuan untuk menangani program-program yang berjalan sekaligus. Kita tak akan bisa mengetik sambil mendengarkan lagu sambil berselancar di internet seperti yang biasa kita lakukan saat ini. Contoh sebelumnya hanya sedikit gambaran bagaimana komponen-komponen sistem operasi tersebut saling terkait satu sama lainnya. Mempelajari komponen sistem operasi secara umum dapat mempermudah pemahaman untuk mengetahui hal-hal yang lebih detail lagi tentang sistem operasi. Dari berbagai macam sistem operasi yang ada, tidak semuanya memiliki komponen-komponen penyusun yang sama. Pada umumnya sebuah sistem operasi modern akan terdiri dari komponen sebagai berikut: • Manajemen Proses. • Manajemen Memori Utama. • Manajemen Sistem Berkas. • Manajemen Sistem M/K. • Manajemen Penyimpanan Sekunder. • Proteksi dan Keamanan.

5.2. Kegiatan Sistem Operasi Dalam kegiatannya sehari-hari, sistem operasi memiliki sebuah mekanisme proteksi untuk memastikan dirinya, semua program yang berjalan, dan data-data penggunanya berjalan dengan baik. Untuk melakukan hal tersebut, sistem operasi memiliki dua jenis (mode) operasi yang saling terpisah. Dua operasi tersebut, yaitu user mode, eksekusi program dikendalikan oleh pengguna, dan kernel mode, eksekusi program dikendaikan oleh sistem operasi, dinamakan dual-mode operation. Dual-mode operation diimplementasikan pada arsitektur perangkat keras. Sebuah bit yang disebut mode bit ditambahkan ke perangkat keras untuk menunjukkan mode operasi saat itu: 0 untuk kernel mode dan 1 untuk user mode. Dengan adanya dual-mode operation, eksekusi sebuah program/proses bisa dibedakan sumbernya, apakah dieksekusi oleh sistem operasi atau dieksekusi oleh pengguna. Hal ini akan sangat berguna dalam berjalannya sistem operasi. Selain itu, sistem operasi memiliki sebuah mekanisme untuk melindungi prosesor dari berbagai macam program yang berjalan. Bayangkan jika ada sebuah proses mengalami infinite loop. Tentu saja prosesor akan terus menerus melayani program itu dan menghambat proses lainnya yang akan dieksekusi prosesor, dan hal ini bisa dipastikanakan mengurangi kinerja dari komputer. Perlindungan prosesor tersebut dilakukan dengan timer. Timer diset untuk melakukan interupsi 35

Manajemen Proses

prosesor setelah beberapa periode waktu. Dengan adanya timer, sebuah program bisa dicegah dari berjalan terlalu lama. Misalkan sebuah program memiliki time limit 7 menit. Setelah 7 menit tersebut terlewati, sistem operasi akan menginterupsi prosesor dan menghentikan eksekusi program tersebut.

5.3. Manajemen Proses Proses adalah sebuah program yang sedang dieksekusi. Sedangkan program adalah kumpulan instruksi yang ditulis ke dalam bahasa yang dimengerti sistem operasi. Sebuah proses membutuhkan sejumlah sumber daya untuk menyelesaikan tugasnya. Sumber daya tersebut dapat berupa CPU time, alamat memori, berkas-berkas, dan perangkat-perangkat M/K. Sistem operasi mengalokasikan sumber daya-sumber daya tersebut saat proses itu diciptakan atau sedang diproses/dijalankan. Ketika proses tersebut berhenti dijalankan, sistem operasi akan mengambil kembali semua sumber daya agar bisa digunakan kembali oleh proses lainnya. Sistem operasi bertanggung jawab atas aktivitas-aktivitas yang berkaitan dengan manajemen proses seperti: • Membuat dan menghapus proses pengguna dan sistem proses. Sistem operasi bertugas mengalokasikan sumber daya yang dibutuhkan oleh sebuah proses dan kemudian mengambil sumber daya itu kembali setelah proses tersebut selesai agar dapat digunakan untuk proses lainnya. • Menunda atau melanjutkan proses. Sistem operasi akan mengatur proses apa yang harus dijalankan terlebih dahulu berdasarkan berdasarkan prioritas dari proses-proses yang ada. Apa bila terjadi 2 atau lebih proses yang mengantri untuk dijalankan, sistem operasi akan mendahulukan proses yang memiliki prioritas paling besar. • Menyediakan mekanisme untuk proses sinkronisasi. Sistem operasi akan mengatur jalannya beberapa proses yang dieksekusi bersamaan. Tujuannya adalah menghindarkan terjadinya inkonsistensi data karena pengaksesan data yang sama, juga untuk mengatur urutan jalannya proses agar setiap proses berjalan dengan lancar • Menyediakan mekanisme untuk proses komunikasi. Sistem operasi menyediakan mekanisme agar beberapa proses dapat saling berinteraksi dan berkomunikasi (contohnya berbagi sumber daya antar proses) satu sama lain tanpa menyebabkan terganggunya proses lainnya. • Menyediakan mekanisme untuk penanganan deadlock. Deadlock adalah suatu keadaan dimana sistem seperti terhenti karena setiap proses memiliki sumber daya yang tidak bisa dibagi dan menunggu untuk mendapatkan sumber daya yang sedang dimiliki oleh proses lain. Saling menunggu inilah yang disebut deadlock (kebuntuan). Sistem operasi harus bisa mencegah, menghindari, dan mendeteksi adanya deadlock. Jika deadlock terjadi, sistem operasi juga harus dapat memulihkan kondisi sistemnya.

5.4. Manajemen Memori Utama Sistem operasi memiliki tugas untuk mengatur bagian memori yang sedang digunakan dan mengalokasikan jumlah dan alamat memori yang diperlukan, baik untuk program yang akan berjalan maupun untuk sistem operasi itu sendiri. Tujuan dari manajemen memori utama adalah agar utilitas CPU meningkat dan untuk meningkatkan efisiensi pemakaian memori. Memori utama atau lebih dikenal sebagai memori adalah sebuah array yang besar dari word atau byte yang ukurannya mencapai ratusan, ribuan, atau bahkan jutaan. Setiap word atau byte mempunyai alamat tersendiri. Memori utama berfungsi sebagai tempat penyimpanan instruksi/data yang akses datanya digunakan oleh CPU dan perangkat M/K. Memori utama termasuk tempat penyimpanan data yang yang bersifat volatile (tidak permanen), yaitu data akan hilang kalau komputer dimatikan. Sistem komputer modern memiliki sistem hirarki memori, artinya memori yang ada di komputer disusun dengan tingkatan kecepatan dan kapasitas yang berbeda. Memori yang memiliki kecepatan sama dengan kecepatan prosesor memiliki kapasitas yang kecil, berkisar hanya dari ratusan KB hingga 4 MB dengan harga yang sangat mahal. Sedangkan memori utama yang kecepatannya jauh di bawah kecepatan prosesor memiliki kapasitas yang lebih besar, berkisar dari 128 MB hingga 4 GB dengan harga yang jauh lebih murah. Sistem hirarki memori ini memiliki tujuan agar kinerja komputer yang maksimal bisa didapat dengan harga yang terjangkau.

36

Manajemen Sistem M/K (I/O)

5.5. Manajemen Sistem Berkas File atau berkas adalah representasi program dan data yang berupa kumpulan informasi yang saling berhubungan dan disimpan di perangkat penyimpanan. Sistem berkas ini sangatlah penting, karena informasi atau data yang disimpan dalam berkas adalah sesuatu yang sangat berharga bagi pengguna. Sistem operasi harus dapat melakukan operasi-operasi pada berkas, seperti membuka, membaca, menulis, dan menyimpan berkas tersebut pada sarana penyimpanan sekunder. Oleh karena itu, sistem operasi harus dapat melakukan operasi berkas dengan baik. Sistem operasi melakukan manajemen sistem berkas dalam beberapa hal: • Pembuatan berkas atau direktori. Berkas yang dibuat nantinya akan diletakkan pada direktori-direktori yang diinginkan pada sistem berkas. Sistem operasi akan menunjukkan tempat dimana lokasi berkas atau direktori tersebut akan diletakkan. Setelah itu, sistem operasi akan membuat entri yang berisi nama berkas dan lokasinya pada sistem berkas. • Penghapusan berkas atau direktori. Sistem operasi akan mencari letak berkas atau direktori yang hendak dihapus dari sistem berkas, lalu menghapus seluruh entri berkas tersebut, agar tempat dari berkas tersebut dapat digunakan oleh berkas lainnya. • Pembacaan dan menulis berkas. Proses pembacaan dan penulisan berkas melibatkan pointer yang menunjukkan posisi dimana sebuah informasi akan dituliskan di dalam sebuah berkas. • Meletakkan berkas pada sistem penyimpanan sekunder. Sistem operasi mengatur lokasi fisik tempat penyimpanan berkas pada sarana penyimpanan sekunder

5.6. Manajemen Sistem M/K (I/O) Pekerjaan utama yang paling sering dilakukan oleh sistem komputer selain melakukan komputasi adalah Masukan/Keluaran (M/K). Dalam kenyataannya, waktu yang digunakan untuk komputasi lebih sedikit dibandingkan waktu untuk M/K. Ditambah lagi dengan banyaknya variasi perangkat M/K sehingga membuat manajemen M/K menjadi komponen yang penting bagi sebuah sistem operasi. Sistem operasi juga sering disebut device manager, karena sistem operasi mengatur berbagai macam perangkat (device). Fungsi-fungsi sistem operasi untuk sistem M/K: • Penyanggaan (buffering). Menampung data sementara dari/ke perangkat M/K • Penjadwalan (scheduling). Melakukan penjadualan pemakaian M/K sistem supaya lebih efisien. • Spooling. Meletakkan suatu pekerjaan program pada penyangga, agar setiap perangkat dapat mengaksesnya saat perangkat tersebut siap. • Menyediakan driver perangkat yang umum. Driver digunakan agar sistem operasi dapat memberi perintah untuk melakukan operasi pada perangkat keras M/K yang umum, seperti optical drive, media penyimpanan sekunder, dan layar monitor. • Menyediakan driver perangkat yang khusus. Driver digunakan agar sistem operasi dapat memberi perintah untuk melakukan operasi pada perangkat keras M/K tertentu, seperti kartu suara, kartu grafis, dan motherboard

5.7. Manajemen Penyimpanan Sekunder Penyimpanan sekunder (secondary storage) adalah sarana penyimpanan yang berada satu tingkat di bawah memori utama sebuah komputer dalam hirarki memori. Tidak seperti memori utama komputer, penyimpanan sekunder tidak memiliki hubungan langsung dengan prosesor melalui bus, sehingga harus melewati M/K. Sarana penyimpanan sekunder memiliki ciri-ciri umum sebagai berikut: 1. Non volatile (tahan lama). Walaupun komputer dimatikan, data-data yang disimpan di sarana penyimpanan sekunder tidak hilang. Data disimpan dalam piringan-piringan magnetik. 2. Tidak berhubungan langsung dengan bus CPU. Dalam struktur organisasi komputer modern, sarana penyimpanan sekunder terhubung dengan northbridge. Northbridge yang menghubungkan sarana penyimpanan sekunder pada M/K dengan bus CPU. 3. Lambat. Data yang berada di sarana penyimpanan sekunder memiliki waktu yang lebih lama untuk diakses (read/write) dibandingkan dengan mengakses di memori utama. Selain disebabkan oleh bandwidth bus yang lebih rendah, hal ini juga dikarenakan adanya mekanisme perputaran head dan piringan magnetik yang memakan waktu. 37

Proteksi dan Keamaman

4. Harganya murah. Perbandingan harga yang dibayar oleh pengguna per byte data jauh lebih murah dibandingkan dengan harga memori utama. Sarana penyimpanan sekunder memiliki fungsi-fungsi sebagai berikut: 1. Menyimpan berkas secara permanen. Data atau berkas diletakkan secara fisik pada piringan magnet dari disk, yang tidak hilang walaupun komputer dimatikan (non volatile) 2. Menyimpan program yang belum dieksekusi prosesor. Jika sebuah program ingin dieksekusi oleh prosesor, program tersebut dibaca dari disk, lalu diletakkan di memori utama komputer untuk selanjutnya dieksekusi oleh prosesor menjadi proses. 3. Memori virtual. Adalah mekanisme sistem operasi untuk menjadikan beberapa ruang kosong dari disk menjadi alamat-alamat memori virtual, sehingga prosesor bisa menggunakan memorivirtual ini seolah-olah sebagai memori utama. Akan tetapi, karena letaknya di penyimpanan sekunder, akses prosesor ke memori virtual menjadi jauh lebih lambat dan menghambat kinerja komputer. Sistem operasi memiliki peran penting dalam manajemen penyimpanan sekunder. Tujuan penting dari manajemen ini adalah untuk keamanan, efisiensi, dan optimalisasi penggunaan sarana penyimpanan sekunder.

5.8. Proteksi dan Keamaman Seringkali, istilah keamanan dan proteksi membingungkan dalam penggunaannya. Untuk mengurangi kebingungan itu, istilah keamanan digunakan untuk penggambaran secara umum, sedangkan proteksi digunakan untuk menggambarkan secara teknis mekanisme perlindungan sistem operasi.

Proteksi Proteksi adalah mekanisme sistem operasi untuk mengontrol akses terhadap beberapa objek yang diproteksi dalam sistem operasi. Objek-objek tersebut bisa berupa perangkat keras (seperti CPU, memori, disk, printer, dll) atau perangkat lunak (seperti program, proses, berkas, basis data, dll). Di beberapa sistem, proteksi dilakukan oleh sebuah program yang bernama reference monitor. Setiap kali ada pengaksesan sumber daya PC yang diproteksi, sistem pertama kali akan menanyakan reference monitor tentang keabsahan akses tersebut. Reference monitor kemudian akan menentukan keputusan apakah akses tersebut diperbolehkan atau ditolak. Secara sederhana, mekanisme proteksi dapat digambarkan dengan konsep domain. Domain adalah himpunan yang berisi pasangan objek dan hak akses. Masing-masing pasangan domain berisi sebuah objek dan beberapa akses operasi (seperti read, write, execute) yang dapat dilakukan terhadap objek tersebut. Dalam setiap waktu, setiap proses berjalan dalam beberapa domain proteksi. Hal itu berarti terdapat beberapa objek yang dapat diakses oleh proses tersebut, dan operasi-operasi apa yang boleh dilakukan oleh proses terhadap objek tersebut. Proses juga bisa berpindah dari domain ke domain lain dalam eksekusi.

Keamanan Pengguna sistem komputer sudah tentu memiliki data-data dan informasi yang berharga baginya. Melindungi data-data ini dari pihak-pihak yang tidak berhak merupakan hal penting bagi sistem operasi. Inilah yang disebut keamanan (security). Sebuah sistem operasi memiliki beberapa aspek tentang keamanan. Aspek-aspek ini berhubungan terutama dengan hilangnya data-data. Sistem komputer dan data-data di dalamnya terancam dari aspek ancaman (threats), aspek penyusup (intruders), dan aspek musibah. Dari aspek ancaman, secara umum sistem komputer menghadapi ancaman terbukanya data-data rahasia, pengubahan data-data oleh orang yang tidak berhak, juga pelumpuhan sistem dengan adanya Denial of Service (DoS). Dari aspek penyusup, saat ini banyak orang mencoba masuk ke dalam sistem operasi dengan berbagai macam tujuan. Ada yang hanya sekedar mencoba menjebol sistem operasi (hacking), ada yang mencoba mengambil keuntungan dari tindakan penjebolah itu (cracking). 38

Rangkuman

Tidak hanya disusupi oleh manusia, sistem operasi juga menghadapi ancaman keamanan dari program-program penyusup, yang disebut malicious program atau malware. Malware adalah program yang menyusup ke dalam sistem operasi dan memiliki tujuan-tujuan tertentu seperti mengambil data-data pribadi, mengambil alih komputer, dan seringkali bertujuan merusak. Yang termasuk kategori malware adalah virus, keylogger, worm, trojan, dan sypware. Yang terakhir, sistem operasi dan data-data di dalamnya terancam justru dari hal-hal non teknis, yaitu dari musibah. Sistem operasi terancam akibat adanya bencana alam (banjir, lumpur panas, gempa bumi, dan lain-lain), kerusakan perangkat keras atau lunak, bahkan kelalaian dari penggunanya. Perkembangan dunia internet saat ini membawa konsekuensi meningkatnya resiko keamanan terhadap sistem operasi. Oleh karena itu, sistem operasi harus memiliki ketahanan keamanan. Bagi kebanyakan pengembang sistem operasi saat ini, keamanan adalah salah satu permasalahan utama.

5.9. Rangkuman Sistem operasi memiliki beberapa komponen, seperti manajemen proses, manajemen memori utama, manajemen sistem berkas, manajemen sistem M/K, manajemen penyimpanan sekunder, proteksi dan keamanan, dan antarmuka. Semua komponen tersebut saling berkaitan satu sama lain. Sebuah sistem operasi tidak dapat bekerja apabila salah satu saja dari komponen-komponen tersebut hilang. Memahami komponen-komponen sistem operasi dalam bab ini akan memudahkan pemahaman tentang sistem operasi dalam bab-bab selanjutnya dalam buku ini. Dalam bab-bab selanjutnya, hanya beberapa komponen saja yang akan dibahas lebih lanjut, yaitu manajemen proses, manajemen memori utama, manajemen sistem berkas, dan manajemen sistem M/K.

Rujukan [Silberschatz2005] Avi Silberschatz, Peter Galvin, dan Grag Gagne. 2005. Operating Systems Concepts. Seventh Edition. John Wiley & Sons. [WEBFSF1991a] Free Software Foundation. 1991. GNU General http://gnui.vLSM.org/ licenses/ gpl.txt . Diakses 29 Mei 2006.

Public

License

–

[WikiOS2007] Wikipedia, The Free Encyclopedia. 2007. Operating System – http:// en.wikipedia.org/ wiki/ Operating_system . Diakses 8 Februari 2007. [WikiGUI2007] Wikipedia, The Free Encyclopedia . 2007. Graphical User Interface – http:// en.wikipedia.org /wiki/ GUI . Diakses 13 Februari 2007. [WikiGUIHistory2007] Wikipedia, The Free Encyclopedia . 2007. History of the graphical user interface – http:// en.wikipedia.org/ wiki/ History_of_the_ graphical_user _interface . Diakses 13 Februari 2007. [WikiCLI2007] Wikipedia, The Free Encyclopedia . 2007. Command Line Interface – http:// en.wikipedia.org/ wiki/Command_line_ interface . Diakses 13 Februari 2007. [WikiSpooling2007] Wikipedia, The Free Encyclopedia . 2007. Spooling – http:// en.wikipedia.org/ wiki/ Spooling . Diakses 7 Juni 2007. [McGillOS2007] McGill University. 2007. Operating System – http:// www.cs.mcgill. ca/~cs310/ lect_notes/ cs310_lecture02 .pdf . Diakses 10 Februari 2007. [MattBlaze2004] Matt Blaze. 2004. Operating System – http:// www.crypto.com/ courses/fall04/ cse380/20040921. pdf . Diakses 6 Juni 2007.

39

40

Bab 6. Layanan dan Antarmuka 6.1. Pendahuluan Di bab sebelumnya telah dibahas sistem operasi berdasarkan komponen-komponennya. Selanjutnya yang akan dibahas adalah bagaimana proses di dalam sistem komputer itu sendiri sehingga layanan-layanan tersebut dapat diimplementasikan ke user. Kita akan membahas tentang system call sebagai sarana atau bentuk komunikasi di dalam sistem komputer, system programs dan juga application programs beserta contoh-contohnya. Pertama-tama, akan dijelaskan terlebih dahulu mengenai layanan-layanan sistem operasi, kali ini menurut sudut pandang proses di dalamnya.

6.2. Jenis Layanan Seperti yang telah kita ketahui bersama, tujuan dari sebuah sistem operasi adalah sebagai penghubung antara user dan hardware, dimana sistem operasi memberikan kemudahan-kemudahan agar user tidak harus mengakses hardware secara langsung dalam bahasa mesin, tetapi dalam bentuk layanan-layanan yang diberikan oleh sistem operasi. Berikut ini adalah kategori-kategori layanan yang diberikan oleh sistem operasi: • Antarmuka. Sistem operasi menyediakan berbagai fasilitas yang membantu programmer dalam membuat program seperti editor. Walaupun bukan bagian dari sistem operasi, tapi layanan ini diakses melalui sistem operasi. • Eksekusi Program. Sistem harus bisa me-load program ke memori, dan menjalankan program tersebut. Program harus bisa menghentikan pengeksekusian baik secara normal maupun tidak (ada error). • Operasi Masukan/Keluaran. Program yang sedang dijalankan kadang kala membutuhkan Masukan/Keluaran. Untuk efisiensi dan keamanan, pengguna biasanya tidak bisa mengatur piranti masukan/keluaran secara langsung, untuk itulah sistem operasi harus menyediakan mekanisme dalam melakukan operasi masukan/keluaran. • Manipulasi Sistem Berkas. Program harus membaca dan menulis berkas, dan kadang kala juga harus membuat dan menghapus berkas. • Komunikasi. Kadang kala sebuah proses memerlukan informasi dari proses lain. Ada dua cara umum dimana komunikasi dapat dilakukan. Komunikasi dapat terjadi antara proses dalam satu komputer, atau antara proses yang berada dalam komputer yang berbeda tetapi dihubungkan oleh jaringan komputer. Komunikasi dapat dilakukan dengan share-memory atau message-passing, dimana sejumlah informasi dipindahkan antara proses oleh sistem operasi. • Deteksi Error. Sistem operasi harus selalu waspada terhadap kemungkinan error. Error dapat terjadi di CPU dan memori perangkat keras, masukan/keluaran, dan di dalam program yang dijalankan pengguna. Untuk setiap jenis error sistem operasi harus bisa mengambil langkah yang tepat untuk mempertahanan jalannya proses komputasi, misalnya dengan menghentikan jalannya program, mencoba kembali melakukan operasi yang dijalankan, atau melaporkan kesalahan yang terjadi agar pengguna dapat mengambil langkah selanjutnya. Disamping pelayanan di atas, terdapat juga layanan-layanan lain yang bertujuan untuk mempertahankan efisiensi sistem itu sendiri. Layanan tambahan itu yaitu: • Alokasi Sumber Daya. Ketika beberapa pengguna menggunakan sistem atau beberapa program dijalankan secara bersamaan, sumber daya harus dialokasikan bagi masing-masing pengguna dan program tersebut. • Accounting. Kita menginginkan agar jumlah pengguna yang menggunakan sumber daya, dan jenis sumber daya yang digunakan selalu terjaga. Untuk itu maka diperlukan suatu perhitungan dan statistik. Perhitungan ini diperlukan bagi seseorang yang ingin merubah konfigurasi sistem untuk meningkatkan pelayanan. • Proteksi. Layanan proteksi memastikan bahwa segala akses ke sumber daya terkontrol; dan tentu saja keamanan terhadap gangguan dari luar sistem tersebut. Keamanan bisa saja dilakukan dengan terlebih dahulu mengindentifikasi pengguna. Ini bisa dilakukan dengan meminta password bila ingin menggunakan sumber daya. 41

Command Line Interface (CLI)

6.3. Antarmuka Pengertian antarmuka (interface) adalah salah satu layanan yang disediakan sistem operasi sebagai sarana interaksi antara pengguna dengan sistem operasi. Antarmuka adalah komponen sistem operasi yang bersentuhan langsung dengan pengguna. Terdapat dua jenis antarmuka, yaitu Command Line Interface (CLI) dan Graphical User Interface (GUI).

Command Line Interface (CLI) CLI adalah tipe antarmuka dimana pengguna berinteraksi dengan sistem operasi melalui text-terminal. Pengguna menjalankan perintah dan program di sistem operasi tersebut dengan cara mengetikkan baris-baris tertentu. Meskipun konsepnya sama, tiap-tiap sistem operasi memiliki nama atau istilah yang berbeda untuk CLI-nya. UNIX memberi nama CLI-nya sebagai bash, ash, ksh, dan lain sebagainya. Microsoft Disk Operating System (MS-DOS) memberi nama command.com atau Command Prompt. Sedangkan pada Windows Vista, Microsoft menamakannya PowerShell. Pengguna Linux mengenal CLI pada Linux sebagai terminal, sedangkan pada Apple namanya adalah commandshell.

Graphical User Interface (GUI) GUI adalah tipe antarmuka yang digunakan oleh pengguna untuk berinteraksi dengan sistem operasi melalui gambar-gambar grafik, ikon, menu, dan menggunakan perangkat penunjuk (pointing device) seperti mouse atau track ball. Elemen-elemen utama dari GUI bisa diringkas dalam konsep WIMP (window, icon, menu, pointing device).

Gambar 6.1. Contoh GUI

Pengguna komputer yang awam seringkali menilai sebuah sistem operasi dari GUI-nya. Sebuah sistem operasi dianggap bagus jika tampilan luarnya (GUI-nya) bagus. Padahal, seperti telah dijelaskan sebelumnya, komponen sistem operasi tidak hanya GUI, sehingga penilaian terhadap sebuah sistem operasi tidak bisa hanya dari satu komponen saja. Karena GUI adalah kesan pertama pengguna dengan sistem operasi itu, setiap pengembang sistem operasi berlomba-lomba mengembangkan GUI-nya dengan keunggulannya masing-masing. Sejarah mencatat bahwa Xerox PARC (Palo Alto Research Center) yang pertama kali meriset tentang GUI. Pada tahun 1984, Apple merilis Macintosh yang menggunakan GUI hasil riset Xerox PARC. Beberapa tahun kemudian, Microsoft merilis sistem operasi Windows-nya yang juga 42

System Calls

menggunakan GUI. Apple mengklaim bahwa Microsoft mencuri ide dari Apple. Seperti halnya CLI, tiap-tiap sistem operasi juga memiliki nama tersendiri untuk komponen GUI-nya. Pada Apple Mac OS X, GUI-nya disebutAqua. Microsoft memberi nama GUI Windows XP sebagai Lunar dan GUI Windows Vista sebagai Aero. Pada Linux, ada dua pengembang utama desktop environment pada Linux, yang masing-masing menghasilkan produk KDE (K Desktop Environment) dan GNOME. KDE digunakan pada beberapa distro seperti SuSE dan Mandrake, sedangkan GNOME dipakai pada beberapa distro seperti Fedora Core dan Ubuntu.

6.4. System Calls Komputer digunakan untuk melakukan suatu proses yang dikehendaki user. Oleh karena itu harus ada suatu bentuk komunikasi antara user dan hardware. Komunikasi itu terjadi dalam bentuk system calls. SO melalui shell-nya akan menangkap perintah dari user yang kemudian akan dikomunikasikan melalui system calls. Disinilah peran SO sebagai jembatan komunikasi antara user dan hardware itu terjadi. System calls itu sendiri umumnya ditulis dalam bahasa C dan C++. Mengenai shell, shell itu sendiri secara umum adalah layer yang berfungsi sebagai interface antara user dan inti dalam sistem operasi (kernel). Melalui shell, user dapat memberi perintah-perintah yang akan dikirim ke sistem operasi, sehingga shell ini merupakan layer yang menerima interaksi dari user secara langsung. Shell dalam SO secara umum dibagi menjadi 2, Command Line (CLI) dan Graphical (GUI). Jadi dengan kata lain, system calls berperan sebagai interface dalam layanan-layanan yang disediakan oleh sistem operasi. Untuk lebih jelasnya lihat gambar berikut. Contoh di atas adalah sytem calls di dalam program yang membaca data dari satu file lalu meng-copy-nya ke file lain.

Gambar 6.2. Contoh System Call

6.5. API (Application Program Interface) Dalam contoh program sederhana di atas, dibutuhkan setidaknya ribuan system calls per detik. Oleh karena itu Kebanyakan programmer membuat aplikasi dengan menggunakan Application Programming Interface (API). Dalam API itu terdapat fungsi-fungsi/perintah-perintah untuk 43

Jenis System Calls

menggantikan bahasa yang digunakan dalam system calls dengan bahasa yang lebih terstruktur dan mudah dimengerti oleh programmer. Fungsi yang dibuat dengan menggunakan API tersebut kemudian akan memanggil system calls sesuai dengan sistem operasinya. Tidak tertutup kemungkinan nama dari system calls sama dengan nama di API. Keuntungan memprogram dengan menggunakan API adalah: • Portabilitas. Programmer yang menggunakan API dapat menjalankan programnya dalam sistem operasi mana saja asalkan sudah ter-install API tersebut. Sedangkan system call berbeda antar sistem operasi, dengan catatan dalam implementasinya mungkin saja berbeda. • Lebih Mudah Dimengerti. API menggunakan bahasa yang lebih terstruktur dan mudah dimengerti daripada bahasa system call. Hal ini sangat penting dalam hal editing dan pengembangan. System call interface ini berfungsi sebagai penghubung antara API dan system call yang dimengerti oleh sistem operasi. System call interface ini akan menerjemahkan perintah dalam API dan kemudian akan memanggil system calls yang diperlukan. Untuk membuka suatu file tersebut user menggunakan program yang telah dibuat dengan menggunakan bantuan API, maka perintah dari user tersebut diterjemahkan dulu oleh program menjadi perintah open(). Perintah open() ini merupakan perintah dari API dan bukan perintah yang langsung dimengerti oleh kernel sistem operasi. Oleh karena itu, agar keinginan user dapat dimengerti oleh sistem operasi, maka perintah open() tadi diterjemahkan ke dalam bentuk system call oleh system call interface. Implementasi perintah open() tadi bisa bermacam-macam tergantung dari sistem operasi yang kita gunakan.

6.6. Jenis System Calls Berikut ini adalah tipe system call: • Manajemen Proses. System call untuk manajemen proses diperlukan untuk mengatur proses-proses yang sedang berjalan. Kita dapat melihat penggunaan system calls untuk manajemen proses pada Sistem Operasi Unix. Contoh yang paling baik untuk melihat bagaimana system call bekerja untuk manajemen proses adalah Fork. Fork adalah satu satunya cara untuk membuat sebuah proses baru pada sistem Unix. • Manajemen Berkas. System calls yang berhubungan dengan berkas sangat diperlukan. Seperti ketika kita ingin membuat atau menghapus suatu berkas, atau ketika ingin membuka atau menutup suatu berkas yang telah ada, membaca berkas tersebut, dan menulis berkas itu. System calls juga diperlukan ketika kita ingin mengetahui atribut dari suatu berkas atau ketika kita juga ingin merubah atribut tersebut. Yang termasuk atribut berkas adalah nama berkas, jenis berkas, dan lain-lain. Ada juga system calls yang menyediakan mekanisme lain yang berhubungan dengan direktori atau sistem berkas secara keseluruhan. Jadi bukan hanya berhubungan dengan satu spesifik berkas. Contohnya membuat atau menghapus suatu direktori, dan lain-lain. • Manajemen Piranti. Program yang sedang dijalankan kadang kala memerlukan tambahan sumber daya. Jika banyak pengguna yang menggunakan sistem dan memerlukan tambahan sumber daya maka harus meminta peranti terlebih dahulu. Lalu setelah selesai, penggunaannnya harus dilepaskan kembali dan ketika sebuah peranti telah diminta dan dialokasikan maka peranti tersebut bisa dibaca, ditulis, atau direposisi. • System Call Informasi/Pemeliharaan. Beberapa system calls disediakan untuk membantu pertukaran informasi antara pengguna dan sistem operasi, contohnya adalahsystem calls untuk meminta dan mengatur waktu dan tanggal atau meminta informasi tentang sistem itu sendiri, seperti jumlah pengguna, jumlah memori dan disk yang masih bisa digunakan, dan lain-lain. Ada juga system calls untuk meminta informasi tentang proses yang disimpan oleh sistem dan system calls untuk merubah informasi tersebut. • Komunikasi. Dua model komunikasi: • Message-passing. Pertukaran informasi dilakukan melalui fasilitas komunikasi antar proses yang disediakan oleh sistem operasi. • Shared-memory. Proses menggunakan memori yang bisa digunakan oleh berbagai proses untuk pertukaran informasi dengan membaca dan menulis data pada memori tersebut. Dalam message-passing, sebelum komunikasi dapat dilakukan harus dibangun dulu sebuah koneksi. Untuk itu diperlukan suatu system calls dalam pengaturan koneksi tersebut, baik dalam menghubungkan koneksi tersebut maupun dalam memutuskan koneksi tersebut ketika komunikasi sudah selesai dilakukan. Juga diperlukan suatu system calls untuk membaca dan menulis pesan (message) agar pertukaran informasi dapat dilakukan. 44

System Programs

6.7. System Programs Seperti yang sudah kita pelajari di bab-bab awal bahwa terdapat empat komponen utama dalam sistem komputer, apabila kita jabarkan, dari yang paling bawah adalah perangkat keras (Hardware), lalu di atasnya adalah sistem operasi, kemudian di atasnya dimana yang berhubungan langsung dengan para pengguna adalah sistem program dan program aplikasi. Di dalam sistem komputer, sistem program berguna untuk menyediakan kemudahan-kemudahan bagi pengembangan progran serta eksekusi. sistem program yang sering kita gunakan contohnya adalah format dan login. Sistem program dibagi dalam beberapa kategori yaitu: • Manajemen/manipulasi Berkas. Membuat, menghapus, menyalin, mengganti nama, mencetak, memanipulasi berkas dan direktori. • Informasi Status. Beberapa program meminta informasi tentang tanggal, jam, jumlah memori dan disk yang tersedia, jumlah pengguna dan informasi yang sejenis. • Modifikasi Berkas. Membuat berkas dan memodifikasi isi berkas yang disimpan pada disk atau tape. • Pendukung Bahasa Pemograman. Kadang kala kompilator, assembler, interpreter, dari bahasa pemograman diberikan kepada pengguna dengan bantuan sistem operasi. • Loading dan Eksekusi Program. Ketika program di assembly atau dikompilasi, program tersebut harus di load ke dalam memori untuk dieksekusi. Untuk itu sistem harus menyediakan absolute loaders, relocatable loaders, linkage editors, dan overlay loaders. • Komunikasi. Komunikasi menyediakan mekanisme komunikasi antara proses, pengguna, dan sistem komputer yang berbeda. Sehingga pengguna bisa mengirim pesan, browse web pages, mengirim e-mail, atau mentransfer berkas.

6.8. Application Programs Program aplikasi atau yang juga sering disebut aplikasi adalah setiap program yang dirancang untuk melakukan fungsi yang khusus atau spesifik untuk pengguna atau, untuk kasus-kasus tertentu, untuk program aplikasi lainnya. Contoh-contoh dari program aplikasi meliputi word processors, database programs, Web browsers, development tools, drawing, paint, image editing programs, dan communication programs. Dalam menjalankan tugas-tugasnya program aplikasi menggunakan layanan-layanan sistem operasi komputer dan program-program penunjang lainnya. Seperti yang sudah dibahas.dalam subbab 3.1 (Aplication Program Interface) bahwa para programmer menggunakan API untuk memudahkan mereka dalam membuat program aplikasi.

6.9. Rangkuman Proses-proses yang terjadi di dalam sistem komputer dimulai dari pengguna komputer yang menggunakan program aplikasi dan sistem program, dimana nanti perintah-perintah dari user dibawa oleh sistem call ke kernel yang berada pada sistem operasi untuk diterjemahkan ke dalam bahasa mesin.

Rujukan [Silberschatz2005] Avi Silberschatz, Peter Galvin, dan Grag Gagne. 2005. Operating Systems Concepts. Seventh Edition. John Wiley & Sons. [Tanenbaum1997] Andrew S Tanenbaum dan Albert S Woodhull. 1997. Operating Systems Design and Implementation. Second Edition. Prentice-Hall. [Tanenbaum2001] Andrew S Tanenbaum. 2001. Modern Operating Systems. Second Edition. Prentice-Hall.

45

46

Bab 7. Struktur Sistem Operasi 7.1. Pendahuluan Sistem operasi modern adalah suatu sistem yang besar dan kompleks. Dan tentu saja proses mendesain sistem operasi bukanlah pekerjaan mudah. Karena itu, didalam desain sistem operasi digunakan suatu struktur agar sistem tersebut bisa dipelajari dengan mudah. digunakan, dan dikembangkan ebih lanjut. Jika pada bab sebelumnya, kita memandang sistem operasi dari luar, yaitu dengan system call yang bisa digunakan, maka dalam bab ini kita akan melihat dari dalam, yaitu bagaimana sistem operasi disusun. Ternyata, ada beberapa pendekatan/model yang digunakan, seperti struktur sederhana, struktur berlapis, dan mikro kernel.

7.2. Struktur Sederhana Pada awalnya, sistem operasi dimulai sebagai sistem yang kecil, sederhana, dan terbatas. Lama kelamaan, sistem operasi semakin berkembang menjadi suatu sistem yang lebih besar dari awalnya. Dalam perkembangannya, ada sistem yang terstruktur dengan kurang baik, dan ada juga yang baik. Contoh sistem yang terstruktur kurang baik adalah MS-DOS. Sistem operasi ini dirancang sedemikian rupa agar mampu berjalan pada hardware yang terbatas. Memang memiliki struktur, tapi belum terbagi-bagi dalam modul-modul, dan interface serta fungsionalitas tidak begitu jelas batasannya. Begitu pula dengan UNIX, yang pada awalnya juga terbatas oleh hardware yang ada. Sistem ini dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu kernel dan program sistem. Kernel sendiri dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu device driver dan interface, yang kemudian terus berkembang seiring dengan perkembangan UNIX. Berikut ini adalah skema struktur UNIX.

Gambar 7.1. Struktur UNIX

Versi-versi UNIX selanjutnya dirancang agar mampu bekerja dengan hardware yang lebih baik. Begitu pula dengan strukturnya, yang dibuat makin modular.

7.3. Struktur Berlapis Rasanya susah membayangkan sekian banyak fungsi yang disediakan oleh sistem operasi diimplementasikan dalam satu program saja. Karena itu, lebih mudah untuk membaginya dalam sejumlah layer/lapisan. Tentu setiap lapisan memiliki fungsinya sendiri-sendiri, dan juga bisa 47

Mikro Kernel

menambah fungsi-fungsi lain, berdasarkan fungsi-fungsi yang tersedia pada lapisan-lapisan lain yang dibawahnya. Lapisan-lapisan sistem operasi adalah suatu abstraksi dari enkapsulasi sekumpulan struktur data dalam sistem operasi. Lapisan-lapisan yang berada di atas bisa mengakses operasi-operasi yang tersedia di lapisan-lapisan bawahnya. Stallings memberi model yang lebih detail, sebagai berikut: • Lapisan 1. Berisi berbagai sirkuit elektronik, misal register, memory cells, dan logic gate. • Lapisan 2. Berisi instruksi prosesor, misal instruksi aritmatika, instruksi transfer data, dsb. • Lapisan 3. Penambahan konsep seperti prosedur/subrutin, maupun fungsi yang me-return nilai tertentu. • Lapisan 4. Penambahan interrupt. • Lapisan 5. Program sebagai sekumpulan instruksi yang dijalankan oleh prosesor. • Lapisan 6. Berhubungan dengan secondary storage device, yaitu membaca/menulis head,track, dan sektor. • Lapisan 7. Menciptakan alamat logika untuk proses. Mengatur hubungan antara main memory, virtual memory, dan secondary memory. • Lapisan 8. Program sebagai sekumpulan instruksi yang dijalankan oleh prosesor. • Lapisan 9. Berhubungan dengan secondary storage device, yaitu membaca/menulis head,track, dan sektor. • Lapisan 10. Menciptakan alamat logika untuk proses. Mengatur hubungan antara main memory, virtual memory, dan secondary memory. • Lapisan 11. Program sebagai sekumpulan instruksi yang dijalankan oleh prosesor. • Lapisan 12. File adalah objek yang memiliki nama dan ukuran. Abstraksi dari lapisan 9. • Lapisan 13. Menyediakan interface agar bisa berinteraksi dengan pengguna. Lapisan-lapisan dari 1-4 bukanlah bagian dari sistem operasi dan masih menjadi bagian dari prosesor secara ekslusif. Lapisan ke-5 hingga ke-7, sistem operasi sudah berhubungan dengan prosesor. Selanjutnya dari lapisan ke-8 hingga 13, sistem operasi berhubungan dengan media penyimpanan maupun perlatan-peralatan lain yang ditancapkan, misalnya peralatan jaringan.

7.4. Mikro Kernel Pada pembahasan "Struktur Sederhana", sempat disinggung istilah "kernel". Apakah kernel itu? Kernel adalah komponen sentral dari sistem operasi. Ia mengatur hal-hal seperti interrupt handler (untuk menyediakan layanan interupsi), process scheduler (membagi-bagi proses dalam prosesor), memory management, I/O, dan sebagainya. Atau dengan kata lain, ia adalah jembatan antara hardware dengan software. Cara tradisional untuk membangun sistem operasi adalah dengan membuat kernel monolitis, yaitu semua fungsi disediakan oleh kernel, dan ini menjadikan kernel suatu program yang besar dan kompleks. Cara yang lebih modern, adalah dengan menggunakan kernel mikro. Pada awalnya, konsep mikro kernel dikembangkan pada sistem operasi Mach. Ide dasar dari pengembangan kernel mikro adalah bahwa hanya fitur-fitur yang perlu saja yang diimplementasikan dalam kernel (mengenai fitur-fitur apa saja yang perlu diimplementasikan, ini bisa berbeda tergantung desain sistem operasi). Walaupun garis pembatas mengenai apa saja yang berada di dalam dan luar kernel mikro bisa berbeda antara desain yang satu dengan yang lain, namun ada karakteristik yang umum, yaitu servis-servis yang umumnya menjadi bagian sistem operasi menjadi subsistem eksternal yang bisa berinteraksi satu sama lain dan dengan kernel tentunya. Ini mencakup device driver, file system, virtual memory manager, windowing system, dan security devices. Pendekatan kernel mikro menggantikan pendekatan berlapis yang vertikal tradisional. Komponen-komponen sistem operasi yang berada di luar kernel mikro diimplementasikan sebagai server process dan berkomunikasi dengan message passing via kernel mikro. Misalnya jika user ingin membuat berkas baru, dia mengirim pesan ke file system server, atau jika ingin membuat proses baru, dia mengirimkan pesan ke process server. 48

Proses Boot

Gambar 7.2. Struktur kernel mikro

Beberapa kelebihan kernel mikro: a. Interface yang seragam. Proses tidak lagi dibedakan, baik antara kernel-level maupun user-level, karena semuanya berkomunikasi via message passing. b. Extensibility. Bisa menambahkan fitur-fitur baru tanpa perlu melakukan kompilasi ulang. c. Flexibility. Fitur-fitur yang sudah ada bisa dikurangi, atau dimodifikasi sesuai dengan kebutuhan sehingga menjadi lebih efisien. Misalnya tidak semua pengguna membutuhkan security yang sangat ketat, atau kemampuan untuk melakukan distributed computing. d. Portability. Pada kernel mikro, semua atau sebagian besar kode yang prosesor-spesifik berada di dalamnya. Jadi, proses porting ke prosesor lain bisa dilakukan dengan relatif sedikit usaha. Pada kelompok desktop misalnya, tampaknya dominasi Intel makin kuat. Tapi, sampai seberapa lama itu bisa bertahan? Karena itulah, portability adalah salah satu isu yang sangat penting. e. Reliability. Semakin besar suatu software, maka tentulah semakin sulit untuk menjamin reliability-nya. Desain dengan pendekatan berlapis sangatlah membantu, dan dengan pendekatan kernel mikro bisa lebih lagi. Kernel mikro dapat dites secara ekstensif .Karena dia menggunakan API yang sedikit, maka bisa meningkatkan kualitas code di luar kernel. f. Support for object-oriendted OS. Model kernel mikro sangat sesuai untuk mengembangkan sistem operasi yang berbasis object-oriented. Contoh sistem operasi yang menggunakan kernel mikro adalah MacOS X dan QNX.

7.5. Proses Boot Booting adalah istilah untuk menghidupkan komputer. Secara umum, gambaran yang terjadi pada proses boot adalah sebagai berikut. • Saat komputer dihidupkan, memorinya masih kosong. Belum ada instruksi yang dapat dieksekusi oleh prosesor. Karena itu, prosesor dirancang untuk selalu mencari alamat tertentu di BIOS ROM. Pada alamat tersebut, terdapat sebuah instruksi jump yang menuju ke alamat eksekusi awal BIOS. Setelah itu, prosesor menjalankan power-on-self test (POST), yaitu memeriksa kondisi hardware yang ada. • Sesudah itu, BIOS mencari video card. Secara khusus, dia mencari program BIOS milik video card. Kemudian system BIOS menjalankan video card BIOS. Barulah setelah itu, video card diinisalisasi. • Kemudian BIOS memeriksa ROM pada hardware yang lain, apakah memiliki BIOS tersendiri apakah tidak. Jika ya, maka akan dieksekusi juga. • BIOS melakukan pemeriksaan lagi, misal memeriksa besar memori dan jenis memori. Lebih lanjut lagi, dia memeriksa hardware yang lain, seperti disk. Lalu dia mencari disk dimana proses boot bisa dilakukan, yaitu mencari boot sector. Boot sector ini bisa berada di hard disk, atau floppy disk. 49

Komputer Meja

7.6. Kompilasi Kernel Pada dasarnya Linux hanyalah sebuah kernel. Sedangkan program-program lain seperti teks editor, browser, kompilator, dan seterusnya melengkapi kernel menjadi suatu paket sistem operasi. Tentunya agar kernel dapat bekerja dengan optimal, perlu dilakukan konfigurasi sesuai dengan hardware yang ada. Biasanya, kompilasi kernel dilakukan saat hendak menambahkan device baru yang belum dikenali sebelumnya atau jika hendak mengaktifkan fitur tertentu pada sistem operasi. Pada proses kompilasi kernel, sangat mungkin terjadi kesalahan. Karena itu, jangan lupa membackup kernel yang lama, dan menyiapkan emergency boot disk. Pada penjelasan berikut, diasumsikan kernel yang digunakan adalah versi 2.6.20 dan komputer menggunakan prosesor Intel. Beberapa tahapan dalam kompilasi kernel: a. Mendownload kernel. Ada banyak situs di internet tempat mendownload kernel. Tapi ada baiknya jika anda mengunjungi situs resminya, yaitu "kernel.org". Anda bisa melihat beraneka versi kernel dan patchnya disana.Format penamaan kernel Linux adalah linux-X.YY.ZZ.tar.gz atau linux-X.YY.ZZ.tar.bz2, dimana: X = major number; Y = minor number; ZZ = revision number. Contoh: linux-2.6.20. Angka 2 adalah major number (angka 2 ini jarang berubah dan baru berubah jika sudah terjadi perubahan besar) Angka 6 adalah minor number (karena 6 adalah bilangan genap, berarti kernel ini versi stabil) Angka 20 menunjukkan nomor revisi. b. Mengekstrak kernel. Source code kernel Anda yang lama bisa dilihat di direktori /usr/src/linux. Supaya source code kernel sebelumnya tidak hilang, ekstraklah kernel yang baru di direktori yang berbeda, misal /usr/src/linux-2.6.20 (tentunya sesuaikan angka-angka tersebut dengan versi kernel yang anda pakai). c. Buat symbolic link. ln -s linux-2.6.20 linux d. Konfigurasi kernel. Sebelum proses kompilasi, anda memiliki 2 pilihan, yaitu membuat konfigurasi baru, atau menggunakan konfigurasi kernel sebelumnya. Jika anda ingin membuat konfigurasi baru, maka jalankan perintah: make xconfig (atau make menuconfig). Pada tahap ini, anda mengkonfigurasi kernel sesuai dengan hardware yang ada di komputer anda. Isinya antara lain mengatur jenis prosesor, memory, networking, USB, dsb. Dengan ini, kernel bisa bekerja optimal pada hardware yang ada Setelah berkas configurasi (.config) terbentuk, anda bisa memulai proses kompilasi. Sedangkan jika anda ingin menggunakan konfigurasi kernel yang lama, anda bisa mengcopy berkas .config dari direktori kernel yang lama ke direktori kernel yang baru, lalu menjalankan perintah: make oldconfig e. Kompilasi. Jalankan perintah "make bzImage". Proses kompilasi kernel bisa memakan waktu cukup lama, dan sangat mungkin terjadi kesalahan disitu. Jika ada kesalahan, coba lakukan lagi konfigurasi kernel. Setelah itu, coba lakukan kompilasi lagi. Jika sukses, terbentuk berkas bzImage di/usr/src/linux-2.6.20/arch/i386/boot. Copy ke direktori /boot dengan perintah: cp arch/i386/boot/bzImage /boot/vmlinuz-2.6.20 Selanjutnya, kompilasi modul. Jalankan perintah: make modules diikuti oleh make modules_install Terbentuk berkas System.map. Copylah ke /boot dengan perintah: cp System.map /boot/System.map-2.6.20 Supaya kernel yang baru bisa digunakan, ubahlah konfigurasi bootloader anda supaya ia mengetahui dimana kernel yang baru berada. Misal jika anda menggunakan Lilo, modifikasi berkas lilo.conf (ada di /etc), atau jika anda menggunakan grub, modifikasi berkas menu.lst (ada di /boot/grub). Khusus jika anda menggunakan lilo, jalankan perintah lilo. Setelah itu, reboot komputer anda.

50

Sistem Prosesor Jamak

7.7. Komputer Meja Sesuai dengan namanya, komputer meja memang komputer yang dirancang digunakan di meja. Komputer seperti ini mulai populer di tahun 1970an. Sebelum itu, jenis komputer yang populer adalah mainframe. Saat ini, komputer meja adalah komputer yang harganya relatif paling terjangkau dan begitu banyak dijumpai di rumah-rumah,sekolah-sekolah,kantor-kantor. Selain harganya yang relatif terjangkau, hal lain yang membuat komputer meja populer adalah komponennya bisa di-upgrade dengan mudah. Secara umum, komponen komputer meja adalah: • Fan. Untuk mendinginkan komputer • Motherboard. Untuk mengintegrasikan komponen-komponen komputer yang ada. • Hard disk. Tempat penyimpanan data. • Optical disc drive. Untuk membaca kepingan CD/DVD. • Floppy disk drive. Untuk membaca floppy disk. • Prosesor. Untuk mengeksekusi program. • CPU cooler. Untuk mendinginkan prosesor • RAM. Menyimpan program yang sedang berjalan atau untuk transfer data. • Sound card. Memproses suara dari prosesor, kemudian dikeluarkan melalui speaker. • Modem. Memproses sinyal informasi, misal untuk akses internet. • Network card. Memungkinkan komputer berkomunikasi dengan komputer lain dalam jaringan.

7.8. Sistem Prosesor Jamak Secara tradisional, komputer dipandang sebagai suatu mesin sekuensial, yaitu mereka menjalankan sekumpulan instruksi yang tersusun dalam urutan tertentu. Prosesor menjalankan program dengan cara mengeksekusi instruksi mesin satu demi satu dalam suatu waktu. Tapi tentunya ini tidak selalu benar. Dengan pipelining misalnya, prosesor tidak perlu menunggu suatu instruksi selesai dan bisa mengerjakan instruksi lainnya. Seiring dengan perkembangan teknologi, para perancang komputer terus berusaha mengembangkan teknik untuk meningkatkan performa dan tentu juga reliability. Salah satunya adalah multiprocessing, yaitu menggunakan prosesor jamak. Menurut Silberschatsz dkk, keuntungan sistem prosesor jamak adalah: a. Peningkatan throughput. Karena lebih banyak proses/thread yang dapat dijalankan. Ini bukan berarti kemampuan komputasi bertambah seiring dengan bertambahnya jumlah prosesor. Yang meningkat adalah peningkatan jumlah pekerjaan yang dapat dilakukan dalam waktu tertentu. b. Lebih ekonomis. Daripada sistem dengan banyak prosesor tunggal, karena bisa berbagi memori, storage, dan power supply. Misalnya jika beberapa program memproses data yang sama, maka adalah lebih murah untuk menyimpan data tersebut pada satu disk dan membaginya diantara prosesor-prosesor tersebut, daripada menggunakan banyak komputer dengan disk lokal yang berisi salinan data tersebut. c. Peningkatan kehandalan. Jika pekerjaan terbagi rata, maka kegagalan salah satu prosesor bisa ditanggulangi oleh prosesor-prosesor yang lain. Memang performa menurun (menjadi lebih lambat), tetapi sistem tetap berjalan. Fenomena ini disebut graceful gradation. Sementara sistem yang memiliki sifat graceful gradation disebut sebagai sistem yang fault-tolerant. Ada 2 model dalam sistem prosesor jamak, yaitu ASMP (Asymmetric Multi Processing) dan SMP (Symmetric Multi Processing). Pada model ASMP, ide dasarnya adalah master/slave, yaitu kernel selalu berjalan di prosesor tertentu, sedangkan prosesor-prosesor lainnya menjalankan utiliti yang ada di sistem operasi atau mengerjakan tugas-tugas tertentu. Prosesor master bertugas menjadwal proses atau thread. Ketika suatu proses/thread aktif, dan prosesor slave membutuhkan layanan (misal untuk I/O), maka dia harus mengirim permintaan ke prosesor master dan menunggu hingga permintaanya dilaksanakan. Model ini adalah sederhana, karena hanya satu prosesor yang mengatur sumber daya memori dan I/O. Sayangnya, model ini memiliki beberapa kelemahan seperti: • Kegagalan prosesor utama bisa menyebabkan kegagalan keseluruhan sistem. • Bisa terjadi penururan performa, yaitu terjadi bottleneck di prosesor utama karena dialah yang bertanggung jawab atas penjadwalan dan manajenem proses.

51

Sistem Terdistribusi dan Terkluster

Gambar 7.3. Model ASMP dan SMP

Kekurangan itulah menyebabkan model ASMP kurang disukai. Model lainnya adalah SMP. Pada model ini, kernel bisa dijalankan di prosesor mana saja, dan tiap prosesor bisa melakukan penjadwalan proses/thread secara mandiri. Model seperti ini membuat desain sistem operasi menjadi lebih rumit, karena proses-proses bisa berjalan secara paralel. Karena itu, haruslah dijamin agar hanya 1 prosesor yang mengerjakan tugas tertentu dan proses-proses itu tidak mengalami starvation. Keuntungan SMP: a. Performance. Jika komputer yg menggunakan 1 prosesor bisa diatur sedemikian rupa sehingga sebagian pekerjaan bisa dilakukan secara paralel, maka komputer SMP bisa melakukannya dengan lebih baik lagi. b. Availability. Karena semua prosesor menjalankan tugas yang sama, maka kegagalan pada salah satu prosesor tidak membuat sistem berhenti. Sistem tetap berjalan (fungsional), walaupun performa menurun. c. Incremental growth. Performa bisa ditingkatkan dengan menambah prosesor lagi.

7.9. Sistem Terdistribusi dan Terkluster Seiring dengan perkembangan teknologi komputer dan server, muncullah trend DDP (distributed data processing), yaitu prosesor, data, dan aspek-aspek lainnya bisa tersebar dalam lingkup tertentu. Sistem seperti ini melibatkan adanya pembagian proses komputasi, pengendali, dan interaksi dalam jaringan. Dalam perusahaan-perushaan besar misalnya, sering digunakan kombinasi antara komputer dan server. Komputer untuk menjalankan aplikasi-aplikasi seperti pengolah grafis,word processing, spreadsheet, sementara server sebagai back-end mengendalikan database dan sistem informasi perusahaan. Hal seperti ini adalah dampak dari perkembangan sistem terdistribusi. Tetapi, apakah sistem terdistribusi itu? Sistem terdistribusi adalah koleksi prosesor yang terhubung dalam jaringan serta tidak berbagi memori, yaitu memiliki memori masing-masing. Prosesor-prosesor itu bisa berkomunikasi melalui banyak cara, misalnya melalui jalur telepon atau high speed bus. Keuntungan: a. Resource sharing. Suatu komputer bisa mengakses sumber daya yang ada di komputer lain. Misalkan, komputer A bisa mengakses database yang ada di komputer B. Sebaliknya, komputer B bisa mencetak dokumen dengan menggunakan printer yang terpasang di komputer A. b. Computation speedup. Jika suatu proses komputasi bisa dipecah-pecah menjadi sejumlah bagian yang berjalan secara konkuren, dalam sistem terdistribusi bagian-bagian komputasi ini bisa terbagi dalam komputer-komputer yang ada. Inilah yang menimbulkan adanya speedup. Lebih 52

Sistem Terdistribusi dan Terkluster

jauh lagi, bisa terjadi load sharing, yaitu jika suatu komputer mengerjakan tugas terlalu banyak, sebagian dari tugasnya itu bisa dialihkan ke komputer lain. c. Reliability. Jika satu komputer mengalami kegagalan, maka secara keseluruhan sistem masih tetap dapat berjalan. Contoh: jika sistem terdiri atas komputer-komputer yang tersusun secara independen, kegagalan salah satu komputer seharusnya tidak mempengaruhi keseluruhan sistem. Tapi jika sistem terdiri atas komputer-komputer yang mengatur tugas spesifik seperti terminal I/O atau filesystem, maka kerusakan satu komputer saja bisa menyebabkan keseluruhan sistem mati. Tentunya, perlu mekanisme untuk mendeteksi kegagalan seperti ini, sehingga jika ada komputer yang rusak, sumber daya yang ada padanya tidak digunakan dan sebagai gantinya komputer yang lain bisa menangani itu. d. Communication. Karena satu komputer terhubung dengan komputer-komputer laiinya, sangat dimungkinkan terjadi pertukaran informasi. Dengan adanya message passing, fungsi fungsi yang ada di suatu komputer misal file transfer, login, web browsing, bisa diperluas dalam sistem terdistribusi. Ini menyebabkan fungsi-fungsi ini bisa diakses secara jarak jauh. Misalnya, sejumlah orang yang terlibat dalam satu proyek, walaupun terpisah secara geografis, tetap bisa berkolaborasi dalam proyek itu. Dalam dunia industri, terjadi downsizing. Downsizing adalah mengganti mainframe dengan komputer atau workstation yang terhubung via jaringan. Dengan itu, mereka bisa mendapatkan fungsionalitas yang sesuai dengan biaya, kemudahan mengatur sumber daya, kemudahan maintenance/perawatan, dan lain-lain.

Gambar 7.4. Sistem Terdistribusi dan Terkluster

Disamping memiliki beberapa keuntungan, sistem terdistribusi juga memiliki beberapa kelemahan, misalnya: • Jika tidak direncanakan dengan tepat, sistem terdistribusi bisa menurunkan proses komputasi, misalnya jika kegagalan salah satu komputer mempengaruhi komputer-komputer yang lain. • Troubleshooting menjadi lebih rumit, karena bisa memerlukan koneksi ke komputer lain yang terhubung secara remote, atau menganalisis komunikasi antar komputer. • Tidak semua proses komputasi cocok untuk dilakukan dalam sistem terdistribusi, karena besarnya keperluan komunikasi dan sinkronisasi antar komputer. Jika bandwith, latency, atau kebutuhan komunikasi terlalu besar, maka performanya bisa menjadi lebih jelek daripada sistem yang tidak terdistribusi sama sekali. Karena itu, lebih baik komputasi dilakukan di sistem yang tidak 53

Sistem Waktu Nyata

terdistribusi. Salah satu topik yang sedang hangat dibicarakan dalam dunia komputer adalah sistem terkluster. Sistem terkluster menjadi alternatif SMP untuk memperoleh performa dan ketersediaan yang tinggi. Saat ini, sistem terkluster populer untuk aplikasi-aplikasi server. Sistem terkluster pada dasarnya adalah sekumpulan komputer independen (bisa berjalan sendiri) yang terhubung satu sama lain untuk menyatukan sumber daya yang ada sehingga seolah-olah menjadi satu komputer saja. Keuntungan: a. Absolute scalability. Adalah mungkin untuk menciptakan sistem terkluster yang jauh lebih powerful daripada satu komputer standalone yang terbesar sekalipun. Satu kluster bisa terdiri atas puluhan, bahkan ratusan komputer, dan masing-masing adalah multiprosesor. b. Incremental scalability. Kluster diatur sedemikian rupa sehingga bisa dupgrade sedikit demi sedikit sesuai dengan kebutuhan, tanpa harus mengupgrade keseluruhan sistem sekaligus secara besar-besaran. c. High availability. Karena setiap komputer yang tergabung adalah standalone (mandiri), maka kegagalan salah satu komputer tidak menyebabkan kegagalan sistem. d. Superior price/performance. Dengan konfigurasi yang tepat, dimungkinkan untuk membangun sistem yang jauh lebih powerful atau sama dengan komputer standalone, dengan biaya yang lebih rendah.

7.10. Sistem Waktu Nyata Pada awalnya, istilah real time digunakan dalam simulasi. Memang sekarang lazim dimengerti bahwa real time adalah "cepat", namun sebenarnya yang dimaksud adalah simulasi yang bisa menyamai dengan proses sebenarnya (di dunia nyata) yang sedang disimulasikan. Suatu sistem dikatakan real time jika dia tidak hanya mengutamakan ketepatan pelaksanaan instruksi/tugas, tapi juga interval waktu tugas tersebut dilakukan. Dengan kata lain, sistem real time adalah sistem yang menggunakan deadline, yaitu pekerjaan harus selesai jangka waktu tertentu. Sementara itu, sistem yang tidak real time adalah sistem dimana tidak ada deadline, walaupun tentunya respons yang cepat atau performa yang tinggi tetap diharapkan. Pada sistem waktu nyata, digunakan batasan waktu. Sistem dinyatakan gagal jika melewati batasan yang ada. Misal pada sistem perakitan mobil yang dibantu oleh robot. Tentulah tidak ada gunanya memerintahkan robot untuk berhenti, jika robot sudah menabrak mobil. Sistem waktu nyata bisa dijumpai pada tugas-tugas yang mission critical, misal sistem untuk sistem pengendali reaktor nuklir atau sistem pengendali rem mobil. Juga sering dijumpai pada peralatan medis, peralatan pabrik, peralatan untuk riset ilmiah, dan sebagainya. Ada dua model sistem real time, yaitu hard real time dan soft real time. Hard real time mewajibkan proses selesai dalam kurun waktu tertentu. Jika tidak, maka gagal. Misalnya adalah alat pacu jantung. Sistem harus bisa memacu detak jantung jika detak jantung sudah terdeteksi lemah. Sementara soft real time menerapkan adanya prioritas dalam pelaksanaan tugas dan toleransi waktu. Misalnya adalah transmisi video. Gambar bisa sampai dalam keadaan terpatah-patah, tetapi itu bisa ditolerir karena informasi yang disampaikan masih bisa dimengerti.

7.11. Aspek Lainnya • Sistem multimedia. Sistem multimedia adalah sistem yang menyajikan berbagai bentuk informasi dengan barbagai tehnik seperti gambar, suara, teks, animasi, video yang disajikan secara interaktif untuk memberi informasi atau menghibur. • Handal. Para pengguna tentulah tidak akan gembira jika sistem terlalu sering crash. • Sistem berkas. Ukuran berkas multimedia cenderung sangat besar. Sebagai contoh , berkas video dalam format MPEG dengan durasi 60 menit akan berukuran sekitar 650 MBytes. Untuk itu, diperlukan sistem operasi yang mampu menangani berkas-berkas dengan ukuran tersebut secara efektif dan efisien. • Bandwidth. Piperlukan bandwidth (ukuran saluran data) yang besar untuk multimedia, misalnya video. 54

Rangkuman

•

•

•

•

• Waktu nyata. Selain memerlukan bandwidth yang besar, berkas multimedia harus disampaikan secara lancar berkesinambungan, serta tidak terputus-putus. Walaupun demikian, tentu ada toleransi tertentu terhadap kualitas gambar/suara (soft real time). Misal pada aplikasi video conference. Pengguna masih bisa mentolerir jika gambar sedikit terpatah-patah atau suara sedikit lebih lambat dari video. Embedded System. Embedded system pada dasarnya adalah komputer khusus yang tugasnya menjalankan tugas spesifik. Tidak seperti PC, yang bisa digunakan untuk banyak hal seperti browsing, menonton video, membuat program dan sebagainya, embedded system hanya melakukan satu atau beberapa tugas tertentu saja, tentunya masing-masing memiliki kebutuhan yang spesifik dan seringkali diperlengkapi dengan hardware khusus yang tidak lazim ditemui pada PC biasa. Biasanya embedded system menggunakan hardware yang terbatas, misal memori yang kecil atau tidak memiliki harddisk, tidak memiliki fasilitas canggih seperti virtual memory yang lazim ditemui di PC biasa, dan lain-lain. Karena embedded system hanya melakukan tugas tertentu, maka sistem bisa dioptimasi sedemikian rupa sehingga bisa memperkecil ukuran fisiknya dan menekan biaya produksi. Secara fisik, embedded system bisa dijumpai mulai dari yang berukuran kecil, seperti PDA,MP3 player atau jam digital, kemudian ke yang lebih besar seperti TV, video game console, router sehingga yang kompleks seperti sistem pengendali pabrik,sistem pengatur lampu lalu lintas, atau sistem pemandu pesawat. Emdedded system melakukan komputasi secara real-time dan mereka bisa saja berjalan dengan sedikit interaksi dari manusia (atau tidak sama sekali). Komputasi Berbasis Jaringan. Pada awalnya, komputasi tradisional hanya meliputi penggunaan komputer meja (desktop) untuk pemakaian pribadi di kantor atau di rumah. Dengan adanya perkembangan WWW, proses pertukaran informasi antar komputer semakin mudah saja. Bahkan lebih dari itu, proses komputasi pun dilakukan dalam jaringan. Dengan demikian, batas antara komputasi tradisional dan komputasi berbasis jaringan sudah tidak jelas lagi. Peralatan yang dulu tidak terhubung ke jaringan, kini terhubung ke jaringan. Sementara peralatan yang sudah terhubung ke jaringan, kini menggunakan teknologi yang lebih baik lagi, misal dengan peningkatan hardware atau penggunaan protokol komunikasi yang baru. Sekarang misalnya, adalah lazim menemui hotspot di tempat-tempat umum sehingga akses internet makin mudah saja. PDA dan Telepon Seluler. Sistem genggam ialah sebutan untuk komputer-komputer dengan kemampuan tertentu, serta berukuran kecil sehingga dapat digenggam. Secara umum, keterbatasan yang dimiliki oleh sistem genggam sesuai dengan kegunaan/layanan yang disediakan. Sistem genggam biasanya dimanfaatkan untuk hal-hal yang membutuhkan portabilitas suatu mesin seperti kamera, alat komunikasi, MP3 Player dan lain lain. Beberapa contoh dari sistem ini ialah Palm Pilot, PDA, dan telepon seluler. Isu yang berkembang tentang sistem genggam ialah bagaimana merancang perangkat lunak dan perangkat keras yang sesuai dengan ukurannya yang kecil. Dari sisi perangkat lunak, hambatan yang muncul ialah ukuran memori yang terbatas dan ukuran monitor yang kecil. Kebanyakan sistem genggam pada saat ini memiliki memori berukuran 512 KB hingga 8 MB. Dengan ukuran memori yang begitu kecil jika dibandingkan dengan PC, sistem operasi dan aplikasi yang diperuntukkan untuk sistem genggam harus dapat memanfaatkan memori secara efisien. Selain itu mereka juga harus dirancang agar dapat ditampilkan secara optimal pada layar yang berukuran sekitar 5 x 3 inci. Dari sisi perangkat keras, hambatan yang muncul ialah penggunaan sumber tenaga untuk pemberdayaan sistem. Tantangan yang muncul ialah menciptakan sumber tenaga (misalnya baterai) dengan ukuran kecil tapi berkapasitas besar atau merancang hardware dengan konsumsi sumber tenaga yang sedikit. Smart Card. Smart Card (kartu pintar) merupakan sistem komputer berukuran kartu nama yang memiliki kemampuan mengoleh informasi. Kemampuan komputasi dan kapasitas memori sistem ini sangat terbatas sehingga optimasi merupakan hal yang paling memerlukan perhatian. Umumnya, sistem ini digunakan untuk menyimpan informasi rahasia untuk mengakses sistem lain. Umpamanya, telepon seluler, kartu pengenal, kartu bank, kartu kredit, sistem wireless, uang elektronis, dst. Sistem ini juga bisa digunakan sebagai sarana identifikasi pemiliknya

7.12. Rangkuman Ada beberapa cara untuk menghubungkan komponen-komponen yang ada didalam suatu sistem operasi. Pertama, dengan menggunakan struktur sederhana. Kedua, dengan pendekatan terlapis atau level. Lapisan yang lebih rendah menyediakan layanan untuk lapisan yang lebih tinggi. Ketiga, dengan pendekatan kernel mikro, yaitu sistem operasi disusun dalam bentuk kernel yang lebih kecil. Sistem berprosesor jamak mempunyai lebih dari satu CPU yang mempunyai hubungan yang erat; CPU-CPU tersebut berbagi bus komputer, dan kadang-kadang berbagi memori dan perangkat yang 55

Rangkuman

lainnya. Sistem seperti itu dapat meningkatkan throughput dan reliabilititas. Sistem hard real-time sering kali digunakan sebagai alat pengontrol untuk applikasi yang dedicated/spesifik tugas tertentu. Sistem operasi yang hard real-time mempunyai batasan waktu yang tetap yang sudah didefinisikan dengan baik.Pemrosesan harus selesai dalam batasan-batasan yang sudah didefinisikan, atau sistem akan gagal. Sistem soft real-time mempunyai lebih sedikit batasan waktu yang keras, dan tidak mendukung penjadwalan dengan menggunakan batas akhir. Sistem ini menggunakan prioritas untuk memilih tugas-tugas mana yang harus terlebih dahulu dikerjakan Sistem terdistribusi adalah sistem yang menjalankan bagian-bagian program di beberapa komputer yang berbeda. Komputer-komputer itu terhubung dalam suatu jaringan. Sistem terdistribusi adalah salah satu bentuk dari paralelisme Sistem terkluster adalah sistem yang terdiri dari banyak komputer yang disusun sedemikian rupa untuk menyatukan sumber daya yang ada dan seolah-olah dapat dipandang sebagai satu komputer saja. Model seperti ini sering digunakan untuk membangun super komputer. Pengaruh dari internet dan WWW telah mendorong pengembangan sistem operasi modern yang menyertakan web browser serta perangkat lunak jaringan dan komunikasi sebagai satu kesatuan. Multiprogramming dan sistem time-sharing meningkatkan kemampuan komputer dengan melampaui batas operasi (overlap) CPU dan M/K dalam satu mesin. Hal seperti itu memerlukan perpindahan data antara CPU dan alat M/K, ditangani baik dengan polling atau interrupt-driven akses ke M/K port Agar komputer dapat menjalankan suatu program, maka program tersebut harus berada di memori utama.

Rujukan [Silberschatz2005] Avi Silberschatz, Peter Galvin, dan Grag Gagne. 2005. Operating Systems Concepts. Seventh Edition. John Wiley & Sons. [Stallings2001] William Stallings. 2001. Operating Systems: Internal and Design Principles. Fourth Edition. Edisi Keempat. Prentice-Hall International. New Jersey. [Tanenbaum1997] Andrew S Tanenbaum dan Albert S Woodhull. 1997. Operating Systems Design and Implementation. Second Edition. Prentice-Hall. [Tanenbaum2001] Andrew S Tanenbaum. 2001. Modern Operating Systems. Second Edition. Prentice-Hall. [WEBWiki2007a] . 2007. Kernel - http://en.wikipedia.org/wiki/Kernel_(computer_science) . Diakses 22 Februari 2007. [WEBWiki2007b] . 2007. Symmetric multiprocessing http://en.wikipedia.org/wiki/Symmetric_multiprocessing . Diakses 23 Februari 2007.

-

[WEBWiki2007c] . 2007. Microkernel - http://en.wikipedia.org/wiki/Microkernel . Diakses 23 Februari 2007. [WEBWiki2007d] . 2007. Real time system - http://en.wikipedia.org/wiki/Real-time_system . Diakses 23 Februari 2007.

56

Bab 8. Virtual Machine (VM) 8.1. Pendahuluan Virtual Machine (VM) adalah sebuah mesin yang mempunyai dasar logika yang menggunakan pendekatan lapisan-lapisan (layers )dari sistem komputer.Sehingga sistem komputer dengan tersendiri dibangun atas lapisan-lapisan tersebut, dengan urutan lapisannya mulai dari lapisan terendah sampai lapisan teratas adalah sebagai berikut: • Perangkat keras (semua bagian fisik komputer) • Kernel (program untuk mengontrol disk dan sistem file, multi-tasking, load-balancing, networking dan security) • Sistem program (program yang membantu general user) Kernel yang berada pada lapisan kedua ini, menggunakan instruksi perangkat keras untuk menciptakan seperangkat system call yang dapat digunakan oleh komponen-komponen pada level sistem program. Sistem program kemudian dapat menggunakan system call dan perangkat keras lainnya seolah-olah pada level yang sama. Meskipun sistem program berada di level tertinggi , namun program aplikasi bisa melihat segala sesuatu pada tingkatan dibawahnya seakan-akan mereka adalah bagian dari mesin. Pendekatan dengan lapisan-lapisan inilah yang kemudian menjadi kesimpulan logis pada konsep Virtual Machine (VM) atau virtual machine (VM).

Kekurangan Virtual Machine (VM) Ada beberapa kesulitan utama dari konsep VM, diantaranya adalah: • Dalam sistem penyimpanan. Sebagai contoh kesulitan dalam sistem penyimpanan adalah sebagai berikut: Andaikan kita mempunyai suatu mesin yang memiliki 3 disk drive namun ingin mendukung 7 VM. Keadaan ini jelas tidak memungkinkan bagi kita untuk dapat mengalokasikan setiap disk drive untuk tiap VM, karena perangkat lunak untuk mesin virtual sendiri akan membutuhkan ruang disk secara substansi untuk menyediakan memori virtual dan spooling.Solusinya adalah dengan menyediakan disk virtual atau yang dikenal pula dengan minidisk, dimana ukuran daya penyimpanannya identik dengan ukuran sebenarnya. Dengan demikian, pendekatan VM juga menyediakan sebuah antarmuka yang identik dengan underlying bare hardware. • Dalam hal pengimplementasian. Meski konsep VM cukup baik, namun VM sulit diimplementasikan.

Kelebihan Virtual Machine (VM) Terlepas dari segala kekurangannya, VM memiliki beberapa keunggulan, antara lain: • Dalam hal keamanan. VM memiliki perlindungan yang lengkap pada berbagai sistem sumber daya, yaitu dengan meniadakan pembagian resources secara langsung, sehingga tidak ada masalah proteksi dalam VM. Sistem VM adalah kendaraan yang sempurna untuk penelitian dan pengembangan sistem operasi. Dengan VM, jika terdapat suatu perubahan pada satu bagian dari mesin, maka dijamin tidak akan mengubah komponen lainnya. • Memungkinkan untuk mendefinisikan suatu jaringan dari Virtual Machine (VM). Tiap-tiap bagian mengirim informasi melalui jaringan komunikasi virtual. Sekali lagi, jaringan dimodelkan setelah komunikasi fisik jaringan diimplementasikan pada perangkat lunak.

8.2. Virtualisasi Penuh Virtualisasi penuh dalam ilmu komputer ialah teknik virtualisasi yang digunakan untuk implementasi pada berbagai macam lingkungan virtual machine: Salah satunya menyediakan simulasi lengkap yang mendasari suatu hardware. Hasilnya adalah sebuah system yang mampu mengeksekusi semua perangkat lunak pada perangkat keras yang bias dijalankan pada Virtual Machine (VM), termasuk semua sistem operasi. Setiap user CP/CMS telah disediakan sebuah simulasi, komputer yang berdiri sendiri (stand-alone computer). Setiap mesin virtual serupa telah mempunyai kemampuan lengkap mesin yang 57

Virtualisasi Paruh

mendasar, dan untuk user Virtual Machine (VM) telah tak dapat dibedakan dengan sistem privasi. Simulasi ini sangat luas, dan didasarkan pada prinsip operasi manual untuk perangkat keras. Jadi termasuk setiap elemen sebagai set instruksi, main memory, intrupsi, exceptions, dan akses peralatan. Hasilnya ialah sebuah mesin tunggal yang dapat menjadi multiplexed diantara banyak user. Virtualisasi penuh hanya mungkin diberikan pada kombinasi yang benar dari elemen hardware dan software. Sebagai contoh, tidak mungkin dengan kebanyakan system IBM pada seri 360, hanya dengan IBM sistem 360-67. Tantangan utama pada virtualisasi penuh ada pada intersepsi dan simulasi dari operasi yang memiliki hak istimewa seperti instruksi I/O. Efek dari setiap operasi yang terbentuk dengan penggunaan Virtual Machine (VM) haruslah dirawat dalam Virtual Machine (VM) itu operasi virtual tidak diijinkan untuk diubah state dari virtual mesin lainnya, control program atau hardware. Beberapa instruksi mesin dapat di eksekusi secara langsung oleh hardware, semenjak itu efek sepenuhnya terkandung di dalam elemen yang dimanage oleh program kontrol, seperti lokasi memori dan register aritmatik. Tetapi instruksi lain yang dikenal dapat menembus mesin virtual tidak diijinkan untuk langsung di eksekusi, haruslah sebagai gantinya dikurung dan disimulasi. Beberapa instruksi baik akses atau pengaruh state informasi berada di luar Virtual Machine (VM). Virtualisasi penuh telah terbukti sukses untuk sharing sistem diantara banyak user dan mengisolasi user dari user yang lainnya untuk reabilitas (kepercayaan) dan keamanan.

8.3. Virtualisasi Paruh Virtualisasi paruh dalam ilmu komputer ialah teknik virtualisasi yang digunakan untuk pengimplementasian pada berbagai macam lingkungan virtual machine, salah satunya dengan menyediakan sebagian besar hal yang mendasari suatu hardware. Sebenarnya tidak semua fitur yang dimiliki hardware tersebut tersimulasi, tapi ada beberapa kemudahan Virtual Machine (VM) yang mana tidak semua software dapat berjalan tanpa modifikasi. Biasanya untuk mengartikan bahwa seluruh sistem operasi tidak dapat berjalan pada Virtual Machine (VM) akan mengisyaratkan virtualisasi penuh, namun banyak aplikasi dapat berjalan pada mesin tersebut. Virtualisasi paruh memiliki pertanda lebih mudah diterapkan daripada virtualisasi penuh. Seiring dengan syarat kegunaan, Virtual Machine (VM) yang kuat mampu untuk mendukung aplikasi penting. Kekurangan virtualisasi paruh dibandingkan dengan virtualisasi penuh adalah keterbelakangan kesesuaian (compatibility) atau mudah dibawa (portability). Jika tampilan hardware tertentu tidak disimulasikan, suatu software yang menggunakan tampilan itu akan fail. Terlebih lagi, akan sulit untuk mengantisipasi nilai suatu tampilan yang telah akan digunakan oleh pemberian aplikasi. Virtualisasi paruh telah terbukti secara sukses untuk pertukaran sumberdaya antar banyak pengguna.

8.4. IBM VM Istilah Virtual Machine (VM) sendiri mulai dikenalkan oleh IBM ketika meluncurkan sistem operasi mainframenya pada tahun 1965-an. Diperkenalkan untuk sistem S/370 dan S/390 dan disebut sebagai sistem operasi VM/ESA (Enterprise System Architecture). Sehingga sering menimbulkan kebingungan antara penamaan produk atau penamaan mekanisme. Banyak orang yang menyebut, walau memiliki mekanisme Virtual Machine (VM) tetapi bila bukan dari sistem IBM tersebut, maka tidak disebut dengan Virtual Machine. Pada penjelasan ini, istilah Virtual Machine (VM) adalah suatu jenis mekanisme virtualisasi suatu mesin di atas mesin lainnya. Jadi bukan jenis produk dari salah satu vendor dengan nama Virtual Machine. Terdapat beberapa kegunaan dari Virtual Machine (VM), pada umumnya tampak untuk menggambarkan program yang bertindak selayaknya mesin.

58

Xen VMM

8.5. VMware Pada GNU/Linux salah satu virtual machine yang terkenal adalah VMware http://www.vmware.com. VMware memungkinkan beberapa sistem operasi dijalankan pada satu mesin PC tunggal secara bersamaan. Hal ini dapat dilakukan tanpa melakukan partisi ulang dan boot ulang. Pada Virtual Machine (VM) yang disediakan akan dijalankan sistem operasi sesuai dengan yang diinginkan. Dengan cara ini maka pengguna dapat memboot suatu sistem operasi (misal Linux) sebagai sistem operasi tuan rumah (host) dan lalu menjalankan sistem operasi lainnya misal MS Windows. Sistem operasi yang dijalankan di dalam sistem operasi tuan rumah dikenal dengan istilah sistem operasi tamu (guest).

Gambar 8.1. Contoh skema penggunaan pada VMware versi ESX Servers

Kebanyakan orang berpikir bahwa secara logisnya VMware diibaratkan sebagai software yang sering digunakan untuk keperluan percobaan game, aplikasi, untuk meng-install dua sistem operasi dan menjalankannya (misalnya Windows maupun Linux) pada harddisk yang sama tanpa memerlukan logout dari sistem operasi yang lainnya, secara gampang kita hanya tinggal menekan Alt + Tab untuk mengganti SO. Akan tetapi pada dasarnya VMware bukanlah emulator, karena tidak mengemulasikan CPU dan perangkat keras di dalam suatu Virtual Machine (VM), tetapi hanya membolehkan sistem operasi lainnya dijalankan secara paralel dengan sistem operasi yang telah berjalan. Setiap Virtual Machine (VM) dapat memiliki alamat IP sendiri (jika mesin tersebut di suatu jaringan), dan pengguna dapat menganggapnya sebagai mesin terpisah.

8.6. Xen VMM Xen adalah open source virtual machine monitor, dikembangkan di University of Cambridge. Dibuat dengan tujuan untuk menjalankan sampai dengan seratus sistem operasi ber-fitur penuh (full featured OSs) di hanya satu komputer. Virtualisasi Xen menggunakan teknologi paravirtualisasi menyediakan isolasi yang aman, pengatur sumberdaya, garansi untuk quality-of-services dan live migration untuk sebuah mesin virtual. Untuk menjalankan Xen, sistem operasi dasar harus dimodifikasi secara khusus untuk kebutuhan tersendiri dan dengan cara ini dicapai kinerja virtualisasi sangat tinggi tanpa hardware khusus.

59

Java VM

Gambar 8.2. Contoh dari penggunaan Xen VMM

8.7. Java VM Program Java yang telah dikompilasi adalah platform-neutral bytecodes yang dieksekusi oleh Java Virtual Machine (JVM). JVM sendiri terdiri dari: class loader, class verification, runtime interpreter, Just In-Time (JIT) untuk meningkatkan kinerja kompilator. Bahasa mesin terdiri dari sekumpulan instruksi yang sangat sederhana dan dapat dijalankan secara langsung oleh CPU dari suatu komputer. Sebuah program yang dibuat dengan bahasa tingkat tinggi tidak dapat dijalankan secara langsung pada komputer. Untuk dapat dijalankan, program tersebut harus ditranslasikan kedalam bahasa mesin. Proses translasi dilakukan oleh sebuah program yang disebut compiler. Setelah proses translasi selesai, program bahasa-mesin tersebut dapat dijalankan, tetapi hanya dapat dijalankan pada satu jenis komputer. Hal ini disebabkan oleh setiap jenis komputer memiliki bahasa mesin yang berbeda-beda. Alternatif lain untuk mengkompilasi program bahasa tingkat tinggi selain menggunakan compiler, yaitu menggunakan interpreter. Perbedaan antara compiler dan interpreter adalah compiler mentranslasi program secara keseluruhan sekaligus, sedangkan interpreter menstranslasi program secara instruksi per instruksi. Java dibuat dengan mengkombinasikan antara compiler dan interpreter. Program yang ditulis dengan java di-compile menjadi bahasa mesin. Tetapi bahasa mesin untuk komputer tersebut tidak benar-benar ada. Oleh karena itu disebut "Virtual" komputer, yang dikenal dengan Java Virtual Machine (JVM). Bahasa mesin untuk JVM disebut Java bytecode. Salah satu keunggulan dari Java adalah dapat digunakan atau dijalankan pada semua jenis komputer. Untuk menjalankan program Java, komputer membutuhkan sebuah interpreter untuk Java bytecode. Interpreter berfungsi untuk mensimulasikan JVM sama seperti virtual computer mensimulasikan PC komputer. Java bytecode yang dihasilkan oleh setiap jenis komputer berbeda-beda, sehingga diperlukan interpreter yang berbeda pula untuk setiap jenis komputer. Tetapi program Java bytecode yang sama dapat dijalankan pada semua jenis komputer yang memiliki Java bytecode.

8.8. .NET Framework .NET Framework merupakan suatu komponen Windows yang terintegrasi yang dibuat dengan 60

Rangkuman

tujuan pengembangan berbagai macam aplikasi serta menjalankan aplikasi generasi mendatang termasuk pengembangan aplikasi XML Web Services. Keuntungan Menggunakan .NET Framework 1. Mudah. Yang dimaksud mudah di sini adalah kemudahan developer untuk membuat aplikasi yang dijalankan di .NET Framework. Mendukung lebih dari 20 bahasa pemrograman : VB.NET, C#, J#, C++, Pascal, Phyton (IronPhyton), PHP (PhLager). 2. Efisien. Kemudahan pada saat proses pembuatan aplikasi, akan berimplikasi terhadap efisiensi dari suatu proses produktivitas, baik efisien dalam hal waktu pembuatan aplikasi atau juga efisien dalam hal lain, seperti biaya (cost). 3. Konsisten. Kemudahan-kemudahan pada saat proses pembuatan aplikasi, juga bisa berimplikasi terhadap konsistensi pada aplikasi yang kita buat. Misalnya, dengan adanya Base Class Library, maka kita bisa menggunakan objek atau Class yang dibuat untuk aplikasi berbasis windows pada aplikasi berbasis web. Dengan adanya kode yang bisa dintegrasikan ke dalam berbagai macam aplikasi ini, maka konsistensi kode-kode aplikasi kita dapat terjaga. 4. Produktivitas. Semua kemudahan-kemudahan di atas, pada akhirnya akan membuat produktivitas menjadi lebih baik. Produktivitas naik, terutama produktivitas para developer, akan berdampak pada meningkatnya produktivitas suatu perusahaan atau project.

8.9. Rangkuman Konsep Virtual Machine (VM) adalah dengan menggunakan pendekatan lapisan-lapisan (layers) dari sistem komputer. Adapun beberapa hal yang berhubungan dan termasuk dalam vitual machine antara lain vitualisasi penuh dan paruh, IBM VM, VMware, Xen VMM, Java VM dan .NET Framework. Virtualisasi adalah metode untuk membuat sesuatu menjadi lepas dari ketergantungan secara fisik. Contoh; virtual machine adalah komputer, yang sebetulnya hanya berupa sebuah file di hard disk kita. Dengan virtualisasi, maka sebuah komputer (fisik) bisa menjalankan banyak komputer virtual sekaligus pada saat yang bersamaan. Virtual Machine (VM) sendiri mulai dikenalkan oleh IBM ketika meluncurkan sistem operasi mainframenya pada tahun 1965-an. Diperkenalkan untuk sistem S/370 dan S/390 dan disebut sebagai sistem operasi VM/ESA (Enterprise System Architecture). VMware adalah suatu aplikasi yang memungkinkan kita untuk meng-install dua sistem operasi dan menjalakan aplikasinya (misalnya Windows and Linux) pada hardisk yang sama tanpa perlu logout dari SO yg lain. Xen adalah open source Virtual Machine Monitor, dikembangkan di University of Cambridge, untuk menjalakannya harus melalui dengan sebuah proses yakni pemodifikasian sistem operasi untuk lebih full featured OSs. Bahasa mesin untuk JVM disebut Java bytecode dengan keunggulannya yang bisa dijalankan pada berbagai jenis komputer atau platform. .NET Framework merupakan salah satu komponen yang tersedia dan terintegrasi pada sistem operasi Windows untuk kepentingan berbagai pengembangan aplikasi.

Rujukan [Silberschatz2005] Avi Silberschatz, Peter Galvin, dan Grag Gagne. 2005. Operating Systems Concepts. Seventh Edition. John Wiley & Sons. [WEBWiki2007] From Wikipedia, the free encyclopedia. 2007. Full Virtualization – http://en.wikipedia.org/wiki/Full_virtualization . Diakses 15 Februari 2007. [WEBWiki2007] From Wikipedia, the free encyclopedia. 2007. Partial Virtualization – http://en.wikipedia.org/wiki/Partial_virtualization. . Diakses 15 Februari 2007. [WEBCap-lore2007] Cap-lore. 2007. Short History of IBMs Virtual http://cap-lore.com/Software/CP.html. . Diakses 15 Februari 2007.

Machines

–

[WEBWiryana2007] Wiryana Pandu. 2007. Komputer di dalam http://wiryana.pandu.org/indexe371.html . Diakses 15 Februari 2007.

komputer

–

[WEBHarry2007] Harry Sufehmi. 2007. Virtualisasi http://harry.sufehmi.com/archives/2006-07-29-1222/ . Diakses 28 Februari 2007.

–

61

Rangkuman

[WEBFaculte2007] Sourythep Samoutphonh. 2007. VMware in the I and C School – http://ic-it.epfl.ch/bc2004/serveurs/vmware/index_en.php . Diakses 12 Maret 2007.

62

Bab 9. GNU/Linux 9.1. Pendahuluan Linux adalah sebuah sistem operasi yang dikembangkan oleh Linus Benedict Torvalds dari Universitas Helsinki Finlandia sebagai proyek hobi mulai tahun 1991. Ia menulis Linux, sebuah kernel untuk prosesor 80386, prosesor 32-bit pertama dalam kumpulan CPU Intel yang cocok untuk PC. Baru pada tanggal 14 Maret 1994 versi 1.0 mulai diluncurkan, dan hal ini menjadi tonggak sejarah Linux. Linux merupakan clone dari UNIX yang telah di-port ke beragam platform, antara lain: Intel 80x86, AlphaAXP, MIPS, Sparch, Power PC, dsb. Sekitar 95% kode sumber kernel sama untuk semua platform perangkat keras. Linux termasuk sistem operasi yang didistribusikan secara open source, artinya kode sumber Linux diikutsertakan sehingga dapat dipelajari dan dikembangkan dengan mudah. Selain itu Linux dikembangkan oleh GNU (General Public License). Linux dapat digunakan untuk berbagai keperluan, seperti: jaringan, pengembangan software, dan sebagai end-user platform. Selama ini Linux menjadi sistem operasi yang menjadi banyak perhatian karena kecanggihan dan harganya yang relatif murah dibanding dengan sistem operasi yang lain. Macam-macam distribusi Linux antara lain: Stackware, Debian, RedHat, S.u.s.e., Caldera, dan Turbo Linux. Macam-macam distribusi Linux ini akan dibahas lebih mendalam pada Bagian 9.3, “Distro”. Istilah Linux atau GNU/Linux (GNU) juga digunakan sebagai rujukan kepada keseluruhan distro Linux (Linux distribution), yang didalamnya selalu disertakan program-program lain yang mendukung sistem operasi ini. Contoh program-program tersebut adalah Web Server, Bahasa Pemrograman, Basis Data, Tampilan Desktop (Desktop Environment) (seperti GNOME dan KDE), dan aplikasi/software perkantoran (office suite) seperti OpenOffice.org, KOffice, Abiword, Gnumeric, dan lainnya. Distro Linux telah mengalami pertumbuhan yang pesat dari segi popularitas, sehingga lebih populer dari versi UNIX yang menganut sistem lisensi dan berbayar (proprietary) maupun versi UNIX bebas lain yang pada awalnya menandingi dominasi Microsoft Windows dalam beberapa sisi. Linux mendukung banyak Perangkat keras Komputer, dan telah digunakan di dalam berbagai peralatan dari Komputer pribadi, Superkomputer dan Sistem Benam (Embedded System) (seperti Telepon Seluler Ponsel dan Perekam Video pribadi Tivo). Pada mulanya, Linux dibuat, dikembangkan dan digunakan oleh peminatnya saja. Kini Linux telah mendapat dukungan dari perusahaan besar seperti IBM, dan Hewlett-Packard dan perusahaan besar lain. Para pengamat teknologi informatika beranggapan kesuksesan ini dikarenakan Linux tidak bergantung kepada vendor (vendor-independence), biaya operasional yang rendah, dan kompatibilitas yang tinggi dibandingkan versi UNIX proprietari, serta faktor keamanan dan kestabilannya dibandingkan dengan Microsoft Windows. Ciri-ciri ini juga menjadi bukti atas keunggulan model pengembangan perangkat lunak sumber terbuka opensource software.

Gambar 9.1. Logo Linux

63

Kernel

Tux, seekor Pinguin, merupakan logo dan maskot bagi Linux. Linux adalah trademark (SN: 1916230) yang dimiliki oleh Linus Torvalds. Linux terdaftar sebagai "Program sistem operasi komputer bagi penggunaan komputer dan operasi". Trademark ini didaftarkan setelah ada suatu kejadian di mana seorang pemalsu bernama William R Della Croce Jr mulai mengirim surat kepada para distributor Linux dan mengklaim trademark Linux adalah hak miliknya serta meminta royalti sebanyak 10% dari mereka. Para distributor Linux mulai mendorong agar trademark yang asli diberikan kepada Linus Torvalds. Pemberian lisensi trademark Linux sekarang dibawah pengawasan Linux Mark Institute.

9.2. Kernel Bagian ini akan menjelaskan kernel secara umum dan sejarah perkembangan Kernel Linux. Kernel adalah suatu perangkat lunak yang menjadi bagian utama dari sebuah sistem operasi. Tugasnya melayani bermacam program aplikasi untuk mengakses perangkat keras komputer secara aman. Karena akses terhadap perangkat keras terbatas, sedangkan ada lebih dari satu program yang harus dilayani dalam waktu yang bersamaan, maka kernel juga bertugas untuk mengatur kapan dan berapa lama suatu program dapat menggunakan satu bagian perangkat keras tersebut. Hal tersebut dinamakan sebagai multiplexing. Akses kepada perangkat keras secara langsung merupakan masalah yang kompleks, oleh karena itu kernel biasanya mengimplementasikan sekumpulan abstraksi hardware. Abstraksi-abstraksi tersebut merupakan sebuah cara untuk menyembunyikan kompleksitas, dan memungkinkan akses kepada perangkat keras menjadi mudah dan seragam. Sehingga abstraksi pada akhirnya memudahkan pekerjaan programer. Untuk menjalankan sebuah komputer kita tidak harus menggunakan kernel sistem operasi. Sebuah program dapat saja langsung di-load dan dijalankan diatas mesin 'telanjang' komputer, yaitu bilamana pembuat program ingin melakukan pekerjaannya tanpa bantuan abstraksi perangkat keras atau bantuan sistem operasi. Teknik ini digunakan oleh komputer generasi awal, sehingga bila kita ingin berpindah dari satu program ke program lain, kita harus mereset dan meload kembali program-program tersebut. Ada 4 kategori kernel: 1. Monolithic kernel. Kernel yang menyediakan abstraksi perangkat keras yang kaya dan tangguh. 2. Microkernel. Kernel yang menyediakan hanya sekumpulan kecil abstraksi perangkat keras sederhana, dan menggunakan aplikasi-aplikasi yang disebut sebagai server untuk menyediakan fungsi-fungsi lainnya. 3. Hybrid (modifikasi dari microkernel). Kernel yang mirip microkernel, tetapi ia juga memasukkan beberapa kode tambahan di kernel agar ia menjadi lebih cepat 4. Exokernel. Kernel yang tidak menyediakan sama sekali abstraksi hardware, tapi ia menyediakan sekumpulan pustaka yang menyediakan fungsi-fungsi akses ke perangkat keras secara langsung atau hampir-hampir langsung. Dari keempat kategori kernel yang disebutkan diatas, kernel Linux termasuk kategori monolithic kernel. Kernel Linux berbeda dengan sistem Linux. Kernel Linux merupakan sebuah perangkat lunak orisinil yang dibuat oleh komunitas Linux, sedangkan sistem Linux, yang dikenal saat ini, mengandung banyak komponen yang dibuat sendiri atau dipinjam dari proyek pengembangan lain. Kernel Linux pertama yang dipublikasikan adalah versi 0.01, pada tanggal 14 Maret 1991. Sistem berkas yang didukung hanya sistem berkas Minix. Kernel pertama dibuat berdasarkan kerangka Minix (sistem UNIX kecil yang dikembangkan oleh Andy Tanenbaum). Tetapi, kernel tersebut sudah mengimplementasi proses UNIX secara tepat. Pada tanggal 14 Maret 1994 dirilis versi 1.0, yang merupakan tonggak sejarah Linux. Versi ini adalah kulminasi dari tiga tahun perkembangan yang cepat dari kernel Linux. Fitur baru terbesar yang disediakan adalah jaringan. Versi 1.0 mampu mendukung protokol standar jaringan TCP/IP. Kernel 1.0 juga memiliki sistem berkas yang lebih baik tanpa batasan-batasan sistem berkas Minix. Sejumlah dukungan perangkat keras ekstra juga dimasukkan ke dalam rilis ini. Dukungan perangkat keras telah berkembang termasuk diantaranya floppy-disk, CD-ROM, sound card, berbagai mouse, dan keyboard internasional. Dukungan juga diberikan terhadap modul kernel yang loadable dan unloadable secara dinamis. 64

Distro

Satu tahun kemudian dirilis kernel versi 1.2. Kernel ini mendukung variasi perangkat keras yang lebih luas. Pengembang telah memperbaharui networking stack untuk menyediakan support bagi protokol IPX, dan membuat implementasi IP lebih lengkap dengan memberikan fungsi accounting dan firewalling. Kernel 1.2 ini merupakan kernel Linux terakhir yang PC-only. Konsentrasi lebih diberikan pada dukungan perangkat keras dan memperbanyak implementasi lengkap pada fungsi-fungsi yang ada. Pada bulan Juni 1996, kernel Linux 2.0 dirilis. Versi ini memiliki dua kemampuan baru yang penting, yaitu dukungan terhadap multiple architecture dan multiprocessor architectures. Kode untuk manajemen memori telah diperbaiki sehingga kinerja sistem berkas dan memori virtual meningkat. Untuk pertama kalinya, file system caching dikembangkan ke networked file systems, juga sudah didukung writable memory mapped regions. Kernel 2.0 sudah memberikan kinerja TCP/IP yang lebih baik, ditambah dengan sejumlah protokol jaringan baru. Kemampuan untuk memakai remote netware dan SMB (Microsoft LanManager) network volumes juga telah ditambahkan pada versi terbaru ini. Tambahan lain adalah dukungan internal kernel threads, penanganan dependencies antara modul-modul loadable, dan loading otomatis modul berdasarkan permintaan (on demand). Konfigurasi dinamis dari kernel pada run time telah diperbaiki melalui konfigurasi interface yang baru dan standar. Semenjak Desember 2003, telah diluncurkan Kernel versi 2.6, yang dewasa ini (2007) telah mencapai patch versi 2.6.21.1 (http://kambing.ui.edu/kernel-linux/v2.6/). Hal-hal yang berubah dari versi 2.6 ini ialah: • Subitem M/K yang dipercanggih. • Kernel yang pre-emptif. • Penjadwalan Proses yang dipercanggih. • Threading yang dipercanggih. • Implementasi ALSA (Advanced Linux Sound Architecture) dalam kernel. • Dukungan sistem berkas seperti: ext2, ext3, reiserfs, adfs, amiga ffs, apple macintosh hfs, cramfs, jfs, iso9660, minix, msdos, bfs, free vxfs, os/2 hpfs, qnx4fs, romfs, sysvfs, udf, ufs, vfat, xfs, BeOS befs (ro), ntfs (ro), efs (ro).

9.3. Distro Distro Linux (singkatan dari distribusi Linux) adalah sebutan untuk sistem operasi komputer mirip Unix yang menggunakan kernel Linux. Distribusi Linux bisa berupa perangkat lunak bebas dan bisa juga berupa perangkat lunak komersial seperti Red Hat Enterprise, SuSE, dan lain-lain. Ada banyak distribusi atau distro Linux yang telah muncul. Beberapa bertahan dan besar, bahkan sampai menghasilkan distro turunan, contohnya adalah : • Debian GNU/Linux (http://www.debian.org/). Debian GNU/Linux adalah distro non-komersial yang dihasilkan oleh para sukarelawan dari seluruh dunia yang saling bekerjasama melalui Internet. Distro ini menginginkan adanya semangat open-source yang harus tetap ada pada Debian. Kedinamisan distro ini membuat setiap rilis paket-paketnya di-update setiap waktu dan dapat diakses melalui utilitas apt-get. Apt-get adalah sebuah utilitas baris-perintah yang dapat digunakan secara dinamis untuk meng-upgrade sistem Debian GNU/Linux melalui apt-repository jaringan archive Debian yang luas. Milis dan forum debian selalu penuh dengan pesan-pesan baik mengenai bug, masalah, sharing, dll. Dengan adanya sistem komunikasi ini bug dan masalah keamanan pada tiap paket dapat dilaporkan oleh para pengguna dan pengembang Debian dengan cepat. Keuntungan dari Debian adalah upgradability, ketergantungan antar paket didefinisikan dengan baik, dan pengembangannya secara terbuka. Beberapa proyek dan turunan Debian GNU/Linux: 1. De2, http://de2.vlsm.org/ 2. Knoppix, http://www.knoppix.org/ 3. Debian JP, http://www.debian.linux.or.jp/ 4. Libranet. 5. dan lain-lain • Red Hat Linux (http://www.redhat.com/). Red Hat adalah distro yang cukup populer di kalangan pengembang dan perusahaan Linux. Dukungan-dukungan secara teknis, pelatihan, sertifikasi, aplikasi pengembangan, dan bergabungnya para hacker kernel dan free-software seperti Alan Cox, Michael Johnson, Stephen Tweedie menjadikan Red Hat berkembang cepat dan digunakan pada perusahaan. Poin terbesar dari distro ini adalah Red Hat Package Manager 65

Lisensi

(RPM). RPM adalah sebuah perangkat lunak untuk memanajemen paket-paket pada sistem Linux kita dan dianggap sebagai standar de-facto dalam pemaketan pada distro-distro turunannya dan yang mendukung distro ini secara luas. • Slackware (http://www.slackware.com/). Distronya Patrick Volkerding yang terkenal pertama kali setelah SLS. Slackware dikenal lebih dekat dengan gaya UNIX, sederhana, stabil, mudah di-custom, dan didesain untuk komputer 386/486 atau lebih tinggi. Distro ini termasuk distro yang cryptic dan manual sekali bagi pemula Linux, tapi dengan menggunakan distro ini beberapa penggunanya dapat mengetahui banyak cara kerja sistem dan distro tersebut. Debian adalah salah satu distro selain Slackware yang masuk dalam kategori ini. Sebagian besar aktivitas konfigurasi di Slackware dilakukan secara manual (tidak ada tool seperti Yast pada S.U.S.E ataupun Linuxconf pada RedHat). • S.u.S.E. (http://www.suse.com/). S.u.S.E. adalah distro yang populer di Jerman dan Eropa, terkenal akan dukungan driver VGA-nya dan YasT. S.u.S.E tersedia secara komersial dan untuk versi GPL-nya dapat diinstal melalui ftp di situs S.u.S.E. Instalasi berbasis menu grafis dari CD-ROM, disket boot modular, 400-halaman buku referensi, dukungan teknis, dukungan driver-driver terutama VGA dan tool administrasi sistem S.u.S.E., YaST, membuat beberapa pengguna memilih distro ini. S.u.S.E. juga terlibat dalam pembuatan X server (video driver) untuk proyek XFree86 sehingga X server distro ini mendukung kartu grafis baru. S.U.S.E. menggunakan dua sistem pemaketan yaitu RPM (versi lama) dan SPM, S.U.S.E. Package Manager (versi baru). • Turbo Linux (http://www.turbolinux.com/). TurboLinux menargetkan pada produk berbasis Linux dengan kinerja tinggi untuk pasar workstation dan server terutama untuk penggunaan clustering dan orientasinya ke perusahaan. Beberapa produk-produknya: TurboLinux Workstation untuk dekstopnya, TurboLinux Server untuk backend server dengan kinerja tinggi terutama untuk penggunaan bisnis di perusahaan, e-commerce dan transaksi B2B (Business-to-Business). Salah satu produknya TurboCluster Server ditargetkan untuk pembuatan server cluster yang berskala luas dan dapat digunakan 25 cluster node atau lebih.TurboCluster server ini pernah memenangkan poling Best Web Solution dari editor Linux Journal. enFuzion, satu lagi produk yang berbasis pada konsep sederhana dan powerful yang dinamakan 'parametric execution'. enFuzion akan merubah jaringan komputer perusahaan menjadi super computer dengan kecepatan tinggi dan 'fault tolerant'. Pengguna produk dan layanan TurboLinux terbanyak adalah perusahaan dan perorangan di Jepang dan Asia. Untuk mendapatkan distro linux, anda dapat mendownloadnya langsung dari situs distributor distro bersangkutan, atau membelinya dari penjual lokal.

9.4. Lisensi Kernel Linux terdistribusi di bawah Lisensi Publik Umum GNU (GPL), dimana peraturannya disusun oleh Free Software Foundation. Linux bukanlah perangkat lunak domain publik: Public Domain berarti bahwa pengarang telah memberikan copyright terhadap perangkat lunak mereka, tetapi copyright terhadap kode Linux masih dipegang oleh pengarang-pengarang kode tersebut. Linux adalah perangkat lunak bebas, namun: bebas dalam arti bahwa siapa saja dapat mengkopi, modifikasi, memakainya dengan cara apa pun, dan memberikan kopi mereka kepada siapa pun tanpa larangan atau halangan. Implikasi utama peraturan lisensi Linux adalah bahwa siapa saja yang menggunakan Linux, atau membuat modifikasi dari Linux, tidak boleh membuatnya menjadi hak milik sendiri. Jika sebuah perangkat lunak dirilis berdasarkan lisensi GPL, produk tersebut tidak boleh didistribusi hanya sebagai produk biner (binary-only). Perangkat lunak yang dirilis atau akan dirilis tersebut harus disediakan sumber kodenya bersamaan dengan distribusi binernya.

9.5. Prinsip Rancangan Linux Dalam rancangan keseluruhan, Linux menyerupai implementasi UNIX nonmicrokernel yang lain. Ia adalah sistem yang multiuser, multitasking dengan seperangkat lengkap alat-alat yang kompatibel dengan UNIX. Sistem berkas Linux mengikuti semantik tradisional UNIX, dan model jaringan standar UNIX diimplementasikan secara keseluruhan. Ciri internal rancangan Linux telah dipengaruhi oleh sejarah perkembangan sistem operasi ini. Walaupun Linux dapat berjalan pada berbagai macam platform, pada awalnya dia dikembangkan 66

Kernel

secara eksklusif pada arsitektur PC. Sebagian besar dari pengembangan awal tersebut dilakukan oleh peminat individual, bukan oleh fasilitas riset yang memiliki dana besar, sehingga dari awal Linux berusaha untuk memasukkan fungsionalitas sebanyak mungkin dengan dana yang sangat terbatas. Saat ini, Linux dapat berjalan baik pada mesin multiprocessor dengan main memory yang sangat besar dan ukuran disk space yang juga sangat besar, namun tetap mampu beroperasi dengan baik dengan jumlah RAM yang lebih kecil dari 4 MB. Akibat dari semakin berkembangnya teknologi PC, kernel Linux juga semakin lengkap dalam mengimplementasikan fungsi UNIX. Tujuan utama perancangan Linux adalah cepat dan efisien, tetapi akhir-akhir ini konsentrasi perkembangan Linux lebih pada tujuan rancangan yang ketiga yaitu standarisasi. Standar POSIX terdiri dari kumpulan spesifikasi dari beberapa aspek yang berbeda kelakuan sistem operasi. Ada dokumen POSIX untuk fungsi sistem operasi biasa dan untuk ekstensi seperti proses untuk thread dan operasi real-time. Linux dirancang agar sesuai dengan dokumen POSIX yang relevan. Sedikitnya ada dua distribusi Linux yang sudah memperoleh sertifikasi ofisial POSIX. Karena Linux memberikan antarmuka standar ke programer dan pengguna, Linux tidak membuat banyak kejutan kepada siapa pun yang sudah terbiasa dengan UNIX. Namun interface pemrograman Linux merujuk pada semantik SVR4 UNIX daripada kelakuan BSD. Kumpulan pustaka yang berbeda tersedia untuk mengimplementasi semantik BSD di tempat dimana kedua kelakuan sangat berbeda. Ada banyak standar lain di dunia UNIX, tetapi sertifikasi penuh dari Linux terhadap standar lain UNIX terkadang menjadi lambat karena lebih sering tersedia dengan harga tertentu (tidak secara bebas), dan ada harga yang harus dibayar jika melibatkan sertifikasi persetujuan atau kecocokan sebuah sistem operasi terhadap kebanyakan standar. Bagaimana pun juga mendukung aplikasi yang luas adalah penting untuk suatu sistem operasi, sehingga sehingga standar implementasi merupakan tujuan utama pengembangan Linux, walaupun implementasinya tidak sah secara formal. Selain standar POSIX, Linux saat ini mendukung ekstensi thread POSIX dan subset dari ekstensi untuk kontrol proses real-time POSIX. Sistem Linux terdiri dari tiga bagian kode penting: • Kernel. Bertanggung-jawab memelihara semua abstraksi penting dari sistem operasi, termasuk hal-hal seperti memori virtual dan proses-proses. • Pustaka sistem. Menentukan kumpulan fungsi standar dimana aplikasi dapat berinteraksi dengan kernel, dan mengimplementasi hampir semua fungsi sistem operasi yang tidak memerlukan hak penuh atas kernel. • Utilitas sistem. Program yang melakukan pekerjaan manajemen secara individual.

Kernel Walaupun berbagai sistem operasi modern telah mengadopsi suatu arsitektur message-passing untuk kernel internal mereka, Linux tetap memakai model historis UNIX: kernel diciptakan sebagai biner yang tunggal dan monolitis. Alasan utamanya adalah untuk meningkatkan kinerja, karena semua struktur data dan kode kernel disimpan dalam satu address space, alih konteks tidak diperlukan ketika sebuah proses memanggil sebuah fungsi sistem operasi atau ketika interupsi perangkat keras dikirim. Tidak hanya penjadwalan inti dan kode memori virtual yang menempati address space ini, tetapi juga semua kode kernel, termasuk semua device drivers, sistem berkas, dan kode jaringan, hadir dalam satu address space yang sama. Kernel Linux membentuk inti dari sistem operasi Linux. Dia menyediakan semua fungsi yang diperlukan untuk menjalankan proses, dan menyediakan layanan sistem untuk memberikan pengaturan dan proteksi akses ke sumber daya perangkat keras. Kernel mengimplementasi semua fitur yang diperlukan supaya dapat bekerja sebagai sistem operasi. Namun, jika sendiri, sistem operasi yang disediakan oleh kernel Linux sama sekali tidak mirip dengan sistem UNIX. Dia tidak memiliki banyak fitur ekstra UNIX, dan fitur yang disediakan tidak selalu dalam format yang diharapkan oleh aplikasi UNIX. Interface dari sistem operasi yang terlihat oleh aplikasi yang sedang berjalan tidak ditangani langsung oleh kernel, akan tetapi aplikasi membuat panggilan (calls) ke perpustakaan sistem, yang kemudian memanggil layanan sistem operasi yang dibutuhkan.

67

Utilitas Sistem

Pustaka Sistem Pustaka sistem menyediakan berbagai tipe fungsi. Pada level yang paling sederhana, mereka membolehkan aplikasi melakukan permintaan pada layanan sistem kernel. Membuat suatu system call melibatkan transfer kontrol dari mode pengguna yang tidak penting ke mode kernel yang penting; rincian dari transfer ini berbeda pada masing-masing arsitektur. Pustaka bertugas untuk mengumpulkan argumen system-call dan, jika perlu, mengatur argumen tersebut dalam bentuk khusus yang diperlukan untuk melakukan system call. Pustaka juga dapat menyediakan versi lebih kompleks dari system call dasar. Contohnya, fungsi buffered file-handling dari bahasa C semuanya diimplementasikan dalam pustaka sistem, yang memberikan kontrol lebih baik terhadap berkas M/K daripada system call kernel dasar. pustaka juga menyediakan rutin yang tidak ada hubungan dengan system call, seperti algoritma penyusunan (sorting), fungsi matematika, dan rutin manipulasi string (string manipulation). Semua fungsi yang diperlukan untuk mendukung jalannya aplikasi UNIX atau POSIX diimplementasikan dalam pustaka sistem.

Utilitas Sistem Sistem Linux mengandung banyak program-program pengguna-mode: utilitas sistem dan utilitas pengguna. Utilitas sistem termasuk semua program yang diperlukan untuk menginisialisasi sistem, seperti program untuk konfigurasi alat jaringan (network device) atau untuk load modul kernel. Program server yang berjalan secara kontinu juga termasuk sebagai utilitas sistem; program semacam ini mengatur permintaan pengguna login, koneksi jaringan yang masuk, dan antrian printer. Tidak semua utilitas standar melakukan fungsi administrasi sistem yang penting. Lingkungan pengguna UNIX mengandung utilitas standar dalam jumlah besar untuk melakukan pekerjaan sehari-hari, seperti membuat daftar direktori, memindahkan dan menghapus file, atau menunjukkan isi dari sebuah file. Utilitas yang lebih kompleks dapat melakukan fungsi text-processing, seperti menyusun data tekstual atau melakukan pattern searches pada input teks. Jika digabung, utilitas-utilitas tersebut membentuk kumpulan alat standar yang diharapkan oleh pengguna pada sistem UNIX mana saja; walaupun tidak melakukan fungsi sistem operasi apa pun, utilitas tetap merupakan bagian penting dari sistem Linux dasar.

9.6. Modul Kernel Linux Pengertian Modul Kernel Linux Modul kernel Linux adalah bagian dari kernel Linux yang dapat dikompilasi, dipanggil dan dihapus secara terpisah dari bagian kernel lainnya saat dibutuhkan. Modul kernel dapat menambah fungsionalitas kernel tanpa perlu me-reboot sistem. Secara teori tidak ada yang dapat membatasi apa yang dapat dilakukan oleh modul kernel. Kernel modul dapat mengimplementasikan antara lain device driver, sistem berkas, protokol jaringan. Modul kernel Linux memudahkan pihak lain untuk meningkatkan fungsionalitas kernel tanpa harus membuat sebuah kernel monolitik dan menambahkan fungsi yang mereka butuhkan langsung ke dalam image dari kernel. Selain hal tersebut akan membuat ukuran kernel menjadi lebih besar, kekurangan lainnya adalah mereka harus membangun dan me-reboot kernel setiap saat hendak menambah fungsi baru. Dengan adanya modul maka setiap pihak dapat dengan mudah menulis fungsi-fungsi baru dan bahkan mendistribusikannya sendiri, di luar GPL. Kernel modul juga memberikan keuntungan lain yaitu membuat sistem Linux dapat dinyalakan dengan kernel standar yang minimal, tanpa tambahan device driver yang ikut dipanggil. Device driver yang dibutuhkan dapat dipanggil kemudian secara eksplisit maupun secara otomatis saat dibutuhkan. Terdapat tiga komponen untuk menunjang modul kernel Linux. Ketiga komponen tersebut adalah manajemen modul, registrasi driver, dan mekanisme penyelesaian konflik. Berikut akan dibahas ketiga komponen pendukung tersebut. 68

Registrasi Driver

Manajemen Modul Kernel Linux Manajemen modul akan mengatur pemanggilan modul ke dalam memori dan berkomunikasi dengan bagian lainnya dari kernel. Memanggil sebuah modul tidak hanya memasukkan isi binarinya ke dalam memori kernel, namun juga harus dipastikan bahwa setiap rujukan yang dibuat oleh modul ke simbol kernel atau pun titik masukan diperbaharui untuk menunjuk ke lokasi yang benar di alamat kernel. Linux membuat tabel simbol internal di kernel. Tabel ini tidak memuat semua simbol yang didefinisikan di kernel saat kompilasi, namun simbol-simbol tersebut harus diekspor secara eksplisit oleh kernel. Semua hal ini diperlukan untuk penanganan rujukan yang dilakukan oleh modul terhadap simbol-simbol. Pemanggilan modul dilakukan dalam dua tahap. Pertama, utilitas pemanggil modul akan meminta kernel untuk mereservasi tempat di memori virtual kernel untuk modul tersebut. Kernel akan memberikan alamat memori yang dialokasikan dan utilitas tersebut dapat menggunakannya untuk memasukkan kode mesin dari modul tersebut ke alamat pemanggilan yang tepat. Berikutnya system calls akan membawa modul, berikut setiap tabel simbol yang hendak diekspor, ke kernel. Dengan demikian modul tersebut akan berada di alamat yang telah dialokasikan dan tabel simbol milik kernel akan diperbaharui. Komponen manajemen modul yang lain adalah peminta modul. Kernel mendefinisikan antarmuka komunikasi yang dapat dihubungi oleh program manajemen modul. Saat hubungan tercipta, kernel akan menginformasikan proses manajemen kapan pun sebuah proses meminta device driver, sistem berkas, atau layanan jaringan yang belum terpanggil dan memberikan manajer kesempatan untuk memanggil layanan tersebut. Permintaan layanan akan selesai saat modul telah terpanggil. Manajer proses akan memeriksa secara berkala apakah modul tersebut masih digunakan, dan akan menghapusnya saat tidak diperlukan lagi.

Registrasi Driver Untuk membuat modul kernel yang baru dipanggil berfungsi, bagian dari kernel yang lain harus mengetahui keberadaan dan fungsi baru tersebut. Kernel membuat tabel dinamis yang berisi semua driver yang telah diketahuinya dan menyediakan serangkaian routines untuk menambah dan menghapus driver dari tabel tersebut. Routines ini yang bertanggung-jawab untuk mendaftarkan fungsi modul baru tersebut. Hal-hal yang masuk dalam tabel registrasi adalah: • device driver • sistem berkas • protokol jaringan • format binari

Resolusi Konflik Keanekaragaman konfigurasi perangkat keras komputer serta driver yang mungkin terdapat pada sebuah komputer pribadi telah menjadi suatu masalah tersendiri. Masalah pengaturan konfigurasi perangkat keras tersebut menjadi semakin kompleks akibat dukungan terhadap device driver yang modular, karena device yang aktif pada suatu saat bervariasi. Linux menyediakan sebuah mekanisme penyelesaian masalah untuk membantu arbitrasi akses terhadap perangkat keras tertentu. Tujuan mekanisme tersebut adalah untuk mencegah modul berebut akses terhadap suatu perangkat keras, mencegah autoprobes mengusik keberadaan driver yang telah ada, menyelesaikan konflik di antara sejumlah driver yang berusaha mengakses perangkat keras yang sama. Kernel membuat daftar alokasi sumber daya perangkat keras. Ketika suatu driver hendak mengakses sumber daya melalui M/K port, jalur interrupt, atau pun kanal DMA, maka driver tersebut diharapkan mereservasi sumber daya tersebut pada basis data kernel terlebih dahulu. Jika reservasinya ditolak akibat ketidaktersediaan sumber daya yang diminta, maka modul harus memutuskan apa yang hendak dilakukan selanjutnya. Jika tidak dapat melanjutkan, maka modul tersebut dapat dihapus.

69

Rangkuman

9.7. Rangkuman Linux adalah sebuah sistem operasi yang sangat mirip dengan sistem-sistem UNIX, karena memang tujuan utama desain dari proyek Linux adalah UNIX compatible. Sejarah Linux dimulai pada tahun 1991, ketika mahasiswa Universitas Helsinki, Finlandia bernama Linus Benedict Torvalds menulis Linux, sebuah kernel untuk prosesor 80386, prosesor 32-bit pertama dalam kumpulan CPU intel yang cocok untuk PC. Dalam rancangan keseluruhan, Linux menyerupai implementasi UNIX nonmicrokernel yang lain. Ia adalah sistem yang multiuser, multitasking dengan seperangkat lengkap alat-alat yang compatible dengan UNIX. Sistem berkas Linux mengikuti semantik tradisional UNIX, dan model jaringan standar UNIX diimplementasikan secara keseluruhan. Ciri internal desain Linux telahdipengaruhi oleh sejarah perkembangan sistem operasi ini. Kernel Linux terdistribusi di bawah Lisensi Publik Umum GNU (GPL), di mana peraturannya disusun oleh Free Software Foundation (FSF). Implikasi utama terhadap peraturan ini adalah bahwa siapa saja boleh menggunakan Linux atau membuat modifikasi, namun tidak boleh membuatnya menjadi milik sendiri. Perkembangan sistem operasi Linux sangat cepat karena didukung pengembang di seluruh dunia yang akan selalu memperbaiki segala fiturnya. Di negara-negara berkembang, Linux mengalami kemajuan yang sangat pesat karena dengan menggunakan Linux mereka dapat menghemat anggaran. Linux juga telah diterapkan pada supercomputer. Prinsip rancangan Linux merujuk pada implementasi agar kompatibel dengan UNIX yang merupakan sistem multiuser dan multitasking. Sistem Linux terdiri dari tiga bagian penting, yaitu kernel, pustaka, dan utilitas. Kernel merupakan inti dari sistem operasi Linux. Pustaka sistem Linux menyediakan berbagai fungsi yang diperlukan untuk menjalankan aplikasi UNIX atau POSIX. Modul kernel Linux adalah bagian dari kernel Linux yang dapat dikompilasi, dipanggil dan dihapus secara terpisah dari bagian kernel lainnya. Terdapat tiga komponen yang menunjang kernel Linux, di antaranya adalah Manajemen Modul Kernel Linux, Registrasi Driver, dan Resolusi Konflik.

Rujukan [Silberschatz2005] Avi Silberschatz, Peter Galvin, dan Grag Gagne. 2005. Operating Systems Concepts. Seventh Edition. John Wiley & Sons. [WEBWiki2007] Wikipedia. 2007. Distribusi Linux Distribusi_Linux.html . Diakses 8 Februari 2007.

–

http://id.wikipedia.Org/wiki/

[WEBWiki2007] Wikipedia. 2007. Kernel (ilmu komputer) – http://id.wikipedia.Org /wiki/Kernel . Diakses 8 Februari 2007. [WEBIwan2007] Iwan. 2007. Distro Linux – http://www.Duniasemu.org/writings/DistroLinux.html . Diakses 8 Februari 2007.

70

Bagian III. Proses dan Penjadwalan Proses, Penjadwalan, dan Sinkronisasi merupakan trio yang saling berhubungan, sehingga seharusnya tidak dipisahkan. Bagian ini akan membahas Proses dan Penjadwalannya, kemudian bagian berikutnya akan membahas Proses dan Sinkronisasinya.

Bab 10. Konsep Proses 10.1. Pendahuluan Proses didefinisikan sebagai program yang sedang dieksekusi. Menurut Silberschatz proses tidak hanya sekedar suatu kode program (text section), melainkan meliputi beberapa aktivitas yang bersangkutan seperti program counter dan stack. Sebuah proses juga melibatkan stack yang berisi data sementara (parameter fungsi/ metode, return address, dan variabel lokal) dan data section yang menyimpan variabel-variabel global. Tanenbaum juga berpendapat bahwa proses adalah sebuah program yang dieksekusi yang mencakup program counter, register, dan variabel di dalamnya. Keterkaitan hubungan antara proses dengan sistem operasi terlihat dari cara sistem operasi menjalankan/ mengeksekusi proses. Sistem operasi mengeksekusi proses dengan dua cara yaitu batch system yang mengeksekusi jobs dan time-shared system yang mengatur pengeksekusian program pengguna (user) atau tasks. Bahkan pada sistem pengguna tunggal (single user) seperti Microsoft Windows dan Mac OS, seorang pengguna mampu menjalankan beberapa program pada saat yang sama, seperti Spread Sheet, Web Browser, dan Web Email. Bahkan jika pengguna hanya menggunakan satu program saja pada satu waktu, sistem operasi perlu mendukung program internalnya sendiri, seperti manajemen memori. Dengan kata lain, semua aktivitas tersebut adalah identik sehingga kita menyebutnya ''proses''. Program itu sendiri bukanlah sebuah proses. Program merupakan sebuah entitas pasif; serupa isi dari sebuah berkas didalam disket. Sedangkan sebuah proses adalah suatu entitas aktif, dengan sebuah program counter yang menyimpan alamat instruksi yang selanjutnya akan dieksekusi dan seperangkat sumber daya (resource) yang dibutuhkan agar sebuah proses dapat dieksekusi.

10.2. Diagram Status Proses Gambar 10.1. Status Proses

Sebuah proses dapat memiliki tiga status utama yaitu: 1. Running. Status yang dimiliki pada saat instruksi-instruksi dari sebuah proses dieksekusi 2. Waiting. Status yang dimiliki pada saat proses menunggu suatu sebuah event seperti proses M/K. 3. Ready. Status yang dimiliki pada saat proses siap untuk dieksekusi oleh prosesor Terdapat dua status tambahan, yaitu saat pembentukan dan terminasi: 1. New. Status yang dimiliki pada saat proses baru saja dibuat 2. Terminated. Status yang dimiliki pada saat proses telah selesai dieksekusi. Hanya satu proses yang dapat berjalan pada prosesor mana pun pada satu waktu. Namun, banyak proses yang dapat berstatus Ready atau Waiting. Ada tiga kemungkinan bila sebuah proses memiliki 73

Process Control Block

status Running: 1. Jika program telah selesai dieksekusi maka status dari proses tersebut akan berubah menjadi Terminated. 2. Jika waktu yang disediakan oleh OS untuk proses tersebut sudah habis maka akan terjadi interrupt dan proses tersebut kini berstatus Ready. 3. Jika suatu event terjadi pada saat proses dieksekusi (seperti ada permintaan M/K) maka proses tersebut akan menunggu event tersebut selesai dan proses berstatus Waiting.

10.3. Process Control Block Gambar 10.2. Process Control Block

Setiap proses digambarkan dalam sistem operasi oleh sebuah process control block (PCB) - juga disebut sebuah control block. Sebuah PCB ditunjukkan dalam Gambar 10.2, Process Control Block. PCB berisikan banyak bagian dari informasi yang berhubungan dengan sebuah proses yang spesifik, termasuk hal-hal di bawah ini: 1. Status Proses. Status new, ready, running, waiting, halted, dan juga banyak lagi. 2. Program Counter. Suatu stack yang berisi alamat dari instruksi selanjutnya untuk dieksekusi untuk proses ini. 3. CPU register. Register bervariasi dalam jumlah dan jenis, tergantung pada rancangan komputer. Register tersebut termasuk accumulator, register indeks, stack pointer, general-purposes register, ditambah code information pada kondisi apa pun. Beserta dengan program counter, keadaan/status informasi harus disimpan ketika gangguan terjadi, untuk memungkinkan proses tersebut berjalan/bekerja dengan benar setelahnya (lihat Gambar 10.3, Status Proses). 4. Informasi manajemen memori. Informasi ini dapat termasuk suatu informasi sebagai nilai dari dasar dan batas register, tabel halaman, atau tabel segmen tergantung pada sistem memori yang digunakan oleh sistem operasi (lihat Bagian V, Memori). 5. Informasi pencatatan. Informasi ini termasuk jumlah dari CPU dan waktu riil yang digunakan, batas waktu, jumlah akun, jumlah job atau proses, dan banyak lagi. 6. Informasi status M/K. Informasi termasuk daftar dari perangkat M/K yang di gunakan pada proses ini, suatu daftar berkas-berkas yang sedang diakses dan banyak lagi. PCB hanya berfungsi sebagai tempat penyimpanan informasi yang dapat bervariasi dari proses yang satu dengan yang lain.

10.4. Pembentukan Proses Saat komputer berjalan, terdapat banyak proses yang berjalan secara bersamaan. Sebuah proses dibuat melalui system call create-process yang membentuk proses turunan (child process) yang dilakukan oleh proses induk (parent process). Proses turunan tersebut juga mampu membuat proses 74

Fungsi fork()

baru sehingga semua proses ini pada akhirnya membentuk pohon proses. Ketika sebuah proses dibuat maka proses tersebut dapat memperoleh sumber-daya seperti waktu CPU, memori, berkas, atau perangkat M/K. Sumber daya ini dapat diperoleh langsung dari sistem operasi, dari proses induk yang membagi-bagikan sumber daya kepada setiap proses turunannnya, atau proses turunan dan proses induk berbagi sumber-daya yang diberikan sistem operasi. Di dalam UNIX daftar dari proses yang sedang aktif berjalan bisa didapatkan dengan menggunakan perintah ps, contoh ps -el. Ada dua kemungkinan bagaimana jalannya (running) proses induk dan turunan. Proses-proses tersebut berjalan secara konkuren atau proses induk menunggu sampai beberapa/seluruh proses turunannya selesai berjalan. Juga terdapat dua kemungkinan dalam pemberian ruang alamat (address space) proses yang baru. Proses turunan dapat merupakan duplikasi. Bila UNIX menggunakan kemungkinan pertama (proses baru merupakan duplikasi induknya) maka sistem operasi DEC VMS menggunakan kemungkinan kedua dalam pembuatan proses baru yaitu setiap proses baru memiliki program yang di-load ke ruang alamatnya dan melaksanakan program tersebut. Sedangkan sistem operasi Microsoft Windows NT mendukung dua kemungkinan tersebut. Ruang alamat proses induk dapat diduplikasi atau proses induk meminta sistem operasi untuk me-load program yang akan dijalankan proses baru ke ruang alamatnya.

10.5. Fungsi fork() Sistem operasi UNIX mempunyai system call fork yang berfungsi untuk membuat proses baru. Proses yang memanggil system call fork ini akan dibagi jadi dua, proses induk dan proses turunan yang identik. Analoginya seperti pembelahan sel, dimana satu sel membelah jadi dua sel yang identik. Proses induk dan turunan independen satu sama lain dan berjalan bersamaan. Return code dari system call ini adalah suatu integer. Untuk proses anak return code-nya adalah 0 sementara untuk proses induk return code-nya adalah nomor identifikasi proses (PID) dari turunannya. Ada juga system call exec yang berguna untuk membuat proses turunan yang terbentuk memiliki instruksi yang berbeda dengan proses induknya. Dengan kata lain, proses induk dan proses turunan tidak lagi identik tapi masing-masing punya instruksi berbeda.

Contoh 10.1. Contoh Penggunaan fork() #include <stdio.h> #include #include <sys/types.h>

/*standard M/K*/ /*fork()*/ /*pid_t*/

int main() { pid_t pid; pid = fork(); if (pid < 0) { //terjadi error fprintf(stderr,"Fork Gagal"); exit(-1); } else if (pid == 0) { //proses anak execlp("/bin/ls","ls",NULL); } else { //proses induk wait(NULL); printf("Proses anak selesai"); exit(0); } }

Berikut adalah contoh penggunaan fork() dengan menggunakan bahasa C. Tipe data pid_t merupakan signed integer yang sebenernya dalam pustaka GNU. Tipe ini adalah int, fungsinya 75

Terminasi Proses

adalah merepresentasikan PID. Program C diatas menggambarkan atau mengilustrasikan UNIX system call . Didalam UNIX Shell akan membaca perintah dari terminal, kemudian perintah tersebut di fork(), dan menghasilkan proses anak, proses anak inilah yang akan mengeksekusi perintah dari shell tersebut, sementara proses induk hanya menunggu dengan menggunakan system call wait() dan mengeksekusi perintah lain saat proses anak terminasi.

10.6. Terminasi Proses Suatu proses diterminasi ketika proses tersebut telah selesai mengeksekusi perintah terakhir atau diterminasi dengan sengaja oleh proses lain, biasanya proses induk yang melakukan hal ini. Pada saat terminasi. Semua sumber-daya yang digunakan oleh proses akan dialokasikan kembali oleh sistem operasi agar dapat dimanfaatkan oleh proses lain. Suatu proses yang diterminasi karena selesai melakukan tugasnya, sistem operasi akan memanggil system call exit() sedangkan proses yang diterminasi dengan sengaja oleh proses lain melalui system call abort. Biasanya proses induk melakukan terminasi sengaja pada turunannya. Alasan terminasi tersebut seperti: 1. Turunan melampaui penggunaan sumber-daya yang telah dialokasikan. Dalam keadaan ini, proses induk perlu mempunyai mekanisme untuk memeriksa status turunannya-nya. 2. Task yang ditugaskan kepada turunan tidak lagi diperlukan. 3. Proses induk selesai, dan sistem operasi tidak mengizinkan proses turunan untuk tetap berjalan. Jadi, semua proses turunan akan berakhir pula. Hal ini yang disebut cascading termination.

10.7. Proses Linux Sebuah proses adalah konteks dasar dimana semua permintaan user dilayani sistem operasi. Agar menjadi kompatibel dengan sistem UNIX lainnya, Linux harus menggunakan model proses yang sama dengan sistem UNIX lainnya. Prinsip dasar dari manajemen proses UNIX adalah memisahkan dua operasi untuk membuat proses dan menjalankan program baru. Proses baru dibuat dengan fungsi fork(), sedangkan program baru dijalankan setelah memanggil fungsi exec(). Model seperti ini memiliki kelebihan yaitu kesederhanaan dibanding harus menetapkan setiap detail dari lingkungan program baru dalam system call yang menjalankan program tersebut. Program baru dengan mudah berjalan dalam lingkungannya sendiri. Jika proses induk mengharapkan untuk memodifikasi lingkungan dimana program baru berjalan, dia bisa melakukan fork dan tetap menjalankan program asli dalam proses anak. Membuat beberapa system call membutuhkan modifikasi proses anak sebelum akhirnya mengeksekusi program baru. Setiap proses memiliki identitas proses yang isinya berupa: 1. PID. PIDs digunakan untuk menetapkan proses ke sistem operasi ketika sebuah aplikasi membuat System call untuk sinyal, modifikasi, atau menunggu proses lain. 2. Credentials. Setiap proses harus memiliki hubungan antara user ID dengan group ID yang menentukan hak sebuah proses untuk mengakses sumberdaya sistem dan file. 3. Personality. Dapat sedikit memodifikasi semantics of system calls.

10.8. Rangkuman 1. Sebuah proses adalah suatu program yang sedang dieksekusi. 2. Proses lebih dari sebuah kode program tetapi juga mencakup program counter, stack, dan sebuah data section. 3. Dalam pengeksekusiannya sebuah proses juga memiliki status yang mencerminkan keadaan dari proses tersebut. 4. Status tersebut mungkin menjadi satu dari lima status berikut: new, ready , running, waiting, atau terminated . 5. Proses direpresentasikan dengan PCB yang menyimpan segala informasi yang berkaitan dengan proses tersebut.

Rujukan [Silberschatz2005] Avi Silberschatz, Peter Galvin, dan Grag Gagne. 2005. Operating Systems 76

Rangkuman

Concepts. Seventh Edition. John Wiley & Sons. [WEBFSF1991a] Free Software Foundation. 2007. proses linux – http://www.ilmukomputer.com/ 2006/ 08/ 28/ sistem-operasi-proses-pada-linux/ fajar-proses-linux.zip . Diakses 14 Feb 2007.

77

78

Bab 11. Konsep Thread 11.1. Pendahuluan Pada bab sebelumnya kita telah mempelajari tentang proses, namun seiring berjalannya waktu dan tuntutan teknologi ternyata ditemukan kelemahan yang sebenarnya bisa diminimalisir pada proses. Untuk itulah diciptakan thread yang merupakan cara dari komputer untuk menjalankan dua atau lebih task dalam waktu bersamaan, sedangkan multithreading adalah cara komputer untuk membagi-bagi pekerjaan yang dikerjakan sebagian-sebagian dengan cepat sehingga menimbulkan efek seperti menjalakan beberapa task secara bersamaan walaupun otaknya hanya satu. Di sini kita akan belajar mengapa harus ada thread, perbedaan thread dengan proses, keuntungan pengimplementasian thread, model-model multithreading, pengimplementasian pustaka thread, pembatalan thread, thread pools, penjadwalan thread dan thread di Linux.

11.2. Keuntungan MultiThreading Multiprocessing merupakan penggunaan dua atau lebih CPU dalam sebuah sistem komputer. Multitasking merupakan metode untuk menjalankan lebih dari satu proses dimana terjadi pembagian sumberdaya seperti CPU. Multithreading adalah cara pengeksekusian yang mengizinkan beberapa thread terjadi dalam sebuah proses, saling berbagi sumber daya tetapi dapat dijalankan secara independen. Keuntungan dari sistem yang menerapkan multithreading dapat kita kategorikan menjadi 4 bagian: a. Responsif. Aplikasi interaktif menjadi tetap responsif meskipun sebagian dari program sedang diblok atau melakukan operasi lain yang panjang. Umpamanya, sebuah thread dari web browser dapat melayani permintaan pengguna sementara thread yang lain berusaha menampilkan gambar. b. Berbagi sumber daya. Beberapa thread yang melakukan proses yang sama akan berbagi sumber daya. Keuntungannya adalah mengizinkan sebuah aplikasi untuk mempunyai beberapa thread yang berbeda dalam lokasi memori yang sama. c. Ekonomis. Pembuatan sebuah proses memerlukan pengalokasian memori dan sumber daya. Alternatifnya adalah dengan menggunakan thread, karena thread membagi memori dan sumber daya yang dimilikinya sehingga lebih ekonomis untuk membuat thread dan context switching thread. Akan susah mengukur perbedaan waktu antara thread dan switch, tetapi secara umum pembuatan dan pengaturan proses akan memakan waktu lebih lama dibandingkan dengan thread. Pada Solaris, pembuatan proses memakan waktu 30 kali lebih lama dibandingkan pembuatan thread sedangkan proses context switch 5 kali lebih lama dibandingkan context switching thread. d. Utilisasi arsitektur multiprosesor. Keuntungan dari multithreading dapat sangat meningkat pada arsitektur multiprosesor, dimana setiap thread dapat berjalan secara paralel di atas procesor yang berbeda. Pada arsitektur processor tunggal, CPU menjalankan setiap thread secara bergantian tetapi hal ini berlangsung sangat cepat sehingga menciptakan ilusi paralel, tetapi pada kenyataanya hanya satu thread yang dijalankan CPU pada satu-satuan waktu.

11.3. Model MultiThreading Beberapa terminologi yang akan dibahas: a. Thread pengguna: Thread yang pengaturannya dilakukan oleh pustaka thread pada tingkatan pengguna. Karena pustaka yang menyediakan fasilitas untuk pembuatan dan penjadwalan thread, thread pengguna cepat dibuat dan dikendalikan. b. Thread Kernel: . Thread yang didukung langsung oleh kernel. Pembuatan, penjadwalan dan manajemen thread dilakukan oleh kernel pada kernel space. Karena dilakukan oleh sistem operasi, proses pembuatannya akan lebih lambat jika dibandingkan dengan thread pengguna.

Gambar 11.1. Model-Model MultiThreading

79

Pustaka Thread

Model-Model MultiThreading: a. Model Many-to-One. Model ini memetakan beberapa thread tingkatan pengguna ke sebuah thread. tingkatan kernel. Pengaturan thread dilakukan dalam ruang pengguna sehingga efisien. Hanya satu thread pengguna yang dapat mengakses thread kernel pada satu saat. Jadi Multiple thread tidak dapat berjalan secara paralel pada multiprosesor. Contoh: Solaris Green Threads dan GNU Portable Threads. b. Model One-to-One. Model ini memetakan setiap thread tingkatan pengguna ke setiap thread. Ia menyediakan lebih banyak concurrency dibandingkan model Many-to-One. Keuntungannya sama dengan keuntungan thread kernel. Kelemahan model ini ialah setiap pembuatan thread pengguna memerlukan tambahan thread kernel. Karena itu, jika mengimplementasikan sistem ini maka akan menurunkan kinerja dari sebuah aplikasi sehingga biasanya jumlah thread dibatasi dalam sistem. Contoh: Windows NT/XP/2000 , Linux, Solaris 9. c. Model Many-to-Many. Model ini memultipleks banyak thread tingkatan pengguna ke thread kernel yang jumlahnya sedikit atau sama dengan tingkatan pengguna. Model ini mengizinkan developer membuat thread sebanyak yang ia mau tetapi concurrency tidak dapat diperoleh karena hanya satu thread yang dapat dijadwalkan oleh kernel pada suatu waktu. Keuntungan dari sistem ini ialah kernel thread yang bersangkutan dapat berjalan secara paralel pada multiprosessor.

11.4. Pustaka Thread Pustaka Thread atau yang lebih familiar dikenal dengan Thread Library bertugas untuk menyediakan API untuk programmer dalam menciptakan dan memanage thread. Ada dua cara dalam mengimplementasikan pustaka thread: a. Menyediakan API dalam level pengguna tanpa dukungan dari kernel sehingga pemanggilan fungsi tidak melalui system call. Jadi, jika kita memanggil fungsi yang sudah ada di pustaka, maka akan menghasilkan pemanggilan fungsi call yang sifatnya lokal dan bukan system call. b. Menyediakan API di level kernel yang didukung secara langsung oleh sistem operasi. Pemanggilan fungsi call akan melibatkan system call ke kernel. Ada tiga pustaka thread yang sering digunakan saat ini, yaitu: POSIX Pthreads, Java, dan Win32. Implementasi POSIX standard dapat dengan cara user level dan kernel level, sedangkan Win32 adalah kernel level. Java API thread dapat diimplementasikan oleh Pthreads atau Win32.

11.5. Pembatalan Thread Thread Cancellation ialah pembatalan thread sebelum tugasnya selesai. Umpamanya, jika dalam program Java hendak mematikan Java Virtual Machine (JVM). Sebelum JVM dimatikan, maka seluruh thread yang berjalan harus dibatalkan terlebih dahulu. Contoh lain adalah di masalah search. Apabila sebuah thread mencari sesuatu dalam database dan menemukan serta mengembalikan hasilnya, thread sisanya akan dibatalkan. Thread yang akan diberhentikan biasa 80

Thread Pools

disebut target thread. Pemberhentian target Thread dapat dilakukan dengan 2 cara: a. Asynchronous cancellation. Suatu thread seketika itu juga membatalkan target thread. b. Deferred cancellation. Suatu thread secara periodik memeriksa apakah ia harus batal, cara ini memperbolehkan target thread untuk membatalkan dirinya secara terurut. Hal yang sulit dari pembatalan thread ini adalah ketika terjadi situasi dimana sumber daya sudah dialokasikan untuk thread yang akan dibatalkan. Selain itu kesulitan lain adalah ketika thread yang dibatalkan sedang meng-update data yang ia bagi dengan thread lain. Hal ini akan menjadi masalah yang sulit apabila digunakan asynchronous cancellation. Sistem operasi akan mengambil kembali sumber daya dari thread yang dibatalkan tetapi seringkali sistem operasi tidak mengambil kembali semua sumber daya dari thread yang dibatalkan. Alternatifnya adalah dengan menggunakan deffered cancellation. Cara kerja dari deffered cancellation adalah dengan menggunakan satu thread yang berfungsi sebagai pengindikasi bahwa target thread hendak dibatalkan. Tetapi pembatalan hanya akan terjadi jika target thread memeriksa apakah ia harus batal atau tidak. Hal ini memperbolehkan thread untuk memeriksa apakah ia harus batal pada waktu dimana ia dapat dibatalkan secara aman yang aman. Pthread merujuk sebagai cancellation points. Pada umumnya sistem operasi memperbolehkan proses atau thread untuk dibatalkan secara asynchronous. Tetapi Pthread API menyediakan deferred cancellation. Hal ini berarti sistem operasi yang mengimplementasikan Pthread API akan mengizinkan deferred cancellation.

11.6. Thread Pools Pada web server yang multithreading ada dua masalah yang timbul: a. Ukuran waktu yang diperlukan untuk menciptakan thread yang melayani permintaan yang diajukan pada kenyataannya thread dibuang seketika sesudah ia menyelesaikan tugasnya. b. Pembuatan thread yang tidak terbatas jumlahnya dapat menurunkan performa dari sistem. Solusinya adalah dengan penggunaan Thread Pools. Cara kerjanya adalah dengan membuat beberapa thread pada proses startup dan menempatkan mereka ke pools, dimana mereka duduk diam dan menunggu untuk bekerja. Jadi, ketika server menerima permintaan, ia akan membangunkan thread dari pool dan jika thread tersedia maka permintaan tersebut akan dilayani. Ketika thread sudah selesai mengerjakan tugasnya maka ia kembali ke pool dan menunggu pekerjaan lainnya. Bila tidak ada thread yang tersedia pada saat dibutuhkan maka server menunggu sampai ada satu thread yang bebas. Keuntungan thread pool adalah: a. Biasanya lebih cepat untuk melayani permintaan dengan thread yang ada dibandingkan menunggu thread baru dibuat. b. Thread pool membatasi jumlah thread yang ada pada suatu waktu. Hal ini penting pada sistem yang tidak dapat mendukung banyak thread yang berjalan secara concurrent. Jumlah thread dalam pool dapat tergantung dari jumlah CPU dalam sistem, jumlah memori fisik, dan jumlah permintaan klien yang concurrent.

11.7. Penjadwalan Thread Begitu dibuat, thread baru dapat dijalankan dengan berbagai macam penjadwalan. Kebijakan penjadwalanlah yang menentukan setiap proses, di mana proses tersebut akan ditaruh dalam daftar proses sesuai proritasnya dan bagaimana ia bergerak dalam daftar proses tersebut. Untuk menjadwalkan thread, sistem dengan model mulithreading many to many atau many to one menggunakan: a. Process Contention Scope (PCS). Pustaka thread menjadwalkan thread pengguna untuk berjalan pada LWP (lightweight process) yang tersedia. b. System Contention Scope (SCS). SCS berfungsi untuk memilih satu dari banyak thread , kemudian menjadwalkannya ke satu thread tertentu(CPU / Kernel).

81

Rangkuman

11.8. Thread Linux Ketika pertama kali dikembangkan, Linux tidak didukung dengan threading di dalam kernelnya, tetapi dia mendukung proses-proses sebagai entitas yang dapat dijadwalkan melalui clone() system calls. Sekarang Linux mendukung penduplikasian proses menggunakan system call clone() dan fork(). Clone() mempunyai sifat mirip dengan fork(), kecuali dalam hal pembuatan copy dari proses yang dipanggil dimana ia membuat sebuah proses yang terpisah yang berbagi address space dengan proses yang dipanggil. Pembagian address space dari parent process memungkinkan cloned task bersifat mirip dengan thread yang terpisah. Pembagian address space ini dimungkinkan karena proses direpresentasikan di dalam Kernel Linux. Di dalam Kernel Linux setiap proses direpresentasikan sebagai sebuah struktur data yang unik. Jadi, daripada menciptakan yang baru maka struktur data yang baru mengandung pointer yang menunjuk ke tempat dimana data berada. Jadi ketika fork() dipanggil, proses yang baru akan tercipta beserta duplikasi dari segala isi di struktur data di parent process, namun ketika clone() dipanggil, ia tidak menduplikasi parent processnya tetapi menciptakan pointer ke struktur data pada parent process yang memungkinkan child process untuk berbagi memori dan sumber daya dari parent processnya. Project LinuxThread menggunakan system call ini untuk mensimulasi thread di user space. Sayangnya, pendekatan ini mempunyai beberapa kekurangan, khusunya di area signal handling, scheduling, dan interprocess synchronization primitive. Untuk meningkatkan kemampuan Thread Linux, dukungan kernel dan penulisan ulang pustaka thread sangat diperlukan. Dua project yang saling bersaing menjawab tantangan ini. Sebuah tim yang terdiri dari pengembang dari IBM membuat NGPT (Next Generation POSIX Threads). Sementara pengembang dari Red Hat membuat NPTL (Native POSIX Thread Library).Sebenarnya Linux tidak membedakan antara proses dan thread. Dalam kenyataannya, Linux lebih menggunakan istilah task dibandingkan proses dan thread ketika merujuk kepada pengaturan alur pengontrolan di dalam program.

11.9. Rangkuman Thread adalah alur kontrol dari suatu proses. Keuntungan menggunakan Multithreading: a. Meningkatkan respon dari pengguna. b. Pembagian sumber daya. c. Ekonomis. d. Mengambil keuntungan dari arsitektur multiprosessor. Tiga model Multithreading: a. Model Many-to-One. b. Model One-to-One. c. Model Many-to-Many. Pembatalan Thread: Tugas untuk membatalkan Thread sebelum menyelesaikan tugasnya. Pembatalan Thread terdiri dari 2 jenis: 1. Asynchronous cancellation. 2. Deffered cancellation. Thread Pools menciptakan sejumlah Thread yang ditempatkan di dalam pool dimana Thread menunggu untuk dipanggil. Thread Schedulling ada 2 macam: 1. Local Schedulling. 2. Global Schedulling. Istilah thread di Linux adalah task. Pembuatan Thread di Linux menggunakan System call clone().

82

Rangkuman


Public

License

–

[WEBWIKI2007] Wikipedia. 2007. Thread_(computer_science) – http://en.wikipedia.org/ wiki/ Thread_(computer_science) . Diakses 16 Februari 2007. [WEBWIKI2007] Wikipedia.. 2007. Multiprocessing Multiprocessing . Diakses 16 Februari 2007.

–

http://en.wikipedia.org/

wiki/

[WEBWIKI2007] Wikipedia.. 2007. Computer_multitasking – http://en.wikipedia.org/ wiki/ Computer_mutitasking . Diakses 16 Februari 2007. [WEBIBM] IBM.. 2007. linux_threading – http://www-128.ibm.com/ developerworks/ java/ library/ j-prodcon . Diakses 16 Februari 2007.

83

84

Bab 12. Thread Java 12.1. Pendahuluan Suatu proses dikontrol oleh paling sedikit satu thread. Namun, sebagian besar proses yang ada sekarang biasanya dijalankan oleh beberapa buah thread. Multithreading adalah sebuah mekanisme di mana dalam suatu proses, ada beberapa thread yang mengerjakan tugasnya masing-masing pada waktu yang bersamaan. Contohnya, sebuah web browser harus menampilkan sebuah halaman yang memuat banyak gambar. Pada program yang single-threaded, hanya ada satu thread untuk mengatur suatu gambar, lalu jika gambar itu telah ditampilkan, barulah gambar lain bisa diproses. Dengan multithreading, proses bisa dilakukan lebih cepat jika ada thread yang menampilkan gambar pertama, lalu thread lain untuk menampilkan gambar kedua, dan seterusnya, di mana thread-thread tersebut berjalan secara paralel. Saat sebuah program Java dieksekusi, yaitu saat main() dijalankan, ada sebuah thread utama yang bekerja. Java adalah bahasa pemrograman yang mendukung adanya pembentukan thread tambahan selain thread utama tersebut. Thread dalam Java diatur oleh Java Virtual Machine (JVM) sehingga sulit untuk menentukan apakah thread Java berada di user-level atau kernel-level.

12.2. Status Thread Gambar 12.1. Status Thread

Suatu thread bisa berada pada salah satu dari status berikut: • New. Thread yang berada di status ini adalah objek dari kelas Thread yang baru dibuat, yaitu saat instansiasi objek dengan statement new. Saat thread berada di status new, belum ada sumber daya yang dialokasikan, sehingga thread belum bisa menjalankan perintah apapun. • Runnable. Agar thread bisa menjalankan tugasnya, method start() dari kelas Thread harus 85

Pembentukan Thread

dipanggil. Ada dua hal yang terjadi saat pemanggilan method start(), yaitu alokasi memori untuk thread yang dibuat dan pemanggilan method run(). Saat method run() dipanggil, status thread berubah menjadi runnable, artinya thread tersebut sudah memenuhi syarat untuk dijalankan oleh JVM. Thread yang sedang berjalan juga berada di status runnable. • Blocked. Sebuah thread dikatakan berstatus blocked atau terhalang jika terjadi blocking statement, misalnya pemanggilan method sleep(). sleep() adalah suatu method yang menerima argumen bertipe integer dalam bentuk milisekon. Argumen tersebut menunjukkan seberapa lama thread akan "tidur". Selain sleep(), dulunya dikenal method suspend(), tetapi sudah disarankan untuk tidak digunakan lagi karena mengakibatkan terjadinya deadlock. Di samping blocking statement, adanya interupsi M/K juga dapat menyebabkan thread menjadi blocked. Thread akan menjadi runnable kembali jika interval method sleep()-nya sudah berakhir, atau pemanggilan method resume() jika untuk menghalangi thread tadi digunakan method suspend() atau M/K sudah tersedia lagi. • Dead. Sebuah thread berada di status dead bila telah keluar dari method run(). Hal ini bisa terjadi karena thread tersebut memang telah menyelesaikan pekerjaannya di method run(), maupun karena adanya pembatalan thread. Status jelas dari sebuah thread tidak dapat diketahui, tetapi method isAlive() mengembalikan nilai boolean untuk mengetahui apakah thread tersebut dead atau tidak.

12.3. Pembentukan Thread Ada dua cara untuk membuat thread di program Java, yaitu: a. Extends kelas Thread b. Implements interface Runnable. Interface Runnable didefinisikan sebagai berikut: public interface Runnable { public abstract void run(); } Kelas Thread secara implisit juga meng-implements interface Runnable. Oleh karena itu, setiap kelas yang diturunkan dari kelas Thread juga harus mendefinisikan method run(). Berikut ini adalah contoh kelas yang menggunakan cara pertama untuk membuat thread, yaitu dengan meng-extends kelas Thread. class CobaThread1 extends Thread { public void run() { for (int ii = 0; ii<4; ii++){ System.out.println("Ini CobaThread1"); Test.istirohat(11); } } } Konsep pewarisan dalam Java tidak mendukung multiple inheritance. Jika sebuah kelas sudah meng-extends suatu kelas lain, maka kelas tersebut tidak lagi bisa meng-extends kelas Thread. Oleh karena itu, cara kedua, yaitu meng-implements interface Runnable, lebih umum digunakan, karena kita bisa meng-implements dari banyak kelas sekaligus. class CobaThread2 implements Runnable { public void run() { for(int ii = 0; ii<4; ii++){ System.out.println("Ini CobaThread2"); Test.istirohat(7); } } 86

Penggabungan Thread

public class Test { public static void main (String[] args) { Thread t1 = new CobaThread1(); Thread t2 = new Thread (new CobaThread2()); t1.start(); t2.start(); for (int ii = 0; ii<8; ii++){ System.out.println("Thread UTAMA"); istirohat(5); } } public static void istirohat(int tunda) { try{ Thread.sleep(tunda*100); } catch(InterruptedException e) {} } } Pada bagian awal main(), terjadi instansiasi objek dari kelas CobaThread1 dan CobaThread2, yaitu t1 dan t2. Perbedaan cara penginstansian objek ini terletak pada perbedaan akses yang dimiliki oleh kelas-kelas tersebut. Supaya thread bisa bekerja, method start() dari kelas Thread harus dipanggil. Kelas CobaThread1 memiliki akses ke method-method yang ada di kelas Thread karena merupakan kelas yang diturunkan langsung dari kelas Thread. Namun, tidak demikian halnya dengan kelas CobaThread2. Oleh karena itu, kita harus tetap membuat objek dari kelas Thread yang menerima argumen objek CobaThread2 pada constructor-nya, barulah start() bisa diakses. Hal ini ditunjukkan dengan statement Thread t2 = new Thread (new CobaThread2()). Jadi, ketika terjadi pemanggilan method start(), thread yang dibuat akan langsung mengerjakan baris-baris perintah yang ada di method run(). Jika run() dipanggil secara langsung tanpa melalui start(), perintah yang ada di dalam method run() tersebut akan tetap dikerjakan, hanya saja yang mengerjakannya bukanlah thread yang dibuat tadi, melainkan thread utama.

12.4. Penggabungan Thread Tujuan multithreading adalah agar thread-thread melakukan pekerjaan secara paralel sehingga program dapat berjalan dengan lebih baik. Thread tambahan yang dibuat akan berjalan secara terpisah dari thread yang membuatnya. Namun, ada keadaan tertentu di mana thread utama perlu menunggu sampai thread yang dibuatnya itu menyelesaikan tugasnya. Misalnya saja, untuk bisa mengerjakan instruksi selanjutnya, thread utama membutuhkan hasil penghitungan yang dilakukan oleh thread anak. Pada keadaan seperti ini, thread utama bisa menunggu selesainya pekerjaan thread anak dengan pemanggilan method join(). Contohnya, dalam suatu program, thread utama membuat sebuah thread tambahan bernama t1. try{ t1.join(); } catch (InterruptedException ie) {}; Kode di atas menunjukkan bahwa thread utama akan menunggu sampai thread t1 menyelesaikan tugasnya, yaitu sampai method run() dari t1 terminate, baru melanjutkan tugasnya sendiri. Pemanggilan method join() harus diletakkan dalam suatu blok try-catch karena jika pemanggilan tersebut terjadi ketika thread utama sedang diinterupsi oleh thread lain, maka join() akan melempar InterruptedException. InterruptedException akan mengakibatkan terminasi thread yang sedang berada dalam status blocked.

87

JVM

12.5. Pembatalan Thread Pembatalan thread adalah menterminasi sebuah thread sebelum tugasnya selesai. Thread yang akan dibatalkan, atau biasa disebut target thread, dapat dibatalkan dengan dua cara, yaitu asynchronous cancellation dan deferred cancellation. Pada asynchoronous cancellation, sebuah thread langsung menterminasi target thread, sedangkan pada deferred cancellation, target thread secara berkala memeriksa apakah ia harus terminate sehingga dapat memilih saat yang aman untuk terminate. Pada thread Java, asynchronous cancellation dilakukan dengan pemanggilan method stop(). Akan tetapi, method ini sudah di-deprecated karena terbukti tidak aman. Stop() dapat mengakibatkan terjadinya exception ThreadDeath, yang mematikan thread-thread secara diam-diam, sehingga user mungkin saja tidak mendapat peringatan bahwa programnya tidak berjalan dengan benar. Cara yang lebih aman untuk membatalkan thread Java adalah dengan deferred cancellation. Pembatalan ini dapat dilakukan dengan pemanggilan method interrupt(), yang akan mengeset status interupsi pada target thread. Sementara itu, target thread dapat memeriksa status interupsi-nya dengan method isInterrupted(). class CobaThread3 implements Runnable { public void run(){ while (true){ System.out.println("saya thread CobaThread3"); if (Thread.currentThread.isInterrupted()) break; } } }

//cek status

Suatu thread dari kelas CobaThread3 dapat diinterupsi dengan kode berikut: Thread targetThread = new Thread (new CobaThread3()); targetThread.start(); # targetThread.interrupt(); //set status interupsi Ketika thread targetThread berada pada start(), thread tersebut akan terus me-loop pada method run() dan melakukan pengecekan status interupsi melalui method isInterrupted(). Status interupsinya sendiri baru di-set ketika pemanggilan method interrupt(), yang ditunjukkan dengan statement targetThread.interrupt();. Setelah status interupsi di-set, ketika pengecekan status interupsi selanjutnya pada method run(), isInterrupted() akan mengembalikan nilai boolean true, sehingga targetThread akan keluar dari method run()-nya melalui statement break dan terminate. Selain melalui isInterrupted(), pengecekan status interupsi dapat dilakukan dengan method interrupted(). Perbedaan kedua method ini adalah isInterrupted() akan mempertahankan status interupsi, sedangkan pada interrupted(), status interupsi akan di-clear. Thread yang statusnya sedang blocked karena melakukan operasi M/K menggunakan package java.io tidak dapat memeriksa status interupsinya sebelum operasi M/K itu selesai. Namun, melalui Java 1.4 diperkenalkan package java.nio yang mendukung interupsi thread yang sedang melakukan operasi M/K.

12.6. JVM Setiap program Java dijalankan oleh Java Virtual Machine (JVM). Artinya, program Java dapat dijalankan di platform manapun selama platform tersebut mendukung JVM. Umumnya JVM diimplementasikan di bagian atas suatu host operating system, hal ini memungkinkan JVM untuk 88

Aplikasi Thread dalam Java

menyembunyikan detail implementasi dari sistem operasi tersebut. Pemetaan thread Java ke suatu sistem operasi tergantung pada implementasi JVM pada sistem operasi itu. Misalnya, Windows 2000 menggunakan model one-to-one, Solaris dulunya menggunakan model many-to-one, sedangkan Tru64 UNIX menggunakan model many-to-many.

12.7. Aplikasi Thread dalam Java Dalam ilustrasi program yang ada pada subbab Bagian 12.5, “Pembatalan Thread”, kita tidak dapat mengetahui thread yang mana yang akan terlebih dahulu mengerjakan tugasnya. Hal ini terjadi karena ada dua thread yang berjalan secara paralel, yaitu thread utama dan thread t1. Artinya, keluaran dari program ini bisa bervariasi. Salah satu kemungkinan keluaran program ini adalah sebagai berikut: Thread UTAMA Ini CobaThread1 Ini CobaThread2 Thread UTAMA Ini CobaThread2 Thread UTAMA Ini CobaThread1 Ini CobaThread2 Thread UTAMA Thread UTAMA Ini CobaThread2 Ini CobaThread1 Thread UTAMA Thread UTAMA Ini CobaThread1 Thread UTAMA

12.8. Rangkuman Setiap program Java memiliki paling sedikit satu thread. Bahasa pemrograman Java memungkinkan adanya pembuatan dan manajemen thread tambahan oleh JVM. Sebuah thread bisa berada di salah satu dari 4 status, yaitu new, runnable, blocked, dan dead. Ada dua cara untuk membuat thread dalam Java, yaitu dengan meng-extends kelas Thread dan dengan meng-implements interface Runnable. Dalam beberapa kondisi, thread yang dibuat dapat digabungkan dengan parent thread-nya. Method join() berfungsi agar suatu thread menunggu thread yang dibuatnya menyelesaikan tugasnya terlebih dahulu, baru mulai mengeksekusi perintah selanjutnya. Pembatalan thread secara asynchronous dilakukan dengan pemanggilan method stop(). Akan tetapi, cara ini terbukti tidak aman, sehingga untuk menterminasi thread digunakanlah deferred cancellation. Pembatalan dilakukan dengan pemanggilan method interrupt() untuk mengeset status interupsi, serta isInterrupted() atau interrupted() untuk memeriksa status interupsi tersebut. Program Java dapat dijalankan di berbagai platform selama platform tersebut mendukung JVM. Pemetaan thread Java ke host operating system tergantung pada implementasi JVM di sistem operasi tersebut.

Rujukan [Lewis1998] John Lewis dan William Loftus. 1998. Java Software Solutions Foundation Of Program Design. First Edition. Addison Wesley. [Silberschatz2005] Avi Silberschatz, Peter Galvin, dan Grag Gagne. 2005. Operating Systems 89

Rangkuman

Concepts. Seventh Edition. John Wiley & Sons. [Tanenbaum1997] Andrew Tanenbaum dan Albert Woodhull. 1997. Operating Systems Design and Implementation. Second Edition. Prentice-Hall. [WEBJava2007] Java 2 Platform SE v1.3.1. 2007. Java 2 Platform SE v1.3.1: Class Thread – http://java.sun.com/j2se/1.3/docs/api/java/lang/Thread.html . Diakses 27 Februari 2007. [WEBJTPD2007] Java Thread Primitive Deprecation. 2007. Java Thread Primitive Deprecation – http://java.sun.com/j2se/1.3/docs/guide/misc/threadPrimitiveDeprecatio n.html . Diakses 27 Februari 2007.

90

Bab 13. Konsep Penjadwalan 13.1. Pendahuluan Kita mengenal istilah multiprograming, yang bertujuan untuk memaksimalkan penggunaan CPU dengan cara mengatur alokasi waktu yang digunakan oleh CPU, sehingga proses berjalan sepanjang waktu dan memperkecil waktu idle. Akibatnya sistem operasi dapat membuat komputer lebih produktif. Oleh karena itu perlu adanya penjadwalan proses-proses yang ada pada sistem. Penjadwalan CPU adalah suatu proses pengaturan atau penjadwalan proses-proses yang ada di dalam komputer. Dimana proses-proses tersebut berjalan dalam pola yang disebut Siklus Burst yang akan dijelaskan pada bab ini. Penjadwalan CPU secara garis besar dibagi menjadi 2, yaitu Penjadwalan Preemptive dan Penjadwalan Non Preemptive. Bab ini juga akan memaparkan mengenai kriteria yang baik bagi suatu konsep penjadwalan dan penjelasan mengenai dispatcher, yaitu suatu komponen yang turut terlibat dalam penjadwalan. Penjadwalan sangat penting dalam menentukan performance sebuah komputer karena mengatur alokasi resource dari CPU untuk menjalankan proses-proses di dalam komputer. Penjadwalan CPU merupakan suatu konsep dasar dari multiprograming, karena dengan adanya penjadwalan dari CPU itu sendiri maka proses-proses tersebut akan mendapatkan alokasi resource dari CPU.

13.2. Siklus Burst CPU – M/K Keberhasilan dari penjadwalan CPU tergantung dari beberapa properti prosesor. Pengeksekusian dari proses tersebut terdiri atas siklus CPU ekskusi dan M/K Wait. Proses hanya akan bolak-balik dari dua state ini, inilah yang disebut Siklus Burst CPU-M/K. Pengeksekusian proses dimulai dengan Burst CPU, setelah itu diikuti oleh Burst M/K, kemudian Burst CPU lagi lalu Burst M/K lagi, dan seterusnya dilakukan secara bergiliran. Burst CPU terakhir akan berakhir dengan permintaan sistem untuk mengakhiri pengeksekusian melalui Burst M/K lagi. Kejadian siklus Burst akan dijelaskan pada Figure 13.1.

Gambar 13.1. Siklus Burst

91

Penjadwalan Preemptive

Dari gambar dapat kita lihat bahwa Burst CPU time yang lama jarang terjadi karena kebanyakan proses akan melakukan antara output ke layar atau file, maupun meminta input dari user atau file sehingga situasi dimana proses bekerja dengan memory dan register dalam jangka waktu lama tidak terlalu banyak ditemukan.

13.3. Penjadwalan Preemptive Penjadwalan CPU mungkin akan dijalankan ketika proses dalam keadaan: 1. Berubah dari running ke waiting state. 2. Berubah dari running ke ready state. 3. Berubah dari waiting ke ready state. 4. Dihentikan. Penjadwalan Preemptive mempunyai arti kemampuan sistem operasi untuk memberhentikan sementara proses yang sedang berjalan untuk memberi ruang kepada proses yang prioritasnya lebih tinggi. Penjadwalan ini bisa saja termasuk penjadwalan proses atau M/K. Penjadwalan Preemptive memungkinkan sistem untuk lebih bisa menjamin bahwa setiap proses mendapat sebuah slice waktu operasi. Dan juga membuat sistem lebih cepat merespon terhadap event dari luar (contohnya seperti ada data yang masuk) yang membutuhkan reaksi cepat dari satu atau beberapa proses. Membuat penjadwalan yang Preemptive mempunyai keuntungan yaitu sistem lebih responsif daripada sistem yang memakai penjadwalan Non Preemptive. Dalam waktu-waktu tertentu, proses dapat dikelompokkan ke dalam dua kategori: proses yang memiliki Burst M/K yang sangat lama disebut I/O Bound, dan proses yang memiliki Burst CPU yang sangat lama disebut CPU Bound. Terkadang juga suatu sistem mengalami kondisi yang disebut busywait, yaitu saat dimana sistem menunggu request input (seperti disk, keyboard, atau jaringan). Saat busywait tersebut, proses tidak melakukan sesuatu yang produktif, tetapi tetap memakan resource dari CPU. Dengan penjadwalan Preemptive, hal tersebut dapat dihindari. Dengan kata lain, penjadwalan Preemptive melibatkan mekanisme interupsi yang menyela proses yang sedang berjalan dan memaksa sistem untuk menentukan proses mana yang akan dieksekusi selanjutnya. Penjadwalan nomor 1 dan 4 bersifat Non Preemptive sedangkan lainnya Preemptive. Penjadwalan yang biasa digunakan sistem operasi dewasa ini biasanya bersifat Preemptive. Bahkan beberapa penjadwalan sistem operasi, contohnya Linux 2.6, mempunyai kemampuan Preemptive terhadap system call-nya (preemptible kernel). Windows 95, Windows XP, Linux, Unix, AmigaOS, MacOS X, dan Windows NT adalah beberapa contoh sistem operasi yang menerapkan penjadwalan Preemptive. Lama waktu suatu proses diizinkan untuk dieksekusi dalam penjadwalan Preemptive disebut time slice/quantum. Penjadwalan berjalan setiap satu satuan time slice untuk memilih proses mana yang akan berjalan selanjutnya. Bila time slice terlalu pendek maka penjadwal akan memakan terlalu banyak waktu proses, tetapi bila time slice terlau lama maka memungkinkan proses untuk tidak dapat merespon terhadap event dari luar secepat yang diharapkan.

13.4. Penjadwalan Non Preemptive Penjadwalan Non Preemptive ialah salah satu jenis penjadwalan dimana sistem operasi tidak pernah melakukan context switch dari proses yang sedang berjalan ke proses yang lain. Dengan kata lain, proses yang sedang berjalan tidak bisa di- interupt. Penjadwalan Non Preemptive terjadi ketika proses hanya: 1. Berjalan dari running state sampai waiting state. 2. Dihentikan. Ini berarti CPU menjaga proses sampai proses itu pindah ke waiting state ataupun dihentikan (proses tidak diganggu). Metode ini digunakan oleh Microsoft Windows 3.1 dan Macintosh. Ini adalah metode yang dapat digunakan untuk platforms hardware tertentu, karena tidak memerlukan perangkat keras khusus (misalnya timer yang digunakan untuk menginterupt pada metode penjadwalan Preemptive). 92

Kriteria Penjadwalan

13.5. Dispatcher Komponen yang lain yang terlibat dalam penjadwalan CPU adalah dispatcher. Dispatcher adalah modul yang memberikan kontrol CPU kepada proses yang sedang terjadwal. Fungsinya adalah: 1. Context switching. Mengganti state dari suatu proses dan mengembalikannya untuk menghindari monopoli CPU time. Context switching dilakukan untuk menangani suatu interrupt (misalnya menunggu waktu M/K). Untuk menyimpan state dari proses-proses yang terjadwal sebuah Process Control Block harus dibuat untuk mengingat proses-proses yang sedang diatur scheduler. Selain state suatu proses, PCB juga menyimpan process ID, program counter (posisi saat ini pada program), prioritas proses dan data-data tambahan lainnya. 2. Switching to user mode dari kernel mode. 3. Lompat dari suatu bagian di progam user untuk mengulang program.

Gambar 13.2. Dispatch Latency

Dispatcher seharusnya dapat dilakukan secepat mungkin. Dispatch Latency adalah waktu yang diperlukan dispatcher untuk menghentikan suatu proses dan memulai proses yang lain.

13.6. Kriteria Penjadwalan Suatu algoritma penjadwalan CPU yang berbeda dapat mempunyai nilai yang berbeda untuk sistem yang berbeda. Banyak kriteria yang bisa dipakai untuk menilai algoritma penjadwalan CPU. Kriteria yang digunakan dalam menilai adalah: 1. CPU Utilization. Kita ingin menjaga CPU sesibuk mungkin. CPU utilization akan mempunyai range dari 0 sampai 100 persen. Di sistem yang sebenarnya ia mempunyai range dari 40 sampai 100 persen. 2. Throughput. Salah satu ukuran kerja adalah banyaknya proses yang diselesaikan per satuan waktu. Jika kita mempunyai beberapa proses yang sama dan memiliki beberapa algoritma penjadwalan yang berbeda, throughput bisa menjadi salah satu kriteria penilaian, dimana algoritma yang menyelesaikan proses terbanyak mungkin yang terbaik. 3. Turnaround Time. Dari sudut pandang proses tertentu, kriteria yang penting adalah berapa lama untuk mengeksekusi proses tersebut. Memang, lama pengeksekusian sebuah proses sangat tergantung dari hardware yang dipakai, namun kontribusi algoritma penjadwalan tetap ada dalam lama waktu yang dipakai untuk menyelesaikan sebuah proses. Misal kita memiliki sistem komputer yang identik dan proses-proses yang identik pula, namun kita memakai algoritma yang berbeda, algoritma yang mampu menyelesaikan proses yang sama dengan waktu yang lebih singkat mungkin lebih baik dari algoritma yang lain. Interval waktu yang diijinkan dengan waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan sebuah proses disebut turnaround time. Turnaround time adalah jumlah periode untuk menunggu untuk dapat ke memori, menunggu di ready queue, eksekusi CPU, dan melakukan operasi M/K. 4. Waiting Time. Algoritma penjadwalan CPU tidak mempengaruhi waktu untuk melaksanakan proses tersebut atau M/K, itu hanya mempengaruhi jumlah waktu yang dibutuhkan proses di antrian ready. Waiting time adalah jumlah waktu yang dibutuhkan proses di antrian ready. 5. Response Time. Di sistem yang interaktif, turnaround time mungkin bukan waktu yang terbaik untuk kriteria. Sering sebuah proses dapat memproduksi output di awal, dan dapat meneruskan 93

Rangkuman

hasil yang baru sementara hasil yang sebelumnya telah diberikan ke pengguna. Ukuran lain adalah waktu dari pengiriman permintaan sampai respon yang pertama diberikan. Ini disebut response time, yaitu waktu untuk memulai memberikan respon, tetapi bukan waktu yang dipakai output untuk respon tersebut. 6. Fairness. Suatu algoritma harus memperhatikan pengawasan nilai prioritas dari suatu proses (menghindari terjadinya starvation CPU time). 7. Efisiensi. Rendahnya overhead dalam context switching, penghitungan prioritas dan sebagainya menentukan apakah suatu algoritma efisien atau tidak. Sebaiknya ketika kita akan membuat algoritma penjadwalan yang dilakukan adalah memaksimalkan CPU utilization dan throughput, dan meminimalkan turnaround time, waiting time, dan response time.

13.7. Rangkuman Penjadwalan CPU adalah pemilihan proses dari antrian ready untuk dapat dieksekusi. Penjadwalan CPU merupakan konsep dari multiprogramming, dimana CPU digunakan secara bergantian untuk proses yang berbeda. Suatu proses terdiri dari dua siklus yaitu Burst M/K dan Burst CPU yang dilakukan bergantian hingga proses selesai. Penjadwalan CPU mungkin dijalankan ketika proses: 1. running ke waiting time 2. running ke ready state 3. waiting ke ready state 4. terminates Proses 1 dan 4 adalah proses Non Preemptive, dimana proses tersebut tidak bisa diinterrupt, sedangkan 2 dan 3 adalah proses Preemptive, dimana proses boleh diinterrupt. Komponen yang lain dalam penjadwalan CPU adalah dispatcher, dispatcher adalah modul yang memberikan kendali CPU kepada proses. Waktu yang diperlukan oleh dispatcher untuk menghentikan suatu proses dan memulai proses yang lain disebut dengan dispatch latency. Jika dalam suatu proses Burst CPU jauh lebih besar daripada Burst M/K maka disebut CPU Bound. Demikian juga sebaliknya disebut dengn M/K Bound. Dalam menilai baik atau buruknya suatu algoritma penjadwalan kita bisa memakai beberapa kriteria, diantaranya CPU utilization, throughput, turnaround time, waiting time, dan response time. Algoritma yang baik adalah yang mampu memaksimalkan CPU utilization dan throughput, dan meminimalkan turnaround time, waiting time, dan response time.

Rujukan [Silberschatz2005] Avi Silberschatz, Peter Galvin, dan Grag Gagne. 2005. Operating Systems Concepts. Seventh Edition. John Wiley & Sons. [Stallings2001] William Stallings. 2001. Operating Systems: Internal and Design Principles. Fourth Edition. Edisi Keempat. Prentice-Hall International. New Jersey. [WEBWiki2007a] From Wikipedia, the free encyclopedia. 2007. http://en.wikipedia.org/wiki/Dispatcher . Diakses 20 Februari 2007.

Dispatcher

–

[WEBWiki2007b] From Wikipedia, the free encyclopedia. 2007. Preemptive multitasking – http://en.wikipedia.org/wiki/Pre-emptive_multitasking . Diakses 20 Februari 2007. [WEBDCU2007] From Dublin City University homepage. 2007. Processes – http://computing.dcu.ie/~HUMPHRYS/Notes/OS/processes.html . Diakses 20 Februari 2007.

94

Bab 14. Algoritma Penjadwalan 14.1. Pendahuluan Penjadwalan berkaitan dengan permasalahan memutuskan proses mana yang akan dilaksanakan dalam suatu sistem. Proses yang belum mendapat jatah alokasi dari CPU akan mengantri di ready queue. Algoritma penjadwalan berfungsi untuk menentukan proses manakah yang ada di ready queue yang akan dieksekusi oleh CPU. Bagian berikut ini akan memberikan ilustrasi beberapa algoritma penjadwalan.

14.2. FCFS (First Come First Served) Algoritma ini merupakan algoritma penjadwalan yang paling sederhana yang digunakan CPU. Dengan menggunakan algoritma ini setiap proses yang berada pada status ready dimasukkan kedalam FIFO queue atau antrian dengan prinsip first in first out, sesuai dengan waktu kedatangannya. Proses yang tiba terlebih dahulu yang akan dieksekusi.

Contoh Ada tiga buah proses yang datang secara bersamaan yaitu pada 0 ms, P1 memiliki burst time 24 ms, P2 memiliki burst time 3 ms, dan P3 memiliki burst time 3 ms. Hitunglah waiting time rata-rata dan turnaround time (burst time + waiting time) dari ketiga proses tersebut dengan menggunakan algoritma FCFS. Waiting time untuk P1 adalah 0 ms (P1 tidak perlu menunggu), sedangkan untuk P2 adalah sebesar 24 ms (menunggu P1 selesai), dan untuk P3 sebesar 27 ms (menunggu P1 dan P2 selesai).

Gambar 14.1. Gantt Chart Kedatangan Proses

Urutan kedatangan adalah P1, P2 , P3; gantt chart untuk urutan ini adalah: Waiting time rata-ratanya adalah sebesar(0+24+27)/3 = 17ms. Turnaround time untuk P1 sebesar 24 ms, sedangkan untuk P2 sebesar 27 ms (dihitung dari awal kedatangan P2 hingga selesai dieksekusi), untuk P3 sebesar 30 ms. Turnaround time rata-rata untuk ketiga proses tersebut adalah (24+27+30)/3 = 27 ms. Kelemahan dari algoritma ini: 1. Waiting time rata-ratanya cukup lama. 2. Terjadinya convoy effect, yaitu proses-proses menunggu lama untuk menunggu 1 proses besar yang sedang dieksekusi oleh CPU. Algoritma ini juga menerapkan konsep non-preemptive, yaitu setiap proses yang sedang dieksekusi oleh CPU tidak dapat di-interrupt oleh proses yang lain. Misalkan proses dibalik sehingga urutan kedatangan adalah P3, P2, P1. Waiting time adalah P1=6; P2=3; P3=0. Average waiting time: (6+3+0)/3=3.

95

SJF (Shortest Job First)

Gambar 14.2. Gantt Chart Kedatangan Proses Sesudah Urutan Kedatangan Dibalik

14.3. SJF (Shortest Job First) Pada algoritma ini setiap proses yang ada di ready queue akan dieksekusi berdasarkan burst time terkecil. Hal ini mengakibatkan waiting time yang pendek untuk setiap proses dan karena hal tersebut maka waiting time rata-ratanya juga menjadi pendek, sehingga dapat dikatakan bahwa algoritma ini adalah algoritma yang optimal.

Tabel 14.1. Contoh Shortest Job First Process

Arrival Time

Burst Time

P1

0.0

7

P2

2.0

4

P3

4.0

1

P4

5.0

4

Contoh: Ada 4 buah proses yang datang berurutan yaitu P1 dengan arrival time pada 0.0 ms dan burst time 7 ms, P2 dengan arrival time pada 2.0 ms dan burst time 4 ms, P3 dengan arrival time pada 4.0 ms dan burst time 1 ms, P4 dengan arrival time pada 5.0 ms dan burst time 4 ms. Hitunglah waiting time rata-rata dan turnaround time dari keempat proses tersebut dengan mengunakan algoritma SJF. Average waiting time rata-rata untuk ketiga proses tersebut adalah sebesar (0 +6+3+7)/4=4 ms.

Gambar 14.3. Shortest Job First (Non-Preemptive)

Average waiting time rata-rata untuk ketiga prses tersebut adalah sebesar (9+1+0+2)/4=3 ms. Ada beberapa kekurangan dari algoritma ini yaitu: 1. Susahnya untuk memprediksi burst time proses yang akan dieksekusi selanjutnya. 2. Proses yang mempunyai burst time yang besar akan memiliki waiting time yang besar pula 96

Priority Scheduling

karena yang dieksekusi terlebih dahulu adalah proses dengan burst time yang lebih kecil. Algoritma ini dapat dibagi menjadi dua bagian yaitu : 1. Preemptive . Jika ada proses yang sedang dieksekusi oleh CPU dan terdapat proses di ready queue dengan burst time yang lebih kecil daripada proses yang sedang dieksekusi tersebut, maka proses yang sedang dieksekusi oleh CPU akan digantikan oleh proses yang berada di ready queue tersebut. Preemptive SJF sering disebut juga Shortest-Remaining- Time-First scheduling. 2. Non-preemptive . CPU tidak memperbolehkan proses yang ada di ready queue untuk menggeser proses yang sedang dieksekusi oleh CPU meskipun proses yang baru tersebut mempunyai burst time yang lebih kecil.

14.4. Priority Scheduling Priority Scheduling merupakan algoritma penjadwalan yang mendahulukan proses yang memiliki prioritas tertinggi. Setiap proses memiliki prioritasnya masing-masing. Prioritas suatu proses dapat ditentukan melalui beberapa karakteristik antara lain: 1. Time limit. 2. Memory requirement. 3. Akses file. 4. Perbandingan antara burst M/K dengan CPU burst. 5. Tingkat kepentingan proses. Priority scheduling juga dapat dijalankan secara preemptive maupun non-preemptive. Pada preemptive, jika ada suatu proses yang baru datang memiliki prioritas yang lebih tinggi daripada proses yang sedang dijalankan, maka proses yang sedang berjalan tersebut dihentikan, lalu CPU dialihkan untuk proses yang baru datang tersebut. Sementara itu, pada non-preemptive, proses yang baru datang tidak dapat menganggu proses yang sedang berjalan, tetapi hanya diletakkan di depan queue. Kelemahan pada priority scheduling adalah dapat terjadinya indefinite blocking (starvation). Suatu proses dengan prioritas yang rendah memiliki kemungkinan untuk tidak dieksekusi jika terdapat proses lain yang memiliki prioritas lebih tinggi darinya. Solusi dari permasalahan ini adalah aging, yaitu meningkatkan prioritas dari setiap proses yang menunggu dalam queue secara bertahap. Contoh: Setiap 10 menit, prioritas dari masing-masing proses yang menunggu dalam queue dinaikkan satu tingkat. Maka, suatu proses yang memiliki prioritas 127, setidaknya dalam 21 jam 20 menit, proses tersebut akan memiliki prioritas 0, yaitu prioritas yang tertinggi (semakin kecil angka menunjukkan bahwa prioritasnya semakin tinggi).

14.5. Round Robin Algoritma ini menggilir proses yang ada di antrian. Proses akan mendapat jatah sebesar time quantum. Jika time quantum-nya habis atau proses sudah selesai, CPU akan dialokasikan ke proses berikutnya. Tentu proses ini cukup adil karena tak ada proses yang diprioritaskan, semua proses mendapat jatah waktu yang sama dari CPU yaitu (1/n), dan tak akan menunggu lebih lama dari (n-1)q dengan q adalah lama 1 quantum. Algoritma ini sepenuhnya bergantung besarnya time quantum. Jika terlalu besar, algoritma ini akan sama saja dengan algoritma first come first served. Jika terlalu kecil, akan semakin banyak peralihan proses sehingga banyak waktu terbuang. Permasalahan utama pada Round Robin adalah menentukan besarnya time quantum. Jika time quantum yang ditentukan terlalu kecil, maka sebagian besar proses tidak akan selesai dalam 1 quantum. Hal ini tidak baik karena akan terjadi banyak switch, padahal CPU memerlukan waktu untuk beralih dari suatu proses ke proses lain (disebut dengan context switches time). Sebaliknya, jika time quantum terlalu besar, algoritma Round Robin akan berjalan seperti algoritma first come first served. Time quantum yang ideal adalah jika 80% dari total proses memiliki CPU burst time yang lebih kecil dari 1 time quantum. 97

Multilevel Queue

Gambar 14.4. Urutan Kejadian Algoritma Round Robin

Gambar 14.5. Penggunaan Waktu Quantum

14.6. Multilevel Queue Ide dasar dari algoritma ini berdasarkan pada sistem prioritas proses. Prinsipnya, jika setiap proses dapat dikelompokkan berdasarkan prioritasnya, maka akan didapati queue seperti pada gambar berikut:

Gambar 14.6. Multilevel Queue

Dari gambar tersebut terlihat bahwa akan terjadi pengelompokan proses-proses berdasarkan prioritasnya. Kemudian muncul ide untuk menganggap kelompok-kelompok tersbut sebagai sebuah 98

Multilevel Feedback Queue

antrian-antrian kecil yang merupakan bagian dari antrian keseluruhan proses, yang sering disebut dengan algoritma multilevel queue. Dalam hal ini, dapat dilihat bahwa seolah-olah algoritma dengan prioritas yang dasar adalah algoritma multilevel queue dimana setiap queue akan berjalan dengan algoritma FCFS yang memiliki banyak kelemahan. Oleh karena itu, dalam prakteknya, algoritma multilevel queue memungkinkan adanya penerapan algoritma internal dalam masing-masing sub-antriannya yang bisa memiliki algoritma internal yang berbeda untuk meningkatkan kinerjanya. Berawal dari priority scheduling, algoritma ini pun memiliki kelemahan yang sama dengan priority scheduling, yaitu sangat mungkin bahwa suatu proses pada queue dengan prioritas rendah bisa saja tidak mendapat jatah CPU. Untuk mengatasi hal tersebut, salah satu caranya adalah dengan memodifikasi algoritma ini dengan adanya jatah waktu maksimal untuk tiap antrian, sehingga jika suatu antrian memakan terlalu banyak waktu, maka prosesnya akan dihentikan dan digantikan oleh antrian dibawahnya, dan tentu saja batas waktu untuk tiap antrian bisa saja sangat berbeda tergantung pada prioritas masing-masing antrian.

14.7. Multilevel Feedback Queue Algoritma ini mirip sekali dengan algoritma multilevel queue. Perbedaannya ialah algoritma ini mengizinkan proses untuk pindah antrian. Jika suatu proses menyita CPU terlalu lama, maka proses itu akan dipindahkan ke antrian yang lebih rendah. Hal ini menguntungkan proses interaksi karena proses ini hanya memakai waktu CPU yang sedikit. Demikian pula dengan proses yang menunggu terlalu lama. Proses ini akan dinaikkan tingkatannya. Biasanya prioritas tertinggi diberikan kepada proses dengan CPU burst terkecil, dengan begitu CPU akan terutilisasi penuh dan M/K dapat terus sibuk. Semakin rendah tingkatannya, panjang CPU burst proses juga semakin besar.

Gambar 14.7. Multilevel Feedback Queue

Algoritma ini didefinisikan melalui beberapa parameter, antara lain: a. Jumlah antrian. b. Algoritma penjadwalan tiap antrian. c. Kapan menaikkan proses ke antrian yang lebih tinggi. d. Kapan menurunkan proses ke antrian yang lebih rendah. e. Antrian mana yang akan dimasuki proses yang membutuhkan. Dengan pendefinisian seperti tadi membuat algoritma ini sering dipakai, karena algoritma ini mudah dikonfigurasi ulang supaya cocok dengan sistem. Tapi untuk mengatahui mana penjadwal terbaik, kita harus mengetahui nilai parameter tersebut. 99

Rangkuman

Multilevel feedback queue adalah salah satu algoritma yang berdasar pada algoritma multilevel queue. Perbedaan mendasar yang membedakan multilevel feedback queue dengan multilevel queue biasa adalah terletak pada adanya kemungkinan suatu proses berpindah dari satu antrian ke antrian lainnya, entah dengan prioritas yang lebih rendah ataupun lebih tinggi, misalnya pada contoh berikut. 1. Semua proses yang baru datang akan diletakkan pada queue 0 (quantum = 8 ms). 2. Jika suatu proses tidak dapat diselesaikan dalam 8 ms, maka proses tersebut akan dihentikan dan dipindahkan ke queue 1 (quantum = 16 ms). 3. Queue 1 hanya akan dikerjakan jika tidak ada lagi proses di queue 0, dan jika suatu proses di queue 1 tidak selesai dalam 16 ms, maka proses tersebut akan dipindahkan ke queue 2. 4. Queue 2 akan dikerjakan bila queue 0 dan 1 kosong, dan akan berjalan dengan algoritma FCFS. Disini terlihat bahwa ada kemungkinan terjadinya perpindahan proses antar queue, dalam hal ini ditentukan oleh time quantum, namun dalam prakteknya penerapan algoritma multilevel feedback queue akan diterapkan dengan mendefinisikan terlebih dahulu parameter-parameternya, yaitu: 1. 2. 3. 4. 5.

Jumlah antrian. Algoritma internal tiap queue. Aturan sebuah proses naik ke antrian yang lebih tinggi. Aturan sebuah proses turun ke antrian yang lebih rendah. Antrian yang akan dimasuki tiap proses yang baru datang.

Contoh: Terdapat tiga antrian; Q1=10 ms, FCFS Q2=40 ms, FCFS Q3=FCFS proses yang masuk, masuk ke antrian Q1. Jika dalam 10 ms tidak selesai, maka proses tersebut dipindahkan ke Q2. Jika dalam 40 ms tidak selesai, maka dipindahkan lagi ke Q3. Berdasarkan hal-hal di atas maka algoritma ini dapat digunakan secara fleksibel dan diterapkan sesuai dengan kebutuhan sistem. Pada zaman sekarang ini algoritma multilevel feedback queue adalah salah satu yang paling banyak digunakan.

14.8. Rangkuman Algoritma diperlukan untuk mengatur giliran proses-proses yang ada di ready queue yang mengantri untuk dialokasikan ke CPU. Terdapat berbagai macam algoritma, antara lain: a. First Come First Serve. Algoritma ini mendahulukan proses yang lebih dulu datang. Kelemahannya, waiting time rata-rata cukup lama. b. Shortest Job First. Algoritma ini mendahulukan proses dengan CPU burst terkecil sehingga akan mengurangi waiting time rata-rata. c. Priority Scheduling. Algoritma ini mendahulukan prioritas terbesar. Kelemahannya, prioritas kecil tidak mendapat jatah CPU Hal ini dapat diatasi dengan aging yaitu semakin lama lama menunggu, prioritas semakin tinggi. d. Round Robin. Algoritma ini menggilir proses-proses yang ada diantrian dengan jatah time quantum yang sama. Jika waktu habis, CPU dialokasikan ke proses selanjutnya. e. Multilevel Queue. Algoritma ini membagi beberapa antrian yang akan diberi prioritas berdasarkan tingkatan. Tingkatan lebih tinggi menjadi prioritas utama. f. Multilevel Feedback Queue. Pada dasarnya sama dengan Multilevel Queue, yang membedakannya adalah pada algoritma ini diizinkan untuk pindah antrian. Keenam algoritma penjadwalan memiliki karakteristik beserta keunggulan dan kelemahannya masing-masing. Namun, Multilevel Feedback Queue Scheduling sebagai algoritma yang paling kompleks, adalah algoritma yang paling banyak digunakan saat ini.

Rujukan [Silberschatz2005] Avi Silberschatz, Peter Galvin, dan Grag Gagne. 2005. Operating Systems Concepts. Seventh Edition. John Wiley & Sons. [Scheduling] Moonbase. 1991. Scheduling– http://moonbase.wwc.edu/~aabyan/352/Scheduling.html . Diakses 20 Februari 2007. 100

Rangkuman

101

102

Bab 15. Penjadwalan Prosesor Jamak 15.1. Pendahuluan Untuk mempertinggi kinerja, kehandalan, kemampuan komputasi, paralelisme, dan keekonomisan dari suatu sistem, tambahan prosesor dapat diimplementasikan ke dalam sistem tersebut. Sistem seperti ini disebut dengan sistem yang bekerja dengan banyak prosesor (prosesor jamak atau multiprocessor ). Seperti halnya pada prosesor tunggal, prosesor jamak juga membutuhkan penjadwalan. Namun pada prosesor jamak, penjadwalannya jauh lebih kompleks daripada prosesor tunggal karena pada prosesor jamak memungkinkan adanya load sharing antar prosesor yang menyebabkan penjadwalan menjadi lebih kompleks namun kemampuan sistem tersebut menjadi lebih baik. Oleh karena itu, kita perlu mempelajari penjadwalan pada prosesor jamak berhubung sistem dengan prosesor jamak akan semakin banyak digunakan karena kemampuannya yang lebih baik dari sistem dengan prosesor tunggal. Ada beberapa jenis dari sistem prosesor jamak, namun yang akan dibahas dalam bab ini adalah penjadwalan pada sistem prosesor jamak yang memiliki fungsi- fungsi prosesor yang identik (homogenous).

15.2. Penjadwalan Master/Slave Pendekatan pertama untuk penjadwalan prosesor jamak adalah penjadwalan asymmetric multiprocessing atau bisa disebut juga sebagai penjadwalan master/slave. Dimana pada metode ini hanya satu prosesor(master) yang menangani semua keputusan penjadwalan, pemrosesan M/K, dan aktivitas sistem lainnya dan prosesor lainnya (slave) hanya mengeksekusi proses. Metode ini sederhana karena hanya satu prosesor yang mengakses struktur data sistem dan juga mengurangi data sharing. Dalam teknik penjadwalan master/slave, satu prosesor menjaga status dari semua proses dalam sistem dan menjadwalkan kinerja untuk semua prosesor slave. Sebagai contoh, prosesor master memilih proses yang akan dieksekusi, kemudian mencari prosesor yang available, dan memberikan instruksi Start processor. Prosesor slave memulai eksekusi pada lokasi memori yang dituju. Saat slave mengalami sebuah kondisi tertentu seperti meminta M/K, prosesor slave memberi interupsi kepada prosesor master dan berhenti untuk menunggu perintah selanjutnya. Perlu diketahui bahwa prosesor slave yang berbeda dapat ditujukan untuk suatu proses yang sama pada waktu yang berbeda.

Gambar 15.1. Multiprogramming dengan multiprocessor

Gambar di atas mengilustrasikan perilaku dari multiprocessor yang digunakan untuk multiprogramming Beberapa proses terpisah dialokasikan di dalam memori. Ruang alamat proses terdiri dari halaman-halaman sehingga hanya sebagian saja dari proses tersebut yang berada dalam memori pada satu waktu. Hal ini memungkinkan banyak proses dapat aktif dalam sistem. 103

Affinity dan Load Ballancing

15.3. Penjadwalan SMP Penjadwalan SMP (Symmetric multiprocessing) adalah pendekatan kedua untuk penjadwalan prosesor jamak. Dimana setiap prosesor menjadwalkan dirinya sendiri (self scheduling). Semua proses mungkin berada pada antrian ready yang biasa, atau mungkin setiap prosesor memiliki antrian ready tersendiri. Bagaimanapun juga, penjadwalan terlaksana dengan menjadwalkan setiap prosesor untuk memeriksa antrian ready dan memilih suatu proses untuk dieksekusi. Jika suatu sistem prosesor jamak mencoba untuk mengakses dan meng-update suatu struktur data, penjadwal dari prosesor-prosesor tersebut harus diprogram dengan hati-hati; kita harus yakin bahwa dua prosesor tidak memilih proses yang sama dan proses tersebut tidak hilang dari antrian. Secara virtual, semua sistem operasi modern mendukung SMP, termasuk Windows XP, Windows 2000, Solaris, Linux, dan Mac OS X.

15.4. Affinity dan Load Ballancing Affinity Data yang paling sering diakses oleh beberapa proses akan memadati cache pada prosesor,sehingga akses memori yang sukses biasanya terjadi di memori cache. Namun, jika suatu proses . berpindah dari satu prosesor ke prosesor lainnya akan mengakibatkan isi dari cache memori yang dituju menjadi tidak valid, sedangkan cache memori dari prosesor asal harus disusun kembali populasi datanya. Karena mahalnya invalidating dan re-populating dari cache, kebanyakan sistem SMP mencoba untuk mencegah migrasi proses antar prosesor sehingga menjaga proses tersebut untuk berjalan di prosesor yang sama. Hal ini disebut afinitas prosesor (processor affinity). Ada dua jenis afinitas prosesor, yakni: • Soft affinity yang memungkinkan proses berpindah dari satu prosesor ke prosesor yang lain, dan • Hard affinity yang menjamin bahwa suatu proses akan berjalan pada prosesor yang sama dan tidak berpindah. Contoh sistem yang menyediakan system calls yang mendukung hard affinity adalah Linux.

Load Balancing Dalam sistem SMP, sangat penting untuk menjaga keseimbangan workload antara semua prosesor untuk memaksimalkan keuntungan memiliki multiprocessor. Jika tidak, mungkin satu atau lebih prosesor idle disaat prosesor lain harus bekerja keras dengan workload yang tinggi. Load balancing adalah usaha untuk menjaga workload terdistribusi sama rata untuk semua prosesor dalam sistem SMP. Perlu diperhatikan bahwa load balancing hanya perlu dilakukan pada sistem dimana setiap prosesor memiliki antrian tersendiri(private queue) untuk proses-proses yang berstatus ready. Pada sistem dengan antrian yang biasa (common queue), load balancing tidak diperlukan karena sekali prosesor menjadi idle, prosesor tersebut segera mengerjakan proses yang dapat dilaksanakan dari antrian biasa tersebut. Perlu juga diperhatikan bahwa pada sebagian besar sistem operasi kontemporer mendukung SMP, jadi setiap prosesor bisa memiliki private queue. Ada dua jenis load balancing, yakni: • Push migration, pada kondisi ini ada suatu task spesifik yang secara berkala memeriksa load dari tiap-tiap prosesor. Jika terdapat ketidakseimbangan, maka dilakukan perataan dengan memindahkan( pushing) proses dari yang kelebihan muatan ke prosesor yang idle atau yang memiliki muatan lebih sedikit. • Pull migration, kondisi ini terjadi saat prosesor yang idle menarik(pulling ) proses yang sedang menunggu dari prosesor yang sibuk. Kedua pendekatan tersebut tidak harus mutually exclusive dan dalam kenyataannya sering diimplementasikan secara paralel pada sistem load-balancing. Keuntungan dari affinity berlawanan dengan keuntungan dari load balancing, yaitu keuntungan menjaga suatu proses berjalan pada satu prosesor yang sama dimana proses dapat memanfaatkan data yang sudah ada pada memori cache prosesor tersebut berkebalikan dengan keuntungan menarik atau memindahkan proses dari satu prosesor ke prosesor lain. Dalam kasus system engineering, tidak ada aturan tetap keuntungan yang mana yang lebih baik. Walaupun pada beberapa sistem, 104

Symetric Multithreading

prosesor idle selalu menarik proses dari prosesor non-idle sedangkan pada sistem yang lain, proses dipindahkan hanya jika terjadi ketidakseimbangan yang besar antara prosesor.

15.5. Symetric Multithreading Sistem SMP mengizinkan beberapa thread untuk berjalan secara bersamaan dengan menyediakan banyak physical processor. Ada sebuah strategi alternatif yang lebih cenderung untuk menyediakan logical processor daripada physical processor . Strategi ini dikenal sebagai SMT (Symetric Multithreading). SMT juga biasa disebut teknologi hyperthreading dalam prosesor intel. Ide dari SMT adalah untuk menciptakan banyak logical processor dalam suatu physical processor yang sama dan mempresentasikan beberapa prosesor kepada sistem operasi. Setiap logical processor mempunyai state arsitekturnya sendiri yang mencangkup general purpose dan machine state register. Lebih jauh lagi, setiap logical prosesor bertanggung jawab pada penanganan interupsinya sendiri, yang berarti bahwa interupsi cenderung dikirimkan ke logical processor dan ditangani oleh logical processor bukan physical processor. Dengan kata lain, setiap logical processor men- share resource dari physical processor-nya, seperti chace dan bus.

Gambar 15.2. Symetric Multithreading

Gambar di atas mengilustrasikan suatu tipe arsitektur SMT dengan dua physical processor dengan masing-masing punya dua logical processor. Dari sudut pandang sistem operasi, pada sistem ini terdapat empat prosesor. Perlu diketahui bahwa SMT adalah fitur yang disediakan dalam hardware, bukan software, sehingga hardware harus menyediakan representasi state arsitektur dari setiap logical processor sebagaimana representasi dari penanganan interupsinya. Sistem operasi tidak perlu didesain khusus jika berjalan pada sistem SMT, akan tetapi performa yang diharapkan tidak selalu terjadi pada sistem operasi yang berjalan pada SMT. Misalnya, suatu sistem memiliki 2 physical processor, keduanya idle, penjadwal pertama kali akan lebih memilih untuk membagi thread ke physical processor daripada membaginya ke logical processor dalam physical processor yang sama, sehingga logical processor pada satu physical processor bisa menjadi sibuk sedangkan physical processor yang lain menjadi idle.

15.6. Multicore Multicore microprocessor adalah kombinasi dua atau lebih prosesor independen kedalam sebuah integrated circuit (IC). Umumnya, multicore mengizinkan perangkat komputasi untuk memeragakan suatu bentuk thread level paralelism (TLP) tanpa mengikutsertakan banyak prosesor terpisah. TLP lebih dikenal sebagai chip-level multiprocessing .

105

Pengaruh multicore terhadap software

Gambar 15.3. Chip CPU dual-core

Keuntungan: • Meningkatkan performa dari operasi cache snoop (bus snooping) . Bus snooping adalah suatu teknik yang digunakan dalam sistem pembagian memori terdistribusi dan multiprocessor yang ditujukan untuk mendapatkan koherensi pada cache. Hal ini dikarenakan sinyal antara CPU yang berbeda mengalir pada jarak yang lebih dekat, sehingga kekuatan sinyal hanya berkurang sedikit. Sinyal dengan kualitas baik ini memungkinkan lebih banyak data yang dikirimkan dalam satu periode waktu dan tidak perlu sering di-repeat . • Secara fisik, desain CPU multicore menggunakan ruang yang lebih kecil pada PCB (Printed Circuit Board) dibanding dengan desain multichip SMP • Prosesor dual-core menggunakan sumber daya lebih kecil dibanding sepasang prosesor dual-core • Desain multicore memiliki resiko design error yang lebih rendah daripada desain single-core Kerugian: • Dalam hal sistem operasi, butuh penyesuaian kepada software yang ada untuk memaksimalkan kegunaan dari sumberdaya komputasi yang disediakan oleh prosesor multicore. Kemampuan prosesor multicore untuk meningkatkan performa aplikasi juga bergantung pada penggunaan banyaknya thread dalam aplikasi tersebut. • Dari sudut pandang arsitektur, pemanfaatan daerah permukaan silikon dari desain single-core lebih baik daripada desain multicore. • Pengembangan chip multicore membuat produksinya menjadi menurun karena semakin sulitnya pengaturan suhu pada chip yang padat.

Pengaruh multicore terhadap software Keuntungan software dari arsitektur multicore adalah kode-kode dapat dieksekusi secara paralel. Dalam sistem operasi, kode-kode tersebut dieksekusi dalam thread-thread atau proses-proses yang terpisah. Setiap aplikasi pada sistem berjalan pada prosesnya sendiri sehingga aplikasi paralel akan mendapatkan keuntungan dari arsitektur multicore. Setiap aplikasi harus tertulis secara spesifik untuk memaksimalkan penggunaan dari banyak thread. Banyak aplikasi software tidak dituliskan dengan menggunakan thread-thread yang concurrent karena kesulitan dalam pembuatannya. Concurrency memegang peranan utama dalam aplikasi paralel yang sebenarnya. Langkah-langkah dalam mendesain aplikasi paralel adalah sebagai berikut: • Partitioning. Tahap desain ini dimaksudkan untuk membuka peluang awal pengeksekusian 106

Rangkuman

secara paralel. Fokus dari tahap ini adalah mempartisi sejumlah besar tugas dalam ukuran kecil dengan tujuan menguraikan suatu masalah menjadi butiran-butiran kecil. • Communication. Tugas-tugas yang telah terpartisi diharapkan dapat langsung dieksekusi secara paralel tapi tidak bisa, karena pada umumnya eksekusi berjalan secara independen. Pelaksanaan komputasi dalam satu tugas membutuhkan asosiasi data antara masing-masing tugas. Data kemudian harus berpindah-pindah antar tugas dalam melangsungkan komputasi. Aliran informasi inilah yang dispesifikasi dalam fase communication . • Agglomeration. Pada tahap ini kita pindah dari sesuatu yang abstrak ke yang konkret. Kita tinjau kembali kedua tahap diatas dengan tujuan untuk mendapatkan algoritma pengeksekusian yang lebih efisien. Kita pertimbangkan juga apakah perlu untuk menggumpalkan (agglomerate) tugas-tugas pada fase partition menjadi lebih sedikit, dengan masing-masing tugas berukuran lebih besar. • Mapping. Dalam tahap yang keempat dan terakhir ini, kita menspesifikasi dimana setiap tugas akan dieksekusi. Masalah mapping ini tidak muncul pada uniprocessor yang menyediakan penjadwalan tugas. Pada sisi server, prosesor multicore menjadi ideal karena server mengizinkan banyak user untuk melakukan koneksi ke server secara simultan. Oleh karena itu, Web server dan application server mempunyai throughput yang lebih baik.

15.7. Rangkuman Penjadwalan asymmetric multiprocessing atau penjadwalan master/slave menangani semua keputusan penjadwalan, pemrosesan M/K, dan aktivitas sistem lainnya hanya dengan satu prosesor (master). Dan prosesor lainnya (slave) hanya mengeksekusi proses. SMP (Symmetric multiprocessing) adalah pendekatan kedua untuk penjadwalan prosesor jamak. Dimana setiap prosesor menjadwal dirinya sendiri (self scheduling). Load balancing adalah usaha untuk menjaga workload terdistribusi sama rata untuk semua prosesor dalam sistem SMP. Load balancing hanya perlu untuk dilakukan pada sistem dimana setiap prosesor memiliki antrian tersendiri(private queue) untuk proses-proses yang akan dipilih untuk dieksekusi. Ada dua jenis load balancing: push migration dan pull migration. Pada push migration, ada suatu task spesifik yang secara berkala memeriksa load dari tiap-tiap prosesor, jika terdapat ketidakseimbangan, maka dilakukan perataan dengan memindahkan(pushing) proses dari yang kelebihan muatan ke prosesor yang idle atau yang memiliki muatan lebih sedikit. Pull migration terjadi saat prosesor yang idle menarik (pulling) proses yang sedang menunggu dari prosesor yang sibuk. Kedua pendekatan tersebut tidak harus mutually exclusive dan dalam kenyataannya sering diimplementasikan secara paralel pada sistem load-balancing. Afinitas prosesor (processor affinity) adalah pencegahan migrasi proses antar prosesor sehingga menjaga proses tersebut tetap berjalan di prosesor yang sama. Ada dua jenis afinitas prosesor, yakni soft affinity dan hard affinity. Pada situasi soft affinity ada kemungkinan proses berpindah dari satu prosesor ke prosesor yang lain. Sedangkan hard affinity menjamin bahwa suatu proses akan berjalan pada prosesor yang sama dan tidak berpindah. Contoh sistem yang menyediakan system calls yang mendukung hard affinity adalah Linux. SMT (Symetric Multithreading) adalah strategi alternatif untuk menjalankan beberapa thread secara bersamaan. SMT juga biasa disebut teknologi hyperthreading dalam prosesor intel. Multicore microprocessor adalah kombinasi dua atau lebih independent processor kedalam sebuah integrated circuit(IC). Multicore microprocessosor mengizinkan perangkat komputasi untuk memeragakan suatu bentuk thread level parallelism (TLP) tanpa mengikutsertakan banyak microprocessor pada paket terpisah. TLP lebih dikenal sebagai chip-level multiprocessing.

Rujukan [Silberschatz2002] Abraham Silberschatz, Peter Galvin, dan Greg Gagne. 2002. Applied Operating Systems. Sixth Edition. John Wiley & Sons. 107

Rangkuman

[Silberschatz2005] Avi Silberschatz, Peter Galvin, dan Grag Gagne. 2005. Operating Systems Concepts. Seventh Edition. John Wiley & Sons. [WEBWiki2007] Wikipedia. 2007. Multicore(Computing) – http://en.wikipedia.org/wiki/Multicore . Diakses 27 Februari 2007.

108

Bab 16. Evaluasi dan Ilustrasi 16.1. Pendahuluan Seperti yang sudah dijelaskan di bab sebelumnya, terdapat banyak algoritma penjadwalan CPU. Pertanyaan yang muncul selanjutnya adalah bagaimana memilih algoritma penjadwal untuk suatu sistem. Untuk memilihnya, pertama kita harus mengetahui kriteria algoritma penjadwal yang baik. Kriteria ini bisa mencakup hal berikut: • Memaksimalkan penggunaan CPU dengan batasan response time maksimum adalah satu detik. • Memaksimalkan throughput sehingga rata-rata turnaround time berbanding lurus dengan total waktu eksekusi. Dengan mempertimbangkan kriteria itu, kita bisa mengevaluasi algoritma penjadwalan dengan berbagai metode-metode yang akan dijelaskan dalam bab ini.

16.2. Deterministic Modelling Salah satu metode evaluasi adalah evaluasi analitik, yaitu menggunakan algoritma yang sudah ada dan workload dari sistem untuk menghasilkan suatu formula yang menggambarkan performance suatu algoritma. Salah satu tipe evaluasi analitik ini adalah deterministic modelling. Model ini menggunakan workload yang sudah diketahui dan melihat performance algoritma dalam menjalankan workload tersebut. Untuk dapat memahami deterministic modelling ini, kita gunakan sebuah contoh. Misalkan lima proses datang pada waktu yang bersamaan dengan urutan sebagai berikut:

Tabel 16.1. Contoh Proses

Burst Time

P1

10

P2

29

P3

3

P4

7

P5

12

Dengan deterministic modelling kita membandingkan performance algoritma dalam mengekseskusi proses-proses di atas. Eksekusi proses dengan algoritma First Come First Serve (FCFS), Shortest Job First (SJF), dan Round Robin (RR) digambarkan pada Gambar 16.1, “Perbandingan dengan Deterministic Modelling”. Dari average waiting time-nya, dapat dilihat bahwa untuk kasus ini algoritma SJF memberikan hasil yang paling baik, yaitu average waiting time-nya paling kecil. Deterministic modelling ini memungkinkan kita membandingkan performance algoritma dengan cepat dan sederhana karena kita bisa melihat perbandingannya langsung dari angka yang dihasilkan. Namun, model ini hanya berlaku untuk kasus tertentu dimana kita bisa mengetahui angka pasti dari workload yang akan dijadikan input dalam perhitungan. Model ini bisa digunakan untuk memilih algoritma terbaik dimana kita menjalankan program yang sama berulang-ulang dan kebutuhan untuk menjalankan program dapat diukur.

109

Queueing Modelling

Gambar 16.1. Perbandingan dengan Deterministic Modelling

16.3. Queueing Modelling Pada kenyataanya, program atau proses yang dijalankan pada suatu sistem bervariasi dari hari ke hari. Untuk itu, kita tidak bisa menggunakan deterministic modelling untuk membandingkan performance algoritma dengan menentukan kebutuhan proses atau waktu eksekusinya. Yang bisa ditentukan adalah distribusi CPU dan I/O burst. Distribusi ini bisa diukur, lalu kemudian diperkirakan atau diestimasikan, sehingga bisa didapatkan formula yang menjelaskan probabilitas CPU burst. Kita juga bisa menentukan distribusi waktu kedatangan proses dalam sistem. Dua distribusi tersebut memungkinkan kita menghitung throughputrata-rata, penggunaan CPU, waiting time, dan lain-lain. Salah satu pemanfaatan metode di atas dengan menggunakan queueing-network analysis dimana kita menganggap sistem komputer sebagai jaringan server-server. Setiap server memiliki antrian proses-proses. CPU adalah server yang memiliki ready queue, yaitu antrian proses-proses yang menunggu untuk diekseskusi dan sistem M/K adalah server yang memiliki device queue, yaitu antrian M/K device yang menunggu untuk dilayani. Misalnya diketahui n sebagai panjang antrian rata-rata (banyaknya proses yang berada dalam antrian), W sebagai waktu tungggu rata-rata yang dialami proses dalam antrian, dan sebagai kecepatan rata-rata kedatangan proses baru ke antrian (banyaknya proses baru yang datang per detik). Pada sistem yang berada dalam "steady state", jumlah proses yang meninggalkan antrian pasti sama dengan yang proses yang datang. Dengan demikian, kita bisa gunakan persamaan yang dikenal dengan Formula Little berikut ini: n=

xW

n: panjang antrian W: waktu tunggu rata-rata dalam antrian 110

Simulasi

: kecepatan rata-rata kedatangan proses baru Formula Little ini valid untuk semua algoritma penjadwalan dan distribusi kedatangan proses. Sebagai contoh, jika kita mengetahui rata-rata 7 proses datang setiap detik, dan normalnya ada 14 proses dalam antrian, maka kita bisa menghitung waktu tunggu rata-rata proses dalam antrian (W) sebagai berikut: = 7 proses/detik n= 14 proses maka W= n/ = 14/7= 2 detik per proses. Queueing analysis ini bisa digunakan untuk membandingkan algoritma penjadwalan, tapi memiliki beberapa keterbatasan. Jenis algoritma distribusi yang bisa ditangani model ini terbatas dan pada algoritma atau distribusi yang kompleks, akan sulit untuk menggunakan model ini. Karena perhitungannya akan sangat rumit dan tidak realistis. Selain itu, kita juga perlu menggunakan asumsi yang mungkin saja tidak akurat. Model ini seringkali hanya memberi perkiraan dan keakuratan hasil perhitungannya dipertanyakan.

16.4. Simulasi Untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat dari evaluasi algoritma penjadwalan, bisa digunakan simulasi. Simulasi ini dibuat dengan memprogram sebuah model dari sistem komputer. Simulatornya memiliki variabel yang merepresentasikan clock. Jika nilai dari variabel ini bertambah, simulator mengubah status dari sistem untuk menggambarkan aktivitas proses, device, dan penjadwal. Selama simulatornya berjalan, data-data statistik mengenai performance algoritma dikumpulkan dan dicetak. Untuk menjalakan simulator ini diperlukan data yang merepresentasikan aktivitas sistem seperti proses, CPU burst, dan lain-lain. Biasanya data ini dibuat dengan random-number generator dengan memanfaatkan distribusi probabilitas seperti distribusi Poisson, eksponensial, dan lain-lain. Tapi menjalankan simulasi dengan data yang dihasilkan dari distribusi ini bisa saja tidak akurat, karena dari distribusi hanya diketahui frekuensi atau berapa kali suatu kejadian muncul. Distribusi ini tidak memperhatikan urutan kejadiannya. Untuk mengatasi masalah itu, digunakan trace tapes . Cara membuat trace tapes adalah dengan mengamati dan merekam aktivitas sistem yang sesungguhnya. Dengan ini, kita bisa menjalankan simulator dengan urutan data dari events yang sebenarnya. Cara ini cukup efektif dan bisa memberikan hasil yang akurat. Berikut ini adalah ilustrasi evaluasi algoritma penjadwalan dengan simulasi:

Gambar 16.2. Evaluasi Algoritma Penjadwalan dengan Simulasi

Urutan eksekusi proses direkam dengan trace tapes, kemudian simulator menjalankan simulasi penjadwalan proses-proses tersebut dengan berbagai macam algoritma penjadwalan. Simulasi ini kemudian menghasilkan catatan mengenai performance dari setiap algoritma penjadwalan tersebut. Dengan membandingkan catatan performance itu, pengguna bisa mencari algoritma penjadwalan 111

Implementasi

yang paling baik. Meskipun memberikan hasil yang akurat, simulasi ini bisa saja memerlukan waktu yang besar dan biaya yang mahal. Trace tapes juga membutuhkan ruang penyimpanan yang besar di memori. Mendesain, memprogram, dan men-debug simulator juga adalah sebuah pekerjaan yang besar.

16.5. Implementasi Simulasi bahkan memiliki keakuratan yang terbatas. Satu-satunya cara yang paling akurat untuk mengevaluasi algoritma penjadwalan adalah dengan langsung membuat programnya, masukkan ke dalam sistem operasi, dan lihat bagaimana ia bekerja. Dengan ini, algoritma yang akan dievaluasi ditempatkan dan dijalankan di sistem yang sebenarnya. Implementasi ini membutuhkan biaya yang besar. Selain mahal, kesulitannya antara lain: • Memprogram algoritmanya. • Memodifikasi sistem operasi agar bisa mendukung algoritma tersebut. • Reaksi pengguna akan sistem operasi yang terus berubah secara konstan karena pengguna tidak peduli dengan pengembangan sistem operasi. Pengguna hanya ingin proses yang dijalankannya dapat diselesaikan dengan cepat. • Environment dimana program dijalankan akan berubah. Perubahan environment ini bukan hanya perubahan wajar sebagaimana yang terjadi jika program baru ditulis dan tipe-tipe masalah berubah, tapi juga perubahan performance dari penjadwal. Pengguna (dalam hal ini programmer) bisa memodifikasi programnya untuk memanipulasi penjadwalan. Misalnya sebuah komputer dikembangkan dengan pengklasifikasian proses menjadi interaktif dan non-interaktif berdasarkan jumlah terminal M/K yang digunakan proses. Jika dalam interval satu detik suatu proses tidak menggunakan terminal M/K untuk masukan atau keluaran, maka proses itu dikategorikan proses non-interaktif dan dipindahkan ke antrian yang prioritasnya lebih rendah. Dengan sistem seperti ini, bisa saja seorang programmer memodifikasi programnya -yang bukan program interaktif- untuk menulis karakter acak ke terminal dalam interval kurang dari satu detik. Dengan demikian, programnya akan dianggap program interaktif dan mendapat prioritas tinggi, meskipun sebenarnya output yang diberikan ke terminal tidak memiliki arti. Bagaimanapun, algoritma penjadwalan yang paling fleksibel adalah yang bisa berganti-ganti atau diatur sesuai kebutuhan. Misalnya komputer yang memiliki kebutuhan grafis tinggi akan memiliki algoritma penjadwalan yang berbeda dengan komputer server. Beberapa sistem operasi seperti UNIX memungkinkan system manager untuk mengatur penjadwalan berdasarkan konfigurasi sistem tertentu.

16.6. Ilustrasi: Linux Mulai di versi 2.5, Kernel linux dapat berjalan di berbagai algoritma penjadwalan UNIX tradisional. Dua masalah dengan penjadwal UNIX tradisional adalah tidak disediakannya dukungan yang cukup untuk SMP (symmetric multiprocessor) sistem dan tidak diperhitungkan dengan baik jumlah tasks pada sistem yang berkembang. Dalam versi 2.5, penjadwal memeriksa dengan teliti hal tersebut, dan sekarang kernel juga menyajikan algoritma penjadwalan yang dapat run dalam waktu yang konstan tidak tergantung dari jumlah tasks dalam sistem. Penjadwal yang baru juga menyediakan peningkatan dukungan untuk SMP, termasuk processor affinity dan load balancing, sebaik dalam menyediakan keadilan dan dukungan terhadap interactive tasks. Penjadwal linux adalah preemptive, algoritmanya berdasarkan prioritas dengan dua range prioritas yang terpisah: real-time range dari 0-99 dan nice value berkisar dari 100-140. Dua range ini dipetakan menjadi global priority scheme dimana nilai yang lebih rendah memiliki prioritas yang lebih tinggi. Tidak seperti penjadwal yang lain, Linux menetapkan prioritas yang lebih tinggi memiliki waktu kuantum yang lebih panjang dan prioritas yang lebih rendah memiliki waktu kuantum yang lebih pendek. Linux mengimplementasikan real time scheduling seperti yang didefinisikan oleh POSIX 1.b: First Come First Served dan Round Robin. Sistem waktu nyata(real time)diberikan untuk task yang prioritasnya tetap. Sedangkan task yang lainnya memiliki prioritas yang dinamis berdasakan nice 112

Ilustrasi: Linux

values ditambah atau dikurangi dengan 5. Interaktifitas sebuah task menentukan apakah nilai 5 tersebut akan ditambah atau dikurangi dari nice value. Task yang lebih interaktif mempunyai ciri khas memiliki sleep times yang lebih lama dan karena itu maka ditambah dengan -5, karena penjadwal lebih menyukai interactive task. Hasil dari pendekatan ini akan membuat prioritas untuk interactive task lebih tinggi. Sebaliknya, task dengan sleep time yang lebih pendek biasanya lebih CPU-bound jadi prioritasnya lebih rendah.

Gambar 16.3. Hubungan antara prioritas dan waktu kuantum

Task yang berjalan memenuhi syarat untuk dieksekusi oleh CPU selama time slice-nya masih ada. Ketika sebuah task telah kehabisan time slice-nya, maka task tersebut akan expired dan tidak memenuhi syarat untuk dieksekusi lagi sampai semua task yang lain sudah habis waktu kuantumnya. Kernel mengatur daftar semua task yang berjalan di runqueue data structure. Karena dukungan Linux untuk SMP, setiap prossesor mengatur runqueue mereka sendiri dan penjadwalan yang bebas. Setiap runqueue terdiri dari dua array prioritas -active dan expired. Active array terdiri dari semua task yang mempunyai sisa waktu time slices, dan expired array terdiri dari task yang telah berakhir. Setiap array prioritas ini memiliki daftar task indexed berdasakan prioritasnya. Penjadwal memilih task dengan prioritas paling tinggi di active array untuk dieksekusi dalam CPU. Di mesin multiprossesor, ini berarti setiap prossesor menjadwalkan prioritas paling tinggi dalam runqueue structure masing-masing. Ketika semua task telah habis time slices-nya (dimana, active array-nya sudah kosong), dua array prioritas bertukar; expired array menjadi active array, dan sebaliknya.

Gambar 16.4. Daftar task indexed berdasarkan prioritas

Penghitungan ulang dari task yang memiliki prioritas yang dinamis berlangsung ketika task telah 113

Ilustrasi: Solaris

menyelesaikan waktu kuantumnya dan akan dipindahkan ke expired array. Jadi, ketika ada dua larik (array) ditukar, semua task di array aktif yang baru ditentukan prioritasnya yang baru dan disesuaikan juga time slices-nya.

16.7. Ilustrasi: Solaris Solaris menggunakan penjadwalan berdasarkan prioritas dimana yang mempunyai prioritas yang lebih tinggi dijalankan terlebih dahulu. Informasi tentang penjadwalan kernel thread dapat dilihat dengan ps -elcL. Kernel Solaris adalah fully preemtible, artinya semua thread, termasuk thread yang mendukung aktifitas kernel itu sendiri dapat ditunda untuk menjalankan thread dengan prioritas yang lebih tinggi.

Gambar 16.5. Penjadwalan Solaris

Solaris mengenal 170 prioritas yang berbeda, 0-169. Terbagi dalam 4 kelas penjadwalan yang berbeda: 1. Real time (RT). Thread di kelas RT memiliki prioritas yang tetap dengan waktu kuantum yang tetap juga. Thread ini memiliki prioritas yang tinggi berkisar antara 100-159. Hal inilah yang membuat proses waktu nyata memiliki response time yang cepat. Proses waktu nyata akan dijalankan sebelum proses-proses dari kelas yang lain dijalankan sehingga dapat menghentikan proses di system class. Pada umumnya, hanya sedikit proses yang merupakan real time class. 2. System (SYS). Solaris menggunakan system class untuk menjalankan kernel proses, seperti penjadwalan dan paging daemon. Threads di kelas ini adalah "bound" threads, berarti bahwa mereka akan dijalankan sampai mereka di blok atau prosesnya sudah selesai. Prioritas untuk SYS threads berkisar 60-99. Sekali dibangun, prioritas dari sistem proses tidak dapat dirubah. System class dialokasikan untuk kernel use (user proses berjalan di kernel mode bukan di system class). 3. Time Sharing (TS). Time sharing class merupakan default class untuk proses dan kernel thread yang bersesuaian. Time slices masing-masing proses dibagi berdasarkan prioritasnya. Dalam hal ini, prioritas berbanding terbalik dengan time slices-nya. Untuk proses yang prioritasnya tinggi mempunyai time-slices yang pendek, dan sebaliknya proses dengan prioritas yang rendah mempunyai time slices yang lebih panjang. Besar prioritasnya berada antara 0-59. Proses yang interaktif berada di prioritas yang tinggi sedangkan proses CPU-bound mempunyai prioritas yang rendah. Aturan penjadwalan seperti ini memberikan response time yang baik untuk proses yang interaktif, dan troughput yang baik untuk proses CPU-bound. 4. Interactive (IA). Kelas Interaktif menggunakan aturan yang sama dengan aturan dengan kelas kelas time sharing, tetapi kelas ini memberikan prioritas yang tinggi untuk aplikasi jendela 114

Rangkuman

windowing application) sehingga menghasilkan performance yang lebih baik. Seperti TS, range IA berkisar 0-59.

Tabel 16.2. Solaris dispatch table for interactive and time sharing threads Priority

Time quantum

Time quantum expired

return from sleep

0

200

0

50

5

200

0

50

10

160

0

51

15

160

5

51

20

120

10

52

25

120

15

52

30

80

20

53

35

80

25

54

40

40

30

55

45

40

35

56

50

40

40

58

55

40

45

58

59

20

49

59

Keterangan: • Priority: prioritas berdasarkan kelas untuk time sharing dan interactive class. Nomor yang lebih tinggi menunjukkan prioritas yang lebih tinggi. • Time quantum: waktu kuantum untuk setiap prioritas. Dapat diketahui bahwa fungsi waktu kuantum berbanding terbalik dengan prioritasnya. • Time quantum expired: Prioritas terbaru untuk thread yang telah habis time slices-nya tanpa diblok. Dapat dilihat dari tabel bahwa thread yang CPU-bound tetap mempunyai prioritas yang rendah. • Return from sleep: Prioritas thread yang kembali dari sleeping (misalnya menunggu dari M/K). Seperti yang terlihat dari tabel ketika M/K berada di waiting thread, prioritasnya berada antara 50-59, hal ini menyebabkan response time yang baik untuk proses yang interaktif. 5. Fixed Priority (FX). Thread di kelas fixed priority memiliki range prioritas (0-59) yang sama seperti di time-sharing class; tetapi, prioritas mereka tidak akan berubah. 6. Fair Share Scheduler (FSS). Thread yang diatur oleh FSS dijadwalkan berdasar pembagian sumber daya dari CPU yang tersedia dan dialokasikan untuk himpunan proses-proses (yang dikenal sebagai project). FS juga berkisar 0-59. FSS and FX baru mulai diimplementasikan di Solaris 9. Seperti yang telah diketahui, setiap kelas penjadwalan mempunyai himpunan dari prioritas-prioritas. Tetapi, penjadwal mengubah class-specific priorities menjadi global priorities kemudian memilih thread dengan prioritas paling tinggi untuk dijalankan. Thread yang dipilih tersebut jalan di CPU sampai thread tersebut (1) di-block, (2) habis time slices-nya, atau (3) dihentikan oleh thread dengan prioritas yang lebih tinggi. Jika ada beberapa thread dengan prioritas yang sama, penjadwal akan menggunakan Round-Robin queue. Seperti yang pernah dijelaskan sebelumnya, Solaris terdahulu menggunakan many-to-many model tetapi solaris 9 berubah menggunakan one-to-one model.

16.8. Rangkuman Cara mengevaluasi algoritma: • Deterministic Modelling: menggunakan perhitungan matematika berdasarkan workload sistem. Sederhana, namun pemakaiannya terbatas. • Queueing Model: menggunakan perhitungan matematika berdasarkan waktu antrian dan waktu kedatangan proses. • Simulasi: membuat model sistem komputer. Cara ini mahal dan membutuhkan kerja besar dalam memprogram. 115

Rangkuman

• Implementasi: langsung mengimplementasi pada sistem sebenarnya. Paling efektif, namun mahal.

Tabel 16.3. Scheduling Priorities in Linux Priorities

Scheduling class

0-99

System Threads, Real time (SCHED_FIFO, SCHED_RR)

100-139

User priorities (SCHED_NORMAL)

Tabel 16.4. Scheduling Priorities in Solaris Priorities

Scheduling class

0-59

Time Shared, Interactive, Fixed, Fair Share Scheduler

60-99

System Class

100-159

Real-Time (note real-time higher than system threads)

160-169

Low level Interrupts

Rujukan [Silberschatz2005] Avi Silberschatz, Peter Galvin, dan Grag Gagne. 2005. Operating Systems Concepts. Seventh Edition. John Wiley & Sons. [WEBIBMNY] IBM Corporation. NY. General Programming Concepts – Writing and Debugging Programs – http://publib16.boulder.ibm.com/ pseries/ en_US/ aixprggd/ genprogc/ ls_sched_subr.htm . Diakses 1 Juni 2006. [WEBIBM1997] IBM Coorporation. 1997. General Programming Concepts: Writing and Debugging Programs – Threads Scheduling http://www.unet.univie.ac.at/ aix/ aixprggd/ genprogc/ threads_sched.htm . Diakses 1 Juni 2006. [WEBLindsey2003] Clark S Lindsey. 2003. Physics Simulation with Java – Thread Scheduling and Priority – http://www.particle.kth.se/ ~fmi/ kurs/ PhysicsSimulation/ Lectures/ 10A/ schedulePriority.html . Diakses 1 Juni 2006. [WEBMooreDrakos1999] Ross Moore dan Nikos Drakos. 1999. Converse Programming Manual – Thread Scheduling Hooks – http://charm.cs.uiuc.edu/ manuals/ html/ converse/ 3_3Thread_ Scheduling_Hooks.html . Diakses 1 Juni 2006. [WEBVolz2003] Richard A Volz. 2003. Real Time Computing – Thread and Scheduling Basics – http://linserver.cs.tamu.edu/ ~ravolz/ 456/ Chapter-3.pdf . Diakses 1 Juni 2006. [WEBPRI2007] Scott Cromar. 2007. Princeton University [Unix Systems]– http://www.princeton.edu/~unix/Solaris/troubleshoot/schedule.html . Diakses 10 maret 2007. [WEBOSL2005] Max Bruning. 2005. A Comparison of Solaris, Linux, and FreeBSD Kernels– http://www.opensolaris.org/ os/ article/ 2005-10-14_ a_comparison_of_solaris__linux_ and_freebsd_kernels/ . Diakses 10 maret 2007.

116

Bagian IV. Proses dan Sinkronisasi Proses, Penjadualan, dan Sinkronisasi merupakan trio yang saling berhubungan, sehingga seharusnya tidak dipisahkan. Bagian yang lalu telah membahas Proses dan Penjadualannya, sehingga bagian ini akan membahas Proses dan Sinkronisasinya.

Bab 17. Konsep Interaksi 17.1. Pendahuluan Dalam bab ini kita akan mengulas bagaimana hubungan antar proses dapat berlangsung, misalnya bagaimana beberapa proses dapat saling berkomunikasi dan bekerja sama, pengertian sinkronasi dan penyangga, sistem client-server dan RPC, serta penyebab deadlock dan starvation. Sinkronisasi diperlukan untuk menghindari terjadinya ketidakkonsistenan data akibat adanya akses data secara konkuren. Proses-proses disebut konkuren jika proses-proses itu ada dan berjalan pada waktu yang sama, proses-proses konkuren ini bisa bersifat independen atau bisa juga saling berinteraksi. Proses-proses konkuren yang saling berinteraksi memerlukan sinkronisasi agar terkendali dan juga menghasilkan output yang benar.

17.2. Komunikasi Antar Proses Sistem Berbagi Memori Sistem Berbagi Memori atau yang disebut juga sebagai Shared Memory System merupakan salah satu cara komunikasi antar proses dengan cara mengalokasikan suatu alamat memori untuk dipakai berkomunikasi antar proses. Alamat dan besar alokasi memori yang digunakan biasanya ditentukan oleh pembuat program. Pada metode ini, sistem akan mengatur proses mana yang akan memakai memori pada waktu tertentu sehingga pekerjaan dapat dilakukan secara efektif.

Sistem Berkirim Pesan Sistem berkirim pesan adalah proses komunikasi antar bagian sistem untuk membagi variabel yang dibutuhkan. Proses ini menyediakan dua operasi yaitu mengirim pesan dan menerima pesan. Ketika dua bagian sistem ingin berkomunikasi satu sama lain, yang harus dilakukan pertama kali adalah membuat sebuah link komunikasi antara keduanya. Setelah itu, kedua bagian itu dapat saling bertukar pesan melalui link komunikasi tersebut. Sistem berkirim pesan sangat penting dalam sistem operasi. Karena dapat diimplementasikan dalam banyak hal seperti pembagian memori, pembagian bus, dan melaksanakan proses yang membutuhkan pengerjaan bersama antara beberapa bagian sistem operasi. Terdapat dua macam cara berkomunikasi, yaitu: 1. Komunikasi langsung. Dalam komunikasi langsung, setiap proses yang ingin berkirim pesan harus mengetahui secara jelas dengan siapa mereka berkirim pesan. Hal ini dapat mencegah pesan salah terkirim ke proses yang lain. Karakteristiknya antara lain: a. Link dapat otomatis dibuat b. Sebuah link berhubungan dengan tepat satu proses komunikasi berpasangan c. Diantara pasangan itu terdapat tepat satu link d. Link tersebut biasanya merupakan link komunikasi dua arah 2. Komunikasi tidak langsung. Berbeda dengan komunikasi langsung, jenis komunikasi ini menggunakan sejenis kotak surat atau port yang mempunyai ID unik untuk menerima pesan. Proses dapat berhubungan satu sama lain jika mereka membagi port mereka. Karakteristik komunikasi ini antara lain: a. Link hanya terbentuk jika beberapa proses membagi kotak surat mereka b. Sebuah link dapat terhubung dengan banyak proses c. Setiap pasang proses dapat membagi beberapa link komunikasi d. Link yang ada dapat merupakan link terarah ataupun link yang tidak terarah

17.3. Sinkronisasi Komunikasi antara proses membutuhkan subroutine untuk mengirim dan menerima data primitif. Terdapat desain yang berbeda-beda dalam implementasi setiap primitif. Pengiriman pesan mungkin 119

Penyangga

dapat diblok (blocking) atau tidak dapat dibloking (nonblocking) - juga dikenal dengan nama sinkron atau asinkron. Ketika dalam keadaan sinkron, terjadi dua kejadian: 1. Blocking send . Pemblokiran pengirim sampai pesan sebelumnya diterima. 2. Blocking receive . Pemblokiran penerima sampai terdapat pesan yang akan dikirim. Sedangkan untuk keadaan asinkron, yang terjadi adalah: 1. Non-blocking send . Pengirim dapat terus mengirim pesan tanpa memperdulikan apakah pesan sebelumnya sampai atau tidak. 2. Non-blocking receive . Penerima menerima semua pesan baik berupa pesan yang valid atau pesan yang salah (null).

17.4. Penyangga Dalam setiap jenis komunikasi, baik langsung atau tidak langsung, penukaran pesan oleh proses memerlukan antrian sementara. Pada dasarnya, terdapat tiga cara untuk mengimplementasikan antrian tersebut: 1. Kapasitas Nol. Antrian mempunyai panjang maksimum nol, sehingga tidak ada penungguan pesan (message waiting). Dalam kasus ini, pengirim harus memblok sampai penerima menerima pesan. 2. Kapasitas Terbatas. Antrian mempunyai panjang yang telah ditentukan, paling banyak n pesan dapat dimasukkan. Jika antrian tidak penuh ketika pesan dikirimkan, pesan yang baru akan menimpa, dan pengirim pengirim dapat melanjutkan eksekusi tanpa menunggu. Link mempunyai kapasitas terbatas. Jika link penuh, pengirim harus memblok sampai terdapat ruang pada antrian. 3. Kapasitas Tak Terbatas. Antrian mempunyai panjang yang tak terhingga, sehingga semua pesan dapat menunggu disini. Pengirim tidak akan pernah di blok.

17.5. Client/Server Dengan makin berkembangnya teknologi jaringan komputer, sekarang ini ada kecenderungan sebuah sistem yang menggunakan jaringan untuk saling berhubungan. Dalam jaringan tersebut, biasanya terdapat sebuah komputer yang disebut server, dan beberapa komputer yang disebut client. Server adalah komputer yang dapat memberikan service ke server, sedangkan client adalah komputer yang mengakses beberapa service yang ada di client. Ketika client membutuhkan suatu service yang ada di server, dia akan mengirim request kepada server lewat jaringan. Jika request tersebut dapat dilaksanakan, maka server akan mengirim balasan berupa service yang dibutuhkan untuk saling berhubungan menggunakan Socket. 1. Karakteristik Server a. Pasif b. Menunggu request c. Menerima request, memproses mereka dan mengirimkan balasan berupa service 2. Karakteristik Client a. Aktif b. Mengirim request c. Menunggu dan menerima balasan dari server Socket adalah sebuah endpoint untuk komunikasi didalam jaringan. Sepasang proses atau thread berkomunikasi dengan membangun sepasang socket, yang masing-masing proses memilikinya. Socket dibuat dengan menyambungkan dua buah alamat IP melalui port tertentu. Secara umum socket digunakan dalam client/server system, dimana sebuah server akan menunggu client pada port tertentu. Begitu ada client yang menghubungi server maka server akan menyetujui komunikasi dengan client melalui socket yang dibangun. Sebagai contoh sebuah program web browser pada host x (IP 146.86.5.4) ingin berkomunikasi dengan web server (IP 152.118.25.15) yang sedang menunggu pada port 80. Host x akan menunjuk sebuah port. Dalam hal ini port yang digunakan ialah port 1655. Sehingga terjadi sebuah hubungan dengan sepasang socket (146.86.5.4:1655) dengan (152.118.25.15:80).

120

RPC

17.6. RPC Remote Procedure Call (RPC) adalah sebuah metode yang memungkinkan kita untuk mengakses sebuah prosedur yang berada di komputer lain. Untuk dapat melakukan ini sebuah server harus menyediakan layanan remote procedure. Pendekatan yang dilakuan adalah sebuah server membuka socket, lalu menunggu client yang meminta prosedur yang disediakan oleh server. Bila client tidak tahu harus menghubungi port yang mana, client bisa me-request kepada sebuah matchmaker pada sebuah RPC port yang tetap. Matchmaker akan memberikan port apa yang digunakan oleh prosedur yang diminta client. RPC masih menggunakan cara primitif dalam pemrograman, yaitu menggunakan paradigma procedural programming. Hal itu membuat kita sulit ketika menyediakan banyak remote procedure. RPC menggunakan socket untuk berkomunikasi dengan proses lainnya. Pada sistem seperti SUN, RPC secara default sudah ter-install kedalam sistemnya, biasanya RPC ini digunakan untuk administrasi sistem. Sehingga seorang administrator jaringan dapat mengakses sistemnya dan mengelola sistemnya dari mana saja, selama sistemnya terhubung ke jaringan.

17.7. Deadlock dan Starvation Gambar 17.1. Dead Lock

Gambar 17.2. Starvation

1. Deadlock. Deadlock adalah suatu kondisi dimana dua proses atau lebih saling menunggu proses yang lain untuk melepaskan resource yang sedang dipakai. Karena beberapa proses itu saling menunggu, maka tidak terjadi kemajuan dalam kerja proses-proses tersebut. Deadlock adalah masalah yang biasa terjadi ketika banyak proses yang membagi sebuah resource yang hanya boleh dirubah oleh satu proses saja dalam satu waktu. Di kehidupan nyata, deadlock dapat digambarkan dalam gambar berikut. Pada gambar diatas, deadlock dianalogikan sebagai dua antrian mobil yang akan menyeberangi jembatan. Dalam kasus diatas, antrian di sebelah kiri menunggu antrian kanan untuk mengosongkan jembatan (resource), begitu juga dengan antrian 121

Rangkuman

kanan. Akhirnya tidak terjadi kemajuan dalam kerja dua antrian tersebut. Misal ada proses A mempunyai resource X, proses B mempunyai resource Y. Kemudian kedua proses ini dijalankan bersama, proses A memerlukan resource Y dan proses B memerlukan resource X, tetapi kedua proses tidak akan memberikan resource yang dimiliki sebelum proses dirinya sendiri selesai dilakukan. Sehingga akan terjadi tunggu-menunggu. 2. Starvation. Starvation adalah kondisi yang biasanya terjadi setelah deadlock. Proses yang kekurangan resource (karena terjadi deadlock) tidak akan pernah mendapat resource yang dibutuhkan sehingga mengalami starvation (kelaparan). Namun, starvation juga bisa terjadi tanpa deadlock. Hal ini ketika terdapat kesalahan dalam sistem sehingga terjadi ketimpangan dalam pembagian resouce. Satu proses selalu mendapat resource, sedangkan proses yang lain tidak pernah mendapatkannya. Ilustrasi starvation tanpa deadlock di dunia nyata dapat dilihat di bawah ini. Pada gambar diatas, pada antrian kanan terjadi starvation karena resource (jembatan) selalu dipakai oleh antrian kiri, dan antrian kanan tidak mendapatkan giliran.

17.8. Rangkuman Dalam menjalankan fungsinya dalam sistem operasi, dibutuhkan interaksi antara beberapa proses yang berbeda. Interaksi tersebut bertujuan agar terjadi kesinambungan antar proses yang terjadi sehingga sistem operasi dapat berjalan sebagaimana mestinya. Interaksi tersebut dapat melalui sistem berbagi memori atau dengan cara saling berkirim pesan. Terkadang, beberapa pesan yang dikirim tidak dapat diterima seluruhnya oleh penerima dan menyebabkan informasi yang lain menjadi tidak valid, maka dibutuhkanlah sebuah mekanisme sinkronasi yang akan mengatur penerimaan dan pengiriman pesan sehingga kesalahan penerimaan pesan dapat diperkecil. Pesan yang dikirim dapat ditampung dalam penyangga sebelum diterima oleh penerima. Interaksi antar proses dapat juga terjadi antara proses yang memiliki sistem berbeda. Dalam interaksi tersebut dikenal sebutan client dan server yang memungkinkan sistem yang berbeda untuk berinteraksi dengan menggunakan socket. Dalam interaksi tersebut dikenal juga RPC (Remote Procedure Call) yaitu metode yang memungkinkan sebuah sistem mengakses prosedur sistem lain dalam komputer berbeda. Dalam interaksi antar proses, terkadang suatu proses saling menunggu proses yang lain sebelum melanjutkan prosesnya, sehingga proses-proses tersebut saling menunggu tanpa akhir, hal ini disebut deadlock. Jika deadlock terjadi dalam waktu lama, maka terjadilah starvation, yaitu suatu proses tidak mendapatkan resource yang dibutuhkan.


Public

License

–

[WEBWIKIA] Wikipedia. http://en.wikipedia.org/wiki/Client_%28computing%29 . Diakses 24 Mei 2007. [WEBWIKIB] Wikipedia. http://en.wikipedia.org/wiki/Server_%28computing%29 . Diakses 24 Mei 2007. [WEBWIKIC] Wikipedia. http://en.wikipedia.org/wiki/Client_server . Diakses 24 Mei 2007.

122

Bab 18. Sinkronisasi 18.1. Pendahuluan Sinkronisasi diperlukan untuk menghindari terjadinya ketidak-konsistenan data akibat adanya akses data secara konkuren. Proses-proses disebut konkuren jika proses-proses itu ada dan berjalan pada waktu yang sama, proses-proses konkuren ini bisa bersifat independen atau bisa juga saling berinteraksi. Proses-proses konkuren yang saling berinteraksi memerlukan sinkronisasi agar terkendali dan juga menghasilkan output yang benar.

18.2. Race Condition Race condition adalah suatu kondisi dimana dua atau lebih proses mengakses shared memory/sumber daya pada saat yang bersamaan dan hasil akhir dari data tersebut tergantung dari proses mana yang terakhir selesai dieksekusi sehingga hasil akhirnya terkadang tidak sesuai dengan yang dikehendaki.

Contoh 18.1. Race Condition 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17.

int counter = 0; //Proses yang dilakukan oleh produsen item nextProduced; while (1) { while (counter == BUFFER_SIZE) { ... do nothing ... } buffer[in] = nextProduced; in = (in + 1) % BUFFER_SIZE; counter++; } //Proses yang dilakukan oleh konsumen item nextConsumed; while (1) { while (counter == 0) { ... do nothing ... } nextConsumed = buffer[out] ; out = (out + 1) % BUFFER_SIZE; counter--; }

Pada program di atas, terlihat bahwa terdapat variabel counter yang diinisialisasi dengan nilai 0, dan ditambah 1 setiap kali terjadi produksi serta dikurangi 1 setiap kali terjadi konsumsi. Pada bahasa mesin, baris kode counter++ dan counter-- diimplementasikan seperti di bawah ini:

Contoh 18.2. Race Condition dalam bahasa mesin //counter++ register1 = counter register1 = register1 + 1 counter = register1 //counter-register2 = counter register2 = register2 - 1 counter = register2

Jika perintah counter++ dan counter-- berusaha mengakses nilai counter secara konkuren, 123

Critical Section

maka nilai akhir dari counter bisa salah. Hal ini tidak berarti nilainya pasti salah, tapi ada kemungkinan untuk terjadi kesalahan. Contoh urutan eksekusi baris kode tersebut yang mengakibatkan kesalahan pada nilai akhir counter:

Contoh 18.3. Program yang memperlihatkan Race Condition 2//misalkan 1.produsen: 2.produsen: 3.konsumen: 4.konsumen: 5.konsumen: 6.produsen:

nilai awal counter adalah register1 = counter register1 = register1 + 1 register2 = counter register2 = register2 - 1 counter = register2 counter = register1

2 (register1 (register1 (register2 (register2 (counter = (counter =

= 2) = 3) = 2) = 1) 1) 3)

Status akhir dari counter seharusnya adalah 0, tapi kalau urutan pengeksekusian program berjalan seperti di atas, maka hasil akhirnya menjadi 3. Perhatikan bahwa nilai akhir counter akan mengikuti eksekusi terakhir yang dilakukan oleh komputer. Pada program di atas, pilihannya bisa 1 atau 3. Perhatikan bahwa nilai dari counter akan bergantung dari perintah terakhir yang dieksekusi. Oleh karena itu maka kita membutuhkan sinkronisasi yang merupakan suatu upaya yang dilakukan agar proses-proses yang saling bekerjasama dieksekusi secara beraturan demi mencegah timbulnya suatu keadaan race condition.

Gambar 18.1. Ilustrasi program produsen dan konsumen

Kunci untuk mencegah masalah ini dan di situasi yang lain yang melibatkan memori bersama, berkas bersama, dan sumber daya lain yang digunakan secara bersama-sama adalah menemukan beberapa jalan untuk mencegah lebih dari satu proses melakukan proses tulis dan baca kepada data yang sama pada saat yang sama. Dengan kata lain, kita membutuhkan mutual exclusion, sebuah jalan yang menjamin jika sebuah proses sedang menggunakan variabel atau berkas yang digunakan bersama-sama, proses lain akan dikeluarkan dari pekerjaan yang sama. Cara untuk menghindari race condition adalah kita harus dapat menjamin bahwa jika suatu proses sedang menjalankan critical section, maka proses lain tidak boleh masuk ke dalam critical section tersebut. Critical section dijelaskan dibawah.

18.3. Critical Section Critical section adalah segmen kode yang mengakses data yang digunakan proses secara bersama-sama yang dapat membawa proses itu ke bahaya race condition. Biasanya sebuah proses sibuk melakukan perhitungan internal dan hal-hal lainnya tanpa ada bahaya yang menuju ke race condition pada sebagian besar waktu. Akan tetapi, biasanya setiap proses memiliki segmen kode dimana proses itu dapat mengubah variabel, meng-update suatu tabel, menulis ke suatu file, dan lain-lainnya, yang dapat membawa proses itu ke bahaya race condition. 124

Prasyarat Solusi Critical Section

18.4. Prasyarat Solusi Critical Section Gambar 18.2. Ilustrasi critical section

Solusi dari masalah critical section harus memenuhi tiga syarat berikut: 1. Mutual Exclusion. Mutual Exclusion merupakan sebuah jalan yang menjamin jika sebuah proses sedang menggunakan variabel atau berkas yang digunakan bersama-sama, proses lain akan dikeluarkan dari pekerjaan yang sama. Misal proses Pi sedang menjalankan critical section (dari proses Pi), maka tidak ada proses-proses lain yang dapat menjalankan critical section dari proses-proses tersebut. Dengan kata lain, tidak ada dua proses yang berada di critical section pada saat yang bersamaan.

Contoh 18.4. Struktur umum dari proses Pi adalah: do { entry section critical section exit section remainder section } while (1);

Setiap proses harus meminta izin untuk memasuki critical section-nya. Bagian dari kode yang mengimplementasikan izin ini disebut entry section. Akhir dari critical section itu disebut exit section. Bagian kode selanjutnya disebut remainder section. Dari kode di atas, dapat kita lihat bahwa untuk bisa memasuki critical section sebuah proses harus melalui entry section.

Gambar 18.3. ilustrasi proses Pi

125

Critical Section dalam Kernel

2. Terjadi kemajuan (progress) . Jika tidak ada proses yang sedang menjalankan critical section-nya dan jika terdapat lebih dari satu proses lain yang ingin masuk ke critical section, maka hanya proses-proses yang tidak sedang menjalankan remainder section-nya yang dapat berpartisipasi dalam memutuskan siapa yang berikutnya yang akan masuk ke critical section, dan pemilihan siapa yang berhak masuk ke critical section ini tidak dapat ditunda secara tak terbatas (sehingga tidak terjadi deadlock). 3. Ada batas waktu tunggu (bounded waiting) . Jika seandainya ada proses yang sedang menjalankan critical section, maka terdapat batasan waktu berapa lama suatu proses lain harus menunggu giliran untuk mengakses critical section. Dengan adanya batas waktu tunggu akan menjamin proses dapat mengakses ke critical section (tidak mengalami starvation: proses seolah-olah berhenti, menunggu request akses ke critical section diperbolehkan).

18.5. Critical Section dalam Kernel Problem untuk kernel muncul karena berbagai tasks mungkin mencoba untuk mengakses data yang sama. Jika hanya satu kernel task ditengah pengaksesan data ketika interrupt service routine dieksekusi, maka service routine tidak dapat mengakses atau merubah data yang sama tanpa resiko mendapatkan data yang rusak. Fakta ini berkaitan dengan ide dari critical section sebagai hasilnya. Saat sepotong kernel code mulai dijalankan, akan terjamin bahwa itu adalah satu-satunya kernel code yang dijalankan sampai salah satu dari aksi dibawah ini muncul: 1. Interupsi. Interupsi adalah suatu masalah bila mengandung critical section-nya sendiri. Timer interrupt tidak secara langsung menyebabkan terjadinya penjadwalan ulang suatu proses; hanya meminta suatu jadwal untuk dilakukan kemudian, jadi kedatangan suatu interupsi tidak mempengaruhi urutan eksekusi dari kernel code. Sekali interrupt service selesai, eksekusi akan menjadi lebih simpel untuk kembali ke kernel code yang sedang dijalankan ketika interupsi mengambil alih. 2. Page Fault. Page faults adalah suatu masalah yang potensial; jika sebuah kernel routine mencoba untuk membaca atau menulis ke user memory, akan menyebabkan terjadinya page fault yang membutuhkan M/K, dan proses yang berjalan akan di tunda sampai M/K selesai. Pada kasus yang hampir sama, jika system call service routine memanggil penjadwalan ketika sedang berada di mode kernel, mungkin secara eksplisit dengan membuat direct call pada code penjadwalan atau secara implisit dengan memanggil sebuah fungsi untuk menunggu M/K selesai, setelah itu proses akan menunggu dan penjadwalan ulang akan muncul. Ketika proses jalan kembali, proses tersebut akan melanjutkan untuk mengeksekusi dengan mode kernel, melanjutkan intruksi setelah pemanggilan ke penjadwalan. 3. Kernel code memanggil fungsi penjadwalan sendiri. setiap waktu banyak proses yang berjalan dalam kernel mode,akibatnya sangat mungkin untuk terjadi race condition ,contoh, dalam kernel mode terdapat struktur data yang menyimpan list file yang terbuka, list tersebut termodifikasi bila ada data file yang baru dibuka atau ditutup,dengan menambah atau menghapus dari list , race condition timbul ketika ada dua file yang dibuka dan ditutup bersamaan, untuk mengatasi hal tersebut kernel mempunyai metode yaitu: a. Preemptive kernel. pada mode ini proses yang sedang dieksekusi dalam kernel diizinkan untuk diinterupsi oleh proses lain yang memenuhi syarat, akibatnya mode ini juga rentan terkena race condition. Keuntungannya adalah mode ini amat efektif untuk digunakan dalam real time programming, namun mode ini lebih sulit diimplementasikan dari pada mode non preemptive kernel. Mode ini diimplementasikan oleh Linux versi 2.6 dan versi komersial Linux lainnya. b. Non preemptive kernel. mode yang tidak memperbolehkan suatu proses yang berjalan dalam kernel mode diinterupsi oleh proses lain, proses lain hanya bisa dijalankan setelah proses yang ada dalam kernel selesai dieksekusi, implementasinya memang lebih mudah dibandingkan dengan preemptive kernel, mode ini diimplementasikan lewat Windows XP dan Windows 2000.

18.6. Rangkuman Suatu proses yang bekerja bersama-sama dan saling berbagi data dapat mengakibatkan race condition atau pengaksesan data secara bersama-sama. Critical section adalah suatu segmen kode dari proses-proses itu yang yang memungkinkan terjadinya race condition. Untuk mengatasi masalah critical section ini, suatu data yang sedang diproses tidak boleh diganggu proses lain. Solusi prasyarat critical section: 126

Rangkuman

1. Mutual Exclusion. 2. Terjadi kemajuan (progress) . 3. Ada batas waktu tunggu (bounded waiting). Critical section dalam kernel: 1. Interupsi. 2. Page Fault. 3. Kernel code memanggil fungsi penjadwalan sendiri.

Rujukan [Silberschatz2005] Avi Silberschatz, Peter Galvin, dan Grag Gagne. 2005. Operating Systems Concepts. Seventh Edition. John Wiley & Sons. [Stallings2001] William Stallings. 2001. Operating Systems: Internal and Design Principles. Fourth Edition. Edisi Keempat. Prentice-Hall International. New Jersey. [Tanenbaum1997] Andrew S Tanenbaum dan Albert S Woodhull. 1997. Operating Systems Design and Implementation. Second Edition. Prentice-Hall. [WEBFSF1991a] Free Software Foundation. 1991. – http://gnui.vLSM.org/ licenses/ gpl.txt . Diakses 7 April 2007.

127

128

Bab 19. Solusi Critical Section 19.1. Pendahuluan Pada bab sebelumnya telah dijelaskan tentang masalah critical section yang dapat menimbulkan Race Condition. Oleh karena itu, dibutuhkan solusi yang tepat untuk menghindari munculnya Race Condition. Solusi tersebut harus memenuhi ketiga syarat berikut: 1. Mutual Exclusion 2. Progress 3. Bounded Waiting Ada dua jenis solusi untuk memecahkan masalah critical section, yaitu. 1. Solusi Perangkat Lunak. Solusi ini menggunakan algoritma-algoritma untuk mengatasi masalah critical section. 2. Solusi Perangkat Keras. Solusi ini tergantung pada beberapa instruksi mesin tertentu, misalnya dengan me-non-aktifkan interupsi, mengunci suatu variabel tertentu atau menggunakan instruksi level mesin seperti tes dan set. Pembahasan selanjutnya adalah mengenai solusi perangkat lunak menggunakan algoritma-algoritma. Algoritma-algoritma yang akan dibahas adalah algoritma untuk memecahkan masalah critical section untuk dua proses yaitu Algoritma I, Algoritma II dan Algoritma III. Perlu diingat bahwa Algoritma I dan Algoritma II tidak dapat menyelesaikan masalah critical section. Adapun algoritma yang dibahas untuk memecahkan masalah critical section untuk n-buah proses adalah Algoritma Tukang Roti.

19.2. Algoritma I Algoritma I mencoba mengatasi masalah critical section untuk dua proses. Algoritma ini menerapkan sistem bergilir kepada kedua proses yang ingin mengeksekusi critical section, sehingga kedua proses tersebut harus bergantian menggunakan critical section.

Gambar 19.1. Algoritma I

Algoritma ini menggunakan variabel bernama turn, nilai turn menentukan proses mana yang boleh memasuki critical section dan mengakses data yang di-sharing. Pada awalnya variabel turn diinisialisasi 0, artinya P0 yang boleh mengakses critical section. Jika turn = 0 dan P0 ingin menggunakan critical section, maka ia dapat mengakses critical section-nya. Setelah selesai mengeksekusi critical section, P0 akan mengubah turn menjadi 1, yang artinya giliran P1 tiba dan P1 diperbolehkan mengakses critical section. Ketika turn = 1 dan P0 ingin menggunakan critical section, maka P0 harus menunggu sampai P1 selesai menggunakan critical section dan mengubah turn menjadi 0. 129

Algoritma II

Ketika suatu proses sedang menunggu, proses tersebut masuk ke dalam loop, dimana ia harus terus-menerus mengecek variabel turn sampai berubah menjadi gilirannya. Proses menunggu ini disebut busy waiting. Sebenarnya busy waiting mesti dihindari karena proses ini menggunakan CPU. Namun untuk kasus ini, penggunaan busy waiting diijinkan karena biasanya proses menunggu hanya berlangsung dalam waktu yang singkat. Pada algoritma ini masalah muncul ketika ada proses yang mendapat giliran memasuki critical section tapi tidak menggunakan gilirannya sementara proses yang lain ingin mengakses critical section. Misalkan ketika turn = 1 dan P1 tidak menggunakan gilirannya maka turn tidak berubah dan tetap 1. Kemudian P0 ingin menggunakan critical section, maka ia harus menunggu sampai P1 menggunakan critical section dan mengubah turn menjadi 0. Kondisi ini tidak memenuhi syarat progress karena P0 tidak dapat memasuki critical section padahal saat itu tidak ada yang menggunakan critical section dan ia harus menunggu P1 mengeksekusi non- critical section -nya sampai kembali memasuki critical section. Kondisi ini juga tidak memenuhi syarat bounded waiting karena jika pada gilirannya P1 mengakses critical section tapi P1 selesai mengeksekusi semua kode dan terminate, maka tidak ada jaminan P0 dapat mengakses critical section dan P0-pun harus menunggu selamanya.

19.3. Algoritma II Algoritma II juga mencoba memecahkan masalah critical section untuk dua proses. Algoritma ini mengantisipasi masalah yang muncul pada algoritma I dengan mengubah penggunaan variabel turn dengan variabel flag. Variabel flag menyimpan kondisi proses mana yang boleh masuk critical section. Proses yang membutuhkan akses ke critical section akan memberikan nilai flag-nya true. Sedangkan proses yang tidak membutuhkan critical section akan men-set nilai flagnya bernilai false.

Gambar 19.2. Algoritma II

Suatu proses diperbolehkan mengakses critical section apabila proses lain tidak membutuhkan critical section atau flag proses lain bernilai false. Tetapi apabila proses lain membutuhkan critical section (ditunjukkan dengan nilai flag-nya true), maka proses tersebut harus menunggu dan "mempersilakan" proses lain menggunakan critical section-nya. Disini terlihat bahwa sebelum memasuki critical section suatu proses melihat proses lain terlebih dahulu (melalui flag-nya), apakah proses lain membutuhkan critical section atau tidak. Awalnya flag untuk kedua proses diinisialisai bernilai false, yang artinya kedua proses tersebut tidak membutuhkan critical section. Jika P0 ingin mengakses critical section, ia akan mengubah flag[0] menjadi true. Kemudian P0 akan mengecek apakah P1 juga membutuhkan critical section, jika flag[1] bernilai false maka P0 akan menggunakan critical section. Namun jika flag[1] bernilai true maka P0 harus menunggu P1 menggunakan critical section dan mengubah flag[1] menjadi false.

130

Algoritma III

Pada algoritma ini masalah muncul ketika kedua proses secara bersamaan menginginkan critical section, kedua proses tersebut akan men- set masing-masing flag-nya menjadi true. P0 men-set flag[0] = true, P1 men-set flag[1] = true. Kemudian P0 akan mengecek apakah P1 membutuhkan critical section. P0 akan melihat bahwa flag[1] = true, maka P0 akan menunggu sampai P1 selesai menggunakan critical section. Namun pada saat bersamaan, P1 juga akan mengecek apakah P0 membutuhkan critical section atau tidak, ia akan melihat bahwa flag[0] = true, maka P1 juga akan menunggu P0 selesai menggunakan critical section-nya. Kondisi ini menyebabkan kedua proses yang membutuhkan critical section tersebut akan saling menunggu dan "saling mempersilahkan" proses lain untuk mengakses critical section, akibatnya malah tidak ada yang mengakses critical section. Kondisi ini menunjukkan bahwa Algoritma II tidak memenuhi syarat progress dan syarat bounded waiting, karena kondisi ini akan terus bertahan dan kedua proses harus menunggu selamanya untuk dapat mengakses critical section.

19.4. Algoritma III Algoritma III ditemukan oleh G.L. Petterson pada tahun 1981 dan dikenal juga sebagai Algoritma Petterson. Petterson menemukan cara yang sederhana untuk mengatur proses agar memenuhi mutual exclusion. Algoritma ini adalah solusi untuk memecahkan masalah critical section pada dua proses. Ide dari algoritma ini adalah menggabungkan variabel yang di-sharing pada Algoritma I dan Algoritma II, yaitu variabel turn dan variabel flag. Sama seperti pada Algoritma I dan II, variabel turn menunjukkan giliran proses mana yang diperbolehkan memasuki critical section dan variabel flag menunjukkan apakah suatu proses membutuhkan akses ke critical section atau tidak.

Gambar 19.3. Algoritma III

Awalnya flag untuk kedua proses diinisialisai bernilai false, yang artinya kedua proses tersebut tidak membutuhkan akses ke critical section. Kemudian jika suatu proses ingin memasuki critical section, ia akan mengubah flag-nya menjadi true (memberikan tanda bahwa ia butuh critical section) lalu proses tersebut memberikan turn kepada lawannya. Jika lawannya tidak menginginkan critical section (flag-nya false), maka proses tersebut dapat menggunakan critical section, dan setelah selesai menggunakan critical section ia akan mengubah flag-nya menjadi false. Tetapi apabila proses lawannya juga menginginkan critical section maka proses lawan-lah yang dapat memasuki critical section, dan proses tersebut harus menunggu sampai proses lawan menyelesaikan critical section dan mengubah flag-nya menjadi false. Misalkan ketika P0 membutuhkan critical section, maka P0 akan mengubah flag[0] = true, lalu P0 mengubah turn = 1. Jika P1 mempunyai flag[1] = false, (berapapun nilai turn) maka P0 yang dapat mengakses critical section. Namun apabila P1 juga membutuhkan critical section, karena flag[1] = 131

Algoritma Tukang Roti

true dan turn = 1, maka P1 yang dapat memasuki critical section dan P0 harus menunggu sampai P1 menyelesaikan critical section dan mengubah flag[1] = false, setelah itu barulah P0 dapat mengakses critical section. Bagaimana bila kedua proses membutuhkan critical section secara bersamaan? Proses mana yang dapat mengakses critical section terlebih dahulu? Apabila kedua proses (P0 dan P1) datang bersamaan, kedua proses akan menset masing-masing flag menjadi true (flag[0] = true dan flag[1] = true), dalam kondisi ini P0 dapat mengubah turn = 1 dan P1 juga dapat mengubah turn = 0. Proses yang dapat mengakses critical section terlebih dahulu adalah proses yang terlebih dahulu mengubah turn menjadi turn lawannya. Misalkan P0 terlebih dahulu mengubah turn = 1, lalu P1 akan mengubah turn = 0, karena turn yang terakhir adalah 0 maka P0-lah yang dapat mengakses critical section terlebih dahulu dan P1 harus menunggu. Algoritma III memenuhi ketiga syarat yang dibutuhkan. Syarat progress dan bounded waiting yang tidak dipenuhi pada Algoritma I dan II dapat dipenuhi oleh algoritma ini karena ketika ada proses yang ingin mengakses critical section dan tidak ada yang menggunakan critical section maka dapat dipastikan ada proses yang bisa menggunakan critical section, dan proses tidak perlu menunggu selamanya untuk dapat masuk ke critical section.

19.5. Algoritma Tukang Roti Algoritma Tukang Roti adalah solusi untuk masalah critical section pada n-buah proses. Algoritma ini juga dikenal sebagai Lamport's Baker Algorithm. Ide algoritma ini adalah dengan menggunakan prinsip penjadwalan seperti yang ada di tempat penjualan roti. Para pelanggan yang ingin membeli roti sebelumnya harus mengambil nomor urut terlebih dahulu dan urutan orang yang boleh membeli ditentukan oleh nomor urut yang dimiliki masing-masing pelanggan tersebut. Prinsip algoritma ini untuk menentukan proses yang boleh mengakses critical section sama seperti ilustrasi tukang roti diatas. Proses diibaratkan pelanggan yang jumlahnya n-buah dan tiap proses yang membutuhkan critical section diberi nomor yang menentukan proses mana yang diperbolehkan untuk masuk kedalam critical section. Nomor yang diberikan adalah sekuensial atau terurut, tapi seperti juga nomor urut yang ada di tukang roti, tidak ada jaminan bahwa tiap proses mendapat nomor urut yang berbeda. Untuk mengatasinya digunakan parameter lain yaitu proses ID. Dikarenakan tiap proses memiliki proses ID yang unik dan terurut maka dapat dipastikan hanya satu proses yang dapat mengakses critical section dalam satu waktu. Proses yang dapat mengakses critical section terlebih dahulu adalah proses yang memiliki nomor urut paling kecil. Apabila ada beberapa proses yang memiliki nomor yang sama maka proses yang mempunyai nomor ID paling kecil yang akan dilayani terlebih dahulu.

19.6. Rangkuman Solusi critical section harus memenuhi ketiga syarat berikut: 1. Mutual Exclusion 2. Progress 3. Bounded Waiting Algoritma I dan II terbukti tidak dapat memecahkan masalah critical section untuk dua proses karena tidak memenuhi syarat progress dan bounded waiting. Algoritma yang dapat menyelesaikan masalah critical section pada dua proses adalah Algoritma III. Sedangkan untuk masalah critical section pada n-buah proses dapat diselesaikan dengan menggunakan Algoritma Tukang Roti

Rujukan [Silberschatz2005] Avi Silberschatz, Peter Galvin, dan Grag Gagne. 2005. Operating Systems Concepts. Seventh Edition. John Wiley & Sons. [Tanenbaum1997] Andrew S Tanenbaum dan Albert S Woodhull. 1997. Operating Systems Design and Implementation. Second Edition. Prentice-Hall. 132

Rangkuman

[WikiCS2007] Wikipedia, The Free Encyclopedia. 2007. Critical Section http:// en.wikipedia.org/ wiki/ Critical Section . Diakses 5 Maret 2007.

133

134

Bab 20. Perangkat Sinkronisasi 20.1. Pendahuluan Sinkronisasi adalah proses pengaturan jalannya beberapa proses pada saat yang bersamaan. Tujuan utama sinkronisasi adalah menghindari terjadinya inkonsistensi data karena pengaksesan oleh beberapa proses yang berbeda (mutual exclusion) serta untuk mengatur urutan jalannya proses-proses sehingga dapat berjalan dengan lancar dan terhindar dari deadlock atau starvation. Sinkronisasi umumnya dilakukan dengan bantuan perangkat sinkronisasi. Dalam bab ini akan dibahas beberapa perangkat sinkronisasi, yaitu : TestAndSet(), Semafor, dan Monitor.

20.2. TestAndSet() Sebagian besar sistem komputer saat ini menyediakan instruksi-instruksi perangkat keras khusus yang mengizinkan kita untuk menguji dan memodifikasi nilai dari sebuah variabel. Instruksi ini disebut instruksi TestAndSet(). Instruksi ini bersifat atomik, yaitu instruksi yang tidak dapat diinterupsi. Kita dapat menggunakan instruksi khusus ini untuk memecahkan masalah critical section yang sederhana. Contoh instruksi TestAndSet():

Contoh 20.1. TestAndSet()

boolean TestAndSet (boolean *target) { boolean rv = *target; *target = TRUE; return rv; }

Karakteristik penting dari instruksi ini adalah pengeksekusian instruksi secara atomik. Jadi, jika dua instruksi TestAndSet() dijalankan secara serentak, kedua instruksi tersebut akan dieksekusi secara sekuensial. Dengan mendeklarasikan variabel lock, kita dapat mengimplementasikan mutual exclusion seperti pada contoh berikut ini:

Contoh 20.2. TestAndSet() dengan mutual exclusion

do { while (TestAndSetLock (&lock)) ; // do nothing // critical section lock = FALSE; // remainder section } while (TRUE);

Walaupun algoritma di atas memenuhi persyaratan mutual exclusion, algoritma tersebut belum memenuhi persyaratan bounded waiting. 135

Semafor

Instruksi TestAnd Set() di bawah ini sudah memenuhi semua persyaratan critical section.

Contoh 20.3. TestAndSet() yang memenuhi critical section

do { waiting[i] = TRUE; key = TRUE; while (waiting[i] && key) key = TestAndSet (&lock); waiting[i] = FALSE; // critical section j = (i + 1) % n; while ((j != i) && !waiting[j]) j = (j + 1) % n; if (j == i) lock = FALSE; else waiting[j] = FALSE; // remainder section } while (TRUE);

Sebelumnya kita harus meginisialisasikan dua variabel boolean.

boolean waiting[n]; boolean lock; Kedua variabel tersebut diinisialisasikan menjadi false. Untuk membuktikan bahwa persyaratan mutual exclusion terpenuhi, proses Pi dapat memasuki critical section-nya hanya jika waiting[i] == false atau key == false. Nilai dari key menjadi false hanya jika TestAndSet()dieksekusi. Proses pertama yang mengeksekusi TestAndSet() akan menemukan key == false sehingga proses lain harus menunggu. Variabel waiting[i] menjadi false hanya jika proses lain meninggalkan critical section-nya. Untuk menjaga persyaratan mutual exclusion terpenuhi, hanya ada satu waiting[i] yang diset false. Untuk membuktikan persyaratan progress terpenuhi, kita lihat pembuktian untuk mutual exclusion. Sebuah proses keluar dari critical section-nya pada saat lock diset false atau waiting[j] diset false. Keduanya mengizinkan sebuah proses yang sedang menunggu untuk masuk ke critical section. Untuk membuktikan persyaratan bounded waiting terpenuhi, kita perhatikan bahwa ketika sebuah proses meninggalkan critical section-nya, proses tersebut melihat array of waiting dalam urutan siklus (i + 1, i + 2, ..., n - 1, 0, ..., i - 1). Proses pertama yang berada dalam enter section (waiting[j] == true) adalah proses selanjutnya yang akan memasuki critical section.

20.3. Semafor Dalam kehidupan nyata, semafor adalah sistem sinyal yang digunakan untuk berkomunikasi secara visual. Dalam software, semafor adalah sebuah variabel bertipe integer yang selain saat inisialisasi, hanya dapat diakses melalui dua operasi standar, yaitu increment dan decrement. Semafor digunakan untuk menyelesaikan masalah sinkronisasi secara umum. Berdasarkan jenisnya, semafor hanya bisa memiliki nilai 1 atau 0, atau lebih dari sama dengan 0. Konsep semafor pertama kali diajukan idenya oleh Edsger Dijkstra pada tahun 1967. 136

Fungsi Semafor

Operasi standar pada semafor (dalam bahasa pemrograman C):

void kunci(int sem_value) { while(sem_value <= 0); sem_value--; } void buka(int sem_value) { sem_value++; } Nama asli dari operasi tersebut sebenarnya adalah Proberen (test) dan Verhogen (increment). Namun, sebutan untuk 2 method ini sangat beragam, antara lain sering dikenal dengan nama :release dan acquire, P dan V , serta kunci dan buka. Dalam buku ini akan digunakan istilah buka dan kunci. Fungsi wait dipanggil ketika thread akan memasuki critical section-nya atau ketika thread akan memakai resource yang tersedia. Jika sem_value kurang dari sama dengan 0, thread tersebut harus menunggu sampai thread lain memanggil fungsi buka. Fungsi buka dipanggil ketika thread meningggalkan critical section-nya atau ketika melepaskan resource yang telah digunakannya. Tentu saja kedua operasi tersebut harus bersifat atomik karena sem_value dapat diakses oleh beberapa proses (shared resource). Semafor memiliki dua jenis, yaitu: 1. Binary semaphore. Semafor ini hanya memiliki nilai 1 atau 0. Sering juga disebut sebagai semafor primitif 2. Counting semaphore. Semafor ini memiliki nilai 0, 1, serta integer lainnya. Banyak sistem operasi yang tidak secara langsung mengimplementasikan semafor ini, tetapi dengan memanfaatkan binary semaphore

20.4. Fungsi Semafor Seperti telah disebutkan sebelumnya, semafor berfungsi untuk menangani masalah sinkronisasi secara umum, yaitu: 1. Mutual Exclusion. Sesuai dengan prinsip mutual exclusion, jika suatu thread sedang berada dalam critical section-nya, thread lain harus menunggu thread tersebut keluar dari critical section-nya sebelum dapat memasuki critical section-nya sendiri. Di sinilah semafor digunakan, thread yang akan memasuki critical section-nya akan memanggil fungsi kunci terlebih dahulu. Jika tidak ada thread lain yang sedang berada dalam critical section, thread ini akan memasuki critical section-nya. Jika terdapat thread lain yang sedang berada dalam critical section-nya, thread ini harus menunggu.Setelah thread keluar dari critical section-nya, thread tersebut akan memanggil fungsi buka sehingga sem_value akan naik menjadi lebih dari 0, dan satu (dari beberapa) thread yang sedang menunggu akan mendapatkan giliran untuk memasuki critical section-nya. Sebagai contoh, misalnya terdapat dua buah thread yang sedang berjalan bersamaan: thread A: count = count + 1;

thread B: count = count + 1;

Thread A dan B mengakses variabel yang sama, yaitu count sehingga thread A dan B harus berjalan satu-satu. Untuk itu digunakan semafor mutex yang berupa binary semaphore dengan nilai awal 1. thread A: thread B: kunci(mutex); kunci(mutex); count = count + 1; count = count + 1; buka(mutex); buka(mutex); Thread manapun yang mengeksekusi kunci terlebih dahulu akan jalan terus, sedangkan thread yang tiba belakangan akan menunggu sampai thread yang sudah berjalan terlebih dahulu 137

Fungsi Semafor

mengeksekusi buka, setelah itu kedua thread berjalan lagi dengan normal. 2. Resource Controller. Bayangkan sebuah restoran yang setiap malamnya ramai dikunjungi pelanggan. Kapasitas restoran terbatas, tetapi pemilik restoran memiliki kebijakan bahwa semua pengunjung yang datang akan mendapatkan kesempatan untuk makan, dengan konsekuensi yaitu pelanggan harus sabar menunggu gilirannya. Oleh karena itu, dikerahkanlah pegawai restoran untuk menahan tamu di luar jika restoran penuh lalu mempersilahkan tamu masuk jika tempat telah tersedia.Dari analogi di atas, pelanggan adalah thread, kapasitas restoran adalah resource, dan pegawai restoran adalah semafor. Semafor menyimpan banyaknya resource yang tersedia. Saat thread ingin memakai resource ia akan memanggil fungsi kunci. Jika resource masih tersedia, thread bisa langsung menggunakannya, sebaliknya jika semua resource sedang dipakai, thread tersebut harus menunggu. Setelah resource selesai dipakai thread akan memanggil fungsi buka sehingga resource yang bebas bertambah. Contohnya dapat kita lihat pada kasus berikut: Terdapat tiga buah thread yang berjalan bersamaan. Resource yang tersedia hanya cukup untuk dua buah thread.

thread A: //critical section

thread B: thread C: //critical section //critical section

Tentu saja harus diatur agar pada suatu saat hanya ada dua buah thread yang berada pada critical section-nya. Hal ini dilakukan dengan menggunakan semafor multiplex yaitu sebuah counting semaphore dengan nilai awal sama dengan jumlah resource yang tersedia yaitu dua.

thread A: thread B: thread C: kunci(multiplex); kunci(multiplex); kunci(multiplex); //critical section //critical section //critical section buka(multiplex); buka(multiplex); buka(multiplex);

Jika dua buah thread sedang berada dalam critical section, thread berikutnya yang akan memasuki critical section harus menunggu kedua thread tersebut selesai untuk dapat memasuki critical section-nya. 3. Sinkronisasi Antar-Proses. Ada kalanya suatu thread memerlukan resource yang dihasilkan oleh thread lainnya. Oleh karena itu dibutuhkan suatu mekanisme untuk mengatur urutan eksekusi thread. Mekanisme ini dilakukan dengan memanfaatkan semafor. Sebagai contoh, misalnya terdapat dua buah thread yang sedang berjalan bersamaan:

thread A: count = count + 1;

thread B: count = count * 2;

Nilai awal dari variabel count adalah 5, nilai akhir yang diinginkan adalah 12, oleh karena itu thread A harus dieksekusi sebelum thread B. Agar hal ini dapat terjadi dibutuhkan suatu semafor mutex yang merupakan sebuah binary semaphore dengan nilai awal 0.

thread A: count = count + 1; buka(mutex);

thread B: kunci(mutex); count = count * 2;

Thread B akan menunggu sampai eksekusi thread A selesai sebelum melanjutkan. Jika kita cermati fungsi kunci, thread akan terus berada dalam waiting loop sampai sem_value 138

Monitor

naik lebih dari 0. Padahal, di dalam loop tersebut thread tidak melakukan tugas apa-apa. Inilah yang disebut dengan busy waiting (semafor jenis ini disebut dengan semafor spinlock). Hal ini tentu saja akan berakibat buruk terhadap kinerja CPU, karena loop tersebut membutuhkan CPU cycle, sementara loop tersebut tidak menghasilkan apa-apa, jadi sama saja dengan menyia-nyiakan CPU cycle. Untuk mengatasi hal ini, dibuatlah modifikasi dari semafor, yaitu dengan menambahkan waiting queue pada masing-masing semafor. Tujuannya adalah agar thread yang harus menunggu dipindahkan ke waiting queue dan kegiatannya dihentikan sementara. Ketika thread keluar dari critical section-nya, thread tersebut akan memanggil fungsi buka yang akan mengeluarkan satu (dari beberapa) thread yang berada dalam waiting queue lalu membangunkannya untuk kemudian memasuki critical section-nya. Struktur semafor ini menjadi (masih dalam bahasa C): void buka(int sem_value) { sem_value++; if(sem_value <= 0) { /*keluarkan satu thread dari waiting queue*/ /*aktifkan thread tersebut*/ } } void kunci(int sem_value) { sem_value--; if(sem_value < 0) { /*masukkan thread ke dalam waiting queue*/ /*blok thread tersebut*/ } } Berbeda dengan semafor yang biasa, pada semafor yang telah dimodifikasi ini sem_value bisa menjadi negatif. Jika kita renungkan maknanya, ternyata ketika semafor bernilai negatif, nilai tersebut melambangkan banyaknya thread yang berada pada waiting queue semafor tersebut. Keuntungan menggunakan semafor: 1. dari segi programming, penanganan masalah sinkronisasi dengan semafor umumnya rapi dan teratur, sehingga mudah untuk dibuktikan kebenarannya 2. semafor diimplementasikan dalam hard code sehingga penggunaannya bersifat portabel.

20.5. Monitor Monitor adalah suatu tipe data abstrak yang dapat mengatur aktivitas serta penggunaan resource oleh beberapa thread. Ide monitor pertama kali diperkenalkan oleh C.A.R Hoare dan Per Brinch-Hansen pada awal 1970-an. Monitor terdiri atas data-data private dengan fungsi-fungsi public yang dapat mengakses data-data tersebut. Method-method dalam suatu monitor sudah dirancang sedemikian rupa agar hanya ada satu buah method yang dapat bekerja pada suatu saat. Hal ini bertujuan untuk menjaga agar semua operasi dalam monitor bersifat mutual exclusion. Monitor dapat dianalogikan sebagai sebuah bangunan dengan tiga buah ruangan yaitu satu buah ruangan kontrol, satu buah ruang-tunggu-masuk, satu buah ruang-tunggu-dalam. Ketika suatu thread memasuki monitor, ia memasuki ruang-tunggu-masuk (enter). Ketika gilirannya tiba, thread memasuki ruang kontrol (acquire), di sini thread menyelesaikan tugasnya dengan shared resource yang berada di ruang kontrol (owning). Jika tugas thread tersebut belum selesai tetapi alokasi waktu untuknya sudah habis atau thread tersebut menunggu pekerjaan thread lain selesai, thread melepaskan kendali atas monitor (release) dan dipindahkan ke ruang-tunggu-dalam (waiting queue). 139

Monitor

Ketika gilirannya tiba kembali, thread memasuki ruang kontrol lagi (acquire). Jika tugasnya selesai, ia keluar dari monitor (release and exit).

Gambar 20.1. Monitor

Karena masalah sinkronisasi begitu rumit dan beragam, monitor menyediakan tipe data condition untuk programmer yang ingin menerapkan sinkronisasi yang sesuai untuk masalah yang dihadapinya. Condition memiliki operasi-operasi: 1. Wait, sesuai namanya thread yang memanggil fungsi ini akan dihentikan kerjanya. 2. Signal, jika suatu thread memanggil fungsi ini, satu (dari beberapa) thread yang sedang menunggu akan dibangunkan untuk bekerja kembali. Operasi ini hanya membangunkan tepat satu buah thread yang sedang menunggu. Jika tidak ada thread yang sedang menunggu, tidak akan terjadi apa-apa (bedakan dengan operasi buka pada semafor). Ilustrasi monitor dengan condition variable:

Gambar 20.2. Monitor dengan condition variable

Bayangkan jika pada suatu saat sebuah thread A memanggil fungsi signal pada condition x (x.signal()) dan ada sebuah thread B yang sedang menunggu operasi tersebut (B telah memanggil fungsi x.wait() sebelumnya), ada dua kemungkinan keadaan thread A dan B setelah A mengeksekusi x.signal(): a. Signal-and-Wait, A menunggu sampai B keluar dari monitor atau menunggu condition lain yang dapat mengaktifkannya. 140

Monitor Java

b. Signal-and-Continue, B menunggu sampai A keluar dari monitor atau menunggu condition lain yang dapat mengakifkannya. Monitor dikembangkan karena penggunaan semafor yang kurang praktis. Hal itu disebabkan kesalahan pada penggunaan semafor tidak dapat dideteksi oleh compiler. Keuntungan memakai monitor: 1. Kompilator pada bahasa pemrograman yang telah mengimplementasikan monitor akan memastikan bahwa resource yang dapat diakses oleh beberapa thread dilindungi oleh monitor, sehingga prinsip mutual exclusion tetap terjaga. 2. Kompilator bisa memeriksa kemungkinan adanya deadlock.

20.6. Monitor Java Java adalah bahasa pemrograman yang telah menerapkan multithreading. Oleh karena itu, diperlukan suatu sistem yang dapat mensinkronisasi thread-thread tersebut. Java Virtual Machine memakai monitor untuk sinkronisasi thread. Monitor JVM mendukung dua jenis sinkronisasi yaitu: 1. Mutual Exclusion. Seperti pada monitor biasa, monitor mengatur thread-thread yang berbagi resource agar dapat bekerja sendiri-sendiri dengan baik tanpa ada yang saling menggangu.Pada umumnya pengaturan ini ditujukan untuk thread-thread yang saling berbagi resource, sehingga thread-thread yang tidak berbagi resource dapat dibiarkan bekerja sendiri. Akan tetapi, dalam JVM thread dengan prioritas lebih tinggi akan mendominasi thread dengan prioritas rendah sehingga CPU dapat dimonopoli oleh thread dengan prioritas tinggi dan thread dengan prioritas rendah tidak mendapatkann CPU time. Untuk mengatasi hal ini digunakanlah monitor. Secara umum monitor digunakan untuk melindungi akses terhadap resource yang ada di dalamnya. 2. Cooperation. Cooperation berarti membantu beberapa thread untuk bekerjasama mencapai tujuannya. Cooperation berperan terutama ketika suatu thread menginginkan resource dalam keadaan tertentu dan thread lain bertanggung jawab untuk membuat resource tersebut menjadi seperti yang diinginkan oleh thread pertama.Dalam JVM, semua object dan class diasosiasikan dengan monitor (object monitor dan class monitor). Untuk object, monitor melindungi variabel dari instansiasi object tersebut, untuk class, monitor melindungi class variable.Untuk mengimplementasikan mutual exclusion, JVM mengasosiasikan lock untuk setiap object dan class. Jika suatu thread mendapatkan lock-nya, thread lain tidak akan bisa mengambil lock tersebut sebelum thread itu melepaskan lock-nya (suatu thread yang mendapatkan lock-nya mendapat akses untuk menggunakan monitor). Hal inilah yang disebut dengan object locking. Ilustrasi monitor Java:

Gambar 20.3. Monitor JVM

141

Rangkuman

Cara penggunaan monitor java 1. Synchronized Statements. Untuk membuat sebuah synchronized statement, gunakan keyword synchronized dengan ekspresi yang me-refer ke suatu object contoh:

void reverseOrder() { synchronized(this) { /*ekspresi method*/ } } 2. Synchronized Methods. untuk membuat suatu synchronized methods, cukup dengan menambahkan keyword synchronized di depan nama method tersebut pada deklarasinya contoh:

synchronized void reverseOrder() { /*ekspresi method*/ }

Seperti halnya pada monitor biasa, monitor JVM juga menyediakan method-method tambahan agar programmer dapat dengan leluasa menyelesaikan masalah sinkronisasi yang dihadapinya. Method-method tersebut adalah: a. void wait(). thread yang memanggil method ini akan mesuk ke waiting queue. Thread tersebut akan menunggu sampai ada thread lain yang memanggil method notify(). b. void wait(long timeout) dan void wait(long timeout, int nanos). Mirip seperti method wait, bedanya ketika timeout (dalam milisekon) habis dan tidak ada thread lain yang memanggil method notify(), thread dibangunkan oleh JVM. c. void notify(). Membangunkan satu thread yang ada di waiting queue yang dipilih secara random. Jika tidak ada thread di waiting queue, maka tidak akan terjadi apa-apa. d. void notifyAll(). Mirip seperti notify(), tetapi yang dibangunkan adalah semua thread yang berada di waiting queue.

20.7. Rangkuman • Instruksi TestAndSet(). instruksi atomik yang dapat digunakan untuk menangani masalah critical section. • Semafor. sebuah variabel yang hanya dapat diakses oleh dua buah operasi standar yaitu increment dan decrement. Dua buah jenis semafor, yaitu Binary Semaphore dan Counting Semaphore. Semafor berfungsi untuk menangani masalah critical section, mengatur alokasi resource, dan sinkronisasi antarproses. • Monitor. digunakan untuk menangani masalah yang muncul karena pemakaian semafor. Monitor menjamin mutual exclusion. Untuk menangani masalah sinkronisasi yang lebih rumit monitor menyediakan condition variable. • JVM. mengimplementasikan monitor. Monitor JVM bekerja dengan object locking dan method-method wait() serta notify(). Monitor JVM dapat digunakan dengan menggunakan keyword synchronized.

Rujukan [Christopher2001] Thomas W. Christopher dan George K. Thiruvathukal. 2001. High Performance Java Platform Computing. First Edition. Prentice Hall Ptr.

142

Rangkuman

[Downey2005] Allen B. Downey. 2005. The Little Book of Semaphores. Second Edition. Green Tea Press. [Silberschatz2005] Avi Silberschatz, Peter Galvin, dan Grag Gagne. 2005. Operating Systems Concepts. Seventh Edition. John Wiley & Sons. [Venners2000] Bill Venners. 2000. Inside the Java Virtual Machine. Second Edition. McGraw-Hill Companies. [WEBJAVA] Sun Microsystems. 1995. Synchronized methods (The JavaTM; Tutorials > Essential Classes > Concurrency) http://java.sun.com/docs/books/tutorial/essential/concurrency/syncmeth.html . Diakses 8 Maret 2007. [WEBJAVA] Sun Microsystems. 1995. Thread Interference (The JavaTM; Tutorials > Essential Classes > Concurrency) http://java.sun.com/docs/books/tutorial/essential/concurrency/interfere.html . Diakses 8 Maret 2007. [WEBWIKI] Wikipedia. 2007. Test-and-set - Wikipedia, the http://en.wikipedia.org/wiki/Test-and-set . Diakses 8 Maret 2007.

free

encyclopedia

143

144

Bab 21. Transaksi Atomik 21.1. Pendahuluan Transaksi merupakan sekumpulan instruksi atau operasi yang menjalankan sebuah fungsi logis. Salah satu sifat yang harus dimiliki oleh transaksi adalah keatomikan. Sifat ini menjadikan suatu transaksi sebagai suatu kesatuan sehingga pengeksekusian instruksi-instruksi di dalamnya harus dijalankan secara keseluruhan atau tidak dijalankan sama sekali. Hal ini dilakukan untuk menghindari terjadinya kesalahan hasil eksekusi bila operasi-operasi yang ada dijalankan hanya sebagian saja. Transaksi atomik dapat diilustrasikan pada kasus transfer uang antar rekening. Pada kasus ini, setidaknya akan dilakukan dua buah operasi, yaitu debit pada rekening pengirim dan kredit pada rekening penerima. Kedua buah operasi tersebut harus dijalankan keseluruhan untuk menjaga agar data pada penerima dan pengirim uang konsisten. Bila hanya salah satu operasi saja yang dilakukan, misalnya hanya dilakukan operasi debit pada rekening pengirim, maka pada sisi pengirim akan merasa bahwa ia telah melakukan transfer uang padahal di sisi penerima merasa belum menerima uang yang ditransfer. Dengan demikian, akan terjadi kesalahpahaman di antara kedua pihak. Untuk mempertahankan sifat keatomikan suatu transaksi, maka operasi-operasi yang sudah dijalankan hasilnya harus disimpan sementara agar bila terjadi kegagalan sistem, transaksi dapat dibatalkan (belum ada data yang berubah). Bab ini akan membahas mengenai bagaimana sistem operasi mempertahankan sifat atomik dari transaksi, yaitu mengenai proses penyimpanan hasil eksekusi instruksi dan mengenai transaksi-transaksi atomik yang dijalankan secara bersamaan agar tetap bersifat atomik.

21.2. Model Sistem Sebuah transaksi harus memenuhi beberapa syarat. Syarat-syarat ini biasa disebut ACID properties dan harus terpenuhi agar pada saat terjadi system crash, pemulihan pada transaksi tersebut dapat dilakukan. ACID properties terdiri dari: • Atomicity. Sebuah transaksi dijalankan secara keseluruhan atau tidak dijalankan sama sekali. • Consistency. Sebuah transaksi mengubah sistem dari sebuah state yang konsisten menjadi state konsisten yang lain. • Isolation. Transaksi yang belum selesai tidak dapat menunjukkan hasilnya ke transaksi yang lain sebelum transaksi tersebut commit. • Durability. Ketika sebuah transaksi commit, sistem akan menjamin hasil dari operasi akan tetap, bahkan ketika terjadi kegagalan pada suatu subsequent. Dengan sifat atomicity, sebuah transaksi dapat dipastikan dijalankan secara keseluruhan atau jika terjadi system crash seluruh data yang telah diubah oleh transaksi tersebut dikembalikan ke state awal sebelum transaksi dilakukan. State awal yang konsisten akan diubah menjadi state lain yang juga konsisten setelah sebuah transaksi sukses dijalankan dengan asumsi tidak terjadi interleave antar transaksi. Oleh karena itu diperlukan consistency pada transaksi. Dengan sifat isolation dapat juga dikatakan setiap schedule (rangkaian beberapa transaksi) bersifat serializable, yang akan dibahas pada bagian serialisasi. Setiap kali transaksi telah berhasil dijalankan akan dijamin bahwa hasil update data akan terjaga.

21.3. Pemulihan Berbasis Log Log merupakan sebuah struktur data yang dibuat sistem di stable storage. Seperti telah dijelaskan, atomicity merupakan salah satu komponen penting dalam sebuah transaksi. Sebuah transaksi secara 145

Checkpoint

sederhana merupakan serangkaian operasi read dan write yang diakhiri dengan sebuah operasi commit atau abort. Sebuah operasi commit menandakan bahwa transaksi tersebut telah berakhir dengan sukses, sedangkan operasi abort menandakan bahwa transaksi tersebut telah berakhir karena adanya logical error atau kegagalan sistem. Ada kemungkinan sebuah transaksi yang abort telah memodifikasi data yang diaksesnya, sehingga state datanya tidak sama jika transaksi berhasil dijalankan secara atomik. Dengan sifat keatomikan, diharapkan transaksi yang abort tidak mengubah state dari data yang telah dimodifikasinya. Oleh karena itu, diperlukan rolled-back ke kondisi sebelum transaksi dijalankan untuk menjamin keatomikan suatu transaksi. Untuk menentukan bagaimana sistem menjamin keatomikan, kita perlu mengetahui perangkat yang digunakan untuk menyimpan data yang diakses transaksi tersebut. Media penyimpanan berdasarkan kecepatan relatif, kapasitas dibagi menjadi: • Volatile storage. Jika terjadi system crashes, informasi yang ada di volatile storage biasanya tidak dapat diselamatkan. Tetapi, akses ke volatile storage sangat cepat. Contohnya main memory dan cache memory. • Non-volatile storage. Jika terjadi system crashes, informasi yang ada di non-volatile storage biasanya masih dapat diselamatkan. Tetapi, akses ke non-volatile storage tidak secepat volatile storage. Contohnya disk dan magnetic tape. • Stable storage. Informasi yang ada di stable storage biasanya tidak pernah hilang. Untuk mengimplementasikan penyimpanan seperti itu, kita perlu mereplikasi informasi yang dibutuhkan ke beberapa non-volatile storage (biasanya disk) dengan failure modes yang independen.

21.4. Checkpoint Salah satu cara untuk menjamin keatomikan suatu transaksi adalah adanya rolled-back ke kondisi sebelum transaksi. Untuk melakukan rolled-back tersebut, kita harus menyimpan semua informasi yang berkaitan dengan modifikasi data pada transaksi tersebut di stable storage. Metode yang sering digunakan untuk menyimpan hal tersebut adalah write-ahead logging. Dengan metode ini, setiap log menyimpan setiap operasi write dari sebuah transaksi dan terdiri dari: • Transaction name. Nama yang unik dari transaksi yang menjalankan operasi write. • Data item name. Nama yang unik dari data item yang ditulis. • Old value. Nilai data item sebelum operasi write dilakukan. • New value. Nilai yang akan dimiliki data item setelah dilakukan operasi write. Selain untuk menyimpan operasi write, ada log lain yang menyimpan informasi-informasi penting lainnya seperti start dari sebuah transaksi dan commit atau abort sebuah transaksi. Sebelum transaksi mulai dilaksanakan, log menyimpan operasi start dan selama transaksi dijalankan, log mencatat setiap operasi write yang terjadi. Ketika terjadi commit, log menyimpan operasi commit. Dengan menggunakan log, sistem dapat menangani kegagalan yang terjadi, sehingga tidak ada informasi yang hilang pada non-volatile storage. Algoritma pemulihan menggunakan dua buah prosedur: • Undo. Mengembalikan nilai semua data yang telah di-update oleh transaksi tersebut ke nilai sebelum transaksi dijalankan. Undo dilakukan ketika log menyimpan operasi start, tetapi tidak ada catatan operasi commit. • Redo. Nilai semua data yang di-update oleh transaksi tersebut diubah menjadi new value (nilai yang akan dimiliki data item setelah dilakukan operasi write). Redo dilakukan ketika didalam log tersimpan operasi start dan juga commit.

21.5. Serialisasi Ketika kegagalan sistem terjadi, kita harus melihat ke log terlebih dahulu untuk memutuskan transaksi mana yang harus dilakukan redo atau undo. Oleh karena itu kita harus mencari ke seluruh 146

Serialisasi

log sebelum dapat memutuskan untuk melakukan redo atau undo. Hal ini tentunya mempunyai kekurangan: 1. Proses pencarian akan memakan waktu yang cukup lama. 2. Seandainya transaksi tersebut harus dilakukan redo, berarti data tersebut harus dimodifikasi dengan nilai yang sebenarnya telah di-update. Meskipun hal tersebut tidak berdampak buruk, tetapi proses pemulihan akan memakan waktu yang lebih lama. Untuk mengatasi kekurangan tersebut, kita dapat menggunakan sebuah konsep checkpoint. Selama transaksi dijalankan, sistem membuat write-ahead log dan secara periodik menjalankan checkpoint yang dilakukan pada saat: 1. Seluruh catatan dalam log yang sedang berada di volatile storage dipindahkan ke stable storage. 2. Seluruh data yang dimodifikasi yang berada di volatile storage dipindahkan ke stable storage. 3. Log yang menyimpan operasi checkpoint dipindahkan ke stable storage. Ketika kegagalan terjadi routine pemulihan memeriksa log untuk memutuskan transaksi mana yang terakhir kali melakukan operasi write dan di mana operasi checkpoint terjadi. Dengan menggunakan pencarian mundur dan berhasil menemukan checkpoint dan menemukan catatan operasi start, berarti kita telah menemukan bagian dari transaksi yang akan kita periksa untuk selanjutnya dilakukan redo atau undo. Dengan kata lain, kita tidak harus memeriksa keseluruhan log pada transaksi tersebut. Proses pemulihan dapat dilakukan dengan kondisi: 1. Jika pada bagian transaksi tersebut ditemukan operasi commit, maka dilakukan redo. 2. Jika pada bagian transaksi tersebut tidak ditemukan catatan mengenai operasi commit, maka dilakukan undo. Sebelumnya telah dijelaskan mengenai kasus dimana hanya ada satu buah transaksi yang dapat dieksekusi pada suatu waktu. Sekarang, kita beralih pada kasus dimana ada beberapa transaksi yang harus dieksekusi secara bersamaan. Oleh karena setiap transaksi yang dilakukan bersifat atomik, maka hasil dari eksekusi akhir harus sama dengan hasil eksekusi bila transaksi-transaksi tersebut dijalankan secara berurutan. Meskipun, cara demikian akan memastikan keatomikan dari setiap transaksi, tetapi cara demikian sangat tidak efisien karena adanya pembatasan transaksi-transaksi ketika suatu transaksi dilaksanakan. Penjadwalan (schedule) merupakan urutan pengeksekusian transaksi-transaksi. Misalkan ada dua buah transaksi T0 dan T1, dimana kedua transaksi ini dieksekusi secara atomik dengan urutan T0 diikuti dengan T1. Sebuah penjadwalan dimana setiap transaksi dieksekusi secara atomik sesuai dengan urutan yang ada disebut penjadwalan serial. Dengan demikian, bila ada n transaksi akan ada n! penjadwalan yang valid.

Tabel 21.1. Contoh Penjadwalan Serial: Penjadwalan T0 diikuti T1 T0

T1

Read(A) Write(A) Read(B) Write(B) Read(A) Write(A) Read(B) Write(B) Pada kasus dimana terjadi overlapping (ada transaksi yang dijalankan ketika transaksi lain sedang berjalan) dalam pengeksekusian transaksi-transaksi yang ada, maka penjadwalan tersebut disebut penjadwalan non-serial. Penjadwalan demikian tidak selalu menghasilkan hasil eksekusi yang salah (bisa benar bila hasilnya sama dengan hasil penjadwalan serial). Penjadwalan non-serial yang menghasilkan eksekusi yang benar disebut conflict serializable. Untuk memeriksa sifat serializable dari sebuah penjadwalan, harus diperiksa apakah terdapat konflik antara dua operasi pada transaksi yang berbeda. Konflik terjadi bila: • Ada dua operasi Oi dan Oj pada penjadwalan S dimana keduanya mengakses data yang sama, dan 147

Protokol Penguncian

• Setidaknya ada satu operasi yang melakukan write()

Tabel 21.2. Contoh Penjadwalan Non-Serial (Concurrent Serializable Schedule) T0

T1

Read(A) Write(A) Read(A) Write(A) Read(B) Write(B) Read(B) Write(B) Pada contoh tersebut, write(A) pada T0 mengalami konflik dengan read(A) pada T1 karena keduanya mengakses data yang sama (A) dan terdapat operasi write(A). Namun, write(A) pada T1 tidak mengalami konflik dengan read(B) pada T0, karena walaupun ada operasi write(A) tetapi keduanya mengakses data yang berbeda. Dalam kasus dimana tidak terjadi konflik antar dua operasi, maka dapat dilakukan swapping sehingga terbentuk penjadwalan baru S' yang urutannya sama dengan penjadwalan serial. Pada contoh tersebut swapping yang dapat dilakukan adalah: • Swap write(A) pada T1 dengan read(B) pada T0 • Swap read(B) pada T0 dengan read(A) pada T1 • Swap write(B) pada T0 dengan write(A) pada T1 • Swap write(B) pada T0 dengan read(A) pada T1 Maka, akan didapat penjadwalan baru S' yang merupakan penjadwalan serial. Penjadwalan demikian dinamakan conflict serializable, sedangkan proses penyusunan penjadwalan baru yang serial disebut serialisasi.

21.6. Protokol Penguncian Salah satu cara untuk menjamin terjadi serialisasi adalah dengan menerapkan protokol penguncian (locking protocol) pada tiap data yang akan diakses. Ada dua macam cara untuk melakukan penguncian pada data: 1. Shared. Jika sebuah transaksi Ti melakukan shared-mode lock pada data Q, maka transaksi tersebut dapat melakukan operasi read pada Q tetapi tidak dapat melakukan operasi write pada Q. 2. Exclusive. Jika sebuah transaksi Ti melakukan exclusive-mode lock pada data Q, maka transaksi tersebut dapat melakukan read dan write pada Q. Setiap transaksi harus melakukan penguncian pada data yang akan diakses, bergantung pada kebutuhan operasi yang akan dilakukan. Proses pengaksesan data Q sebuah transaksi Ti adalah sebagai berikut: 1. Menentukan mode penguncian yang akan dipergunakan 2. Memeriksa apakah data Q sedang dikunci oleh transaksi lain. Jika tidak, Ti dapat langsung mengakses Q, jika ya, Ti harus menunggu (wait). 3. Bila mode penguncian yang diinginkan adalah exclusive-lock mode, maka Ti harus menunggu sampai data Q dibebaskan. 4. Bila mode penguncian yang diinginkan adalah shared-lock mode, maka Ti harus menunggu sampai data Q tidak berada dalam exclusive-mode lock oleh data lain. Dalam hal ini data Q bisa diakses bila sedang dalam keadaan bebas atau shared-mode lock.

148

Protokol Berbasis Waktu

Sebuah transaksi dapat melakukan pembebasan (unlock) pada suatu data yang telah dikunci sebelumnya setelah data tersebut selesai diakses. Namun, proses pembebasan data tidak langsung dilakukan sesegera mungkin karena sifat serializable bisa tidak terjaga. Oleh karena itu, ada pengembangan lebih lanjut dari protokol penguncian yang disebut two-phase locking protocol. Protokol ini terdiri dari dua fase, yaitu: 1. Growing phase. Fase dimana sebuah transaksi hanya boleh melakukan penguncian pada data. Pada fase ini, transaksi tidak boleh melakukan pembebasan pada data lain. 2. Shrinking phase. Fase dimana sebuah transaksi melakukan pembebasan pada data. Pada fase ini, transaksi tidak boleh melakukan penguncian pada data lain.

Gambar 21.1. Two-Phase Locking Protocol

Pada banyak kasus, two-phase locking protocol banyak dipergunakan untuk menjaga sifat serializable dari suatu penjadwalan, namun protokol ini belum dapat menjamin bahwa tidak akan terjadi deadlock karena masih ada transaksi yang berada dalam status menunggu (wait()).

21.7. Protokol Berbasis Waktu Pada protokol penguncian, transaksi-transaksi yang mengalami konflik ditangani dengan mengatur transaksi yang lebih dulu melakukan penguncian dan juga mode penguncian yang digunakan. Protokol berbasis waktu merupakan cara lain untuk melakukan pengaturan transaksi agar sifat serializable penjadwalan tetap terjaga. Pada protokol ini, setiap transaksi diberikan sebuah timestamp yang unik yang diberi nama TS(Ti). Timestamp ini diberikan sebelum transaksi Ti melakukan eksekusi. Bila Ti telah diberikan timestamp, maka bila ada transaksi lain Tj yang kemudian datang dan diberikan timestamp yang unik pula, akan berlaku TS(Ti) < TS(Tj). Ada dua metode yang digunakan untuk melakukan protokol ini: 1. Gunakan waktu pada clock system sebagai timestamp. Jadi, timestamp sebuah transaksi sama dengan clock system ketika transaksi itu memasuki sistem. 2. Gunakan sebuah counter sebagai sebuah timestamp. Jadi, timestamp sebuah transaksi sama dengan nilai counter ketika transaksi mulai memasuki sistem. Timestamp dari transaksi-transaksi akan membuat sifat serializable tetap terjaga. Bila TS(Ti) < TS(Tj), maka Ti akan dilakukan terlebih dahulu, baru kemudian Tj dilakukan. Setiap data item yang akan diakses akan memiliki dua nilai timestamp: a. W-timestamp(Q), berisi timestamp terbesar yang berhasil mengeksekusi perintah write(). b. R-timestamp(Q), berisi timestamp terbesar yang berhasil mengeksekusi perintah read(). Timestamp yang ada akan terus diperbaharui kapan saja instruksi read(Q) atau write(Q) dieksekusi. Berdasarkan protokol berbasis waktu, semua konflik yang ada antara read dan write akan dieksekusi berdasarkan urutan timestamp tiap instruksi.

149

Rangkuman

Protokol pembacaan transaksi: • Jika TS(Ti) < W-timestamp(Q), maka Ti perlu membaca data yang sekarang sudah ditulis dengan data lain. Maka, transaksi ini akan ditolak. • Jika TS(Ti) >= W-timestamp(Q), maka Ti akan membaca data dan R-timestamp(Q) akan di-set menjadi maksimum, yaitu sesuai timestampTi. Protokol penulisan transaksi: • Jika TS(Ti) lebih kecil dari R-timestamp(Q), maka data Q yang akan ditulis oleh Ti diperlukan sebelumnya, sehingga dianggap bahwa Ti tidak perlu melakukan operasi write() (waktu eksekusi transaksi sudah lewat) dan transaksi ini ditolak. • Jika TS(Ti) lebih kecil W-timestamp(Q), maka transaksi Ti melakukan operasi write() yang hasilnya tidak diperlukan lagi (waktu Ti melakukan eksekusi sudah lewat) sehingga transaksi ini ditolak. • Selain dua point di atas, maka transaksi akan dilakukan

Tabel 21.3. Contoh Penjadwalan dengan PROTOKOL BERBASIS WAKTU T2

T3

Read(B) Read(B) Write(B) Read(A) Read(A) Write(A) Read(B) Write(B) Protokol berbasis waktu juga membantu dalam mengatasi deadlock, karena tidak ada transaksi-transaksi yang melakukan wait().

21.8. Rangkuman Transaksi merupakan sekumpulan instruksi atau operasi yang menjalankan sebuah fungsi logis dan memiliki sifat atomicity, consistency, isolation, dan durability. Sifat atomicity pada transaksi menyebabkan transaksi tersebut akan dijalankan secara keseluruhan atau tidak sama sekali. Operasi-operasi pada transaksi atomik disimpan dalam log agar dapat dilakukan rolled-back jika terjadi kegagalan sistem. Dengan memanfaatkan log, pemulihan data dapat dilakukan dengan melakukan undo atau redo. Untuk menghemat waktu pada saat rolled-back, kita dapat memberikan operasi checkpoint pada transaksi sehingga kita tidak perlu memeriksa keseluruhan transaksi untuk memutuskan melakukan undo/redo. Serialisasi diperlukan ketika beberapa transaksi atomik dijalankan secara bersamaan. Hal ini dimaksudkan agar sifat konsistensi hasil eksekusi transaksi dapat terpenuhi. Ada dua cara untuk menjaga agar penjadwalan bersifat serializable, yaitu protokol penguncian dan protokol berbasis waktu. Pada protokol penguncian, setiap data yang akan diakses harus dikunci oleh transaksi yang akan memakainya agar transaksi lain tidak bisa mengakses data yang sama. Sedangkan, pada protokol berbasis waktu, setiap transaksi diberikan suatu timestamp yang unik, sehingga dapat diketahui apakah transaksi tersebut sudah dijalankan atau belum. Protokol berbasis waktu dapat mengatasi masalah deadlock, sedangkan protokol penguncian tidak.

150

Rangkuman

Rujukan [Bacon2003] Jean Bacon dan Tim Harris. 2003. Operating Systems : Concurrent And Distributed Software Design . First Edition. Addison Wesley. [Silberschatz2005] Avi Silberschatz, Peter Galvin, dan Grag Gagne. 2005. Operating Systems Concepts. Seventh Edition. John Wiley & Sons. [Tanenbaum1992] Andrew S. Tanenbaum. 1992. Modern Operating Systems. First Edition. Prentice-Hall. [WEBWIKI2007] Wikipedia. 2007. Serializability – http://en.wikipedia.org/wiki/Serializability . Diakses 06 Maret 2007.

151

152

Bab 22. Sinkronisasi Linux 22.1. Pendahuluan Pada suatu saat dalam sebuah kernel, tidak terkecuali kernel Linux, dapat terjadi concurrent access. Yang dimaksud dengan concurrent access adalah beberapa thread yang sedang berjalan mengakses resources yang sama dalam waktu yang sama. Jika hal ini terjadi, thread-thread tersebut akan saling meng-overwrite perubahan yang dilakukan thread sesamanya sebelum perubahan tersebut mencapai state yang konsisten. Sehingga hasil dari proses tidak seperti yang diharapkan. Dalam hal ini diperlukan proteksi dalam kernel yang bersangkutan. Proteksi dapat dilakukan dengan sinkronisasi. Proteksi resources dari concurrent access bukanlah merupakan hal yang mudah. Beberapa tahun yang lalu sebelum Linux mendukung adanya symmetrical multiprocessing, proteksi masih mudah dilakukan. Karena hanya ada satu processor yang didukung, satu-satunya cara bagi resources dapat diakses secara concurrent (bersama-sama) oleh thread adalah ketika ada interrupt atau memang ada jadwal dari kernel bahwa thread lain diperbolehkan untuk mengakses resources tersebut. Namun dengan berkembangnya zaman, Linux akhirnya mendukung adanya symmetrical multiprocessing dalam versi 2.0 kernelnya. Multiprocessing artinya kernel code dapat dijalankan dalam dua atau lebih processor. Jika tanpa proteksi, code yang dijalankan dalam dua processor yang berbeda dapat mengakses resources yang sama dalam waktu yang sama. Dengan adanya Linux 2.6 kernel yang mendukung adanya konsep preemptive, scheduler dalam kernel dapat meng interrupt kernel code yang sedang berjalan untuk memberi kesempatan bagi kernel code lain untuk dijalankan. Dengan demikian pengaksesan resources yang sama dalam waktu yang sama dapat dihindari. Dalam bab ini akan dijelaskan bagaimana implementasi sinkronisasi dalam Linux. Metode-metode sinkronisasi yang dibahas meliputi integer atomik yang merupakan salah satu jenis dari operasi atomik, locking yang terdiri dari spin lock dan semafor, dan dijelaskan hal-hal lain yang terkait dengan pembahasan ini.

22.2. Critical Section Sebuah proses memiliki bagian dimana bagian ini akan melakukan akses dan manipulasi data. Bagian ini disebut dengan critical section. Ketika sebuah proses sedang dijalankan dalam critical sectionnya, tidak ada proses lain yang boleh dijalankan dalam critical sectionnya. Karena hal ini dapat memungkinkan terjadinya akses ke resources yang sama dalam waktu yang sama. Keadaan seperti ini disebut proses tersebut mutually exclusive. Oleh karena itu, diperlukan suatu mekanisme atau aturan agar proses sifat mutually exclusive dapat terpenuhi. Dengan mengontrol variabel mana yang diubah baik didalam maupun diluar critical section, concurrent access dapat dicegah. Critical section biasanya digunakan saat program multithreading, dimana program tersebut terdiri dari banyak thread, akan mengubah nilai dari variabel. Dalam hal ini critical section diperlukan untuk melindungi variabel dari concurrent access yang dapat membuat nilai dari variabel tersebut menjadi tidak konsisten. Lalu bagaimana critical section tersebut diimplementasikan didalam sistem operasi. Metode yang paling sederhana adalah dengan mencegah adanya thread lain yang mengubah variabel yang sedang digunakan dalam critical section. Selain itu, system call yang dapat menyebabkan context switch juga dihindari. Jika scheduler meng-interrupt proses yang sedang mengakses critical sectionnya, maka scheduler akan membiarkan proses tersebut menyelesaikan critical sectionnya atau menghentikannya sementara untuk memberi kesempatan bagi proses lain untuk menjalankan critical sectionnya. Proses yang sedang berada dalam critical sectionnya dijalankan secara mutually exclusive.

153

Penyebab Konkurensi Kernel

Contoh 22.1. Critical section do{ critical section }while(1)

22.3. Penyebab Konkurensi Kernel Perlunya sinkronisasi disebabkan karena adanya program yang dijadwalkan secara preemptive. Karena proses dapat di interrupt maka proses yang lain dapat masuk ke processor menggantikannya untuk dijalankan. Hal ini memungkinkan proses awal di interrupt di critical regionnya. Jika ada proses baru yang dijadwalkan untuk dijalankan selanjutnya masuk ke critical region yang sama, maka race condition akan terjadi. Ada dua jenis concurrency yaitu pseudo-concurrency dan true-concurrency. Pseudo-concurrency terjadi ketika dua proses tidak benar-benar berjalan dalam waktu yang tepat sama namun ada waktu jeda diantara keduanya. Sedangkan true-concurrency terjadi ketika dua proses berjalan secara bersama-sama yang waktu yang sama. True-concurrency biasanya terjadi pada komputer yang berbasis symmetrical multiprocessing. Ada beberapa penyebab konkurensi kernel, diantaranya: • Interrupt. Interrupt dapat terjadi sewaktu-waktu, menghentikan sementara proses yang sedang berjalan. • Softirqs dan Tasklets. Kernel dapat menjadwalkan Softirqs dan Tasklets sewaktu-waktu untuk menghentikan sementara proses yang sedang berjalan. Softirqs dan Tasklets adalah pengatur interrupt untuk interrupt-interrupt yang tidak dapat dilakukan interrupt-handler yang biasa. Softirqs dapat berjalan secara bersama-sama dalam beberapa processor bahkan dua Softirqs yang sama dapat berjalan bersama-sama. Sifat tasklets hampir sama dengan Softirqs, hanya saja dua tasklets yang sama tidak dapat berjalan secara bersama-sama. • Kernel Preemption. Karena kernel bersifat preemptive, sebuah proses yang sedang berjalan dapat dihentikan sementara oleh proses yang lain. • Sleeping dan Syncronization with user-space. Sebuah proses dalam kernel dapat sleep dan meminta kernel untuk menjalankan proses yang lain. • Symmetrical Multiprocessing. Dua atau lebih processor dapat menjalankan kernel code dalam waktu yang sama.

22.4. Integer Atomik Salah satu metode dalam kernel LINUX untuk sinkronisasi adalah atomic operations. Integer atomik adalah salah satu jenis dari atomic operations. Atomic operations menyediakan instruksi yang dijalankan secara atomik ( tanpa interrupt ). Contohnya sebuah atomic increment dapat membaca dan meng-increment sebuah variabel dalam sebuah step yang tidak dapat dibagi-bagi. Misalnya i diinisialisasi sama dengan 7

Gambar 22.1. Atomic Operation Thread 1 Thread 2 -----------------------------------------------------------------Atomic increment i (7 -> 8) Atomic increment i (8->9)

Atomic increment pada thread 1 akan dijalankan sampai selesai tanpa interrupt sehingga hasil dari thread pertama adalah 8. Setelah itu barulah thread 2 dijalankan. Mula-mula nilai i yang dibaca adalah 8 kemudian di iincrement sehingga hasil akhirnya 9. 154

Integer Atomik

Methods integer atomik hanya berjalan untuk tipe data atomic_t. Fungsi atomik akan menggunakan tipe data ini dan tidak akan mengirim tipe data ini ke fungsi nonatomik. Dalam penggunaannya, compiler tidak mengakses langsung nilai dari data ini namun yang diakses adalah alamat memorinya. Integer atomik ( atomic_t ) memiliki 32 bits dalam representasinya. Namun yang dipakai untuk menyimpan suatu nilai hanya 24 bits karena 8 bits sisanya dipakai untuk lock yang berfungsi untuk memproteksi concurrent access ke data atomic yang bersangkutan. Hal ini diimplementasikan dalam SPARC port pada LINUX

Gambar 22.2. 32-bit atomic_t

Untuk menggunakan atomic integer operations perlu dideklarasikan . Berikut ini contoh penggunaan atomic integer :

terlebih

dahulu

atomic_t v; atomic_t v = ATOMIC_INIT(0); atomic_set(&v,4); atomic_add(2,&v); atomic_inc(&v); printk("%d\n",atomic_read(&v));

Fungsi atomic_t v akan mendefinisikan variabel v sebagai sebuah integer atomik. Kemudian variabel v akan diinisialisasi menjadi 0 oleh fungsi ATOMIC_INIT(0). Untuk mengeset nilai v misalnya menjadi 4 secara atomik dapat digunakan fungsi atomic_set(&v,4). Menambah nilai v secara atomik dengan menggunakan fungsi atomic_add(2,&v). Variabel v dapat juga dikenakan atomic increment dengan menggunakan fungsi atomic_inc(&v). Fungsi printk("%d\n",atomic_read(&v)) akan mencetak nilai v. Berikut ini beberapa Atomic Integer Operations :

Tabel 22.1. Tabel Atomic Integer Operations Atomic Integer Operation

Description

ATOMIC_INIT(int i)

inisialisasi atomic_t menjadi i

atomic_read(atomic_t *v)

membaca nilai integer dari v

void atomic_set(atomic_t *v,int i)

set nilai v menjadi i

void atomic_add(int i,atomic_t *v)

menambah v sebesar i

void atomic_sub(int i,atomic_t *v)

mengurangi c sebesar i 155

Spin Locks

Atomic Integer Operation

Description

void atomic_inc(atomic_t *v)

menambah v dengan 1

void atomic_dec(atomic_t *v)

mengurangi v dengan 1

22.5. Spin Locks Metode Locking adalah salah satu metode dalam sinkronisasi yang diperlukan untuk menjaga agar tidak ada proses yang berjalan bersama-sama yang memungkinkan adanya concurrent access ke resources yang sama. Locking akan menutup proses yang sedang berjalan dalam critical regionnya dari proses yang lain sehingga hanya akan ada satu proses yang sedang berjalan dalam sebuah processor. Locking yang paling umum digunakan dalam LINUX adalah spin lock. Spin lock adalah lock yang hanya dapat dilakukan oleh satu thread. Ketika sebuah thread yang akan dijalankan meminta spin lock yang sedang digunakan, maka thread ini akan loops menunggu sampai spin lock tersebut selesai digunakan oleh thread yang sedang berjalan. Jika spin lock sedang tidak digunakan maka thread yang akan dijalankan akan langsung mendapatkannya. Hal ini akan mencegah adanya dua thread yang dijalankan bersama-sama. Dalam spin lock tidak diperbolehkan kernel preemption. Berikut ini contoh penggunaan spin lock : Sebelum menggunakan spin lock, perlu dideklarasikan . spinlock-t mr_lock = SPIN_LOCK_UNLOCKED; unsigned long flags; spin_lock_irqsave(&mr_lock,flags); / * critical region # * / spin_unlock_irqrestore(&mr_lock,flags);

Fungsi SPIN_LOCK_UNLOCKED menyatakan bahwa variabel yang bersangkutan, dalam hal ini mr_lock, sedang tidak menjalankan spin lock. Fungsi spin_lock_irqsave(&mr_lock,flags) menyebabkan mr_lock mendapatkan spin lock dan menyimpan state terakhir dari thread yang di interrupt. Setelah itu, mr_lock akan masuk ke critical regionnya. Setelah selesai maka mr_lock melepaskan spin lock menggunakan spin_unlock_irqrestore(&mr_lock,flags) dan thread yang di interrupt kembali ke state terakhirnya. Berikut ini beberapa spin lock methods

Tabel 22.2. Tabel Spin Lock Methods

156

Method

Description

spin_lock()

Mendapatkan lock

spin_lock_irq()

Menginterrupt dan mendapatkan lock

spin_lock_irqsave()

Menyimpan current state dari local interrupt dan mendapatkan lock

spin_unlock()

Melepaskan lock

spin_unlock_irq()

Melepaskan lock dan enable local interrupt

spin_unlock_irqrestore()

Melepaskan lock dan memberi local interrupt previous statenya

Semafor

22.6. Semafor Semafor dalam LINUX adalah sleeping locks. Ketika sebuah thread meminta semafor yang sedang digunakan, maka semafor akan meletakkan thread tersebut dalam wait queue dan menyebabkan thread tersebut masuk status sleep. Kemudian processor menjalankan thread yang lain. Ketika thread yang memegang semafor melepaskan locknya, maka satu dari thread yang ada di wait queue akan dipanggil sehingga akan mendapatkan semafor. Beberapa konklusi yang dapat diambil berkaitan dengan sleeping yang terjadi dalam semafor diantaranya : • Karena thread yang sedang menunggu giliran untuk dijalankan masuk dalam status sleep, maka semafor cocok untuk lock yang digunakan untuk waktu yang cukup lama. • Sebaliknya, semafor tidak cocok untuk lock yang digunakan dalam waktu yang singkat karena waktu yang digunakan untuk sleeping, menjaga wait queue, dan membangunkan thread yang sedang sleep akan menambah waktu lock. • Thread yang sedang memegang semafor dapat sleep dan tidak akan deadlock ketika ada thread yang lain yang mendapatkan semafor yang sama karena thread tersebut akan sleep dan membiarkan thread yang pertama untuk melanjutkan eksekusinya. • Suatu thread tidak dapat memegang spin lock ketika menunggu untuk mendapatkan semafor karena thread tersebut harus sleep dan tidak dapat sleep dengan memegang spin lock. Berbeda dengan spin lock, semafor memperbolehkan adanya kernel preemption. Dalam semafor juga diperbolehkan pemegang semafor lebih dari satu dalam suatu waktu yang sama. Banyaknya pemegang lock di sebut usage count. Nilai yang paling umum untuk usage count adalah satu yang atinya hanya ada satu thread yang berjalan dalam suatu waktu. Dalam hal ini jika usage count sama dengan 1 maka disebut binary semaphore atau mutex. Implementasi dari semafor didefinisikan dalam . Semafor dapat dibuat dengan cara sebagai berikut : static DECLARE_SEMAPHORE_GENERIC(name,count) dimana name menyatakan nama variabel dan count adalah usage count dari semafor. static DECLARE_MUTEX(name) dimana name adalah nama variabel dari semafor. Berikut ini contoh implementasi semaphore : static DECLARE_MUTEX(mr_sem); if(down_interruptible(&mr_sem)){ /*critical region*/ up(&mr_sem); }

Fungsi down_interruptible() untuk meminta semafor. Jika gagal, maka variabel yang bersangkutan akan sleep dalam state TASK_INTERRUPTIBLE. Jika kemudian variabel menerima signal maka down_interruptible() akan mereturn -EINTR. Sehingga fungsi down() akan membuat variabel masuk dalam state TASK_UNINTERRUPTIBLE dan akan dijalankan dalam critical regionnya. Untuk melepaskan semafor, digunakan fungsi up(). Mengetahui apakah akan menggunakan spin lock atau semafor adalah cara yang baik untuk mengoptimalkan code yang dibuat Berikut ini tabel mengenai apa yang diperlukan untuk menentukan lock mana yang digunakan

Tabel 22.3. Tabel Spin Lock Versus Semaphore Requirement

Recommended

Overhead locking yang rendah

Spin lock 157

SMP

Requirement

Recommended

Lock hold time yang singkat

Spin lock

Lock hold time yang panjang

Semaphore

Sleep ketika menunggu lock

Semaphore

22.7. SMP Symmetrical Multiprocessing (SMP) mendukung adanya pengeksekusian secara paralel dua atau lebih thread oleh dua atau lebih processor. Kernel LINUX 2.0 adalah kernel LINUX pertama yang memperkenalkan konsep SMP. Untuk menjaga agar dua thread tidak mengakses resources yang sama dalam waktu yang sama, maka SMP menerapkan aturan dimana hanya ada satu processor yang dapat menjalankan thread dalam kernel mode dengan cara spin lock tunggal untuk menjalankan aturan ini. Spin lock ini tidak memunculkan permasalahan untuk proses yang banyak menghabiskan waktu untuk menunggu proses komputasi, tapi untuk proses yang banyak melibatkan banyak aktifitas kernel, spin lock menjadi sangat mengkhawatirkan. Sebuah proyek yang besar dalam pengembangan kernel LINUX 2.1 adalah untuk menciptakan penerapan SMP yang lebih masuk akal, dengan membagi kernel spin lock tunggal menjadi banyak lock yang masing-masing melindungi terhadap masuknya kembali sebagian kecil data struktur kernel. Dengan menggunakan teknik ini, pengembangan kernel yang terbaru mengizinkan banyak processor untuk dieksekusi oleh kernel mode secara bersamaan.

22.8. Rangkuman Pada suatu saat dalam sebuah kernel, tidak terkecuali kernel LINUX, dapat terjadi concurrent access. Dalam hal ini diperlukan proteksi dalam kernel yang bersangkutan. Proteksi dapat dilakukan dengan sinkronisasi. Sebuah proses memiliki bagian dimana bagian ini akan melakukan akses dan manipulasi data. Bagian ini disebut dengan critical section. Ketika sebuah proses sedang dijalankan dalam critical sectionnya, tidak ada proses lain yang boleh dijalankan dalam critical sectionnya. Ada dua jenis concurrency yaitu pseudo-concurrency dan true-concurrency. Ada beberapa penyebab konkurensi kernel, diantaranya interrupt, softirqs dan tasklets, kernel preemption, sleeping dan synchronization with user-space, dan symmetrical multiprocessing. Salah satu metode dalam kernel LINUX untuk sinkronisasi adalah atomic operations. Integer atomik adalah salah satu jenis dari atomic operations. Integer Atomik menyediakan instruksi yang dijalankan secara atomik ( tanpa interrupt). Locking yang paling umum digunakan dalam LINUX adalah spin lock. Spin lock adalah lock yang hanya dapat dilakukan oleh satu thread. Ketika sebuah thread yang akan dijalankan meminta spin lock yang sedang digunakan, maka thread ini akan loops menunggu sampai spin lock tersebut selesai digunakan oleh thread yang sedang berjalan. Semafor dalam LINUX adalah sleeping locks. Ketika sebuah thread meminta semafor yang sedang digunakan, maka semafor akan meletakkan thread tersebut dalam wait queue dan menyebabkan thread tersebut masuk status sleep. Symmetrical multiprocessing (SMP) mendukung adanya pengeksekusian secara paralel dua atau lebih thread oleh dua atau lebih processor. Kernel LINUX 2.0 adalah kernel LINUX pertama yang memperkenalkan konsep SMP.

Rujukan [RobertLove2005] Robert Love. 2005. Linux Kernel Development. Novell Press.

158

Rangkuman

[Silberschatz2005] Avi Silberschatz, Peter Galvin, dan Grag Gagne. 2005. Operating Systems Concepts. Seventh Edition. John Wiley & Sons. [Stallings2001] William Stallings. 2001. Operating Systems: Internal and Design Principles. Fourth Edition. Edisi Keempat. Prentice-Hall International. New Jersey. [WEBDrake96] Donald G Drake. April 1996. Introduction to Java threads – A quick tutorial on how to implement threads in Java – http://www.javaworld.com/ javaworld/ jw-04-1996/ jw-04-threads.html . Diakses 29 Mei 2006. [WEBFasilkom2003] Fakultas Ilmu Komputer Universitas Indonesia . 2003. Sistem Terdistribusi – http://telaga.cs.ui.ac.id/ WebKuliah/ sisdis2003/ . Diakses 29 Mei 2006. [WEBHarris2003] Kenneth Harris. 2003. Cooperation: Interprocess Communication – Concurrent Processing – http://people.cs.uchicago.edu/ ~mark/ 51081/ LabFAQ/ lab5/ IPC.html . Diakses 2 Juni 2006. [WEBWalton1996] Sean Walton. 1996. Linux Threads Frequently Asked Questions (FAQ) – http://linas.org/ linux/ threads-faq.html . Diakses 29 Mei 2006. [WEBWiki2006a] From Wikipedia, the free encyclopedia. http://en.wikipedia.org/wiki/Zombie_process . Diakses 2 Juni 2006.

2006.

[WEBLINUX2002] Robert Love. 2002. Kernel Locking http://www.linuxjournal.com/article/5833/ . Diakses 3 Maret 2007.

Title

–

Techniques

[WEBwikipedia2007a] From Wikipedia, the free encyclopedia. 2007.. 2007. Symmetric Multiprocessing http://en.wikipedia.org/wiki/Symmetric_multiprocessing/ . Diakses 3 Maret 2007. [WEBwikipedia2007] From Wikipedia, the free encyclopedia. 2007.. 2007. Critical Section http://en.wikipedia.org/wiki/Critical_section.htm/ . Diakses 10 April 2007.

159

160

Bab 23. Deadlocks 23.1. Pendahuluan Dalam sistem komputer, terdapat banyak sumber daya yang hanya bisa dimanfaatkan oleh satu proses pada suatu waktu. Contohnya adalah penggunaan sumber daya seperti printer, tape drives dan CD-ROM drives. Dua buah proses yang menggunakan slot yang sama pada tabel proses dapat menyebabkan kerusakan pada sistem. Untuk itu, setiap sistem operasi memiliki mekanisme yang memberikan akses eksklusif pada sumber daya. Pada kenyataannya, proses membutuhkan akses eksklusif untuk beberapa sumber daya sekaligus. Bayangkan apabila sebuah proses, sebut saja proses A, meminta sumber daya X dan mendapatkannya. Kemudian ada proses B yang meminta sumber daya Y dan mendapatkannya juga. Setelah itu, proses A meminta sumber daya Y dan proses B meminta sumber daya X. Pada situasi tersebut, kedua proses harus ter-block dan menunggu secara terus-menerus. Keadaan seperti itu dinamakan deadlock. Deadlock secara bahasa berarti buntu atau kebuntuan. Dalam definisi lebih lengkap, deadlock berarti suatu keadaan dimana sistem seperti terhenti dikarenakan setiap proses memiliki sumber daya yang tidak bisa dibagi dan menunggu untuk mendapatkan sumber daya yang sedang dimiliki oleh proses lain. Keadaan seperti ini hanya dapat terjadi pada akses terhadap sumber daya yang tidak bisa dibagi atau non-sharable.

Gambar 23.1. Contoh kasus deadlock pada lalu lintas di jembatan

Pada contoh di atas, digambarkan ilustrasi dari kejadian deadlock pada dunia nyata, yaitu pada lalu lintas di jembatan. Dapat dilihat bahwa kedua mobil yang berada di tengah-tengah jembatan tidak dapat maju dan hanya menunggu. Penyelesaian dari masalah tersebut adalah salah satu dari mobil tersebut mundur, sehingga mobil yang lain dapat maju. Mobil pada kasus ini adalah proses, sedangkan jembatan adalah sumber daya. Kedua mobil berebut untuk menggunakan sumber daya, namun karena sumber daya tersebut hanya dapat digunakan oleh satu proses saja, maka terjadilah deadlock. Kondisi tersebut bila terjadi dalam waktu yang lama dapat menyebabkan terjadinya starvation.

Gambar 23.2. Contoh kasus deadlock pada lalu lintas di persimpangan

161

Starvation

Gambar di atas adalah contoh lain terjadinya deadlock pada dunia nyata. Pada gambar jelas terlihat bahwa lalu lintas terhenti dan terjadi antrian pada empat arah datangnya mobil. Tidak ada mobil yang bisa melanjutkan perjalanan dan hanya menunggu saja. Permasalahan ini dapat dipecahkan dengan cara salah satu dari antrian tersebut mundur dan memberikan kesempatan antrian lain untuk berjalan terlebih dahulu. Kasus seperti ini sangat potensial untuk terjadinya starvation. Berikut ini diberikan contoh situasi deadlock yang dideskripsikan dengan pseudocode.

Contoh 23.1. TestAndSet

Mutex M1, M2; /* Thread 1 */ while (1) { NonCriticalSection() Mutex_lock(&M1); Mutex_lock(&M2); CriticalSection(); Mutex_unlock(&M2); Mutex_unlock(&M1); } /* Thread 2 */ while (1) { NonCriticalSection() Mutex_lock(&M2); Mutex_lock(&M1); CriticalSection(); Mutex_unlock(&M1); Mutex_unlock(&M2); }

Misalkan thread 1 berjalan dan mengunci M1. Akan tetapi sebelum ia dapat mengunci M2, ia diinterupsi. Kemudian thread 2 mulai berjalan dan mengunci M2. Ketika ia mencoba untuk mendapatkan dan mengunci M1, ia terblok karena M1 telah dikunci oleh thread 1. Selanjutnya thread 1 berjalan lagi dan mencoba untuk mendapatkan dan mengunci M2, namun terblok karena M2 telah dikunci oleh thread 2. Kedua thread terblok dan saling menunggu terjadinya sesuatu yang tak pernah akan terjadi. Kesimpulannya, terjadi deadlock yang melibatkan thread 1 dan thread 2. Pada bahasan selanjutnya kita akan membahas tentang deadlock secara lebih mendalam, yaitu tentang starvation, bagaimana deadlock dapat terjadi dan cara untuk menanganinya.

23.2. Starvation Pada bagian pendahuluan, telah sama-sama kita ketahui mengenai pengertian dari deadlock. Di contoh lalu lintas jembatan, terlihat bahwa kejadian deadlock yang berlangsung secara terus-menerus dan tiada akhir dapat menyebabkan terjadinya starvation. Akan tetapi, deadlock bukanlah satu-satunya penyebab terjadinya starvation. Lalu lintas yang didominasi oleh kendaraan-kendaraan dari satu arah pun dapat menyebabkan terjadinya starvation. Akibat yang terjadi adalah kendaraan dari arah lain menjadi terus menunggu giliran untuk berjalan hingga akhirnya mengalami starvation. Starvation adalah keadaan dimana satu atau beberapa proses 'kelaparan' karena terus dan terus menunggu kebutuhan sumber dayanya dipenuhi. Namun, karena sumber daya tersebut tidak tersedia atau dialokasikan untuk proses lain, akhirnya proses yang membutuhkan tidak bisa memilikinya. 162

Model Sistem

Kondisi seperti ini merupakan akibat dari keadaan menunggu yang berkepanjangan.

23.3. Model Sistem Keadaan dimana suatu proses yang meminta sumber daya pasti terjadi dalam suatu sistem. Untuk itu dibutuhkan cara pemodelan terhadapnya. Terdapat tipe sumber daya R1, R2, ..., Rm. Contohnya adalah space pada memori dan juga komponen-komponen M/K. Setiap tipe sumber daya Ri tersebut memiliki Wi instances. Misalnya sebuah sumber daya M/K memiliki dua buah instances yang bisa diakses oleh proses. Sebuah proses dalam melakukan penggunaan terhadap suatu sumber daya melalui langkah-langkah sebagai berikut: • Request. Pada langkah ini, pertama kali proses mengajukan diri untuk bisa mendapatkan sumber daya. Proses dapat meminta satu atau lebih sumber daya yang tersedia ataupun yang sedang dimiliki oleh proses yang lain. • Use. Selanjutnya, setelah proses mendapatkan sumber daya yang dibutuhkannya, proses akan melakukan eksekusi. Sumber daya digunakan oleh proses sampai proses selesai melakukan eksekusi dan tidak membutuhkan lagi sumber daya tersebut. • Release. Setelah memanfaatkan sumber daya untuk melakukan eksekusi, proses pun akan melepaskan sumber daya yang dimilikinya. Sumber daya tersebut dibutuhkan oleh proses lain yang mungkin sedang menunggu untuk menggunakan.

23.4. Karakteristik Setelah pada bagian sebelumnya kita telah mengetahui mengenai pengertian dari deadlock dan bagaimana memodelkannya, sekarang kita akan membahas secara mendalam mengenai karakteristik dari terjadinya 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. Circular wait oleh penulis diistilahkan sebagai 'Lingkaran Setan' tanpa ujung. 163

Penanganan

23.5. Penanganan Secara umum terdapat 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.

23.6. Pencegahan 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.

164

Penghindaran

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.

23.7. Penghindaran Penghindaran terhadap deadlock adalah cara penanganan yang selanjutnya. Inti dari penghindaran adalah jangan sembarangan membolehkan proses untuk memulai atau meminta lagi. Maksudnya adalah, 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. Algoritma penghindaran yang pertama yaitu resource-allocation graph akan dijelaskan secara mendalam pada bab selanjutnya yaitu Diagram Graf. Untuk algoritma yang kedua yaitu banker's algorithm akan dibahas pada bab ini dan dilengkapi oleh pembahasan di bab selanjutnya. 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.


01 work dan finish adalah vektor yang diinisialisasi: work = available finish[i] = FALSE untuk i= 1,2,3,..,n-1. 02 cari i yang memenuhi finish[i] == FALSE dan needi <= work jika tak ada, ke tahap 04 03 work = work + allocationi finish [i] = TRUE kembali ke tahap 02 04 jika finish[i]==TRUE untuk semua i, maka sistem safe state.

Terdapat juga algoritma lainnya yang menentukan apakah proses boleh melakukan permintaan terhadap sumber daya tambahan atau tidak. Algoritma yang bertujuan memastikan sistem tetap pada keadaan safe state ini dinamakan resource-request algorithm. 165

Pendeteksian


Request = sumber daya yang dibutuhkan proses Pi. Pada request, Pi membutuhkan k instances dari Rj. 01 Jika Requesti <= Needi, ke tahap 02. Selain itu error karena melebihi maximum permintaan 02 Jika Requesti <= Available, ke tahap 03. Selain itu Pi harus menunggu karena tidak tersedia 03 Ubah kondisi state setelah request dikabulkan Available = Available - Requesti Allocationi = Allocationi + Requesti Needi = Needi - Requesti if safe => sumber daya dialokasikan pada Pi if unsafe => Pi menunggu, state kembali sebelumnya

Algoritma-algoritma tersebut bertujuan untuk menghindarkan sistem dari terjadinya deadlock. Keadaan dimana sistem bebas dari deadlock disebut safe state. Jadi, semua kebutuhan proses akan sumber daya terpenuhi. Dampaknya adalah sistem tidak mengalami deadlock. Selain safe state, terdapat pula keadaan unsafe state. Pada keadaan ini, sistem mempunyai kemungkinan untuk berada pada kondisi deadlock. Sehingga cara yang paling jitu untuk menghindari deadlock adalah memastikan bahwa sistem tidak akan pernah mengalami keadaan unsafe state.

23.8. Pendeteksian 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.

23.9. Pemulihan 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. 166

Rangkuman

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.

23.10. Rangkuman Deadlock adalah suatu keadaan dimana sistem seperti terhenti dikarenakan setiap proses memiliki sumber daya yang tidak bisa dibagi dan menunggu untuk mendapatkan sumber daya yang sedang dimiliki oleh proses lain. Starvation adalah keadaan dimana satu atau beberapa proses 'kelaparan' karena terus dan terus menunggu kebutuhan sumber dayanya dipenuhi. Namun, karena sumber daya tersebut tidak tersedia atau dialokasikan untuk proses lain, akhirnya proses yang membutuhkan tidak bisa memilikinya. Kondisi seperti ini merupakan akibat dari keadaan menunggu yang berkepanjangan. Karakteristik terjadinya deadlock: • Mutual Exclusion. • Hold and Wait. • No Preemption. • Circular Wait. Mekanisme penanganan deadlock: • Pengabaian. Ostrich Algorithm. • Pencegahan. Mencegah terjadinya salah satu kondisi deadlock. • Penghindaran. Memastikan sistem berada pada safe state dan dengan menggunakan deadlock avoidance algorithm. • Pendeteksian dan Pemulihan. Mekanisme pendeteksian menggunakan detection algorithm, sedangkan pemulihan dengan cara rollback and restart sistem ke safe state.

Rujukan [Silberschatz2005] Avi Silberschatz, Peter Galvin, dan Grag Gagne. 2005. Operating Systems Concepts. Seventh Edition. John Wiley & Sons. [Tanenbaum1997] Andrew S Tanenbaum dan Albert S Woodhull. 1997. Operating Systems Design and Implementation. Second Edition. Prentice-Hall. [WEBRpi2004] Computer Science RPI. 2004. Deadlock http://www.cs.rpi.edu/academics/courses/fall04/os/c10/index.html . Diakses 28 Maret 2007. [WEBWiki2006a] Wikipedia. 2006. Deadlock http://en.wikipedia.org/wiki/Deadlock . Diakses 05 Februari 2007. 167

Rangkuman

[WEBWiki2006b] Wikipedia. 2006. Banker's Algorithm http://en.wikipedia.org/wiki/Banker%27s_algorithm . Diakses 16 Februari 2007.

168

Bab 24. Diagram Graf 24.1. Pendahuluan Berdasarkan penjelasan sebelumnya mengenai deadlock, diperlukan suatu penggambaran tentang bentuk deadlock. Dalam hal ini graf digunakan untuk merepresentasikan hal tersebut. Deadlock adalah suatu kondisi dimana proses tidak berjalan lagi ataupun tidak ada komunikasi antar proses di dalam sistem operasi. Salah satu gambaran terjadinya deadlock, misalkan proses1 menunggu sumber daya yang sedang dipegang oleh proses2, sedangkan proses2 itu sedang menunggu sumber daya yang dipegang oleh proses1. Jadi tidak ada satu pun proses yang bisa running, melepaskan sumber daya, atau dibangunkan. Sumber daya, proses, dan deadlock tersebut dapat digambarkan dengan graf. Sedangkan graf adalah suatu struktur diskrit yang terdiri dari simpul dan edge, dimana edge menghubungkan simpul-simpul yang ada. Berdasarkan hubungan antara edge dan simpulnya, graf dibagi menjadi dua, yaitu graf sederhana dan graf tak-sederhana. Berdasarkan arahnya graf dapat dibagi menjadi dua yaitu graf berarah dan graf tidak berarah. Graf berarah memperhatikan arah edge yang menghubungkan dua simpul, sedangkan graf tidak berarah tidak memperhatikan arah edge yang menghubungkan dua simpul. Dalam Bab 24 ini akan dibahas mengenai implementasi graf dalam sistem operasi, yaitu dalam penggunaannya untuk penanganan deadlock pada sistem operasi. Diantaranya adalah graf alokasi sumber daya dan graf tunggu . Graf alokasi sumber daya dan graf tunggu merupakan graf sederhana dan graf berarah. Dua graf tersebut adalah bentuk visualisasi dalam mendeteksi masalah deadlock pada sistem operasi. Setiap sumber daya pada sistem operasi akan digunakan oleh proses-proses yang membutuhkannya. Mekanisme hubungan dari proses-proses dan sumber daya itu dapat diwakilkan dan digambarkan dengan graf alokasi sumber daya dan graf tunggu. Dengan adanya visualisasi dari graf tersebut, maka masalah deadlock pada sistem operasi dapat dideteksi dan diselesaikan.

24.2. Komponen Alokasi Sumber Daya Graf alokasi sumber daya mempunyai komponen-komponen layaknya graf biasa. Hanya saja dalam graf alokasi sumber daya ini, vertex dibagi menjadi 2 jenis yaitu:

1. Proses . P = {P0, P1, P2, P3,.... , Pi}. P terdiri dari semua proses yang ada di sistem. Untuk proses, vertexnya digambarkan sebagai lingkaran dengan nama prosesnya.

Gambar 24.1. Proses Pi

169

Komponen Alokasi Sumber Daya

2. Resource . Sumber daya R= {R0, R1, R2, R3, ...., Rj}. R terdiri dari semua sumber daya yang ada di sistem. Untuk sumber daya, vertexnya digambarkan sebagai segi empat dengan titik ditengahnya yang menunjukkan jumlah instans yang dapat dialokasikan serta nama sumber dayanya.

Gambar 24.2. Sumber daya Rj

Proses dan resource dihubungkan oleh sebuah edge (sisi). Untuk edge, terdiri dari dua jenis yaitu: 1. Edge permintaan: Pi->Rj . Edge permintaan menggambarkan adanya suatu proses Pi yang meminta sumber daya Rj

Gambar 24.3. Proses Pi meminta sumber daya Rj

2. Edge Alokasi Sumber Daya: Rj->Pi. Edge alokasi sumber daya menggambarkan adanya suatu sumber daya Rj yang mengalokasikan sumber dayanya pada Pi

Gambar 24.4. Resource Rj meminta sumber daya Pi

Setelah mengetahui bentuk vertex dan edge yang digunakan, kita akan lihat bagaimana salah satu 170

Komponen Alokasi Sumber Daya

contoh penggunaan graf alokasi sumber daya.

Gambar 24.5. Contoh graf alokasi sumber daya

Graf diatas terdiri dari 6 vertex dan 5 edge, V= {P0, P1, P2, R0, R1, R2} E = {P0-> R0, R0-> P1, R1-> P1, R2-> P0, R2-> P2}. Keterangan Graf diatas : 1. P0 meminta sumber daya dari R0 2. R0 memberikan sumber dayanya kepada P1 3. R1 memberikan salah satu instans sumber dayanya kepada P1 4. R2 memberikan salah satu instans sumber dayanya kepada P0 5. R2 memberikan salah satu instans sumber dayanya kepada P2 Setelah suatu proses telah mendapatkan semua sumber daya yang diperlukan maka sumber daya tersebut dilepas dan dapat digunakan oleh proses lain.Sebuah proses menggunakan resource dengan urutan sebagai berikut:

1. Mengajukan permohonan (request).Bila Permohonan tidak dapat dikabulkan dengan segera (misal karena resource sedang digunakan oleh proses lain), maka proses itu harus menunggu sampai resource yang dimintanya tersedia. 2. Menggunakan resource (use).Proses dapat menggunakan resource, misal : printer untuk mencetak, disk drive untuk melakukan operasi M/K , dan sebagainya . 171

Metode Penghindaran

3. Melepaskan resource (release). Setelah proses menyelesaikan penggunaan resource, maka resource harus dilepaskan sehingga dapat digunakan oleh proses lain.

24.3. Metode Penghindaran Bila metode prevention lebih menekankan pada cara permintaan sehingga keempat kondisi yang dapat menyebabkan deadlock tidak terjadi bersamaan, maka metode avoidance lebih mengarah pada perlunya informasi tambahan dari proses mengenai bagaimana resource akan diminta. Pada saat sebuah proses mengajukan permintaan untuk menggunakan resource yang tersedia, maka algoritma avoidance akan bekerja dengan mendeteksi apakah alokasi yang diberikan dapat menyebabkan sistem dalam safe state. Bila keadaan hasilnya sistem safe state , maka resource akan dialokasikan untuk proses tersebut, tetapi bila sebaliknya maka permintaan akan ditolak. Sebuah sistem berada dalam safe state bila terdapat safe sequence dimana proses yang memerlukan resource dapat ditangani. Bila P1 selesai menggunakan resource dan melepaskannya, maka P2 dapat menggunakan resource yang sedang digunakannya dan resource yang dilepas oleh P1 dapat digunakan P2 untuk menyelesaikan tugasnya dan kemudian melepaskan resource untuk digunakan oleh P3, dan seterusnya

Algoritma Graf Alokasi Sumber Daya Untuk Mencegah Deadlock Algoritma ini dapat dipakai untuk mencegah deadlock jika sumber daya hanya memiliki satu instans. Pada algoritma ini ada komponen tambahan pada edge yaitu Claimed Edge. Sama halnya dengan edge yang lain, claimed edge menghubungkan antara sumber daya dan simpul. Claimed edge Pi ---> Rj berarti bahwa proses Pi akan meminta sumber daya Rj pada suatu waktu. Claimed edge sebenarnya merupakan edge permintaan yang digambarkan sebagai garis putus-putus. Ketika proses Pi memerlukan sumber daya Rj, claimed edge diubah menjadi edge permintaan. Dan setelah proses Pi selesai menggunakan Rj, edge alokasi diubah kembali menjadi claimed edge. Dengan algoritma ini bentuk perputaran pada graf tidak dapat terjadi. Sebab untuk setiap perubahan yang terjadi akan diperiksa dengan algoritma deteksi perputaran. Algoritma ini memerlukan waktu n2 dalam mendeteksi perputaran dimana n adalah jumlah proses dalam sistem. Jika tidak ada perputaran dalam graf, maka sistem berada dalam status aman. Tetapi jika perputaran ditemukan maka sistem berada dalam status tidak aman. Pada saat status tidak aman ini, proses Pi harus menunggu sampai permintaan sumber dayanya dipenuhi.

Gambar 24.6. Graf Alokasi Sumber Daya dalam status aman

172

Algoritma Graf Alokasi Sumber Daya Untuk Mencegah Deadlock

Pada saat ini R1 sedang tidak mengalokasikan sumber dayanya, sehingga P1 dapat memperoleh sumber daya R1. Namun, jika claimed edge diubah menjadi edge permintaan dan kemudian diubah menjadi edge alokasi, hal ini dapat menyebabkan terjadinya perputaran.

Gambar 24.7. Graf dengan Deadlock

Dari gambar diatas kita dapat melihat terjadinya deadlock yang disebabkan oleh P0 memerlukan sumber daya R0 untuk menyelesaikan prosesnya, sedangkan R0 dialokasikan untuk P1. Di lain pihak P1 memerlukan sumber daya R1 sedangkan R1 dialokasikan untuk P2. P2 memerlukan sumber daya R2 akan tetapi R2 mengalokasikan sumber dayanya pada P1.

1. R2 ->P0 ->R0 ->P1 -> R1 -> P2 -> R2 2. R2 -> P1-> R1 -> P2 -> R2

Gambar 24.8. Contoh Graf tanpa Deadlock

173

Algoritma Bankir

Gambar di atas menunjukkan beberapa hal sebagai berikut: 1. P0 meminta sumber daya dari R1 2. R1 memberikan sumber dayanya kepada P1 3. R1 memberikan satu instans sumber dayanya kepada P2 4. P2 meminta sumber daya pada P0 5. R0 memberikan sumber daya pada P3 6. P3 meminta sumber daya pada R2 7. R2 mengalokasikan sumber daya pada P0

24.4. Algoritma Bankir Algoritma ini dapat digambarkan sebagai seorang bankir (Resources) di kota kecil yang berurusan dengan kelompok orang yang meminta pinjaman (Proses). Jadi algoritma bankir ini mempertimbangkan apakah permintaan mereka itu sesuai dengan jumlah dana yang ia miliki, sekaligus memperkirakan jumlah dana yang mungkin diminta lagi. Jangan sampai ia berada pada kondisi dimana dananya habis dan tidak dapat meminjamkan uang lagi. Jika hal tersebut terjadi, maka akan terjadi kondisi deadlock. Agar kondisi aman, maka asumsi setiap pinjaman harus dikembalikan waktu yang tepat. Untuk sumber daya dengan instan banyak, ketika sebuah proses meminta sumber daya ia harus menunggu terlebih dahulu. Ketika sebuah proses telah mendapatkan semua sumber dayanya ia harus mengembalikannya dalam suatu batasan waktu. Algoritma ini dapat ditulis secara lebih jelas sebagai berikut: Let P ={P1, P2, P3, ...., Pn}be set of all processes while P is not empty do Seek Pi, an element of P that can finish If no Pi can be found then End algorithm: state is unsafe else Remove Pi from P Return resource of Pi to allocated pool end if end while End algorithm: state is safe

174

Metode Pendeteksian

Implementasi Algoritma Bankir Keterangan soal Diketahui: Set P terdiri dari 2 proses (P1 &P2). Set R terdiri dari 2 sumber daya(R1 & R2). R1 = 5 instan ; R2 = 2 instan Implementasi menggunakan Algoritma Bankir. Prioritas pada proses dengan indeks kecil Setelah semua sumber daya terpenuhi, proses akan mengembalikan semua sumber daya tsb. Gambarkan kondisi saat T0 sampai Tn saat kondisi semua sumber daya sudah dikembalikan ke R masing-masing!

Gambar 24.9. Jawaban soal

Pada saat T0, P1 mendapatkan 2 resource dari R1 pada saat bersamaan P1 meminta 2 resource ke R1 dan 1 resource ke R2. Sedangkan P2 mendapatkan 2 resource dari R1 dan pada waktu yang bersamaan P2 meminta 1 resource ke R1 dan 1 resource ke R2. Pada saat T1, P1 belum mendapatkan resource yang dimintanya pada waktu T0 dari R2, karena P1 masih belum mendapatkan seluruh resource R1 . Alokasi dari R1 masih tetap terjadi karena pada P1 masih terjadi proses meminta resource R1. P1 masih belum mendapat alokasi karena resource R1 tidak mencukupi untuk diberikan ke P1. Sedangkan pada P2, request edge-nya ke R1 pada waktu T0 telah berubah menjadi assignment edge, karena request P2 dapat dipenuhi oleh R1. P2 juga memperoleh resource yang dimintanya pada waktu T0 dari R2 Pada saat T2 , P1 telah mendapatkan semua resource yang dimintanya dari R1, karena P2 telah melepaskan semua resource R1 yang dimilikinya. Pada saat T3, P1 telah melepaskan semua resource yang dimilikinya sehingga R1 dan R2 sudah mendapatkan semua resource-nya kembali dan sudah dapat digunakan oleh proses yang lain.

24.5. Metode Pendeteksian Deadlock akan terjadi, jika dan hanya jika grafik tunggu memiliki siklus di dalamnya.Untuk mendeteksi deadlock, sistem harus memiliki grafik tunggu dan menjalankan algoritma deteksi deadlock secara periodik. Hal yang harus diperhatikan adalah seberapa sering algoritma deteksi 175

Metode Pendeteksian

harus dipanggil. Hal ini tergantung dari dua faktor: 1. Frekuensi terjadinya deadlock pada umumnya 2. Jumlah proses yang akan terpengaruh ketika deadlock terjadi. Bila deadlock terjadi maka algoritma deteksi harus sering dipanggil. Resource yang dialokasikan ke proses-proses yang mengalami deadlock tidak akan digunakan sampai kondisi deadlock diatasi. Bila deadlock tidak segera diatasi maka jumlah proses yang terlibat dalam deadlock akan semakin bertambah. Salah satu ciri terjadinya deadlock adalah ketika beberapa proses mengajukan permohonan untuk resource, tetapi permohonan ini tidak dapat dipenuhi dengan segera. Sistem dapat saja memanggil algoritma deteksi setiap kali permohonan untuk resource tidak dapat diperoleh dengan segera. Namun,semakin sering algoritma deteksi dipanggil, maka waktu overhead yang dibutuhkan untuk komputasi menjadi semakin besar. Jika semua sumber daya hanya memiliki satu instans, deadlock dapat dideteksi dengan mengubah graf alokasi sumber daya menjadi graf tunggu. Ada pun caranya sebagai berikut:

Gambar 24.10. Contoh Graf Alokasi Sumber Daya yang akan diubah menjadi graf tunggu

1. Cari sumber daya Rm yang memberikan instansnya pada Pi dan Pj yang meminta sumber daya pada Rm. 2. Hilangkan sumber daya Rm dan hubungkan edge Pi dan Pj dengan arah yang bersesuaian yaitu Pj -> Pi. 3. Lihat apakah terdapat perputaran pada graf tunggu? deadlock terjadi jika dan hanya jika pada graf tunggu terdapat perputaran.

176

Rangkuman

Gambar 24.11. Contoh Graf Tunggu

Untuk mendeteksi deadlock, sistem perlu membuat graf tunggu dan secara berkala memeriksa apakah ada perputaran atau tidak. Untuk mendeteksi adanya perputaran diperlukan operasi sebanyak n2, dimana n adalah jumlah simpul dalam graf alokasi sumber daya.

24.6. Rangkuman Deadlock adalah suatu kondisi dimana proses tidak berjalan lagi ataupun tidak ada komunikasi lagi antar proses di dalam sistem operasi.deadlockdisebabkan karena proses yang satu menunggu sumber daya yang sedang dipegang oleh proses lain yang sedang menunggu sumber daya yang dipegang oleh proses tersebut. Untuk mendeteksi deadlock dan menyelesaikannya dapat digunakan graf sebagai visualisasinya. Jika dalam graf terlihat adanya perputaran, maka proses tersebut memiliki potensi terjadi deadlock . Namun, jika dalam graf tidak terlihat adanya perputaran, maka proses tersebut tidak akan terjadi deadlock. implementasi graf dalam sistem operasi, yaitu penggunaannya untuk penanganan deadlock pada sistem operasi. Diantaranya adalah graf alokasi sumber daya dan graf tunggu.Graf alokasi sumber daya dan graf tunggu merupakan graf sederhana dan graf berarah. Dua graf tersebut adalah bentuk visualisasi dalam mendeteksi masalah deadlock pada sistem operasi. Untuk mengetahui ada atau tidaknya deadlock dalam suatu graf alokasi sumber daya dapat dilihat dari perputaran dan sumber daya yang dimilikinya. Jika tidak ada perputaran berarti tidak deadlock. Jika ada perputaran, ada potensi terjadi deadlock. Sumber daya dengan instans tunggal dan perputaran pasti akan mengakibatkan deadlock. Pada graf tunggu, deadlock terjadi jika dan hanya jika pada graf tersebut ada perputaran. Untuk mendeteksi adanya perputaran diperlukan operasi sebanyak n2, dimana n adalah jumlah simpul dalam graf alokasi sumber daya.

Rujukan [Silberschatz2005] Avi Silberschatz, Peter Galvin, dan Grag Gagne. 2005. Operating Systems Concepts. Seventh Edition. John Wiley & Sons. [Tanenbaum1997] Andrew S Tanenbaum dan Albert S Woodhull. 1997. Operating Systems Design 177

Rangkuman

and Implementation. Second Edition. Prentice-Hall. [SistemOperasiModern2005] Ir.Riri Fitri Sari dan Yansen Darmaputra. 2005. Sistem Operasi Modern. Edisi Pertama. Penerbit Andi.

178

Bab 25. Bounded-Buffer 25.1. Pendahuluan Proses kooperatif adalah proses yang saling mempengaruhi satu sama lain. Proses kooperatif ini dapat berbagi sumber daya secara langsung atau berbagi data melalui pertukaran pesan. Dengan demikian perlu dilakukan sinkronisasi untuk mencegah timbulnya data yang tidak konsisten akibat akses data secara konkuren oleh lebih dari 1 proses. Pesan-pesan yang dipertukarkan antar proses membutuhkan antrian sementara yang sering kita sebut sebagai penyangga atau buffer. Buffer dapat dibagi menjadi 3 jenis sesuai kapasitasnya, yaitu buffer yang kapasitasnya 0; buffer yang kapasitasnya tak hingga; sertabuffer yang kapasitasnya dibatasi sebanyak n. Buffer dengan kapasitas terbatas inilah yang disebut sebagai bounded-buffer. Salah satu ilustrasi proses yang menggunakan bounded buffer adalah proses produsen-konsumen, dimana produsen menaruh data ke dalam buffer untuk kemudian diambil oleh konsumen. Masalah yang timbul adalah buffer yang kemudian menjadi critical section. Pada satu waktu, hanya 1 proses yang boleh memasuki critical section, dengan demikian buffer hanya bisa diakses oleh produser saja atau konsumen saja pada 1 waktu. Masalah berikutnya adalah ketika produsen ingin menaruh data, namun buffer penuh, atau ketika konsumen ingin mengambil data, namun buffer masih kosong. Ini adalah salah satu masalah sinkronisasi klasik yang dikenal pula dengan nama bounded-buffer problem atau producer-consumer problem.

25.2. Penggunaan Semafor Untuk mensinkronisasikan proses produsen dan proses konsumen ini, digunakan perangkat sinkronisasi semafor. Semafor yang digunakan adalah: • mutex. Binary semaphore yang dapat bernilai 0 atau 1 untuk menjaga agar pada suatu waktu buffer hanya dapat diakses oleh satu proses saja. Mutex bernilai 0 jika buffer sedang diakses sebuah proses, dan bernilai 1 jika tidak. • tempat_kosong. Counting semaphore berisi data tempat kosong pada buffer. • tempat_terisi. Counting semaphore berisi data tempat terisi pada buffer.

Gambar 25.1. Produsen Menunggu Konsumen Kejadian dimana produsen ingin mengakses buffer, namun buffer sedang diakses oleh konsumen.

179

Penggunaan Semafor

Dengan demikian produsen akan menunggu jika mendapati buffer sedang dipakai konsumen dan atau buffer penuh. Buffer yang sedang dipakai konsumen ditandai dengan semafor mutex yang bernilai 0; dan buffer yang penuh ditandai dengan semafor tempat_kosong yang bernilai 0, yang berarti tempat kosong di buffer ada 0. Konsumen akan menunggu juga jika buffer sedang dipakai oleh produsen atau jika buffer kosong. Buffer kosong ditandai dengan semafor tempat_terisi yang bernilai 0, yang berarti tempat terisi ada 0.

Gambar 25.2. Konsumen Menunggu Produsen Kejadian dimana konsumen ingin mengakses buffer, namun buffer sedang diakses oleh produsen.

Gambar 25.3. Produsen Menunggu Buffer Penuh Produsen tidak bisa menaruh apapun di buffer ketika buffer penuh (tidak bisa menimpa data yang ada).

180

Program

Gambar 25.4. Konsumen Menunggu Buffer Kosong Konsumen tidak bisa mengambil apapun dari buffer ketika buffer kosong.

Jika sebuah proses mendapat akses buffer, proses tersebut harus men-set mutex menjadi 0 sebagai tanda bahwa buffer sedang ia gunakan dan ketika selesai proses tersebut akan mengembalikan nilai mutex menjadi 1 agar buffer dapat diakses oleh proses yang lain.

25.3. Program Contoh 25.1 Bounded-Buffer Problem 000 // Authors: Greg Gagne, Peter Galvin, Avi Silberschatz 001 // Modified by Rahmat M. Samik-Ibrahim 002 // and also so very slightly modified by Laksmita Rahadianti 003 // copyright (c) 2000 by G. Gagne, P. Galvin, A. Silberschatz 004 // Applied Operating Systems Concepts - John Wiley and Sons, Inc. 005 006 import java.util.*; 007 008 public class MasalahProdusenKonsumen 009 { 010 public static void main(String args[]) 011 { 012 BoundedBuffer server = new BoundedBuffer(); 013 Produsen threadProdusen = new Produsen(server); 014 Konsumen threadKonsumen = new Konsumen(server); 015 threadProdusen.start(); 016 threadKonsumen.start(); 017 } 018 } 019 020 class BoundedBuffer 021 { 022 public static final int TIDUR = 5; 023 public static final int UK_BUFFER = 3; 024 private Semaphore mutex; 025 private Semaphore tempat_kosong; 026 private Semaphore tempat_terisi; 027 private int count, tmptMsk, tmptKlr; 028 private Object[] buffer; 029 public BoundedBuffer() 030 { 031 count=tmptMsk=tmptKlr=0; 181

Program

032 033 034 035 036 037 038 039 040 041 042 043 044 045 046 047 048 049 050 051 052 053 054 055 056 057 058 059 060 061 062 063 064 065 066 067 068 069 070 071 072 073 074 075 076 077 078 079 080 081 082 083 084 085 086 087 088 089 090 091 092 093 094 095 096 097 098 099 100 182

buffer=new Object[UK_BUFFER]; mutex=new Semaphore(1); tempat_kosong=new Semaphore(UK_BUFFER); tempat_terisi=new Semaphore(0); } public static void napping() { int tidur = (int) (TIDUR*Math.random()); try{ Thread.sleep(tidur*1000);} catch(InterruptedException e){} } public void taruh(Object item) { tempat_kosong.acquire(); mutex.acquire(); ++count; buffer[tmptMsk]=item; tmptMsk=(tmptMsk+1)% UK_BUFFER; System.out.println("Produsen memasukkan : "+item); mutex.release(); tempat_terisi.release(); } public Object ambil() { Object item; tempat_terisi.acquire(); mutex.acquire(); --count; item=buffer[tmptKlr]; tmptKlr=(tmptKlr+1)%UK_BUFFER; System.out.println("Konsumen mengambil : "+item); mutex.release(); tempat_kosong.release(); return item; } } class Konsumen extends Thread { private BoundedBuffer buffer; public Konsumen(BoundedBuffer b) { buffer = b; } public void run() { Date data; while(true) { BoundedBuffer.napping(); System.out.println("Konsumen ingin mengambil."); data = (Date) buffer.ambil(); } } } class Produsen extends Thread { private BoundedBuffer buffer; public Produsen(BoundedBuffer b) { buffer = b; } public void run() { Date data; while(true) { data=new Date(); BoundedBuffer.napping(); System.out.println("Produsen menghasilkan : "+data); System.out.println("Produsen ingin menaruh."); buffer.taruh(data);

Penjelasan Program

101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126

} } } final class Semaphore { private int value; public Semaphore(int v) { value=v; } public synchronized void acquire() { while(value==0) { try{wait();} catch(InterruptedException e){} } value--; } public synchronized void release() { ++value; notify(); } }

25.4. Penjelasan Program Program ini meng-import package java.util untuk mengambil Date yang akan kita gunakan sebagai data yang dipertukarkan proses konsumen dan produsen melalui buffer (baris 006). Contoh 25.2 MasalahProdusenKonsumen 008 009 010 011 012 013 014 015 016 017 018

public class MasalahProdusenKonsumen { public static void main(String args[]) { BoundedBuffer server = new BoundedBuffer(); Produsen threadProdusen = new Produsen(server); Konsumen threadKonsumen = new Konsumen(server); threadProdusen.start(); threadKonsumen.start(); } }

Kelas MasalahProdusenKonsumen mengandung method main yang membuat instansiasi objek BoundedBuffer yang diberi nama server. Server merupakan antrian sementara yang akan digunakan oleh produsen dan konsumen untuk menaruh data yang dipertukarkan. Contoh 25.3 BoundedBuffer 029 030 031 032 033 034 035 036

public BoundedBuffer() { count=tmptMsk=tmptKlr=0; buffer=new Object[UK_BUFFER]; mutex=new Semaphore(1); tempat_kosong=new Semaphore(UK_BUFFER); tempat_terisi=new Semaphore(0); }

Selain itu MasalahProdusenKonsumen akan membuat instansiasi dari kelas Produsen dan 183

Penjelasan Program

Konsumen, yang masing-masing berjalan sebagai thread yang paralel dengan main. Ketika thread produsen dan konsumen dimulai di main dengan dipanggilnya fungsi start() (baris 015 dan 016), masing-masing proses itu akan menjalankan method run()-nya seperti di bawah ini. Contoh 25.4 Method Run Konsumen 072 073 074 075 076 077 078 079 080 081

public void run() { Date data; while(true) { BoundedBuffer.napping(); System.out.println("Konsumen ingin mengambil."); data = (Date) buffer.ambil(); } }

Contoh 25.5 Method Run Produsen 091 092 093 094 095 096 097 098 099 100 101 102

public void run() { Date data; while(true) { data=new Date(); BoundedBuffer.napping(); System.out.println("Produsen menghasilkan : "+data); System.out.println("Produsen ingin menaruh."); buffer.taruh(data); } }

Dapat dilihat bahwa masing-masing thread akan tidur sejenak dengan fungsi napping() (baris 077 dan baris 097), untuk memberi jeda antar proses. Waktu untuk tidur ini adalah angka random yang dihasilkan dari Math.random() (baris 039). Contoh 25.6 Napping 037 038 039 040 041 042

public static void napping() { int tidur = (int) (TIDUR*Math.random()); try{ Thread.sleep(tidur*1000);} catch(InterruptedException e){} }

Dalam fungsi napping(), program akan menangkap jika ada InterruptedException (baris 040-041). Perlu diingat bahwa program ini tidak akan terminasi sendiri (akan terjadi loop yang terus-menerus). Dengan demikan, kita harus menterminasi program ini dengan paksa (dengan perintah CTRL+C), akan ditangkap di bagian catch ini, sehingga program akan diterminasi. Fungsi lain yang dipanggil pada saat thread produsen dan konsumen menjalankan run() adalah taruh yang dipanggil oleh produsen dan ambil yang dipanggil oleh konsumen. taruh berfungsi untuk memasukkan data ke dalam buffer sedangkan ambil untuk mengambil data. Contoh 25.7 Taruh dan Ambil 043 044 045 046 047 048 184

public void taruh(Object item) { tempat_kosong.acquire(); mutex.acquire(); ++count; buffer[tmptMsk]=item; tmptMsk=(tmptMsk+1)% UK_BUFFER;

Penjelasan Program

049 050 051 052 053 054 055 056 057 058 059 060 061 062

System.out.println("Produsen memasukkan : "+item); mutex.release(); tempat_terisi.release(); } public Object ambil() { Object item; tempat_terisi.acquire(); mutex.acquire(); --count; item=buffer[tmptKlr]; tmptKlr=(tmptKlr+1)%UK_BUFFER; System.out.println("Konsumen mengambil : "+item); mutex.release(); tempat_kosong.release(); return item; }

Pada kelas BoundedBuffer tadi, telah diinstansiasikan 3 buah semafor yang diinisialisasi dengan nilai 1 untuk mutex, ukuran buffer untuk tempat_kosong, dan 0 untuk tempat_terisi. Semafor ini digunakan pada saat percobaan memasukkan atau mengambil data dari buffer oleh thread produsen dan konsumen. Contoh 25.8 Instansiasi dan Inisialisasi Semafor 024 025 026 . . . 033 034 035

private Semaphore mutex; private Semaphore tempat_kosong; private Semaphore tempat_terisi;

mutex=new Semaphore(1); tempat_kosong=new Semaphore(UK_BUFFER); tempat_terisi=new Semaphore(0);

Dengan demikian, pada saat produsen memanggil taruh, hal pertama yang dilakukan adalah percobaan mengurangi jumlah tempat kosong melalui acquire semafor tempat_kosong (baris 045). Hal ini diikuti oleh percobaan pengambilalihan mutex. (baris 045). Sedangkan konsumen mencoba mengurangi jumlah tempat terisi melalui pengambilalihan semafor tempat_terisi (baris 055). Setelah itu konsumen berusaha mengambil alih juga semafor mutex (baris 055). Setelah produsen berhasil memperoleh mutex dan mengurangi tempat_kosong, maka ia akan mengeksekusikan baris 046-049 dari program taruh yang merupakan critical section. Ketika selesai, ia akan melepas kembali mutex dan mengupdate jumlah tempat terisi dengan cara melepas semafor tempat_terisi. Demikian pula dengan konsumen, setelah memperoleh semafor mutex dan tempat_terisi, akan mengeksekusi baris 056-059 dari program ambil (yang juga merupakan critical section), lalu melepas kembali mutex dan mengupdate jumlah tempat kosong dengan melepas semafor tempat_kosong. Contoh 25.9 Acquire Semafor 111 112 113 114 115 116 117 118 119

public synchronized void acquire() { while(value==0) { try{wait();} catch(InterruptedException e){} } value--; }

Contoh 25.10 Release Semafor 120 121 122 123 124

public synchronized void release() { ++value; notify(); } 185

Rangkuman

Semafor mutex bernilai 1 untuk menandai bahwa buffer sedang dipakai oleh sebuah proses. Ketika diinisialisasi pun ia bernilai 1, yang artinya di keadaan awal buffer tidak dipakai oleh proses manapun. Ketika sebuah proses berusaha meng-acquire semafor ini, dan menemui bahwa keadaannya sedang bernilai 0 (baris 113) yang berarti buffer sedang dipakai proses lain, maka ia akan menunggu (baris 115) dengan fungsi wait() sampai nilai mutex bernilai 1 (buffer bebas). Ketika sebuah proses selesai, ia akan me-release mutex dengan menjadikan nilainya kembali ke 1. (baris 122) dan memberitahu proses lain yang sedang menunggu dengan memanggil notify() (baris 123). Semafor tempat_kosong adalah jumlah tempat kosong. Dengan demikian ketika di-acquire oleh produsen, jika bernilai 0 (buffer penuh), maka produsen akan menunggu (baris 115), karena jika penuh maka produsen tidak bisa menimpa data yang tersimpan. Jika tidak 0, maka produsen akan mengurangi nilainya (mengurangi jumlah tempat yang kosong). Setelah produsen selesai maka ia akan mengubah nilai tempat_terisi (menambahkan 1 tempat yang terisi) dengan me-release semafor tempat_terisi. Untuk konsumen sama saja, namun yang di-acquire adalah tempat_terisi (jika tempat_terisi=0 berarti buffer kosong, belum ada yang terisi) dan yang di-release ketika proses selesai adalah tempat_kosong. Dengan demikian, produsen dan konsumen akan secara bergantian menaruh atau mengambil data dari buffer, dan produsen tidak akan menaruh data jika buffer penuh (tidak akan menimpa data yang sudah ada), dan konsumen tidak bisa pula mengambil data jika buffer kosong. Salah satu contoh keluaran program ini adalah: Contoh 25.11 Contoh keluaran Konsumen Produsen Produsen Produsen Konsumen Produsen Produsen Produsen Konsumen Konsumen Produsen Konsumen Produsen Produsen Konsumen Konsumen Produsen Produsen Produsen Konsumen

ingin mengambil. menghasilkan : Tue Apr 10 16:12:16 ICT 2007 ingin menaruh. memasukkan : Tue Apr 10 16:12:16 ICT 2007 mengambil : Tue Apr 10 16:12:16 ICT 2007 menghasilkan : Tue Apr 10 16:12:19 ICT 2007 ingin menaruh. memasukkan : Tue Apr 10 16:12:19 ICT 2007 ingin mengambil. mengambil : Tue Apr 10 16:12:19 ICT 2007 menghasilkan : Tue Apr 10 16:12:20 ICT 2007 ingin mengambil. ingin menaruh. memasukkan : Tue Apr 10 16:12:20 ICT 2007 mengambil : Tue Apr 10 16:12:20 ICT 2007 ingin mengambil. menghasilkan : Tue Apr 10 16:12:22 ICT 2007 ingin menaruh. memasukkan : Tue Apr 10 16:12:22 ICT 2007 mengambil : Tue Apr 10 16:12:22 ICT 2007

25.5. Rangkuman Proses yang kooperatif bisa berbagi data melalui penukaran pesan. Pesan-pesan yang dikirim antar proses akan disimpan dalam sebuah antrian sementara, yaitu buffer. Jika kapasitas buffer tersebut terbatas, maka dia disebut bounded-buffer. Untuk mencegah inkonsistensi data yang terjadi akibat akses data oleh proses kooperatif yang berjalan secara konkuren, maka diperlukan sinkronisasi antar proses-proses tersebut. Permasalahan bounded-buffer ini diilustrasikan dalam proses produsen-konsumen. Masalah-masalah yang timbul adalah • buffer yang merupakan critical section, sehingga hanya boleh diakses satu proses pada satu waktu; • keadaan dimana produsen ingin menaruh data di antrian, namun antrian penuh 186

Rangkuman

• keadaan dimana konsumen ingin mengambil data dari antrian namun antrian kosong. Untuk menyelesaikan masalah, digunakanlah perangkat sinkronisasi semafor. Semafor yang digunakan adalah • mutex. yang menjaga buffer hanya diakses satu proses pada satu waktu; • tempat_kosong. jumlah tempat kosong. • tempat_terisi. jumlah tempat terisi Dengan demikian produsen yang ingin menaruh data atau konsumen yang ingin mengakses data harus memeriksa apakah proses lain sedang memakai buffer (menggunakan mutex) dan memeriksa apakah buffer penuh atau kosong (menggunakan tempat_kosong dan tempat_terisi).

Rujukan [Deitel2005] Harvey M Deitel dan Paul J Deitel. 2005. Java How To Program. Sixth Edition. Prentice Hall. [Silberschatz2005] Avi Silberschatz, Peter Galvin, dan Grag Gagne. 2005. Operating Systems Concepts. Seventh Edition. John Wiley & Sons.

187

188

Bab 26. Readers/Writers 26.1. Pendahuluan Masalah Readers-Writers merupakan masalah klasik dalam sinkronisasi. Solusi dari masalah ini diperlukan untuk dapat menjaga konsistensi data. Banyak thread bisa berbagi sumber daya penyimpanan yang sama. Ada thread yang membaca, ada juga yang menulis. Thread yang membaca disebut readers (pembaca), sedangkan yang menulis disebut writers (penulis). Jika lebih dari satu thread mengakses data yang sama pada satu waktu, bisa terjadi korupsi data. Kondisi yang harus dipenuhi agar tidak terjadi korupsi data adalah : 1. Sebuah objek data bisa dibaca oleh beberapa thread secara simultan. . 2. Sebuah objek data yang sedang ditulis oleh sebuah thread tidak dapat dibagi aksesnya kepada thread yang lain baik pembaca maupun penulis. Writer harus memiliki akses yang eksklusif terhadap suatu objek data, sehingga tidak boleh ada proses lain yang mengakses sebuah objek yang sedang diakses oleh writer.

26.2. Penggunaan Semafor Semaphore adalah sebuah variabel bertipe integer yang selain saat inisialisasi, hanya dapat diakses melalui dua method, yaitu : 1. P() (atau wait(), tunggu(), dan lain-lain). Berfungsi sebagai increment method 2. V() (atau signal(), sinyal(), dan lain-lain). Berfungsi sebagai decrement method. Jika method P() dipanggil, thread yang memanggilnya akan melakukan wait() (yang ada di dalam method P()) sampai di-notify(). notify() itu sendiri berada di dalam method V(), sehingga thread akan bisa mulai melakukan sesuatu pada objek data jika method V() telah dipanggil. Pada program Reader/Writer, Semaphore digunakan untuk sinkronisasi antar readers atau antar writers atau antar readers dengan writers. Implementasinya dalam kode bahasa Java public synchronized void P() { while (value <= 0) { try { wait(); } catch (InterruptedException e) { } } value--; } public synchronized void V() { ++value; notify(); }

189

Program

26.3. Program 001 002 003 004 005 006 007 008 009 010 011 012 013 014 015 016 017 018 019 020 021 022 023 024 025 026 027 028 029 030 031 032 033 034 035 036 037 038 039 040 041 042 043 044 045 046 047 048 049 050 051 052 053 054 055 056 057 058 059 060 061 062 063 064 065 066 190

/*_______________________________________________________*/ /*class ReaderWriterServer_______________________________*/ /*_______________________________________________________*/ public class ReaderWriterServer { public static void main(String args[]) { Database server = new Database(); Reader[] readerArray = new Reader[NUM_OF_READERS]; Writer[] writerArray = new Writer[NUM_OF_WRITERS]; for (int i = 0; i < NUM_OF_READERS; i++) { readerArray[i] = new Reader(i, server); readerArray[i].start(); } for (int i = 0; i < NUM_OF_WRITERS; i++) { writerArray[i] = new Writer(i, server); writerArray[i].start(); } } private static final int NUM_OF_READERS = 3; private static final int NUM_OF_WRITERS = 2; } /*_______________________________________________________*/ /*class Reader___________________________________________*/ /*_______________________________________________________*/ class Reader extends Thread { public Reader(int r, Database db) { readerNum = r; server = db; } public void run() { int c; while (true) { Database.napping(); System.out.println("reader " " wants to read."); c = server.startRead(); System.out.println("reader " " is reading. Reader Count = Database.napping(); System.out.print("reader " + " is done reading. "); c = server.endRead(); } } private Database server; private int readerNum; }

+ readerNum + + readerNum + " + c); readerNum +

/*_______________________________________________________*/ /*class Writer___________________________________________*/ /*_______________________________________________________*/ class Writer extends Thread { public Writer(int w, Database db) {

Program

067 068 069 070 071 072 073 074 075 076 077 078 079 080 081 082 083 084 085 086 087 088 089 090 091 092 093 094 095 096 097 098 099 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135

writerNum = w; server = db; } public void run() { while (true) { System.out.println("writer " is sleeping."); Database.napping(); System.out.println("writer " wants to write."); server.startWrite(); System.out.println("writer " is writing."); Database.napping(); System.out.println("writer " is done writing."); server.endWrite(); } } private Database server; private int writerNum;

" + writerNum + " + writerNum + " + writerNum + " + writerNum +

} /*_______________________________________________________*/ /*class Semaphore________________________________________*/ /*_______________________________________________________*/ final class Semaphore { public Semaphore() { value = 0; } public Semaphore(int v) { value = v; } public synchronized void P() { while (value <= 0) { try { wait(); } catch (InterruptedException e) { } } value--; } public synchronized void V() { ++value; notify(); } private int value; } /*_______________________________________________________*/ /*class Database_________________________________________*/ /*_______________________________________________________*/ class Database { public Database() { readerCount = 0; mutex = new Semaphore(1); db = new Semaphore(1); } public static void napping() 191

Program

136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175

{ int sleepTime = (int) (NAP_TIME * Math.random() ); try { Thread.sleep(sleepTime*1000); } catch(InterruptedException e) {} } public int startRead() { mutex.P(); ++readerCount; if (readerCount == 1) { db.P(); } mutex.V(); return readerCount; } public int endRead() { mutex.P(); --readerCount; if (readerCount == 0) { db.V();; } mutex.V(); System.out.println("Reader count = " + readerCount); return readerCount; } public void startWrite() { db.P(); } public void endWrite() { db.V(); } private int readerCount; Semaphore mutex; Semaphore db; private static final int NAP_TIME = 15; }

Contoh keluaran. Contoh keluaran tidak mutlak seperti ini, bisa bervariasi, penyebab dari hal ini akan dijelaskan pada bagian Penjelasan Program. writer writer writer writer reader writer reader writer reader reader reader reader reader reader reader reader reader writer writer reader reader reader 192

1 0 0 0 2 0 2 0 2 0 0 1 1 1 0 2 2 0 1 1 1 2

is sleeping. is sleeping. wants to write. is writing. wants to read. is done writing. is reading. Reader Count = 1 is sleeping. is done reading. Reader count wants to read. is reading. Reader Count = 1 wants to read. is reading. Reader Count = 2 is done reading. Reader count is done reading. Reader count wants to read. is reading. Reader Count = 1 wants to write. wants to write. wants to read. is reading. Reader Count = 2 is done reading. Reader count

= 0

= 1 = 0

= 1

Penjelasan Program

reader writer writer writer writer writer writer reader reader reader reader writer reader reader reader reader writer reader writer reader reader reader writer writer writer writer writer reader reader reader reader writer reader

1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 2 2 2 0 1 1 0 2 0 1 0 0 1 1 1 2 0 1 2 0 0

is done reading. Reader count = 0 is writing. is done writing. is sleeping. is writing. is done writing. is sleeping. wants to read. is reading. Reader Count = 1 wants to read. is reading. Reader Count = 2 wants to write. wants to read. is reading. Reader Count = 3 is done reading. Reader count = 2 is done reading. Reader count = 1 wants to write. is done reading.Reader count = 0 is writing. wants to read. wants to read. wants to read. is done writing. is sleeping. is writing. is done writing. is sleeping. is reading. Reader Count = 1 is reading. Reader Count = 2 is reading. Reader Count = 3 is done reading. Reader count = 2 wants to write. is done reading. Reader count = 1

26.4. Penjelasan Program Pada program readers/writers diatas, ada 5 class: ReaderWriterServer (baris 5-25). Kelas ini merupakan kelas yang memuat method main(). Kelas ini membuat 5 objek, 3 objek reader dan 2 objek writer serta menjalankan semua objek-objek tadi. Reader (baris 31-57) . Kelas ini berfungsi sebagai thread yang membaca data. Kelas ini sebelum mulai membaca akan mencetak "reader ... wants to read." terlebih dahulu kemudian memanggil method startRead() untuk mulai membaca, jika tidak ditahan pada salah satu semaphore (di kelas Database) akan ada output "reader ... is reading..."; kemudian setelah waktu yang acak (oleh Database.napping()) akan tercetak "reader ... is done reading..." dan memanggil method endRead() pada kelas Database untuk berhenti membaca. Writer (baris 63-90) . Kelas ini berfungsi sebagai thread yang menulis data. Kelas ini sebelum mulai akan tidur terlebih dahulu, lalu akan mencetak "writer ... wants to write." terlebih dahulu kemudian memanggil method startWrite() untuk mulai menulis, jika tidak ditahan pada semaphore db(di kelas Database) akan ada output "writer ... is writing..."; kemudian setelah waktu yang acak (oleh Database.napping()) akan tercetak "writer ... is done writing." dan memanggil method endWrite() pada kelas Database untuk berhenti menulis. Semaphore (baris 96-121) . Seperti yang sudah dijelaskan pada bagian sebelumnya, pada program ini, Semaphore digunakan untuk sinkronisasi antar readers atau antar writers atau antar readers dengan readers. Method yang ada pada kelas ini adalah method P() yang akan mencoba mengurangi nilai variabel value, variabel tersebut akan bisa dikurangi jika variabel tersebut bernilai lebih dari nol. Jika variabel value sama dengan atau kurang dari nol maka thread yang memanggil method ini akan memanggil method wait() yang membuatnya menunggu. Method ini berfungsi untuk menghalangi thread untuk tidak masuk ke dalam critical section. Method P() 193

Rangkuman

memanggil method wait() yang akan menyebabkan thread-thread yang akan memasuki critical section menunggu. Selain itu pada kelas ini terdapat method V() yang di dalamnya menambahkan nilai value sehingga nilainya tidak nol lagi, serta memanggil method notify(). Method notify() akan membangunkan salah satu thread yang sedang menunggu secara acak. Database (baris 127-176) . Kelas ini mengimplementasi semua pekerjaan yang dilaksanakan oleh kelas Writer dan kelas Reader. Kelas Database ini mempunyai 5 method yaitu napping(), startRead(), endRead(), startWrite(), dan endWrite(). Method napping() berfungsi membuat thread yang mengaksesnya akan memanggil method sleep() sehingga thread tersebut 'tertidur'. Waktu tidur tersebut acak dan tidak mutlak, hal ini menyebabkan output dari program akan bervariasi, tapi tetap memenuhi ketentuan. Method kedua adalah startRead(). Method ini mereturn sebuah int merepresentasikan jumlah reader yang sedang mengakses database pada saat itu. Dia hanya mengijinkan hanya satu reader pada satu waktu yang dapat mengakses readerCount dengan mengunci Semaphore mutex (dengan mutex.P()). Bila jumlah reader == 1 maka reader tersebut akan menutup Semaphore db (dengan db.P()) sehingga writer tidak diijinkan masuk untuk mengakses data. Method selanjutnya adalah endRead(). Method ini diakses oleh reader yang telah selesai mengakses data. Untuk mengurangi readerCount maka reader tersebut harus mengakses Semaphore mutex kembali. Jika nilai readerCount == 0, yang berarti sudah tidak ada lagi reader yang sedang mengakses data, maka reader memanggil method V() untuk membuka Semaphore db, sehingga writer yang sedang mengantri dapat masuk untuk mengakses data. Method selanjutnya adalah startWrite(). Method ini hanya memanggil satu method yaitu mengunci Semaphore db (dengan db.P()). Hal ini dimaksudkan bila ada writer yang sedang mengakses data, maka tidak ada writer lain atau reader yang diperbolehkan masuk untuk mengakses data. Method endWrite() dipanggil oleh kelas writer yang telah selesai mengakses database. Method ini memanggil method V() untuk membuka Semaphore db sehingga reader atau writer lain dapat masuk untuk mengakses data.

26.5. Rangkuman Readers/Writers merupakan sebuah masalah klasik dalam contoh sinkronisasi untuk menjaga validitas data. Jika reader sedang mengakses data, reader-reader yang lain boleh ikut mengakses data, tapi writer harus menunggu sampai data tidak diakses siapapun. Jika writer sedang mengakses data, tidak boleh ada thread lain yang mengakses data. Semaphore digunakan untuk sinkronisasi antar thread (baik readers maupun writers).

Rujukan [Silberschatz2005] Avi Silberschatz, Peter Galvin, dan Grag Gagne. 2005. Operating Systems Concepts. Seventh Edition. John Wiley & Sons. [WEBWiki2007] From Wikipedia, the free encyclopedia. 2007. Readers-writers_problem – http://en.wikipedia.org/wiki/Readers-writers_problem . Diakses 21 Maret 2007.

194

Bab 27. Sinkronisasi Dengan Semafor 27.1. Pendahuluan Sinkronisasi dua arah adalah suatu mekanisme dimana suatu thread dapat mengendalikan sinkronisasi thread lain, begitu pula sebaliknya. Berikut ini adalah sebuah program yang menggunakan proses sinkronisasi dua arah. Program yang dibuat dalam bahasa Java ini, bernama Hompimpah. Contoh program sinkronisasi dua arah adalah semafor berjenis non-spinlock. Semafor jenis non-spinlock berarti implementasi dari kelas Semafor, dimana semafor yang digunakan adalah jika ada proses yang sedang berjalan, maka proses lain akan menunggu, sampai ada thread lain yang memanggilnya. Hal ini sesuai dengan prinsip critical sectionyaitu mutualy exclusive , hanya satu thread yang diizinkan mengakses critical section; progress, critical section pasti ada yang mengakses; bounded waiting, setiap thread dijamin dapat meng-akses critical section. Hal ini dapat dilihat dalam program yaitu ketika sang bandar sedang berada pada critical section, pemain akan menunggu hingga bandar selesai mengaksesnya. Sedangkan kebalikannya adalah semafor jenis spinlock , yang akan melakukan infinite loop , sehingga thread tersebut tidak ada jaminan akan masuk critical section . Semafor jenis non-spinlock ini terdiri dari 2 operasi untuk proses sinkronisasi, yaitu operasi buka(),dan operasi kunci() .

27.2. Penggunaan Semafor Program ini berjalan layaknya permainan Hompimpah yang telah kita kenal. Adapun yang dilakukan dalam permainan hompimpah adalah sebagai berikut: 1. Peranan

Gambar 27.1. Peranan yang terdapat dalam permainan

Dalam permainan Hompimpah kita mengenal dua peranan, yaitu pemain-pemain yang melakukan hompimpah (gambar sebelah kanan yang berjumlah 5) dan seorang bandar (gambar sebelah kiri), yang berfungsi menetukan, kapan permainan dimulai dan kapan permainan berakhir. Dalam hal ini bandar bertindak sebagai pengatur jalannya permainan. 2. Memulai permainan

Gambar 27.2. Bandar memulai permainan

Permainan mulai ketika bandar menyerukan Hompimpah. Ketika itu secara serentak pemain-pemain akan melakukan hompimpah dengan tangannya. Kemudian bandar akan menyerukan gambreng sebagai penanda hompimpah berhenti, sehingga pemain pun menghentikan hompimpah dan masing-masing akan menunjukan tangannya, apakah telapak atau 195

Program

punggung. 3. Pengecekan pemenang

Gambar 27.3. Bandar memeriksa pemenang

Terlihat pada gambar, setelah bandar menyerukan gambreng dan hompimpah berhenti, bandar akan melakukan perhitungan banyaknya telapak dan punggung. Apabila bandar menemukan ada diantara telapak atau punggung yang berjumlah satu, maka satu-satunya pemain itu akan keluar sebagai pemenang. Namun apabila tidak ada diantara telapak atau punggung yang berjumlah satu, seperti pada gambar maka bandar akan mengulang permainan dengan menyerukan gambreng. Hal tersebut akan berulang terus-menerus hingga terdapat 1 tangan yang berbeda. Dengan kata lain, bandar akan terus menyerukan gambreng dan mengulang permainan hingga menemukan pemenang.

Gambar 27.4. Bandar mengulang gambreng

Seperti halnya permainan Hompimpah yang diilustrasikan di atas, program Hompimpah juga berjalan demikian layaknya permainan Hompimpah sebenarnya. Tetapi, ada perbedaan terhadap jumlah bandamya. Program Hompimpah memiliki jumlah bandar yang sama dengan jumlah pemainnya, sehingga setiap pemain memiliki satu bandar. Adapun tujuan sinkronisasi dua arah adalah mengendalikan thread-thread sesuai dengan keinginan kita melalui kendali bandarGambreng() yang diimplementasikan pada program Hompimpah.

27.3. Program Contoh 27.1. Program yang menggunakan proses sinkronisasi dua arah 001 public class Hompimpah 002 { 003 004 private static final int JUMLAH_PEMAIN=6; 005 public static void main(String args[])throws Exception 006 { 007 Gambreng gamserver=new Gambreng(JUMLAH_PEMAIN); 008 Thread[] pemain=new Thread[JUMLAH_PEMAIN]; 009 for (int ii=0; ii<JUMLAH_PEMAIN; ii++) 010 { 011 pemain[ii]= new Thread (new Pemain(gamserver, ii)); 012 pemain[ii].start(); 013 014 } 015 gamserver.bandarGambreng(); 017 } 018 196

Program

019 } 020 021 class Pemain implements Runnable 022 { 023 Pemain(Gambreng gserver, int nomer) 024 { 025 gamserver=gserver; 026 no_pemain=nomer; 027 } 028 029 public void run() 030 { 031 gamserver.pemainGambreng(no_pemain); 032 } 033 034 private Gambreng gamserver; 035 private int no_pemain; 036 037 } 038 039 class Gambreng 040 { 041 private boolean adaPemenang; 042 private int truePemain, trueCount, iterasiGambreng; 043 private int falsePemain, falseCount; 044 private int nomorPemenang, jumlahPemain; 045 private Semafor[] bandar, pemain; 046 private Semafor mutex; 047 048 public Gambreng(int jumlah) 049 { 050 bandar=new Semafor[jumlah]; 051 pemain=new Semafor[jumlah]; 052 for(int ii=0; ii<jumlah;ii++) 053 { 054 bandar[ii]=new Semafor(); 055 pemain[ii]=new Semafor(); 056 057 } 058 060 mutex=new Semafor(1); 061 jumlahPemain=jumlah; 062 iterasiGambreng=0; 063 resetGambreng(); 064 } 065 public void bandarGambreng() 066 { 067 syncBandar(); 068 while(!menangGambreng()) 069 { 070 resetGambreng(); 071 syncPemainBandar(); 072 hitungGambreng(); 073 iterasiGambreng++; 074 } 075 syncPemain(); 076 System.out.println("Nomor Peserta Pemain [0] - ["+ (jumlahPemain-1)+"] Pemenang Pemain nomor["+ nomorPemenang +"] Jumlah Iterasi["+ iterasiGambreng +"]"); 077 } 078 public void pemainGambreng (int nomor) 079 { 080 syncBandarPemain(nomor); 081 while(!menangGambreng()) 082 { 083 mutex.kunci(); 084 085 if((int)(Math.random()*2)==1) 086 { 197

Program

087 088 089 090 091 092 093 094 095 096 097 098 099 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 198

truePemain=nomor; trueCount++; } else { falsePemain=nomor; falseCount++; } mutex.buka(); syncBandarPemain(nomor); } } public void resetGambreng() { mutex.kunci(); adaPemenang=false; truePemain=0; trueCount=0; falsePemain=0; falseCount=0; mutex.buka(); } private boolean menangGambreng() { return adaPemenang; } private void hitungGambreng() { mutex.kunci(); if(trueCount==1) { adaPemenang=true; nomorPemenang=truePemain; } else(falseCount==1) { adaPemenang=true; nomorPemenang=falsePemain; } mutex.buka(); } private void syncPemainBandar() { for(int ii=0; ii<jumlahPemain;ii++) { pemain[ii].buka(); bandar[ii].kunci(); } } private void syncBandar() { for(int ii=0;ii<jumlahPemain;ii++) { bandar[ii].kunci(); } } private void syncPemain() { for(int ii=0;ii<jumlahPemain;ii++) { pemain[ii].buka(); } } private void syncBandarPemain(int ii)

Penjelasan Program

156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196

{ bandar[ii].buka(); pemain[ii].kunci(); } } class Semafor { public Semafor() { value=0; } public Semafor(int val) { value=val; } public synchronized void kunci() { while(value==0) { try { wait(); } catch(InterruptedException e) { } value--; } } public synchronized void buka() { value++; notify(); } private int value; }

27.4. Penjelasan Program Program Hompimpah terdiri dari 4 class yaitu class Hompimpah, class Pemain, class Gambreng,class Semafor. Masing-masing class berfungsi sebagai berikut: 1. Class Hompimpah: dalam kelas ini program Hompimpah dapat dijalankan 2. Class Gambreng: dalam kelas ini seluruh proses permainan Hompimpah dijalankan. 3. Class Semafor: kelas ini menjalankan proses sinkronisasi. 4. Class Hompimpah: dalam kelas terdapat fungsi run() dengan fungsi ini tiap-tiap pemain akan dihidupkan. Penjelasan selengkapnya sebagai berikut:

Contoh 27.2. Class Hompimpah 001 public class Hompimpah 002 { 003 004 private static final int JUMLAH_PEMAIN=6; 199

Penjelasan Program

005 006 007 008 009 010 011 012 013 014 015 017 018 019 } 020

public static void main(String args[])throws Exception { Gambreng gamserver=new Gambreng(JUMLAH_PEMAIN); Thread[] pemain=new Thread[JUMLAH_PEMAIN]; for (int ii=0; ii<JUMLAH_PEMAIN; ii++) { pemain[ii]= new Thread (new Pemain(gamserver, ii)); pemain[ii].start(); } gamserver.bandarGambreng(); }

Pada class Hompimpah, dibuat objek baru dari class Gambreng (baris 7), dimana dalam kelas tersebut dibuat 2 jenis thread yaitu thread bandar dan thread pemain. Masing-masing thread adalah array dari objek Semafor, yang berkapasitas JUMLAH_PEMAIN, yaitu 6. Kemudian kedua jenis thread di set value-nya sebagai 0 (terdapat pada class Gambreng). Hal ini mengindikasikan bahwa thread bandar dan pemain sedang tidur. Dalam kelas Gambreng, mutex sebagai objek dari class Semafor, di set 1,yang berarti bahwa critical section sedang dalam keadaan available atau tidak ada thread yang sedang memakai. Kemudian iterasiGambreng di set 0 dan pemanggilan method resetGambreng() pada class Gambreng sebagai penanda awal permainan Pada baris ke 8 class Hompimpah dibuat array object baru dari class Thread yaitu pemain sebanyak JUMLAH_PEMAIN yang di set 6. Tiap-tiap thread memiliki no_pemain dan memiliki objek dari class Gambreng. Selanjutnya thread- thread tersebut menjalankan method run()-nya, dimana dalam method tersebut tiap-tiap thread pemain mengirimkan nomornya untuk diakses dalam method pemainGambreng(int) yang berada pada class Gambreng.

Contoh 27.3. method pemainGambreng 078 079 080 081 082 083 084 085 086 087 088 089 090 091 092 093 094 095 096 097 098 099 100 101 102 103 104 105 106 107 200

public void pemainGambreng (int nomor) { syncBandarPemain(nomor); while(!menangGambreng()) { mutex.kunci(); if((int)(Math.random()*2)==1) { truePemain=nomor; trueCount++; } else { falsePemain=nomor; falseCount++; } mutex.buka(); syncBandarPemain(nomor); } } public void resetGambreng() { mutex.kunci(); adaPemenang=false; truePemain=0; trueCount=0; falsePemain=0; falseCount=0;

Penjelasan Program

108 109 110 111

mutex.buka(); }

Pada fungsi tersebut tiap-tiap thread akan mengakses critical section secara bergantian, sesuai dengan prinsip mutual exclusion . Di dalam critical section , thread-thread akan dicek apakah truePemain(telapak) atau falsePemain(punggung) kemudian dihitung berapa jumlah telapak dan punggungnya. Proses ini akan terus me-loop sampai ada pemenang. Sebelum memasuki critical section dan melakukan pengecekan, sistem melakukan proses sinkronisasi bandar dan pemain, dengan memangil fungsi syncBandarPemain()

Contoh 27.4. syncBandarPemain 155 156 157 158 159 160

private void syncBandarPemain(int ii) { bandar[ii].buka(); pemain[ii].kunci(); }

dalam fungsi tersebut bandar melepaskan kunci, dan memanggil thread pemain dengan notify() yang merupakan bagian dari fungsi buka() dari class Semafor, untuk kemudian thread tersebut dapat mengakses critical section. Setelah seluruh thread pemain mengakses critical section dan melakukan pengecekan, program memanggil fungsi bandarGambreng() pada class Gambreng,untuk melakukan proses sinkronisasi bandar yaitu memanggil fungsi syncBandar()

Contoh 27.5. syncBandar 141 142 143 144 145 146 147

private void syncBandar() { for(int ii=0;ii<jumlahPemain;ii++) { bandar[ii].kunci(); } }

, sehingga bandar terkunci dalam critical section dan memegang kekuasaan dalam Gambreng untuk melakukan perulangan fungsi-fungsi berikut, yang masing-masing akan dipanggil dalam fungsi bandarGambreng() : 1. Me-reset permainan gambreng dengan memanggil fungsi resetGambreng().

Contoh 27.6. resetGambreng 100 101 102 103 104 105 106 107

public void resetGambreng() { mutex.kunci(); adaPemenang=false; truePemain=0; trueCount=0; falsePemain=0; falseCount=0; 201

Penjelasan Program

108 109 110 111

mutex.buka(); }

Dalam fungsi resetGambreng(), truePemain, falsePemain, trueCount dan falseCount = 0, kemudian ada pemenang diset false, sebagai tanda awal dari permainan. 2. Melakukan sinkronisasi pemain dan bandar dengan memanggil fungsi syncPemainBandar().

Contoh 27.7. syncPemainBandar 132 133 134 135 136 137 138 139

private void syncPemainBandar() { for(int ii=0; ii<jumlahPemain;ii++) { pemain[ii].buka(); bandar[ii].kunci(); } }

Ketika melakukan pemanggilan fungsi ini, seluruh pemain dibangunkan kemudian tiap-tiap bandar akan tidur. Dengan fungsi ini, bandar akan tetap menunggu sampai semua pemain membangunkannya. Dan ketika bandar bangun, pemain akan ditidurkan kembali. 3. Melakukan penghitungan dengan fungsi hitungGambreng()

Contoh 27.8. hitungGambreng 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131

private void hitungGambreng() { mutex.kunci(); if(trueCount==1) { adaPemenang=true; nomorPemenang=truePemain; } else { adaPemenang=true; nomorPemenang=falsePemain; } mutex.buka(); }

Dengan fungsi ini, kembali melakukan pengaksesan variable. Dengan melakukan pengecekan, apabila salah satu diantara trueCount atau falseCount bernilai 1, maka adaPemenang. Nilai ini akan diproses oleh fungsi menangGambreng(), yang akan mengembalikan nilai boolean(true atau false). Jika fungsi tersebut bernilai true maka proses loop berhenti. 4. Menghitung iterasi perulangan, sampai fungsi menangGambreng() mengembalikan nilai true, yang menandakan adanya pemenang. Saat proses perulangan berhenti, pemain melepaskan kunci kemudian sistem menampilkan output saat execute, berupa no_pemain yang keluar sebagai pemenang. Setiap proses execute akan menampilkan nomor pemain yang berbeda-beda , karena proses random dan urutan pengaksesan critical section oleh thread pada tiap peng- execute-an berbeda-beda.

202

Rangkuman

Contoh 27.9. Keluaran Program Nomor Nomor Nomor Nomor Nomor Nomor Nomor Nomor Nomor Nomor

Peserta Peserta Peserta Peserta Peserta Peserta Peserta Peserta Peserta Peserta

Pemain Pemain Pemain Pemain Pemain Pemain Pemain Pemain Pemain Pemain

[0] [0] [0] [0] [0] [0] [0] [0] [0] [0]

-

[5] [5] [5] [5] [5] [5] [5] [5] [5] [5]

Pemenang Pemenang Pemenang Pemenang Pemenang Pemenang Pemenang Pemenang Pemenang Pemenang

Pemain Pemain Pemain Pemain Pemain Pemain Pemain Pemain Pemain Pemain

nomor[3] nomor[2] nomor[0] nomor[4] nomor[1] nomor[3] nomor[5] nomor[3] nomor[4] nomor[0]

Jumlah Jumlah Jumlah Jumlah Jumlah Jumlah Jumlah Jumlah Jumlah Jumlah

Iterasi[12] Iterasi[1] Iterasi[6] Iterasi[2] Iterasi[14] Iterasi[9] Iterasi[3] Iterasi[2] Iterasi[5] Iterasi[11]

Contoh di atas menunjukkan hasil Hompimpah tidak selalu sama. Jumlah iterasi menunjukkan berapa kali bandar menyerukan gambreng dan mengulang permainan.

27.5. Rangkuman Program Hompimpah merupakan ilustrasi dimana sebuah thread memegang kendali sinkronisasi thread lainnya. Seperti yang dijelaskan dalam program masing-masing dari pemain saling mengendalikan satu sama lain, dengan menggunakan alat sinkronisasi yang bernama semafor. Semafor dalam program adalah semafor buatan berupa class Semafor yang dibuat dalam bahasa Java. Adapun di dalamnya terdapat 2 fungsi yaitu fungsi buka() dan fungsi kunci() dengan fungsi-fungsi inilah masing-masing thread dapat mengendalikan satu sama lain


203

204

Daftar Rujukan Utama [CC2001] 2001. Computing Curricula 2001. Computer Science Volume. ACM Council. IEEE-CS Board of Governors. [Deitel2005] Harvey M Deitel dan Paul J Deitel. 2005. Java How To Program. Sixth Edition. Prentice Hall. [Hariyanto1997] Bambang Hariyanto. 1997. Sistem Operasi . Buku Teks Ilmu Komputer . Edisi Kedua. Informatika. Bandung. [HenPat2002] John L Hennessy dan David A Patterson. 2002. Computer Architecture . A Quantitative Approach . Third Edition. Morgan Kaufman. San Francisco. [Hyde2003] Randall Hyde. 2003. The Art of Assembly Language. First Edition. No Strach Press. [KennethRosen1999] Kenneth H Rosen. 1999. Discrete Mathematics and Its Application. McGraw Hill. [KrutzVines2001] Ronald L Krutz dan Russell D Vines. 2001. The CISSP Prep Guide Mastering the Ten Domains of Computer Security. John Wiley & Sons. [Kusuma2000] Sri Kusumadewi. 2000. Sistem Operasi . Edisi Dua. Graha Ilmu. Yogyakarta. [Love2005] Robert Love. 2005. Linux Kernel Development . Second Edition. Novell Press. [Morgan1992] K Morgan. “The RTOS Difference”. Byte. August 1992. 1992. [PeterDavie2000] Larry L Peterson dan Bruce S Davie. 2000. Computer Networks A Systems Approach. Second Edition. Morgan Kaufmann. [SariYansen2005] Riri Fitri Sari dan Yansen. 2005. Sistem Operasi Modern . Edisi Pertama. Andi. Yogyakarta. [Sidik2004] Betha Sidik. 2004. Unix dan Linux. Informatika. Bandung. [Silberschatz2002] Abraham Silberschatz, Peter Galvin, dan Greg Gagne. 2002. Applied Operating Systems. Sixth Edition. John Wiley & Sons. [Silberschatz2005] Avi Silberschatz, Peter Galvin, dan Grag Gagne. 2005. Operating Systems Concepts. Seventh Edition. John Wiley & Sons. [Stallings2001] William Stallings. 2001. Operating Systems: Internal and Design Principles. Fourth Edition. Edisi Keempat. Prentice-Hall International. New Jersey. [Tanenbaum1997] Andrew S Tanenbaum dan Albert S Woodhull. 1997. Operating Systems Design and Implementation. Second Edition. Prentice-Hall. [Tanenbaum2001] Andrew S Tanenbaum. 2001. Modern Operating Systems. Second Edition. Prentice-Hall. [UU2000030] RI. 2000. Undang-Undang Nomor 30 Tahun 2000 Tentang Rahasia Dagang. [UU2000031] RI. 2000. Undang-Undang Nomor 31 Tahun 2000 Tentang Desain Industri. [UU2000032] RI. 2000. Undang-Undang Nomor 32 Tahun 2000 Tentang Desain Tata Letak Sirkuit Terpadu. [UU2001014] RI. 2001. Undang-Undang Nomor 14 Tahun 2001 Tentang Paten. [UU2001015] RI. 2001. Undang-Undang Nomor 15 Tahun 2001 Tentang Merek. [UU2002019] RI. 2002. Undang-Undang Nomor 19 Tahun 2002 Tentang Hak Cipta. 205

[Venners1998] Bill Venners. 1998. Inside the Java Virtual Machine. McGraw-Hill. [WEBAmirSch2000] Yair Amir dan Theo Schlossnagle. 2000. Operating Systems 00.418: Memory Management – http://www.cs.jhu.edu/ ~yairamir/ cs418/ os5/ . Diakses 29 Mei 2006. [WEBArpaciD2005] Andrea C Arpaci-Dusseau dan Remzi H Arpaci-Dusseau. 2005. CS 537: Introduction to Operating Systems – File System: User Perspective – http://www.cs.wisc.edu/ ~remzi/ Classes/537/ Fall2005/ Lectures/ lecture18.ppt . Diakses 8 Juli 2006. [WEBBabicLauria2005] G Babic dan Mario Lauria. 2005. CSE 660: Introduction to Operating Systems – Files and Directories – http://www.cse.ohio-state.edu/ ~lauria/ cse660/ Cse660.Files.04-08-2005.pdf . Diakses 8 Juli 2006. [WEBBraam1998] Peter J Braam. 1998. Linux Virtual File System – http://www.coda.cs.cmu.edu/ doc/ talks/ linuxvfs/ . Diakses 25 Juli 2006. [WEBCACMF1961] John Fotheringham. “ Dynamic Storage Allocation in the Atlas Computer Including an Automatic Use of a Backing Store – http://www.eecs.harvard.edu/ cs261/ papers/ frother61.pdf ”. Diakses 29 Juni 2006. Communications of the ACM . 4. 10. October 1961. [WEBCarter2004] John Carter. 2004. CS 5460 Operating Systems – Lecture 19: File System Operations and Optimizations – http://www.cs.utah.edu/ classes/ cs5460/ lectures/ lecture19.pdf . Diakses 29 Mei 2006. [WEBChung2005] Jae Chung. 2005. CS4513 Distributed Computer Systems – File Systems – http://web.cs.wpi.edu/ ~goos/ Teach/ cs4513-d05/ slides/ fs1.ppt . Diakses 7 Juli 2006. [WEBCook2006] Tony Cook. 2006. G53OPS Operating Systems – Directories http://www.cs.nott.ac.uk/ ~acc/ g53ops/ lecture14.pdf . Diakses 7 Juli 2006.

–

[WEBCornel2005] Cornel Computer Science Department. 2005. Classic Sync Problems Monitors – http://www.cs.cornell.edu/ Courses/ cs414/ 2005fa/ docs/ cs414-fa05-06-semaphores.pdf . Diakses 13 Juni 2006. [WEBDrake96] Donald G Drake. April 1996. Introduction to Java threads – A quick tutorial on how to implement threads in Java – http://www.javaworld.com/ javaworld/ jw-04-1996/ jw-04-threads.html . Diakses 29 Mei 2006. [WEBEgui2006] Equi4 Software. 2006. Memory Mapped Files – http://www.equi4.com/ mkmmf.html . Diakses 3 Juli 2006. [WEBFasilkom2003] Fakultas Ilmu Komputer Universitas Indonesia. 2003. Sistem Terdistribusi – http://telaga.cs.ui.ac.id/ WebKuliah/ sisdis2003/ . Diakses 29 Mei 2006. [WEBFSF1991a] Free Software Foundation. 1991. GNU General http://gnui.vLSM.org/ licenses/ gpl.txt . Diakses 29 Mei 2006.

Public

License

–

[WEBFSF2001a] Free Software Foundation. 2001. Definisi Perangkat Lunak Bebas – http://gnui.vlsm.org/ philosophy/ free-sw.id.html . Diakses 29 Mei 2006. [WEBFSF2001b] Free Software Foundation. 2001. Frequently Asked Questions about the GNU GPL – http://gnui.vlsm.org/ licenses/ gpl-faq.html . Diakses 29 Mei 2006. [WEBFunkhouser2002] Thomas Funkhouser. 2002. Computer Science 217 Introduction to Programming Systems: Memory Paging – http://www.cs.princeton.edu/ courses/ archive / spring02/ cs217/ lectures/ paging.pdf . Diakses 28 Juni 2006. [WEBGolmFWK2002] Michael Golm, Meik Felser, Christian Wawersich, dan Juerge Kleinoede. 2002. The JX Operating System – http://www.jxos.org/ publications/ jx-usenix.pdf . Diakses 31 Mei 2006. [WEBGooch1999] 206

Richard

Gooch.

1999.

Overview

of

the

Virtual

File

System

–

http://www.atnf.csiro.au/ people/ rgooch/ linux/ docs/ vfs.txt . Diakses 29 Mei 2006. [WEBGottlieb2000] Allan Gottlieb. 2000. Operating Systems: Page tables – http://allan.ultra.nyu.edu/ ~gottlieb/ courses/ 1999-00-spring/ os/ lecture-11.html . Diakses 28 Juni 2006. [WEBHarris2003] Kenneth Harris. 2003. Cooperation: Interprocess Communication – Concurrent Processing – http://people.cs.uchicago.edu/ ~mark/ 51081/ LabFAQ/ lab5/ IPC.html . Diakses 2 Juni 2006. [WEBHP1997] Hewlett-Packard Company. 1997. HP-UX Memory Management – Overview of Demand Paging – http://docs.hp.com/ en/ 5965-4641/ ch01s10.html . Diakses 29 Juni 2006. [WEBHuham2005] Departemen Hukum dan Hak Asasi Manusia Republik Indonesia. 2005. Kekayaan Intelektual – http://www.dgip.go.id/ article/ archive/ 2 . Diakses 29 Mei 2006. [WEBIBMNY] IBM Corporation. NY. General Programming Concepts – Writing and Debugging Programs – http://publib16.boulder.ibm.com/ pseries/ en_US/ aixprggd/ genprogc/ ls_sched_subr.htm . Diakses 1 Juni 2006. [WEBIBM1997] IBM Coorporation. 1997. General Programming Concepts: Writing and Debugging Programs – Threads Scheduling http://www.unet.univie.ac.at/ aix/ aixprggd/ genprogc/ threads_sched.htm . Diakses 1 Juni 2006. [WEBIBM2003] IBM Corporation. 2003. System Management Concepts: Operating System and Devices – http://www.ncsa.uiuc.edu/ UserInfo/ Resources/ Hardware/ IBMp690 / IBM/ usr/ share/ man/ info/ en_US/ a_doc_lib/ aixbman/ admnconc/ mount_overview.htm . Diakses 29 Mei 2006. [WEBInfoHQ2002] InfoHQ. 2002. Computer Maintenance Tips – http://www.infohq.com/ Computer/ computer_maintenance_tip.htm . Diakses 11 Agustus 2006. [WEBITCUV2006] IT& University of Virginia. 2006. Mounting File Systems (Linux) – http://www.itc.virginia.edu/ desktop/ linux/ mount.html . Diakses 20 Juli 2006. [WEBJeffay2005] Kevin Jeffay. 2005. Secondary Storage Management – http://www.cs.unc.edu/ ~jeffay/ courses/ comp142/ notes/ 15-SecondaryStorage.pdf . Diakses 7 Juli 2006. [WEBJonesSmith2000] David Jones dan Stephen Smith. 2000. 85349 – Operating Systems – Study Guide – http://www.infocom.cqu.edu.au/ Courses/ aut2001/ 85349/ Resources/ Study_Guide/ 85349.pdf . Diakses 20 Juli 2006. [WEBJones2003] Dave Jones. 2003. The post-halloween Document v0.48 (aka, 2.6 - what to expect) – http://zenii.linux.org.uk/ ~davej/ docs/ post-halloween-2.6.txt . Diakses 29 Mei 2006. [WEBJupiter2004] Jupitermedia Corporation. 2004. Virtual Memory – http://www.webopedia.com/ TERM/ v/ virtual_memory.html . Diakses 29 Juni 2006. [WEBKaram1999] Vijay Karamcheti. 1999. Honors Operating Systems – Lecture 15: File Systems – http://cs.nyu.edu/ courses/ spring99/ G22.3250-001/ lectures/ lect15.pdf . Diakses 5 Juli 2006. [WEBKessler2005] Christhope Kessler. 2005. File System Interface – http://www.ida.liu.se/ ~TDDB72/ slides/ 2005/ c10.pdf . Diakses 7 Juli 2006. [WEBKozierok2005] Charles M Kozierok. 2005. Reference Guide – Hard Disk Drives http://www.storagereview.com/ guide/ . Diakses 9 Agustus 2006. [WEBLee2000] Insup Lee. 2000. CSE 380: Operating Systems – File Systems http://www.cis.upenn.edu/ ~lee/ 00cse380/ lectures/ ln11b-fil.ppt . Diakses 7 Juli 2006.

–

[WEBLindsey2003] Clark S Lindsey. 2003. Physics Simulation with Java – Thread Scheduling and Priority – http://www.particle.kth.se/ ~fmi/ kurs/ PhysicsSimulation/ Lectures/ 10A/ 207

schedulePriority.html . Diakses 1 Juni 2006. [WEBMassey2000] Massey University. May 2000. Monitors & Critical Regions – http://www-ist.massey.ac.nz/ csnotes/ 355/ lectures/ monitors.pdf . Diakses 29 Mei 2006. [WEBMooreDrakos1999] Ross Moore dan Nikos Drakos. 1999. Converse Programming Manual – Thread Scheduling Hooks – http://charm.cs.uiuc.edu/ manuals/ html/ converse/ 3_3Thread_ Scheduling_Hooks.html . Diakses 1 Juni 2006. [WEBOCWEmer2005] Joel Emer dan Massachusetts Institute of Technology. 2005. OCW – Computer System Architecture – Fall 2005 – Virtual Memory Basics – http://ocw.mit.edu/ NR/ rdonlyres/ Electrical -Engineering -and -Computer -Science/ 6 -823Computer -System -ArchitectureSpring2002/ C63EC0D0 -0499 -474F -BCDA -A6868A6827C4/ 0/ lecture09.pdf . Diakses 29 Juni 2006. [WEBOSRLampson1983] Butler W Lampson. “Hints for Computer System Design – http://research.microsoft.com/ copyright/ accept.asp? path=/~lampson/ 33-Hints/ Acrobat.pdf&pub=acm ”. Diakses 10 Agustus 2006. Operating Systems Review. 15. 5. Oct 1983. [WEBQuirke2004] Chris Quirke. 2004. What is a Maintenance OS? – http://cquirke.mvps.org/ whatmos.htm . Diakses 11 Agustus 2006. [WEBRamam2005] B Ramamurthy. 2005. File Management – http://www.cse.buffalo.edu/ faculty/ bina/ cse421/ spring2005/ FileSystemMar30.ppt . Diakses 5 Juli 2006. [WEBRamelan1996] Rahardi Ramelan. 1996. Hak Atas Kekayaan Intelektual Dalam Era Globalisasi http://leapidea.com/ presentation?id=6 . Diakses 29 Mei 2006. [WEBRegehr2002] John Regehr dan University of Utah. 2002. CS 5460 Operating Systems – Demand Halamand Virtual Memory – http://www.cs.utah.edu/ classes/ cs5460-regehr/ lecs/ demand_paging.pdf . Diakses 29 Juni 2006. [WEBRobbins2003] Steven Robbins. 2003. Starving Philosophers: Experimentation with Monitor Synchronization – http://vip.cs.utsa.edu/ nsf/ pubs/ starving/ starving.pdf . Diakses 29 Mei 2006. [WEBRusQuYo2004] Rusty Russell, Daniel Quinlan, dan Christopher Yeoh. 2004. Filesystem Hierarchy Standard – http://www.pathname.com/fhs/ . Diakses 27 Juli 2006. [WEBRustling1997] David A Rusling. 1997. The Linux Kernel – The EXT2 Inode – http://www.science.unitn.it/ ~fiorella/ guidelinux/ tlk/ node96.html . Diakses 1 Agustus 2006. [WEBRyan1998] Tim Ryan. 1998. Java 1.2 Unleashed – http://utenti.lycos.it/ yanorel6/ 2/ ch52.htm . Diakses 31 Mei 2006. [WEBSamik2003a] Rahmat M Samik-Ibrahim. 2003. Pengenalan Lisensi Perangkat Lunak Bebas – http://rms46.vlsm.org/ 1/ 70.pdf . vLSM.org. Pamulang. Diakses 29 Mei 2006. [WEBSamik2005a] Rahmat M Samik-Ibrahim. 2005. IKI-20230 Sistem Operasi - Kumpulan Soal Ujian 2002-2005 – http://rms46.vlsm.org/ 1/ 94.pdf . vLSM.org. Pamulang. Diakses 29 Mei 2006. [WEBSchaklette2004] Mark Shacklette. 2004. CSPP 51081 Unix Systems Programming: IPC – http://people.cs.uchicago.edu/ ~mark/ 51081/ LabFAQ/ lab5/ IPC.html . Diakses 29 Mei 2006. [WEBSolomon2004] Marvin Solomon. 2004. CS 537 Introduction to Operating Systems: Lecture Notes Part 7 – http://www.cs.wisc.edu/ ~solomon/ cs537/ paging.html . Diakses 28 Juni 2006. [WEBStallman1994a] Richard M Stallman. 1994. Mengapa Perangkat Lunak Seharusnya Tanpa Pemilik – http://gnui.vlsm.org/ philosophy/ why-free.id.html . Diakses 29 Mei 2006. 208

[WEBVolz2003] Richard A Volz. 2003. Real Time Computing – Thread and Scheduling Basics – http://linserver.cs.tamu.edu/ ~ravolz/ 456/ Chapter-3.pdf . Diakses 1 Juni 2006. [WEBWalton1996] Sean Walton. 1996. Linux Threads Frequently Asked Questions (FAQ) – http://linas.org/ linux/ threads-faq.html . Diakses 29 Mei 2006. [WEBWIPO2005] World Intellectual Property Organization. 2005. About Intellectual Property – http://www.wipo.int/ about-ip/ en/ . Diakses 29 Mei 2006. [WEBWirzOjaStafWe2004] Lars Wirzenius, Joanna Oja, dan StephenAlex StaffordWeeks. 2004. The Linux System Administrator's Guide – The boot process in closer look http://www.tldp.org/ LDP/ sag/ html/ boot-process.html . Diakses 7 Agustus 2006. [WEBWiki2005a] From Wikipedia, the free encyclopedia. 2005. Intellectual property – http://en.wikipedia.org/ wiki/ Intellectual_property . Diakses 29 Mei 2006. [WEBWiki2006a] From Wikipedia, the free encyclopedia. 2006. Title – http://en.wikipedia.org/ wiki/ Zombie_process . Diakses 2 Juni 2006. [WEBWiki2006b] From Wikipedia, the free encyclopedia. 2006. Atomicity– http://en.wikipedia.org/ wiki/ Atomicity . Diakses 6 Juni 2006. [WEBWiki2006c] From Wikipedia, the free encyclopedia. 2006. Memory Management Unit – http://en.wikipedia.org/ wiki/ Memory_management_unit . Diakses 30 Juni 2006. [WEBWiki2006d] From Wikipedia, the free encyclopedia. 2006. http://en.wikipedia.org/ wiki/ Page_fault . Diakses 30 Juni 2006.

Page

[WEBWiki2006e] From Wikipedia, the free encyclopedia. 2006. Copy http://en.wikipedia.org/ wiki/ Copy_on_Write . Diakses 03 Juli 2006.

on

Fault

–

Write

–

[WEBWiki2006f] From Wikipedia, the free encyclopedia. 2006. Page replacement algorithms – http://en.wikipedia.org/ wiki/ Page_replacement_algorithms . Diakses 04 Juli 2006. [WEBWiki2006g] From Wikipedia, the free encyclopedia. 2006. http://en.wikipedia.org/ wiki/ File_system . Diakses 04 Juli 2006.

File

[WEBWiki2006h] From Wikipedia, the free encyclopedia. 2006. http://en.wikipedia.org/ wiki/ Keydrive . Diakses 09 Agustus 2006. [WEBWiki2006i] From Wikipedia, the free encyclopedia. 2006. http://en.wikipedia.org/ wiki/ Tape_drive . Diakses 09 Agustus 2006.

system

–

Keydrive

–

Tape

[WEBWiki2006j] From Wikipedia, the free encyclopedia. 2006. http://en.wikipedia.org/ wiki/ CD-ROM . Diakses 09 Agustus 2006.

drive

–

CD-ROM

–

[WEBWiki2006k] From Wikipedia, the free encyclopedia. 2006. DVD – http://en.wikipedia.org/ wiki/ DVD . Diakses 09 Agustus 2006. [WEBWiki2006l] From Wikipedia, the free encyclopedia. 2006. CD – http://en.wikipedia.org/ wiki/ CD . Diakses 09 Agustus 2006. [WEBWiki2006m] From Wikipedia, the free encyclopedia. 2006. http://en.wikipedia.org/ wiki/ DVD-RW . Diakses 09 Agustus 2006.

DVD-RW

–

[WEBWiki2006n] From Wikipedia, the free encyclopedia. 2006. Magneto-optical drive – http://en.wikipedia.org/ wiki/ Magneto-optical_drive . Diakses 09 Agustus 2006. [WEBWiki2006o] From Wikipedia, the free encyclopedia. 2006. http://en.wikipedia.org/ wiki/ Floppy_disk . Diakses 09 Agustus 2006.

Floppy

disk

–

209

210

Lampiran A. GNU Free Documentation License Version 1.2, November 2002 Copyright © 2000, 2001, 2002 Free Software Foundation, Inc. 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA 02111-1307 USA Everyone is permitted to copy and distribute verbatim copies of this license document, but changing it is not allowed.

A.1. PREAMBLE The purpose of this License is to make a manual, textbook, or other functional and useful document "free" in the sense of freedom: to assure everyone the effective freedom to copy and redistribute it, with or without modifying it, either commercially or noncommercially. Secondarily, this License preserves for the author and publisher a way to get credit for their work, while not being considered responsible for modifications made by others. This License is a kind of "copyleft", which means that derivative works of the document must themselves be free in the same sense. It complements the GNU General Public License, which is a copyleft license designed for free software. We have designed this License in order to use it for manuals for free software, because free software needs free documentation: a free program should come with manuals providing the same freedoms that the software does. But this License is not limited to software manuals; it can be used for any textual work, regardless of subject matter or whether it is published as a printed book. We recommend this License principally for works whose purpose is instruction or reference.

A.2. APPLICABILITY AND DEFINITIONS This License applies to any manual or other work, in any medium, that contains a notice placed by the copyright holder saying it can be distributed under the terms of this License. Such a notice grants a world-wide, royalty-free license, unlimited in duration, to use that work under the conditions stated herein. The "Document", below, refers to any such manual or work. Any member of the public is a licensee, and is addressed as "you". You accept the license if you copy, modify or distribute the work in a way requiring permission under copyright law. A "Modified Version" of the Document means any work containing the Document or a portion of it, either copied verbatim, or with modifications and/or translated into another language. A "Secondary Section" is a named appendix or a front-matter section of the Document that deals exclusively with the relationship of the publishers or authors of the Document to the Document's overall subject (or to related matters) and contains nothing that could fall directly within that overall subject. (Thus, if the Document is in part a textbook of mathematics, a Secondary Section may not explain any mathematics.) The relationship could be a matter of historical connection with the subject or with related matters, or of legal, commercial, philosophical, ethical or political position regarding them. The "Invariant Sections" are certain Secondary Sections whose titles are designated, as being those of Invariant Sections, in the notice that says that the Document is released under this License. If a section does not fit the above definition of Secondary then it is not allowed to be designated as Invariant. The Document may contain zero Invariant Sections. If the Document does not identify any Invariant Sections then there are none. The "Cover Texts" are certain short passages of text that are listed, as Front-Cover Texts or Back-Cover Texts, in the notice that says that the Document is released under this License. A Front-Cover Text may be at most 5 words, and a Back-Cover Text may be at most 25 words. 211

VERBATIM COPYING

A "Transparent" copy of the Document means a machine-readable copy, represented in a format whose specification is available to the general public, that is suitable for revising the document straightforwardly with generic text editors or (for images composed of pixels) generic paint programs or (for drawings) some widely available drawing editor, and that is suitable for input to text formatters or for automatic translation to a variety of formats suitable for input to text formatters. A copy made in an otherwise Transparent file format whose markup, or absence of markup, has been arranged to thwart or discourage subsequent modification by readers is not Transparent. An image format is not Transparent if used for any substantial amount of text. A copy that is not "Transparent" is called "Opaque". Examples of suitable formats for Transparent copies include plain ASCII without markup, Texinfo input format, LaTeX input format, SGML or XML using a publicly available DTD, and standard-conforming simple HTML, PostScript or PDF designed for human modification. Examples of transparent image formats include PNG, XCF and JPG. Opaque formats include proprietary formats that can be read and edited only by proprietary word processors, SGML or XML for which the DTD and/or processing tools are not generally available, and the machine-generated HTML, PostScript or PDF produced by some word processors for output purposes only. The "Title Page" means, for a printed book, the title page itself, plus such following pages as are needed to hold, legibly, the material this License requires to appear in the title page. For works in formats which do not have any title page as such, "Title Page" means the text near the most prominent appearance of the work's title, preceding the beginning of the body of the text. A section "Entitled XYZ" means a named subunit of the Document whose title either is precisely XYZ or contains XYZ in parentheses following text that translates XYZ in another language. (Here XYZ stands for a specific section name mentioned below, such as "Acknowledgements", "Dedications", "Endorsements", or "History".) To "Preserve the Title" of such a section when you modify the Document means that it remains a section "Entitled XYZ" according to this definition. The Document may include Warranty Disclaimers next to the notice which states that this License applies to the Document. These Warranty Disclaimers are considered to be included by reference in this License, but only as regards disclaiming warranties: any other implication that these Warranty Disclaimers may have is void and has no effect on the meaning of this License.

A.3. VERBATIM COPYING You may copy and distribute the Document in any medium, either commercially or noncommercially, provided that this License, the copyright notices, and the license notice saying this License applies to the Document are reproduced in all copies, and that you add no other conditions whatsoever to those of this License. You may not use technical measures to obstruct or control the reading or further copying of the copies you make or distribute. However, you may accept compensation in exchange for copies. If you distribute a large enough number of copies you must also follow the conditions in section 3. You may also lend copies, under the same conditions stated above, and you may publicly display copies.

A.4. COPYING IN QUANTITY If you publish printed copies (or copies in media that commonly have printed covers) of the Document, numbering more than 100, and the Document's license notice requires Cover Texts, you must enclose the copies in covers that carry, clearly and legibly, all these Cover Texts: Front-Cover Texts on the front cover, and Back-Cover Texts on the back cover. Both covers must also clearly and legibly identify you as the publisher of these copies. The front cover must present the full title with all words of the title equally prominent and visible. You may add other material on the covers in addition. Copying with changes limited to the covers, as long as they preserve the title of the Document and satisfy these conditions, can be treated as verbatim copying in other respects. If the required texts for either cover are too voluminous to fit legibly, you should put the first ones listed (as many as fit reasonably) on the actual cover, and continue the rest onto adjacent pages. 212

MODIFICATIONS

If you publish or distribute Opaque copies of the Document numbering more than 100, you must either include a machine-readable Transparent copy along with each Opaque copy, or state in or with each Opaque copy a computer-network location from which the general network-using public has access to download using public-standard network protocols a complete Transparent copy of the Document, free of added material. If you use the latter option, you must take reasonably prudent steps, when you begin distribution of Opaque copies in quantity, to ensure that this Transparent copy will remain thus accessible at the stated location until at least one year after the last time you distribute an Opaque copy (directly or through your agents or retailers) of that edition to the public. It is requested, but not required, that you contact the authors of the Document well before redistributing any large number of copies, to give them a chance to provide you with an updated version of the Document.

A.5. MODIFICATIONS You may copy and distribute a Modified Version of the Document under the conditions of sections 2 and 3 above, provided that you release the Modified Version under precisely this License, with the Modified Version filling the role of the Document, thus licensing distribution and modification of the Modified Version to whoever possesses a copy of it. In addition, you must do these things in the Modified Version: A. Use in the Title Page (and on the covers, if any) a title distinct from that of the Document, and from those of previous versions (which should, if there were any, be listed in the History section of the Document). You may use the same title as a previous version if the original publisher of that version gives permission. B. List on the Title Page, as authors, one or more persons or entities responsible for authorship of the modifications in the Modified Version, together with at least five of the principal authors of the Document (all of its principal authors, if it has fewer than five), unless they release you from this requirement. C. State on the Title page the name of the publisher of the Modified Version, as the publisher. D. Preserve all the copyright notices of the Document. E. Add an appropriate copyright notice for your modifications adjacent to the other copyright notices. F. Include, immediately after the copyright notices, a license notice giving the public permission to use the Modified Version under the terms of this License, in the form shown in the Addendum below. G. Preserve in that license notice the full lists of Invariant Sections and required Cover Texts given in the Document's license notice. H. Include an unaltered copy of this License. I. Preserve the section Entitled "History", Preserve its Title, and add to it an item stating at least the title, year, new authors, and publisher of the Modified Version as given on the Title Page. If there is no section Entitled "History" in the Document, create one stating the title, year, authors, and publisher of the Document as given on its Title Page, then add an item describing the Modified Version as stated in the previous sentence. J. Preserve the network location, if any, given in the Document for public access to a Transparent copy of the Document, and likewise the network locations given in the Document for previous versions it was based on. These may be placed in the "History" section. You may omit a network location for a work that was published at least four years before the Document itself, or if the original publisher of the version it refers to gives permission. K. For any section Entitled "Acknowledgements" or "Dedications", Preserve the Title of the section, and preserve in the section all the substance and tone of each of the contributor 213

COMBINING DOCUMENTS

acknowledgements and/or dedications given therein. L. Preserve all the Invariant Sections of the Document, unaltered in their text and in their titles. Section numbers or the equivalent are not considered part of the section titles. M.Delete any section Entitled "Endorsements". Such a section may not be included in the Modified Version. N. Do not retitle any existing section to be Entitled "Endorsements" or to conflict in title with any Invariant Section. O. Preserve any Warranty Disclaimers. If the Modified Version includes new front-matter sections or appendices that qualify as Secondary Sections and contain no material copied from the Document, you may at your option designate some or all of these sections as invariant. To do this, add their titles to the list of Invariant Sections in the Modified Version's license notice. These titles must be distinct from any other section titles. You may add a section Entitled "Endorsements", provided it contains nothing but endorsements of your Modified Version by various parties ## for example, statements of peer review or that the text has been approved by an organization as the authoritative definition of a standard. You may add a passage of up to five words as a Front-Cover Text, and a passage of up to 25 words as a Back-Cover Text, to the end of the list of Cover Texts in the Modified Version. Only one passage of Front-Cover Text and one of Back-Cover Text may be added by (or through arrangements made by) any one entity. If the Document already includes a cover text for the same cover, previously added by you or by arrangement made by the same entity you are acting on behalf of, you may not add another; but you may replace the old one, on explicit permission from the previous publisher that added the old one. The author(s) and publisher(s) of the Document do not by this License give permission to use their names for publicity for or to assert or imply endorsement of any Modified Version.

A.6. COMBINING DOCUMENTS You may combine the Document with other documents released under this License, under the terms defined in section 4 above for modified versions, provided that you include in the combination all of the Invariant Sections of all of the original documents, unmodified, and list them all as Invariant Sections of your combined work in its license notice, and that you preserve all their Warranty Disclaimers. The combined work need only contain one copy of this License, and multiple identical Invariant Sections may be replaced with a single copy. If there are multiple Invariant Sections with the same name but different contents, make the title of each such section unique by adding at the end of it, in parentheses, the name of the original author or publisher of that section if known, or else a unique number. Make the same adjustment to the section titles in the list of Invariant Sections in the license notice of the combined work. In the combination, you must combine any sections Entitled "History" in the various original documents, forming one section Entitled "History"; likewise combine any sections Entitled "Acknowledgements", and any sections Entitled "Dedications". You must delete all sections Entitled "Endorsements".

A.7. COLLECTIONS OF DOCUMENTS You may make a collection consisting of the Document and other documents released under this License, and replace the individual copies of this License in the various documents with a single copy that is included in the collection, provided that you follow the rules of this License for verbatim copying of each of the documents in all other respects. You may extract a single document from such a collection, and distribute it individually under this 214

Aggregation with Independent Works

License, provided you insert a copy of this License into the extracted document, and follow this License in all other respects regarding verbatim copying of that document.

A.8. Aggregation with Independent Works A compilation of the Document or its derivatives with other separate and independent documents or works, in or on a volume of a storage or distribution medium, is called an "aggregate" if the copyright resulting from the compilation is not used to limit the legal rights of the compilation's users beyond what the individual works permit. When the Document is included in an aggregate, this License does not apply to the other works in the aggregate which are not themselves derivative works of the Document. If the Cover Text requirement of section 3 is applicable to these copies of the Document, then if the Document is less than one half of the entire aggregate, the Document's Cover Texts may be placed on covers that bracket the Document within the aggregate, or the electronic equivalent of covers if the Document is in electronic form. Otherwise they must appear on printed covers that bracket the whole aggregate.

A.9. TRANSLATION Translation is considered a kind of modification, so you may distribute translations of the Document under the terms of section 4. Replacing Invariant Sections with translations requires special permission from their copyright holders, but you may include translations of some or all Invariant Sections in addition to the original versions of these Invariant Sections. You may include a translation of this License, and all the license notices in the Document, and any Warranty Disclaimers, provided that you also include the original English version of this License and the original versions of those notices and disclaimers. In case of a disagreement between the translation and the original version of this License or a notice or disclaimer, the original version will prevail. If a section in the Document is Entitled "Acknowledgements", "Dedications", or "History", the requirement (section 4) to Preserve its Title (section 1) will typically require changing the actual title.

A.10. TERMINATION You may not copy, modify, sublicense, or distribute the Document except as expressly provided for under this License. Any other attempt to copy, modify, sublicense or distribute the Document is void, and will automatically terminate your rights under this License. However, parties who have received copies, or rights, from you under this License will not have their licenses terminated so long as such parties remain in full compliance.

A.11. FUTURE REVISIONS OF THIS LICENSE The Free Software Foundation may publish new, revised versions of the GNU Free Documentation License from time to time. Such new versions will be similar in spirit to the present version, but may differ in detail to address new problems or concerns. See http://www.gnu.org/ copyleft/ . Each version of the License is given a distinguishing version number. If the Document specifies that a particular numbered version of this License "or any later version" applies to it, you have the option of following the terms and conditions either of that specified version or of any later version that has been published (not as a draft) by the Free Software Foundation. If the Document does not specify a version number of this License, you may choose any version ever published (not as a draft) by the Free Software Foundation.

215

How to use this License for your documents

A.12. ADDENDUM How to use this License for your documents To use this License in a document you have written, include a copy of the License in the document and put the following copyright and license notices just after the title page: Copyright © YEAR YOUR NAME. Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.2 or any later version published by the Free Software Foundation; with no Invariant Sections, no Front-Cover Texts, and no Back-Cover Texts. A copy of the license is included in the section entitled "GNU Free Documentation License". If you have Invariant Sections, Front-Cover Texts and Back-Cover Texts, replace the "with...Texts." line with this: with the Invariant Sections being LIST THEIR TITLES, with the Front-Cover Texts being LIST, and with the Back-Cover Texts being LIST. If you have Invariant Sections without Cover Texts, or some other combination of the three, merge those two alternatives to suit the situation. If your document contains nontrivial examples of program code, we recommend releasing these examples in parallel under your choice of free software license, such as the GNU General Public License, to permit their use in free software.

216

Lampiran B. Kumpulan Soal Ujian Bagian Pertama Berikut merupakan kumpulan soal Ujian Tengah Semester (UTS) dan Ujian Akhir Semester (UAS) antara 2003 dan 2008 untuk Mata Ajar IKI-20230/80230 Sistem Operasi, Fakultas Ilmu Komputer Universitas Indonesia. Waktu pengerjaan setiap soal [kecuali ''Pasangan Konsep''] ialah 30 menit.

(2003-2007) Pasangan Konsep Terangkan dengan singkat, pasangan konsep berikut ini. Terangkan pula perbedaan atau/dan persamaan pasangan konsep tersebut: a. OS View: ''Resource Allocator'' vs. ''Control Program''. b. ''Graceful Degradation'' vs. ''Fault Tolerant''. c. Dual Mode Operation: ''User Mode'' vs. ''Monitor Mode''. d. Operating System Goal: ''Convenient'' vs. ''Efficient''. e. ''System Components'' vs. ''System Calls''. f. ''Operating System Components'' vs. ''Operating System Services''. g. ''Symetric Multiprocessing'' vs. ''Asymetric Multiprocessing''. h. ''Distributed Systems' vs. ''Clustered Systems''. i. ''Client Server System'' vs. ''Peer-to-peer system''. j. ''Microkernels'' vs. ''Virtual Machines''. k. ''Random Access Memory'' vs. ''Magnetic Disk''. l. ''Hard Real-time'' vs ''Soft Real-time''. m. Job: ''Batch system'' vs. ''Time-Sharing System''. n. System Design: ''Mechanism'' vs. ''Policy''. o. Burst Cycle: ''I/O Burst'' vs. ''CPU Burst''. p. Process Bound: ''I/O Bound'' vs. ''CPU Bound''. q. ''Process State'' vs. ''Process Control Block''. r. ''Waiting Time'' vs. ''Response Time''. s. Process Type: ''Lightweight'' vs. ''Heavyweight''. . t. Multithread Model: ''One to One'' vs. ''Many to Many''. u. Scheduling Process: ''Short Term'' vs. ''Long Term''. v. Scheduling Algorithm: ''FCFS (First Come First Serve)'' vs. ''SJF (Shortest Job First)''. w. ''Preemptive Shortest Job First'' vs. ''Non-preemptive Shortest Job First''. x. Inter Process Communication: ''Direct Communication'' vs. ''Indirect Communication''. y. Process Synchronization: ''Monitor'' vs. ''Semaphore''. z. ''Deadlock Avoidance'' vs. ''Deadlock Detection''. aa.''Deadlock'' vs. ''Starvation''. ab.Address Space: ''Logical'' vs. ''Physical''. ac.Dynamic Storage Allocation Strategy: ''Best Fit'' vs. ''Worse Fit''. ad.Virtual Memory Allocation Strategy: ''Global'' vs. ''Local Replacement''. ae.File Operations: ''Deleting'' vs. ''Truncating''. af. Storage System: ''Volatile'' vs. ''Non-volatile''. ag.File Allocation Methods: ''Contiguous'' vs. ''Linked''. ah.Disk Management: ''Boot Block'' vs. ''Bad Block''. ai. I/O Data-Transfer Mode: ''Character'' vs. ''Block''. aj. I/O Access Mode: ''Sequential'' vs. ''Random''. ak.I/O Transfer Schedulle: ''Synchronous'' vs. ''Asynchronous''. al. I/O Sharing: ''Dedicated'' vs. ''Sharable''. . am.I/O direction: ''Read only'' vs. ''Write only''. an.''I/O Structure'' vs. ''Storage Structure''. ao.Software License: ''Free Software'' vs. ''Copyleft''.

217

Konsep Dasar Sistem Operasi

B.1. Konsep Dasar Perangkat Komputer (B01-2005-01) Perangkat Lunak Bebas a. Terangkan ke-empat (3+1) definisi Perangkat Lunak Bebas (PLB) menurut Free Software Foundation (FSF). b. Terangkan perbedaan dan persamaan antara PLB dan Open Source Software. c. Terangkan perbedaan dan persamaan antara PLB dan Perangkat Lunak ''Copyleft''. d. Berikan contoh/ilustrasi Perangkat Lunak Bebas yang bukan ''Copyleft''. e. Berikan contoh/ilustrasi Perangkat Lunak Bebas ''Copyleft'' yang bukan GNU Public License.

B.2. Konsep Dasar Sistem Operasi (B02-2003-01) GNU/Linux a. Sebutkan perbedaan utama antara kernel linux versi 1.X dan versi 2.X ! b. Terangkan, apa yang disebut dengan ''Distribusi (distro) Linux''? Berikan empat contoh distro!

(B02-2004-01) Kernel Linux 2.6.X (=KL26) (2004) a. Terangkan, apa yang dimaksud dengan Perangkat Lunak Bebas (PLB) yang berbasis lisensi GNU GPL (General Public Licence)! b. KL26 diluncurkan Desember 2003. Terangkan mengapa hingga kini (Januari 2005), belum juga dibuka cabang pengembangan Kernel Linux versi 2.7.X! c. KL26 lebih mendukung sistem berskala kecil seperti Mesin Cuci, Kamera, Ponsel, mau pun PDA. Terangkan, bagaimana kemampuan (feature) opsi tanpa MMU (Memory Management Unit) dapat mendukung sistem berskala kecil. d. KL26 lebih mendukung sistem berskala sangat besar seperti ''Enterprise System''. Terangkan sekurangnya dua kemampuan (feature) agar dapat mendukung sistem berskala sangat besar. e. KL26 lebih mendukung sistem interaktif seperti ''Work Station''. Terangkan sekurangnya satu kemampuan (feature) agar dapat mendukung sistem interaktif.

(B02-2005-01) Konsep Sistem Operasi a. Terangkan/jabarkan sekurangnya empat komponen utama dari sebuah Sistem Operasi. b. Terangkan/jabarkan peranan/pengaruh dari keempat komponen di atas terhadap sebuah Operasi Waktu Nyata (Real Time System). c. Terangkan/jabarkan peranan/pengaruh dari keempat komponen di atas terhadap sebuah Prosesor Jamak (Multi Processors System). d. Terangkan/jabarkan peranan/pengaruh dari keempat komponen di atas terhadap sebuah Operasi Terdistribusi (Distributed System). e. Terangkan/jabarkan peranan/pengaruh dari keempat komponen di atas terhadap sebuah Operasi Telepon Seluler (Cellular Phone).

Sistem Sistem Sistem Sistem

(B02-2007-01) System Calls Antar-muka layanan Sistem Operasi tersedia melalui ''System Calls''. Sistem Operasi itu sendiri terdiri dari komponen manajer-manajer seperti ''proses'', ''memori'', ''M/K'', ''sistem berkas'', ''jaringan'', ''keamanan'', dan lain sebagainya. Berikan ilustrasi sebanyak 10 system calls, sekurangnya satu ilustrasi per manajer tersebut di atas.

218

Proses dan Penjadwalan

B.3. Proses dan Penjadwalan (B03-2002-01) Rancangan Sistem Rancang sebuah sistem yang secara rata-rata: • sanggup melayani secara bersamaan (concurrent) hingga 1000 pengguna (users). • hanya 1% dari pengguna yang aktif mengetik pada suatu saat, sedangkan sisanya (99%) tidak mengerjakan apa-apa (idle). • kecepatan mengetik 10 karakter per detik. • setiap ketukan (ketik) menghasilkan response CPU burst dengan ukuran 10000 instruksi mesin. • setiap instruksi mesin dijalankan dalam 2 (dua) buah siklus mesin (machine cycle). • utilisasi CPU 100%. a. Gambarkan GANTT chart dari proses-proses tersebut di atas. Lengkapi gambar dengan yang dimaksud dengan burst time dan response time! b. Berapa lama, durasi sebuah CPU burst tersebut? c. Berapa lama, kasus terbaik (best case) response time dari ketikan tersebut? d. Berapa lama, kasus terburuk (worse case) response time dari ketikan tersebut? e. Berapa MHz. clock-rate CPU pada kasus butir tersebut di atas?

(B03-2003-01) Tabel Proses I Berikut merupakan sebagian dari keluaran menjalankan perintah ``top b n 1'' pada sebuah sistem GNU/Linux yaitu ''bunga.mhs.cs.ui.ac.id'' pada tanggal 10 Juni 2003 yang lalu.

16:22:04 up 71 days, 23:40, 8 users, load average: 0.06, 0.02, 0.00 58 processes: 57 sleeping, 1 running, 0 zombie, 0 stopped CPU states: 15.1% user, 2.4% system, 0.0% nice, 82.5% idle Mem: 127236K total, 122624K used, 4612K free, 2700K buffers Swap: 263160K total, 5648K used, 257512K free, 53792K cached PID USER PRI NI 1 root 0 0 2 root 0 0 4 root 0 0 ... 14953 root 0 0 31563 daemon 0 0 1133 user1 18 0 1112 user1 0 0 1113 user1 7 0 30740 user2 0 0 30741 user2 0 0 30953 user3 0 0 30954 user3 0 0 1109 user3 0 0 ... 1103 user8 0 0

SIZE 112 0 0 596 272 2176 2540 2480 2500 2456 2500 2492 3840

RSS SHARE STAT %CPU %MEM TIME 72 56 S 0.0 0.0 0:11 0 0 SW 0.0 0.0 0:03 0 0 SW 0.0 0.0 156:14 308 256 2176 2492 2480 2440 2456 2440 2492 3840

2684 2684

236 220 1752 2144 2028 2048 2024 2072 2032 3132

S S R S S S S S S S

0.0 0.0 8.1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

0.2 0.2 1.7 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 3.0

1944 S

0.0

2.1

19:12 0:02 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:01

COMMAND init kflushd kswapd sshd portmap top sshd bash sshd bash sshd bash pine

0:00 tin

a. Jam berapakah program tersebut di atas dijalankan? b. Berapa waktu sebelumnya (dari tanggal 10 Juni tersebut), server ''bunga.mhs.cs.ui.ac.id'' terakhir kali (re)boot? c. Apakah yang dimaksud dengan ''load average''? d. Sebutkan nama dari sebuah proses di atas yang statusnya ''running''! e. Sebutkan nama dari sebuah proses di atas yang statusnya ''waiting''!

219


(B03-2003-02) Tabel Proses II 15:34:14 up 28 days, 14:40, 53 users, load average: 0.28, 0.31, 0.26 265 processes: 264 sleeping, 1 running, 0 zombie, 0 stopped CPU states: 5.9% user, 1.8% system, 0.1% nice, 92.2% idle Mem: 126624K total, 113548K used, 13076K free, 680K buffers Swap: 263160K total, 58136K used, 205024K free, 41220K cached PID 1 2 ..... 17353 17354 17355 12851 12852 13184 13185 22272 22273 22283 19855 19856 19858

USER root root

PRI 8 9

NI 0 0

SIZE 460 0

user1 user1 user1 user2 user2 user2 user2 user3 user3 user3 user4 user4 user4

9 9 9 9 9 9 9 9 9 14 9 9 9

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

2500 1716 2840 2500 1776 1792 392 2604 1724 980 2476 1700 2780

RSS SHARE STAT %CPU %MEM 420 408 S 0.0 0.3 0 0 SW 0.0 0.0 2004 1392 2416 2004 1436 1076 316 2592 1724 980 2048 1392 2488

2004 1392 2332 2004 1436 1076 316 2292 1396 660 1996 1392 2352

S S S S S S S S S R S S S

0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 20.4 0.0 0.0 0.0

1.5 1.0 1.9 1.5 1.1 0.8 0.2 2.0 1.3 0.7 1.6 1.0 1.9

TIME COMMAND 0:56 init 0:02 keventd 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00

sshd bash pine sshd bash vi grep sshd bash top sshd bash pine

Berikut merupakan sebagian dari keluaran hasil eksekusi perintah ``top b n 1'' pada sebuah sistem GNU/Linux yaitu ''bunga.mhs.cs.ui.ac.id'' beberapa saat yang lalu. a. Berapakah nomer Process Identification dari program ''top'' tersebut? b. Siapakah yang mengeksekusi program ''top'' tersebut? c. Sekitar jam berapakah, program tersebut dieksekusi? d. Sudah berapa lama sistem GNU/Linux tersebut hidup/menyala? e. Berapa pengguna yang sedang berada pada sistem tersebut? f. Apakah yang dimaksud dengan ''load average''? g. Apakah yang dimaksud dengan proses ''zombie'' ?

(B03-2004-01) Tabel Proses III Berikut merupakan sebagian dari keluaran hasil eksekusi perintah ``top b n 1'' pada sebuah sistem GNU/Linux yaitu ''rmsbase.vlsm.org'' beberapa saat yang lalu. a. Berapakah nomor Process Identification dari program ''top'' tersebut? b. Sekitar jam berapakah, program tersebut dieksekusi? c. Apakah yang dimaksud dengan proses ''nice'' ? d. Dalam sistem Linux, ''process'' dan ''thread'' berbagi ''process table'' yang sama. Identifikasi/tunjukkan (nomor Process Identification) dari salah satu thread. Terangkan alasannya! e. Terangkan, mengapa sistem yang 46.6% idle dapat memiliki ''load average'' yang tinggi!

top - 17:31:56 up 10:14 min, 1 user, load average: 8.64, 5.37, Tasks: 95 total, 2 running, 93 sleeping, 0 stopped, 0 Cpu(s): 14.1% user, 35.7% system, 3.6% nice, 46.6% idle Mem: 256712k total, 252540k used, 4172k free, 13772k Swap: 257032k total, 7024k used, 250008k free, 133132k PID 809 709 710 818 ... 660 661 ... 220

USER root root root rms46

PR 19 20 19 13

NI 19 19 19 0

rms46 rms46

9 9

0 0

VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND 6780 6776 6400 S 42.2 2.6 1:02.47 rsync 6952 6952 660 R 29.3 2.7 1:46.72 rsync 6492 6484 6392 S 0.0 2.5 0:02.12 rsync 880 880 668 R 7.3 0.3 0:00.10 top 1220 1220 1220 1220

996 S 996 S

0.0 0.0

0.5 0:00.00 bash 0.5 0:00.01 bash

2.57 zombie buffers cached


712 781 803 804 805 806 766 771 788 792 ... 713 763 764 796

rms46 rms46 rms46 rms46 rms46 rms46 rms46 rms46 rms46 rms46

9 9 9 9 9 9 9 9 9 9

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

9256 16172 16172 16172 16172 16172 5624 4848 5544 4608

9256 15m 15m 15m 15m 15m 5624 4848 5544 4608

6068 7128 7128 7128 7128 7128 4572 3932 4516 3740

S S S S S S S S S S

0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

3.6 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 2.2 1.9 2.2 1.8

0:06.82 0:02.59 0:00.41 0:00.00 0:07.76 0:00.02 0:01.01 0:00.24 0:00.55 0:01.08

evolution evolution-mail evolution-mail evolution-mail evolution-mail evolution-mail evolution-calen evolution-alarm evolution-addre evolution-execu

rms46 rms46 rms46 rms46

9 9 9 9

0 0 0 0

23580 23580 23580 23580

23m 23m 23m 23m

13m 13m 13m 13m

S S S S

0.0 0.0 0.0 0.0

9.2 9.2 9.2 9.2

0:04.33 0:00.57 0:00.00 0:00.18

firefox-bin firefox-bin firefox-bin firefox-bin

(B03-2006-02) Tabel Proses IV Berikut merupakan keluaran dari menjalankan ``top b n 1'' pada sebuah sistem GNU/Linux yaitu ''telaga.cs.ui.ac.id'' (beberapa baris dihapus): a. Ada berapa CPU pada sistem tersebut di atas? b. Siapakah user name yang menjalankan program top tersebut? c. Berapakah nomor user ID dari yang menjalankan program top tersebut? d. Berapakah nomor process ID dari program top tersebut? e. Siapakah parent dari proses top tersebut? Sebutkan nama program dan PID-nya! f. Siapakah grand parent dari proses top tersebut? Sebutkan nama program dan PID-nya! g. Gambarkan bagan ''Process Tree'' dari semua program tersebut di atas. Asumsikan, init (PID=1) merupakan root, serta parent dari semua proses yang tidak tercantum parent-nya ialah PID=1.

top - 11:31:54 up 40 days, 2:04, 9 users, load average: 0.25, 0.43, 0.35 Tasks: 198 total, 1 running, 197 sleeping, 0 stopped, 0 zombie Cpu0 : 1.2% user, 1.4% system, 61.6% nice, 35.8% idle Cpu1 : 3.2% user, 0.9% system, 61.8% nice, 34.1% idle Cpu2 : 4.4% user, 1.1% system, 62.0% nice, 32.5% idle Cpu3 : 2.2% user, 0.6% system, 62.2% nice, 35.0% idle Mem: 1032692k total, 1005108k used, 27584k free, 9776k buffers Swap: 506008k total, 180172k used, 325836k free, 675336k cached PID 1 5147 5148 5290 5291 5822 5979 6207 6439 23142 24577 24580 24963 24964 26021 26022

PPID UID 0 0 5141 1411 5147 1411 5286 51018 5290 51018 5148 1411 24964 1030 5291 51018 24580 1248 26022 1762 24575 1248 24577 1248 24959 1030 24963 1030 26015 1762 26021 1762

USER root user2 user2 user1 user1 user2 user3 user1 user5 user4 user5 user5 user3 user3 user4 user4

GROUP root staff staff staff staff staff staff staff staff staff staff staff staff staff staff staff

PR NI 0 0 9 0 9 0 9 0 9 0 9 0 9 0 9 0 13 0 9 0 9 0 9 0 10 0 9 0 9 0 9 0

S S S S S S S S S R S S S S S S S

%CPU 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 2.7 0.0 0.0 0.0 1.3 0.0 0.0 0.0

TIME 0:43 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:01 0:01 0:00 0:01 0:00 0:01 0:00

COMMAND init sshd bash sshd bash pine ssh mutt top pine sshd bash sshd bash sshd bash

221


(B03-2003-03) Status Proses I a. Gambarkan sebuah model bagan status proses (process state diagram) dengan minimum lima (5) status. b. Sebutkan serta terangkan semua nama status proses (process states) tersebut. c. Sebutkan serta terangkan semua nama kejadian (event) yang menyebabkan perubahan status proses. d. Terangkan perbedaan antara proses ''I/O Bound'' dengan proses ''CPU Bound'' berdasarkan bagan status proses tersebut.

(B03-2005-01) Status Proses II Diketahui empat proses (P1, P2, P3, P4) yang pada t0 berada pada status ''RDY'' (READY). Pada satu saat, hanya satu proses yang boleh memiliki status ''RUN''. Status ''W'' (Wait) dan ''RDY'' dapat dimiliki beberapa proses setiap saat. Peralihan status proses dari ''RDY'' ke ''RUN'' diatur sebagai berikut: • Prioritas diberikan kepada proses yang paling lama berada di ''RDY'' (bukan kumulatif). • Proses yang tiba di ''RDY'' dapat langsung transit ke ''RUN''. • Utamakan ID yang lebih kecil, jika proses-proses memiliki prioritas yang sama. Pola RUN/Wait dari P1 bergantian sebagai berikut: (3, 9, 3, 9, 3, 9, ...). Sedangkan pola RUN/Wait, berturut-turut: P2 (2, 6, 2, 6, 2, 6, ...), P3 (1, 6, 1, 6, 1, 6, ...), P4 (1, 8, 1, 8, 1, 8, ...). a. Gambarkan Gantt Chart selama 25 satuan waktu selanjut, untuk setiap Proses, serta status RUN/CPU dan RDY. b. Berapa % utilitasi dari CPU? c. Berapakah rata-rata load RDY?

222


(B03-2007-01) Status Proses III Serupa dengan B03-2005-01 di atas, dengan P1 = P2 = (1, 9, 1, 9, 1, 9, ...) sedangkan P3 = P4 = (2, 8, 2, 8, 2, 8, ...).

(B03-2006-03) Status Proses IV Berikut merupakan tabel utilitasi CPU terhadap derajat multi-program. Derajat Multiprogram I/O Wait Utilisasi CPU Total Utilisasi CPU per proses

1

2

3

4

80%

20%

36%

49%

59%

20%

80%

96%

99.2%

99.8%

80%

20%

18%

16%

15%

20%

80%

48%

33.1%

25%

a. Gambarkan bagan ''utilisasi CPU total'' sebagai fungsi dari ''derajat multiprogram''. Gabungkan I/O wait 80% dan 20% dalam satu bagan! b. Diketahui empat (4) proses – P1, P2, P3, P4 – start pada saat bersamaan dengan ``I/O Wait'' 80%. ``Waktu CPU'' keempat proses tersebut, berturut-turut 69, 49, 31, dan 15 detik. Gambarkan bagan waktu CPU masing-masing proses sebagai terhadap waktu. c. Bandingkan ''waktu total'' dari P1 di atas dibandingkan dengan jika P1 dijalankan sendirian tanpa P2, P3, dan P4.

(B03-2007-02) Status Proses V Diketahui proses jenis A dengan komponen I/O Wait sebesar 90%, serta proses jenis B dengan komponen I/O Wait sebesar 80%. Berikut merupakan tabel utilisasi CPU terhadap kombinasi multi-program A/B. A

2A

B

2B

2A+2B

2A+B

A+2B

CPU idle

90%

81%

80%

64%

52%

65%

58%

CPU busy

10%

19%

20%

36%

48%

CPU/procA

10%

10%

-

-

8%

CPU/procB

-

-

20%

18%

16%

a. Lengkapi bagian tabel yang masih kosong. b. Diketahui sebuah proses jenis A dengan jumlah waktu CPU = 12 detik. Berapa waktu total hingga proses tersebut selesai dieksekusi? c. Diketahui sebuah proses jenis B dengan jumlah waktu CPU = 12 detik. Berapa waktu total hingga proses tersebut selesai dieksekusi? d. Diketahui dua proses jenis A dan dua proses jenis B secara serentak mulai dieksekusi. Jumlah waktu CPU masing-masing proses ialah 12 detik. Berapa waktu total hingga proses terakhir selesai dieksekusi? e. Buatkan diagram waktu dari butir d di atas.

223


(B03-2007-03) Status Proses VI Diketahui empat proses, P1(0:6), P2(5:4), P3(10:4), P4(15:2.7); [Pn(A:B); n=nomor proses; A=waktu start; B=waktu CPU] dengan tabel utilitasi CPU - derajat multi-program berikut: Derajat Multiprogram I/O Wait 60% Utilisasi CPU Total

1

2

3

4

40%

64%

78%

88%

40%

32%

26%

22%

Gambarkan bagan masing-masing proses terhadap waktu.

(B03-2005-02) Fork() I Silakan menelusuri program C berikut ini. Diasumsikan bahwa PID dari program tersebut (baris 17) ialah 5000, serta tidak ada proses lain yang terbentuk kecuali dari fork() program ini. a. Tuliskan keluaran dari program tersebut. b. Ubahlah MAXLEVEL (baris 04) menjadi ''5''; lalu kompail ulang dan jalankan kembali! Tuliskan bagian keluaran dari modifikasi program tersebut. c. Jelaskan asumsi pemilihan PID pada butir ''b'' di atas! 01 02 03 04 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18

#include <sys/types.h> #include <stdio.h> #include #define MAXLEVEL 4 char* turunan[]= {"", "pertama","kedua","ketiga","keempat","kelima"}; main() { int idx = 1; int putaran = 0; int deret0 = 0; int deret1 = 1; int tmp; pid_t pid;

20 21 22 23 24 25 26 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 } 224

printf("PID INDUK %d\n", (int) getpid()); printf("START deret Fibonacci... "); printf(" %d... %d...\n", deret0, deret1); while (putaran < MAXLEVEL) { tmp=deret0+deret1; deret0=deret1; deret1=tmp; pid = fork(); /* FORK */ if (pid > 0) /* Induk? */ { wait(NULL); printf("INDUK %s selesai menunggu ", turunan[idx]); printf("PID %d...\n", (int) pid); putaran++; } else if (pid==0) { /* Turunan? */ printf("Deret Fibonacci selanjutnya..."); printf(" %d...\n", deret1); idx++; exit (0); } else { /* Error? */ printf("Error...\n"); exit (1); } }; exit (0);


(B03-2005-03) Fork() II Silakan menelusuri program ''multifork'' berbahasa C berikut ini. Diasumsikan bahwa PID dari program tersebut (baris 14) ialah 5000, serta tidak ada proses lain yang terbentuk kecuali dari fork() program ini. Tuliskan keluaran dari program tersebut!

002 003 005 006 007 009 010 011 012 013 014 015 017 018 019 020 021 022 023 024 025 027

/* multifork (c) 2005 Rahmat M. Samik-Ibrahim, GPL-like */ /********************************************************/ #include <sys/types.h> #include <stdio.h> #include /*********************************************** main ***/ main() { pid_t pid1, pid2, pid3; printf("PID_INDUK

******* %5.5d

******* ******\n", (int) getpid());

pid1 = fork(); wait(NULL); pid2 = fork(); wait(NULL); pid3 = fork(); wait(NULL); printf("PID1(%5.5d) -- PID2(%5.5d) -- PID3(%5.5d)\n", (int) pid1, (int) pid2, (int) pid3); } /********************************************************/

(B03-2006-01) Fork() III Diketahui, yang PID berikut ini ialah 5000. Tuliskan keluaran dari program tersebut!

001 002 003 004 005 006 007 008 009 010 011 012 013 014 015 016 017 018 019 020 021 022 023 024 025 026

/***************************************************************/ /* qforkng (c) 2006 Rahmat M. Samik-Ibrahim, GPL-like */ /* */ /* Suppose its process ID (PID) is 5000 */ /* Write down the output of this process! */ /***************************************************************/ #include <stdio.h> #include <stdlib.h> /****************************************************** main ***/ main() { pid_t pid1, pid2, pid3, pid4; pid1 = getpid(); /* getpid: get my current PID */ pid2 = fork(); /* fork: clone parent -> child */ wait(NULL); /* wait: wait until child is done */ pid3 = fork(); wait(NULL); pid4 = getpid(); printf("PID1[%5.5d] PID2[%5.5d] PID3[%5.5d] PID4[%5.5d]\n", (int) pid1, (int) pid2, (int) pid3, (int) pid4 ); } /***************************************************************/

225


(B03-2007-04) Fork() IV Bagaimana keluaran dari program ''isengfork'' pada halaman berikut?

01 02 03 04 05 06 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

/********************************************************/ /* isengfork (c) 2007 Rahmat M. Samik-Ibrahim, GPL-like */ /********************************************************/ #include <sys/types.h> #include <stdio.h> #include main() { int ii=0; if (fork() == 0) ii++; wait(NULL); if (fork() == 0) ii++; wait(NULL); if (fork() == 0) ii++; wait(NULL); printf ("Result = %3.3d \n",ii); } / *******************************************************/

(B03-2001-01) Penjadwalan Proses I Diketahui lima (5) PROSES dengan nama berturut-turut: • P1(0,9) • P2(2,7) • P3(4,1) • P4(6,3) • P5(8,2) Angka dalam kurung menunjukkan: (''arrival time'', ''burst time''). Setiap peralihan proses, selalu akan diperlukan waktu-alih (switch time) sebesar satu (1) satuan waktu (unit time). a. Berapakah rata-rata turn-around time dan waiting time dari kelima proses tersebut, jika diimplementasikan dengan algoritma penjadwalan FCFS (First Come, First Served)? b. Bandingkan turnaround time dan waiting time tersebut, dengan sebuah algoritma penjadwalan dengan ketentuan sebagai berikut: • Pre-emptive: pergantian proses dapat dilakukan kapan saja, jika ada proses lain yang memenuhi syarat. Namun durasi setiap proses dijamin minimum dua (2) satuan waktu, sebelum boleh diganti. • Waktu alih (switch-time) sama dengan di atas, yaitu sebesar satu (1) satuan waktu (unit time). • Jika proses telah menunggu >= 15 satuan waktu: • dahulukan proses yang telah menunggu paling lama • lainnya: dahulukan proses yang menunggu paling sebentar. • Jika kriteria yang terjadi seri: dahulukan proses dengan nomor urut yang lebih kecil (umpama: P1 akan didahulukan dari P2).

(B03-2002-02) Penjadwalan Proses II Lima proses tiba secara bersamaan pada saat ''t0'' (awal) dengan urutan P1, P2, P3, P4, dan P5. Bandingkan (rata-rata) turn-around time dan waiting time dari ke lima proses tersebut di atas; jika mengimplementasikan algoritma penjadwalan seperti FCFS (First Come First Served), SJF (Shortest Job First), dan RR (Round Robin) dengan kuantum 2 (dua) satuan waktu. Waktu context switch diabaikan. a. Burst time kelima proses tersebut berturut-turut (10, 8, 6, 4, 2) satuan waktu. b. Burst time kelima proses tersebut berturut-turut (2, 4, 6, 8, 10) satuan waktu.

226

Proses dan Sinkronisasi

(B03-2004-02) Penjadwalan Proses III Diketahui tiga (3) proses preemptive dengan nama berturut-turut P1(0), P2(2), dan P3(4). Angka dalam kurung menunjukkan waktu tiba (''arrival time''). Ketiga proses tersebut memiliki burst time yang sama yaitu 4 satuan waktu (unit time). Setiap memulai/peralihan proses, selalu diperlukan waktu-alih (switch time) sebesar satu (1) satuan waktu. Berapakah rata-rata turn-around time dan waiting time dari ketiga proses tersebut, jika diimplementasikan dengan algoritma penjadwalan: • Shortest Waiting First: mendahulukan proses dengan waiting time terendah. • Longest Waiting First: mendahulukan proses dengan waiting time tertinggi. Jika kriteria penjadwalan seri, dahulukan proses dengan nomor urut yang lebih kecil (umpama: P1 akan didahulukan dari P2). Jangan lupa membuat Gantt Chart-nya!

B.4. Proses dan Sinkronisasi (B04-2003-01) Deadlock I Gambarkan graf pada urutan T0, T1,... dan seterusnya, hingga semua permintaan sumber-daya terpenuhi dan dikembalikan. Sebutkan, jika terjadi kondisi ''unsafe''!

Diketahui: • set P yang terdiri dari dua (2) proses; P = { P1, P2 }. • set R yang terdiri dari dua (2) sumber-daya (resources); dengan berturut-turut lima (5) dan dua (2) instances; R = { R1, R2 } = { {r11, r12, r13, r14, r15 }, {r21, r22 } }. • Plafon (jatah maksimum) sumber-daya untuk masing-masing proses ialah: r1

r2

p1

5

1

p2

3

1 227


• Pencegahan deadlock dilakukan dengan Banker's Algorithm. • Alokasi sumber-daya yang memenuhi kriteria Banker's Algorithm di atas, akan diprioritaskan pada proses dengan indeks yang lebih kecil. • Setelah mendapatkan semua sumber-daya yang diminta, proses akan mengembalikan SELURUH sumber-daya tersebut. • Pada saat T0, ''Teralokasi'' serta ''Permintaan'' sumber-daya proses ditentukan sebagai berikut: TERALOKASI

PERMINTAAN

R1

R2

R1

R2

p1

2

0

2

1

p2

2

0

1

1

(B04-2003-02) Deadlock II Diketahui: • set P yang terdiri dari tiga (3) proses; P = { P1, P2, P3 }. • set R yang terdiri dari tiga (3) sumber-daya (resources); masing-masing terdiri dari dua (2) instan (instances); R = { R1, R2, R3 } = { {r11, r12 }, {r21, r22 }, {r31, r32 } }. • Prioritas alokasi sumber-daya akan diberikan pada proses dengan indeks yang lebih kecil. • Jika tersedia: permintaan alokasi sumber-daya pada TN akan dipenuhi pada urutan berikutnya TN+1. • Proses yang telah dipenuhi semua permintaan sumber-daya pada TM ; akan melepaskan semua sumber-daya tersebut pada urutan berikutnya TM+1. • Pencegahan deadlock dilakukan dengan menghindari circular wait. • Pada saat T0, set E0 = { } (atau kosong), sehingga gambar graf-nya sebagai berikut:

Jika set E pada saat T1 menjadi: E1 = { P1 –> R1, P1 –> R2, P2 –> R1, P2 –> R2, P3 –> R1, P3 –> R2, P3 –> R3 }, gambarkan graf pada urutan T1, T2,... serta (E2, E3, ...) berikutnya hingga semua permintaan sumber-daya terpenuhi dan dikembalikan.

(B04-2005-01) Deadlock III a. Terangkan/jabarkan secara singkat, keempat kondisi yang harus dipenuhi agar terjadi Deadlock! Gunakan graf untuk menggambarkan keempat kondisi tersebut! b. Terangkan/jabarkan secara singkat, apakah akan selalu terjadi Deadlock jika keempat kondisi tersebut dipenuhi?!

(B04-2007-01) Deadlock IV Perhatikan bagian Bagian B.4, “(B04-2007-02) Jembatan ” di bawah. a. Berikan sebuah ilustrasi, bagaimana deadlock dapat terjadi. b. Berikan sebuah ilustrasi, bagaimana stravation tanpa deadlock dapat terjadi. c. Terangkan bagaimana di atas deadlock dapat dicegah. 228


(B04-2007-03) Deadlock V a. Sebutkan cara yang lazim dilakukan sistem operasi dewasa ini (GNU/Linux dan MS Windows) untuk menanggulangi deadlocks? b. Jelaskan mengapa cara butir a di atas merupakan cara yang paling lazim! c. Sebutkan apa perbedaan antara deadlock avoidance dan deadlock prevention! d. Berikut ilustrasi/contoh butir c di atas!

(B04-2001-01) Problem Reader/Writer I Perhatikan berkas ''ReaderWriterServer.java'' berikut ini (source-code terlampir): a. Ada berapa object class ''Reader'' yang terbentuk? Sebutkan nama-namanya! b. Ada berapa object class ''Writer'' yang terbentuk? Sebutkan nama-namanya! c. Modifikasi kode program tersebut (cukup baris terkait), sehingga akan terdapat 6 (enam) ''Reader'' dan 4 (empat) ''Writer''. d. Modifikasi kode program tersebut, dengan menambahkan sebuah (satu!) object thread baru yaitu ''janitor''. Sang ''janitor'' berfungsi untuk membersihkan (cleaning). Setelah membersihkan, ''janitor'' akan tidur (sleeping). Pada saat bangun, ''janitor'' kembali akan membersihkan. Dan seterusnya... Pada saat ''janitor'' akan membersihkan, tidak boleh ada ''reader'' atau ''writer'' yang aktif. Jika ada, ''janitor'' harus menunggu. Demikian pula, ''reader'' atau ''writer'' harus menunggu ''janitor'' hingga selesai membersihkan.

001 002 003 004 005 006 007 008 009 010 011 012 013 014 015 016 017 018 019 020 021 022 023 024 025 026 027 028 029 030 031 032 033 034 035 036 037 038 039 040

// Gabungan ReaderWriterServer.java Reader.java Writer.java // Semaphore.java Database.java // (c) 2000 Gagne, Galvin, Silberschatz public class ReaderWriterServer { public static void main(String args[]) { Database server = new Database(); Reader[] readerArray = new Reader[NUM_OF_READERS]; Writer[] writerArray = new Writer[NUM_OF_WRITERS]; for (int i = 0; i < NUM_OF_READERS; i++) { readerArray[i] = new Reader(i, server); readerArray[i].start(); } for (int i = 0; i < NUM_OF_WRITERS; i++) { writerArray[i] = new Writer(i, server); writerArray[i].start(); } } private static final int NUM_OF_READERS = 3; private static final int NUM_OF_WRITERS = 2; } class Reader extends Thread { public Reader(int r, Database db) { readerNum = r; server = db; } public void run() { int c; while (true) { Database.napping(); System.out.println("reader " + readerNum + " wants to read."); c = server.startRead(); System.out.println("reader " + readerNum + " is reading. Reader Count = " + c); Database.napping(); System.out.print("reader " + readerNum + " is done reading. "); c = server.endRead(); } } 229


041 042 043 045 046 047 048 049 050 051 052 053 054 055 056 057 058 059 060 061 062 063 064 065 066 067 068 069 070 071 072 073 074 075 076 077 078 079 080 081 082 083 084 085 086 087 088 089 090 091 092 093 094 095 096 097 098 099 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 230

private Database private int

server; readerNum;

} class Writer extends Thread { public Writer(int w, Database db) { writerNum = w; server = db; } public void run() { while (true) { System.out.println("writer " + writerNum Database.napping(); System.out.println("writer " + writerNum server.startWrite(); System.out.println("writer " + writerNum Database.napping(); System.out.println("writer " + writerNum server.endWrite(); } } private Database server; private int writerNum; }

+ " is sleeping."); + " wants to write."); + " is writing."); + " is done writing.");

final class Semaphore { public Semaphore() { value = 0; } public Semaphore(int v) { value = v; } public synchronized void P() { while (value <= 0) { try { wait(); } catch (InterruptedException e) { } } value--; } public synchronized void V() { ++value; notify(); } private int value; } class Database { public Database() { readerCount = 0; mutex = new Semaphore(1); db = new Semaphore(1); } public static void napping() { int sleepTime = (int) (NAP_TIME * Math.random() ); try { Thread.sleep(sleepTime*1000); } catch(InterruptedException e) {} } public int startRead() { mutex.P(); ++readerCount; if (readerCount == 1) { db.P(); } mutex.V(); return readerCount; } public int endRead() { mutex.P(); --readerCount; if (readerCount == 0) {


111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139

db.V();; } mutex.V(); System.out.println("Reader count = " + readerCount); return readerCount; } public void startWrite() { db.P(); } public void endWrite() { db.V(); } private int readerCount; Semaphore mutex; Semaphore db; private static final int NAP_TIME = 15; } // // // // // // // // // // // //

The Class java.lang.Thread When a thread is created, it is not yet active; it begins to run when method start is called. Invoking the start method causes this thread to begin execution; by calling the run method. public class Thread implements Runnable { ... public void run(); public void start() throws IllegalThreadStateException; ... }

(B04-2002-01) Problem Reader/Writer II Perhatikan berkas ''ReaderWriterServer.java'' pada soal yang lalu, yang merupakan gabungan berbagai berkas seperti ''ReaderWriterServer.java'', ''Reader.java'', ''Writer.java'', ''Semaphore.java'', ''Database.java'', oleh Gagne, Galvin, dan Silberschatz. Terangkan berdasarkan berkas tersebut: a. akan terbentuk berapa thread, jika menjalankan program class ''ReaderWriterServer'' ini? Apa yang membedakan antara sebuah thread, dengan thread, lainnya? b. mengapa: jika ada ''Reader'' yang sedang membaca, tidak ada ''Writer'' yang dapat menulis; dan mengapa: jika ada ''Writer'' yang sedang menulis, tidak ada ''Reader'' yang dapat membaca? c. mengapa: jika ada ''Reader'' yang sedang membaca, boleh ada ''Reader'' lainnya yang turut membaca? d. modifikasi kode program tersebut (cukup mengubah baris terkait), sehingga akan terdapat 5 (lima) ''Reader'' dan 4 (empat) ''Writer''! Modifikasi kode program tersebut (cukup mengubah method terkait), sehingga pada saat RAJA (Reader 0) ingin membaca, tidak boleh ada RAKYAT (Reader lainnya) yang sedang/akan membaca. JANGAN MEMPERSULIT DIRI SENDIRI: jika RAJA sedang membaca, RAKYAT boleh turut membaca.

(B04-2004-01) Problem Reader/Writer III Perhatikan berkas program java pada halaman berikut ini. a. Berapa jumlah thread class Reader yang akan terbentuk? b. Berapa jumlah thread class Writer yang akan terbentuk? c. Perkirakan bagaimana bentuk keluaran (output) dari program tersebut! d. Modifikasi program agar nap rata-rata dari class Reader lebih besar daripada class Writer.

231


001 002 003 004 005 006 007 008 009 010 011 012 013 014 015 016 017 018 019 020 022 023 024 025 026 027 028 029 030 031 032 033 034 035 036 037 038 039 040 041 042 043 044 045 046 047 049 050 051 052 053 054 055 056 057 058 059 060 062 063 064 065 066 067 068 069 070 071 072 232

/***************************************************************** * Gabungan/Modif: Factory.java Database.java RWLock.java * Reader.java Semaphore.java SleepUtilities.java Writer.java * Operating System Concepts with Java - Sixth Edition * Gagne, Galvin, Silberschatz Copyright John Wiley & Sons-2003. */ public class Factory { public static void main(String args[]) { System.out.println("INIT Thread..."); Database server = new Database(); Thread readerX = new Thread(new Reader(server)); Thread writerX = new Thread(new Writer(server)); readerX.start(); writerX.start(); System.out.println("Wait..."); } } // Reader // ***************************************************** class Reader implements Runnable { public Reader(Database db) { server = db; } public void run() { while (--readercounter > 0) { SleepUtilities.nap(); System.out.println("readerX: wants to read."); server.acquireReadLock(); System.out.println("readerX: is reading."); SleepUtilities.nap(); server.releaseReadLock(); System.out.println("readerX: done..."); } } private Database server; private int readercounter = 3; } // Writer // ***************************************************** class Writer implements Runnable { public Writer(Database db) { server = db; } public void run() { while (writercounter-- > 0) { SleepUtilities.nap(); System.out.println("writerX: wants to write."); server.acquireWriteLock(); System.out.println("writerX: is writing."); SleepUtilities.nap(); server.releaseWriteLock(); System.out.println("writerX: done..."); } } private Database server; private int writercounter = 3; } // Semaphore // ************************************************** class Semaphore { public Semaphore() { value = 0; } public Semaphore(int val) { value = val; } public synchronized void acquire() { while (value == 0) { try { wait(); }


073 074 075 076 077 078 079 080 081 082 083 084 085 086 087 088 089 090 091 092 093 094 095 096 098 099 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115

catch (InterruptedException e) { } } value--; } public synchronized void release() { ++value; notifyAll(); } private int value; } // SleepUtilities // ********************************************* class SleepUtilities { public static void nap() { nap(NAP_TIME); } public static void nap(int duration) { int sleeptime = (int) (duration * Math.random() ); try { Thread.sleep(sleeptime*1000); } catch (InterruptedException e) {} } private static final int NAP_TIME = 3; } // Database // *************************************************** class Database implements RWLock { public Database() { db = new Semaphore(1); } public void acquireReadLock() { db.acquire(); } public void releaseReadLock() { db.release(); } public void acquireWriteLock() { db.acquire(); } public void releaseWriteLock() { db.release(); } Semaphore db; } // An interface for reader-writer locks. // ********************** interface RWLock { public abstract void acquireReadLock(); public abstract void releaseReadLock(); public abstract void acquireWriteLock(); public abstract void releaseWriteLock(); }

(B04-2003-03) Bounded Buffer Perhatikan berkas ''BoundedBufferServer.java'' pada halaman berikut. a. Berapakah ukuran penyangga (buffer)? b. Modifikasi program (sebutkan nomor barisnya) agar ukuran penyangga menjadi 6 (enam). c. Tuliskan/perkirakan keluaran (output) 10 baris pertama, jika menjalankan program ini. d. Jelaskan fungsi dari ketiga semaphore (mutex, full, empty) pada program tersebut. e. Tambahkan (sebutkan nomor barisnya) sebuah thread dari class Supervisor yang berfungsi: i. pada awal dijalankan, melaporkan ukuran penyangga. ii. secara berkala (acak), melaporkan jumlah pesan (message) yang berada dalam penyangga. f. Semaphore mana yang paling relevan untuk modifikasi butir ''e'' di atas?

001 002 003 004 005 006 007 008

// // // // // // // //

Authors: Greg Gagne, Peter Galvin, Avi Silberschatz Slightly Modified by: Rahmat M. Samik-Ibrahim Copyright 2000 by Greg Gagne, Peter Galvin, Avi Silberschatz Applied Operating Systems Concepts-John Wiley & Sons, Inc. Class "Date": Allocates a Date object and initializes it so that it represents the time at which it was allocated, 233


009 // (E.g.): "Wed Apr 09 11:12:34 JAVT 2003" 010 // Class "Object"/ method "notify": 011 // Wakes up a single thread that is waiting on this // object's monitor. 012 // Class "Thread"/ method "start": 013 // Begins the thread execution and calls the run method // of the thread. 014 // Class "Thread"/ method "run": 015 // The Runnable object's run method is called. 016 017 import java.util.*; 018 // main ********************************************************** 019 public class BoundedBufferServer 020 { 021 public static void main(String args[]) 022 { 023 BoundedBuffer server = new BoundedBuffer(); 024 Producer producerThread = new Producer(server); 025 Consumer consumerThread = new Consumer(server); 026 producerThread.start(); 027 consumerThread.start(); 028 } 029 } 030 031 // Producer ****************************************************** 032 class Producer extends Thread 033 { 034 public Producer(BoundedBuffer b) 035 { 036 buffer = b; 037 } 038 039 public void run() 040 { 041 Date message; 042 while (true) 043 { 044 BoundedBuffer.napping(); 045 046 message = new Date(); 047 System.out.println("P: PRODUCE " + message); 048 buffer.enter(message); 049 } 050 } 051 private BoundedBuffer buffer; 052 } 053 054 // Consumer ****************************************************** 055 class Consumer extends Thread 056 { 057 public Consumer(BoundedBuffer b) 058 { 059 buffer = b; 060 } 061 public void run() 062 { 063 Date message; 064 while (true) 065 { 066 BoundedBuffer.napping(); 067 System.out.println("C: CONSUME START"); 068 message = (Date)buffer.remove(); 069 } 070 } 071 private BoundedBuffer buffer; 072 } 074 // BoundedBuffer.java ******************************************** 075 class BoundedBuffer 076 { 234


077 078 079 080 081 082 083 084 085 086 087 088 089 090 091 092 093 094 095 096 097 098 099 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146

public BoundedBuffer() { count = 0; in = 0; out = 0; buffer = new Object[BUFFER_SIZE]; mutex = new Semaphore(1); empty = new Semaphore(BUFFER_SIZE); full = new Semaphore(0); } public static void napping() { int sleepTime = (int) (NAP_TIME * Math.random() ); try { Thread.sleep(sleepTime*1000); } catch(InterruptedException e) { } } public void enter(Object item) { empty.P(); mutex.P(); ++count; buffer[in] = item; in = (in + 1) % BUFFER_SIZE; System.out.println("P: ENTER " + item); mutex.V(); full.V(); } public Object remove() { Object item; full.P(); mutex.P(); --count; item = buffer[out]; out = (out + 1) % BUFFER_SIZE; System.out.println("C: CONSUMED " + item); mutex.V(); empty.V(); return item; } public static final int NAP_TIME = 5; private static final int BUFFER_SIZE = 3; private Semaphore mutex; private Semaphore empty; private Semaphore full; private int count, in, out; private Object[] buffer; } // Semaphore.java ************************************************ final class Semaphore { public Semaphore() { value = 0; } public Semaphore(int v) { value = v; } public synchronized void P() { while (value <= 0) { try { wait(); } catch (InterruptedException e) { } } value --; } 235


147 148 149 150 151 152 153 }

public synchronized void V() { ++value; notify(); } private int value;

(B04-2005-02) Sinkronisasi I a. Terangkan peranan/fungsi dari semafor-semafor pada program Java berikut ini! b. Tuliskan keluaran dari program tersebut! c. Modifikasi program (baris mana?), agar object proses dengan index tinggi mendapat prioritas didahulukan dibandingkan proses dengan index rendah. d. Terangkan kelemahan dari program ini! Kondisi bagaimana yang mengakibatkan semafor tidak berperan seperti yang diinginkan!

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 236

/************************************************************ * SuperProses (c) 2005 Rahmat M. Samik-Ibrahim, GPL-like */ // ********* SuperProses * public class SuperProses { public static void main(String args[]) { Semafor[] semafor1 = new Semafor[JUMLAH_PROSES]; Semafor[] semafor2 = new Semafor[JUMLAH_PROSES]; for (int ii = 0; ii < JUMLAH_PROSES; ii++) { semafor1[ii] = new Semafor(); semafor2[ii] = new Semafor(); } Thread superp=new Thread(new SuperP(semafor1,semafor2,JUMLAH_PROSES)); superp.start(); Thread[] proses= new Thread[JUMLAH_PROSES]; for (int ii = 0; ii < JUMLAH_PROSES; ii++) { proses[ii]=new Thread(new Proses(semafor1,semafor2,ii)); proses[ii].start(); } } private static final int JUMLAH_PROSES = 5; } // ** SuperP ********************* class SuperP implements Runnable { SuperP(Semafor[] sem1, Semafor[] sem2, int jmlh) { semafor1 = sem1; semafor2 = sem2; jumlah_proses = jmlh; } public void run() { for (int ii = 0; ii < jumlah_proses; ii++) { semafor1[ii].kunci(); } System.out.println("SUPER PROSES siap..."); for (int ii = 0; ii < jumlah_proses; ii++) { semafor2[ii].buka(); semafor1[ii].kunci(); } } private Semafor[] semafor1, semafor2; private int jumlah_proses;


47 48 49 50 51 52 53 54 55 57 58 59 60 61 62 64 65 66 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87

}// ** Proses ********************* class Proses implements Runnable { Proses(Semafor[] sem1, Semafor[] sem2, int num) { num_proses = num; semafor1 = sem1; semafor2 = sem2; } public void run() { semafor1[num_proses].buka(); semafor2[num_proses].kunci(); System.out.println("Proses " + num_proses + " siap..."); semafor1[num_proses].buka(); } private Semafor[] semafor1, semafor2; private int num_proses; } // ** Semafor * class Semafor { public Semafor() { value = 0; } public Semafor(int val) { value = val; } public synchronized void kunci() { while (value == 0) { try { wait(); } catch (InterruptedException e) { } } value--; } public synchronized void buka() { value++; notify(); } private int value; }

(B04-2005-03) Sinkronisasi II Silakan menelusuri program Java ''Hompimpah'' pada lampiran berikut ini. a. Berapa jumlah pemain ''Hompimpah'' tersebut? b. Sebuatkan nama object semafor yang digunakan untuk melindungi Critical Section? Sebutkan baris berapa saja yang termasuk Critical Section tersebut. c. Tuliskan salah satu kemungkinan keluaran dari program ini. d. Terangkan fungsi/peranan dari metoda-metoda berikut ini: syncPemainBandar(); syncBandar(); syncPemain(); syncBandarPemain().

001 002 003 004

/********************************************************/ /* Hompimah (c) 2005 Rahmat M. Samik-Ibrahim, GPL-like */ /* Nilai Tangan:TRUE="telapak" FALSE="punggung tangan" */ /********************************************************/

006 // ***************************************** Hompimpah *** 007 public class Hompimpah { 008 public static void main(String args[]) { 009 Gambreng gamserver = new Gambreng(JUMLAH_PEMAIN); 010 Thread[] pemain = new Thread[JUMLAH_PEMAIN]; 011 for (int ii = 0; ii < JUMLAH_PEMAIN; ii++) { 012 pemain[ii]=new Thread(new Pemain(gamserver,ii)); 013 pemain[ii].start(); 014 } 015 gamserver.bandarGambreng(); 237


016 017 018 019 021 022 023 024 025 026 027 028 029 030 031 032 033 034 036 037 038 039 040 041 042 043 044 045 046 047 048 049 050 051 052 053 054 055 056 057 058 059 060 061 062 063 064 065 066 067 068 069 070 071 072 073 074 075 076 077 078 079 080 081 082 083 084 085 086 238

} // **************************************************** private static final int JUMLAH_PEMAIN = 6; } // ******************************************** Pemain *** class Pemain implements Runnable { Pemain(Gambreng gserver, int nomer) { gamserver = gserver; no_pemain = nomer; } // ************************************* Pemain.run *** public void run() { gamserver.pemainGambreng(no_pemain); } // **************************************************** private Gambreng gamserver; private int no_pemain; } // ****************************************** Gambreng *** class Gambreng { public Gambreng(int jumlah) { bandar = new Semafor[jumlah]; pemain = new Semafor[jumlah]; for (int ii=0; ii<jumlah; ii++) { bandar[ii] = new Semafor(); pemain[ii] = new Semafor(); } mutex = new Semafor(1); jumlahPemain = jumlah; iterasiGambreng = 0; resetGambreng(); } // ************************ Gambreng.bandarGambreng *** public void bandarGambreng() { syncBandar(); while(! menangGambreng()) { resetGambreng(); syncPemainBandar(); hitungGambreng(); iterasiGambreng++; } syncPemain(); System.out.println("Nomor Peserta Pemain [0] - [" + (jumlahPemain-1) + "] Pemenang Pemain Nomor[" + nomorPemenang + "] Jumlah Iterasi[" + iterasiGambreng + "]"); } // ************************ Gambreng.pemainGambreng *** public void pemainGambreng(int nomor) { syncBandarPemain(nomor); while(! menangGambreng()) { mutex.kunci(); // TRUE="telapak" FALSE="punggung tangan" ******* if ((int)(Math.random()*2)==1) { truePemain=nomor; trueCount++; } else { falsePemain=nomor; falseCount++; } mutex.buka(); syncBandarPemain(nomor); } } // ************************* Gambreng.resetGambreng *** private void resetGambreng() { mutex.kunci(); adaPemenang = false; truePemain = 0;


087 trueCount = 0; 088 falsePemain = 0; 089 falseCount = 0; 090 mutex.buka(); 091 } 092 // ************************ Gambreng.menangGambreng *** 093 private boolean menangGambreng() { 094 return adaPemenang; 095 } 096 // ************************ Gambreng.hitungGambreng *** 097 private void hitungGambreng() { 098 mutex.kunci(); 099 if (trueCount == 1) { 100 adaPemenang=true; 101 nomorPemenang=truePemain; 102 } else if (falseCount == 1) { 103 adaPemenang=true; 104 nomorPemenang=falsePemain; } 106 mutex.buka(); 107 } 108 // ******************** Gambreng.syncPemainGambreng *** 109 private void syncPemainBandar() { 110 for (int ii=0; ii<jumlahPemain; ii++) { 111 pemain[ii].buka(); 112 bandar[ii].kunci(); 113 } 114 } 115 // **************************** Gambreng.syncBandar *** 116 private void syncBandar() { 117 for (int ii=0; ii<jumlahPemain; ii++) 118 bandar[ii].kunci(); 119 } 120 // **************************** Gambreng.syncPemain *** 121 private void syncPemain() { 122 for (int ii=0; ii<jumlahPemain; ii++) 123 pemain[ii].buka(); 124 } 125 // ********************** Gambreng.syncBandarPemain *** 126 private void syncBandarPemain(int ii) { 127 bandar[ii].buka(); 128 pemain[ii].kunci(); 129 } 130 // **************************************************** 131 private boolean adaPemenang; 132 private int truePemain, trueCount, iterasiGambreng; 133 private int falsePemain, falseCount; 134 private int nomorPemenang, jumlahPemain; 135 private Semafor[] bandar, pemain; 136 private Semafor mutex; 137 } 139 // ******************************************* Semafor *** 140 class Semafor { 141 public Semafor() { value = 0; } 142 public Semafor(int val) { value = val; } 143 // ********************************** Semafor.kunci *** 144 public synchronized void kunci() { 145 while (value == 0) { 146 try { wait(); } 147 catch (InterruptedException e) { } 148 } 149 value--; 150 } 151 // *********************************** Semafor.buka *** 152 public synchronized void buka() { 153 value++; 154 notify(); 155 } 156 // **************************************************** 157 private int value; 239


158 } 160 // *******************************************************

(B04-2006-01) Sinkronisasi III a. Tuliskan keluaran dari program java berikut ini! b. Terangkan peranan/kegunaan dari masing-masing semaphore: control1, control2, dan control3. c. Silakan memodifikasi program, agar >thread ''p2'' yang pertama menulis ''Player 2 is up...''

001 002 003 004 005 006 007 008 009 010 011 012 013 014 015 016 017 018 019 020 021 022 023 024 025 026 027 028 029 030 031 032 033 034 035 036 037 038 039 040 041 042 043 044 045 046 047 048 049 050 051 052 053 054 055 240

/************************************************************/ /* TrioThreads (c) 2006 Rahmat M. Samik-Ibrahim, GPL-like */ /* (a) Please write down the output of this java program! */ /* (b) Slighty modify the program so that */ /* "Player2 is up..." appears first! */ /************************************************************/ // ******************************************** SGUProcess *** public class TrioTreads { public static void main(String args[]) { Engine engine = new Engine(); Thread player1 = new Thread(new Player1(engine)); Thread player2 = new Thread(new Player2(engine)); Thread player3 = new Thread(new Player3(engine)); player1.start(); player2.start(); player3.start(); } } // *********************************************** Player1 *** class Player1 implements Runnable { Player1(Engine eng) { engine = eng; } public void run() { engine.p1(); } private Engine engine; } // *********************************************** Player2 *** class Player2 implements Runnable { Player2(Engine eng) { engine = eng; } public void run() { engine.p2(); } private Engine engine; } // *********************************************** Player3 *** class Player3 implements Runnable { Player3(Engine eng) { engine = eng; } public void run() { engine.p3(); } private Engine engine; } // ************************************************ Engine *** class Engine { public Engine() { control1 = new Semaphore(); control2 = new Semaphore(); control3 = new Semaphore(); } // ****************************************** Engine.p1 *** public void p1() { control3.release(); control2.release(); control1.acquire(); control1.acquire(); System.out.println("Player1 is up...");


056 057 058 059 060 061 062 063 064 065 067 068 069 070 071 072 073 074 077 078 080 081 082 083 084 085 086 087 088 089 090 091 092 093 094 095 096 097 098 099 101

} // ****************************************** Engine.p2 *** public void p2() { control3.release(); control2.acquire(); control2.acquire(); System.out.println("Player2 is up..."); control1.release(); } // ****************************************** Engine.p3 *** public void p3() { control3.acquire(); control3.acquire(); System.out.println("Player3 is up..."); control2.release(); control1.release(); } private Semaphore control1, control2, control3; } // ********************************************* Semaphore *** class Semaphore { public Semaphore() { value = 0; } public Semaphore(int v) { value = v; } // ********************************** Semaphore.acquire *** public synchronized void acquire() { while (value == 0) { try { wait(); } catch (InterruptedException e) { } } value--; } // ************************************ Semafor.release *** public synchronized void release() { value++; notify(); } // ******************************************************** private int value; } // ***********************************************************

(B04-2003-04) IPC Perhatikan berkas program java berikut ini: a. Berapakah jumlah object dari ''Worker Class'' yang akan terbentuk? b. Sebutkan nama-nama object dari ''Worker Class'' tersebut! c. Tuliskan/perkirakan keluaran (output) 10 baris pertama, jika menjalankan program ini! d. Apakah keluaran pada butir ''c'' di atas akan berubah, jika parameter CS_TIME diubah menjadi dua kali NON_CS_TIME? Terangkan! e. Apakah keluaran pada butir ''c'' di atas akan berubah, jika selain parameter CS_TIME diubah menjadi dua kali NON_CS_TIME, dilakukan modifikasi NN menjadi 10? Terangkan!

001 /* Gabungan Berkas: 002 * FirstSemaphore.java, Runner,java, Semaphore.java, Worker.java. 003 * Copyright (c) 2000 oleh Gagne, Galvin, Silberschatz. 004 * Applied Operating Systems Concepts-John Wiley & Sons, Inc. 005 * Slightly modified by Rahmat M. Samik-Ibrahim. 006 * 007 * Informasi Singkat (RMS46): 008 * Threat.start() --> memulai thread yang memanggil Threat.run(). 009 * Threat.sleep(xx) --> thread akan tidur selama xx milidetik. 010 * try {...} catch(InterruptedException e){} --> terminasi program. 241


011 012 013 014 015 016 017 018 019 020 021 022 023 024 025 026 027 028 029 030 031 032 033 034 035 036 037 038 039 040 041 042 043 044 045 046 047 048 049

*/ public class FirstSemaphore { public static void main(String args[]) { Semaphore sem = new Semaphore(1); Worker[] bees = new Worker[NN]; for (int ii = 0; ii < NN; ii++) bees[ii] = new Worker(sem, ii); for (int ii = 0; ii < NN; ii++) bees[ii].start(); } private final static int NN=4; } // Worker =========================================================== class Worker extends Thread { public Worker(Semaphore sss, int nnn) { sem = sss; wnumber = nnn; wstring = WORKER + (new Integer(nnn)).toString(); } public void run() { while (true) { System.out.println(wstring + PESAN1); sem.P(); System.out.println(wstring + PESAN2); Runner.criticalSection(); System.out.println(wstring + PESAN3); sem.V(); Runner.nonCriticalSection(); } } private Semaphore sem; private String wstring; private int wnumber; private final static String PESAN1= " akan masuk ke Critical Section."; private final static String PESAN2= " berada di dalam Critical Section."; private final static String PESAN3= " telah keluar dari Critical Section."; private final static String WORKER= "PEKERJA ";

050 051 052 053 054 055 056 057 058 059 060 061 062 063 064 065 066 067 068 069 070 071 072 073 074 075 242

} // Runner =========================================================== class Runner { public static void criticalSection() { try { Thread.sleep( (int) (Math.random()*CS_TIME * 1000)); } catch (InterruptedException e) { } } public static void nonCriticalSection() { try { Thread.sleep( (int) (Math.random()*NON_CS_TIME*1000)); } catch (InterruptedException e) { } } private final static int CS_TIME = 2; private final static int NON_CS_TIME = 2; } // Semaphore ========================================================


076 077 078 079 080 081 082 083 084 085 086 087 088 089 090 091 092 093 094 095 096 097 098 099 100 101 102 103 104

final class Semaphore { public Semaphore() { value = 0; } public Semaphore(int v) { value = v; } public synchronized void P() { while (value <= 0) { try { wait(); } catch (InterruptedException e) { } } value --; } public synchronized void V() { ++value; notify(); } private int value; } // END ==============================================================

(B04-2007-02) Jembatan Perhatikan program Java terlampir. Diketahui sebuah jembatan, yang pada satu saat hanya dapat dilalui dari satu arah.

a. Lengkapi model berikut ini dengan obyek-obyek yang ada.

243


b. Sebutkan nama semua obyek class ''Semafor'' yang digunakan, berikut jenis semafor yang digunakan. c. Sebutkan nama semua obyek class ''Thread'' yang digunakan, berikut peranan dari masing-masing obyek. d. Bagaimana kira-kira, keluaran 10 baris pertama dari program ini?

001 import java.util.*; 002 003 public class Jembatan { 004 public static void main(String args[]) { 005 Semafor sync_ki = new Semafor(0); 006 Semafor sync_ka = new Semafor(0); 007 008 Antrian antri_ki = new Antrian( "kiri", MAX_KI); 009 Antrian antri_ka = new Antrian("kanan", MAX_KA); 010 Antrian jembatan = new Antrian("", MAXJMB); 011 012 Thread tiba_ki = new Thread(new Tiba(antri_ki, INTERVAL_KI)); 013 Thread tiba_ka = new Thread(new Tiba(antri_ka, INTERVAL_KA)); 014 Thread masuk_ki = new Thread(new Masuk (antri_ki, jembatan, sync_ki)); 015 Thread masuk_ka = new Thread(new Masuk (antri_ka, jembatan, sync_ka)); 016 Thread pak_ogah = new Thread(new 017 Pak_Ogah(antri_ki, antri_ka, INTERVAL_OGAH)); 018 Thread keluar = new Thread(new 019 Keluar(jembatan, INTERVAL_JMB, sync_ki, sync_ka)); 020 021 tiba_ki.start(); 022 masuk_ki.start(); 023 tiba_ka.start(); 024 masuk_ka.start(); 025 keluar.start(); 026 pak_ogah.start(); 027 } 028 private static final int MAX_KI = 24; 029 private static final int MAX_KA = 24; 030 private static final int MAXJMB = 3; 031 private static final int INTERVAL_KI = 3; 032 private static final int INTERVAL_KA = 3; 033 private static final int INTERVAL_JMB = 1; 034 private static final int INTERVAL_OGAH = 12; 035 } 036 037 class Tiba implements Runnable { 038 public Tiba(Antrian ant, int in) { 039 antrian = ant; 040 interval = in; 041 urutan = 0; 042 } 043 044 public void run() { 045 while (true) { 046 Mobil mobil = new Mobil(antrian.arah(), ++urutan); 047 antrian.tiba(mobil); 048 System.out.println("MOBIL["+mobil.arah()+"," 049 +mobil.urutan()+"] tiba."); 050 antrian.jeda(interval); 051 } 052 } 053 054 private Antrian antrian; 055 private int interval; 056 private int urutan; 057 } 244


058 class Pak_Ogah implements Runnable { 059 public Pak_Ogah(Antrian aki, Antrian aka, int in) { 060 antrian_ki = aki; 061 antrian_ka = aka; 062 interval = in; 063 giliran = false; 064 } 065 066 public void run() { 067 while (true) { 068 giliran ^= true; // giliran = (giliran xor true) 069 if (giliran) { antrian = antrian_ki; } 070 else { antrian = antrian_ka; } 071 antrian.jeda(interval); 072 Mobil mobil = new Mobil("pogah",-1); // minta ganti arah 073 antrian.tiba(mobil); 074 System.out.println("Pak OGAH menghentikan arus "+ antrian.arah()+"."); 075 } 076 } 077 078 private Antrian antrian, antrian_ki, antrian_ka; 079 private Semafor sync_ki; 080 private Semafor sync_ka; 081 private int interval; 082 private boolean giliran; 083 } 084 085 class Masuk implements Runnable { 086 public Masuk(Antrian dr, Antrian tj, Semafor gl) { 087 dari = dr; 088 tujuan = tj; 089 giliran = gl; 090 } 091 092 public void run() { 093 giliran.kunci(); 094 while (true) { 095 Mobil mobil = dari.berangkat(); 096 tujuan.tiba(mobil); 097 if (mobil.arah() == "pogah") { 098 giliran.kunci(); 099 } else { 100 System.out.println("MOBIL[" + mobil.arah() + "," 101 + mobil.urutan() + "] memasuki jembatan." ); 102 } 103 } 104 } 105 106 private Antrian dari, tujuan; 107 private Semafor giliran; 108 } 109 class Keluar implements Runnable { 110 public Keluar(Antrian jm, int in, Semafor gki, Semafor gka) { 111 jembatan = jm; 112 gilir_ki = gki; 113 gilir_ka = gka; 114 interval = in; 115 giliran = false; 116 } 117 118 public void run() { 119 gilir_ki.buka(); 120 while (true) { 121 jembatan.jeda(interval); 122 Mobil mobil = jembatan.berangkat(); 123 if (mobil.arah() == "pogah") { 124 giliran ^= true; 125 if (giliran) { gilir_ka.buka(); } 245


126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 246

else { gilir_ki.buka(); } System.out.println("Pergantian arah!"); } else { System.out.println("MOBIL[" + mobil.arah() + "," + mobil.urutan() + "] melanjutkan perjalanan."); } } } private private private private private

Antrian Semafor Semafor int boolean

jembatan; gilir_ki; gilir_ka; interval; giliran;

} class Antrian { public Antrian(String ar, int uk) { masuk = 0; keluar = 0; arah = ar; ukuran = uk; antrian = new Mobil[ukuran]; mutex = new Semafor(1); boleh_isi = new Semafor(ukuran); boleh_ambil = new Semafor(0); } public void tiba(Mobil mobil) { boleh_isi.kunci(); mutex.kunci(); antrian[masuk] = mobil; masuk = (masuk + 1) % ukuran; mutex.buka(); boleh_ambil.buka(); } public Mobil berangkat() { boleh_ambil.kunci(); mutex.kunci(); Mobil mobil = antrian[keluar]; keluar = (keluar + 1) % ukuran; mutex.buka(); boleh_isi.buka(); return mobil; } public String arah() { return arah; } public static void jeda() { jeda(WAKTU_JEDA); } public static void jeda(int waktu) { try { Thread.sleep( (int) (waktu * Math.random() * 1000)); } catch (InterruptedException e) {} } private int urutan; private String arah; private Mobil[] antrian; private int ukuran, masuk, keluar; private static final int WAKTU_JEDA = 5; private Semafor mutex, boleh_isi, boleh_ambil; } class Semafor { public Semafor() { nilai = 0; } public Semafor(int nl) { nilai = nl; }


196 public synchronized void kunci() { 197 while (nilai == 0) { 198 try { wait(); } 199 catch (InterruptedException e) { } 200 } 201 nilai--; 202 } 203 204 public synchronized void buka() { ++nilai; notify(); } 205 206 private int nilai; 207 } 208 209 class Mobil { 210 public Mobil(String str, int ur) { 211 arah = str; 212 urutan = ur; 213 } 214 215 public String arah() { return arah; } 216 public int urutan() { return urutan; } 217 218 private String arah; 219 private int urutan; 220 }

(B04-2007-04) Harry Potter 7 Perhatikan program HP7.java berikut ini. a. Ada berapa obyek semafor yang digunakan? Sebutkan satu per satu obyek semafor tersebut! b. Bagaimana keluaran dari program tersebut? Tuliskan! c. Lakukan sedikit modifikasi, agar keluaran program menjadi “Harry Potter And The Deadly Hallow”. Kerjakan langsung pada halaman program tersebut!

001 002 003 004 005 006 007 008 009 010 011 012 013 014 015 016 017 018 019 020 021 022 023 024 025 026 027 028 029 030

/**********************************************************/ /* HarryPotter7 (c)2007 Rahmat M. Samik-Ibrahim, GPL-like */ /**********************************************************/ public class HP7 { public static void main(String args[]) { Engine engine = new Engine(strings, strseq); Thread[] printer = new Thread[strings.length]; for (int ii = 0; ii < strings.length; ii++) { printer[ii]=new Thread(new Printer(ii, engine)); printer[ii].start(); } } private final static String strings[]= {"And","Deathly","Hallows","Harry","Potter","The"}; private final static int strseq[]= {5,4,3,2,1,0}; } /**********************************************************/ class Engine { Engine(String str[],int strseq[]) { this.str = str; this.strseq = strseq; semaphore = new Semaphore[str.length]; for (int ii=0; ii<str.length; ii++) { semaphore[ii] = new Semaphore(); } sequence = 0; semaphore[strseq[sequence++]].release(); } 247


031 032 033 034 035 036 037 038 039 040 041 042 043 044 046 047 048 049 050 051 052 053 054 055 056 058 059 060 061 062 063 064 065 066 067 068 069 070 071 072 073 074 075

248

public void go(int ii) { semaphore[ii].acquire(); System.out.print(str[ii] + " "); if (sequence < strseq.length) semaphore[strseq[sequence++]].release(); else System.out.println(); } private Semaphore[] semaphore; private String str[]; private int strseq[]; private int sequence; } class Printer implements Runnable { Printer(int ii, Engine ee) { number = ii; engine = ee; } public void run() { engine.go(number); } private int number; private Engine engine; } /**********************************************************/ class Semaphore { public Semaphore() { value = 0; } public Semaphore(int v) { value = v; } public synchronized void acquire() { while (value == 0) { try { wait(); } catch (InterruptedException e) { } } value--; } public synchronized void release() { value++; notify(); } private int value; } /*******************************************************/

decrement, 136 Diagram Graf Algoritma Bankir, 174 Komponen Alokasi Sumber Daya, 169 Pencegahan, 172, 175 Distro Distribusi Linux, 65

Indeks A abort, 145 Algoritma Graf Alokasi Sumber Mencegah Deadlock, 172 Antarmuka CLI, 42 GUI, 42 Pengertian antarmuka, 42 API Deskripsi API dan fungsinya, 43

B Bahasa Java Abstract, 30 Atribut, 27 Atribut Private, 27 Atribut Protected, 28 Atribut Public, 27 Bahasa Pemrograman Java, 25 Dasar Pemrograman, 26 Inheritance, 29 Interface, 30 Java API, 25 Java Virtual Machine, 25 Konstruktor, 28 Metode, 28 Objek dan Kelas, 26 Package, 30 Sistem Operasi Java, 25 bandarGambreng(), 203 bounded waiting, 135 Bounded-Buffer Penggunaan Semafor, 179 Penjelasan Program, 183 Program, 181 buka, 136, 137, 138 buka() notify(), 201

C condition, 140 condition variable, 140 cooperation, 140 critical section, 136, 137 Critical section mutualy exclusive, 195

D Deadlocks Karakteristik, 163 Pemulihan, 166 Penanganan, 164 Pencegahan, 164 Pendeteksian, 166 Penghindaran, 165 Starvation, 162, 163 Debian, 65

Daya

Untuk

E Evaluasi dan Ilustrasi Deterministic Modelling, 109 Implementasi, 112 lustrasi: Linux, 112 lustrasi: Solaris, 114 Queueing Model, 110 Simulasi, 111

G GNU/Linux Kernel, 64 GUI Contoh GUI, 43

H HaKI Konsep dan Konsekuensi, 12 Perangkat Lunak, 13 hitungGambreng(), 203

I III Implementasi Algoritma Bankir, 175 increment, 136

K Kegiatan Sistem Operasi, 35 Keluaran, 192 Kernel Linux Komponen Modul, 68 Manajemen Modul, 69 Modul, 68 Pemanggilan Modul, 69 Komponen Sistem Operasi Antar Muka, 42 Kegiatan, 35 Manajemen Memori Utama, 36 Manajemen Penyimpanan Sekunter, 37 Manajemen Proses, 36 Manajemen Sistem Berkas, 37 Manajemen Sistem M/K, 37 Proteksi dan Keamanan, 38 Komunikasi Antar Proses Sistem Berbagi Memori, 119 Sistem Berkirim Pesan, 119 Konsep Interaksi Client/Server , 120 Deadlock, 121 Komunikasi Antar Proses, 119 Penyangga, 120 RPC, 121 Sinkronisasi, 119 249

Starvation, 121 Konsep Penjadwalan Dispatcher, 93 Kriteria Penjadwalan, 93 Penjadwalan Non Preemptive, 92 Penjadwalan Preemptive , 92 Siklus Burst CPU – M/K, 91 Konsep Proses Diagram Status Proses, 73 Fungsi fork(), 75 Pembentukan Proses, 74 Process Control Block, 74 Proses Linux, 76 Terminasi Proses, 76 Konsep Thread Keuntungan MultiThreading, 79 Model MultiThreading, 79 Pembatalan Thread, 80 Penjadwalan Thread, 81 Pustaka Thread, 80 Thread Linux, 82 Thread Pools, 81 kunci, 136, 137, 138 kunci(), 201

L Linux Tux, 64 Lisensi Lisensi Linux, 66 Little Formula Little, 110

M M Multilevel Feedback Queue, 99 M/K, 5 Manajemen Penyimpanan Sekunder Ciri-ciri umum, 37 Fungsi, 38 Peran Sistem Operasi, 38 menangGambreng(), 203 Modul Kernel Linux, 68 monitor, 139 mutual exclusion, 136, 139, 140

O Organisasi Sistem Komputer Boot, 22 Bus, 22 Komputer Personal, 22 Masukan/Keluaran, 21 Penyimpan Data, 20 Prosesor, 20

P P Preemtive dan nonpreemtive kernel, 126 Pemeran bandar, 196 Pendahuluan 250

Sejarah Linux, 63 Penjadwalan CPU First Come First Served , 95 Penjadwalan Berprioritas, 97 Round Robin, 97, 98 Shortest Job First , 96 Penjadwalan Prosesor Jamak Affinity dan Load Ballancing, 104 Multi Core, 105 Penjadwalan Master/Slave, 103 Penjadwalan SMP, 104 Symetric Multithreading, 105 Perangkat Lunak Copyleft, 15 Lisensi, 16 Open Source, 15 Perangkat Lunak Bebas, 11 Tantangan, 16 Perangkat Sinkronisasi Fungsi Semafor, 137 Monitor, 139 Monitor Java, 141 Semafor, 136 TestAndSet(), 135 Politisi Busuk, 4 PPP Proses, 169 Prinsip Rancang Kernel, 67 Prinsip Rancang Linux, 66 Pustaka Sistem, 68 Utilitas sistem, 68 Proberen, 136 progress, 135 Proteksi Mekanisme Domain Proteksi, 38 Proteksi dan Keamanan Keamanan, 38 Pengertian proteksi, 38

R read, 145 Readers/Writers Penggunaan Semafor, 189 Penjelasan Program, 193 Program, 190 Red Hat, 65 redo, 146 redone, 146 Registrasi Driver, 69 resetGambreng(), 203 Resolusi Konflik, 69 Resource Controller, 137 rolled-back , 146 RRR Resource, 170 run(), 201

S S.u.S.E, 66 semafor, 136, 137, 139 semafor spinlock, 138

semaphore binary semaphore, 136, 137, 138 counting semaphore, 136, 137 signal, 140 Sinkronisasi Critical Section, 124 Critical Section dalam Kernel, 126 Prasyarat Critical Section, 125 Race Condition, 123 Sinkronisasi Dengan Semafor Penggunaan Semafor, 195 Penjelasan Program, 199 Program, 196 Sinkronisasi Linux Critical Section, 153 Integer Atomik, 154 Penyebab Konkorensi Kernel, 154 Semafor, 157 SMP, 158 Spin Locks, 156 Sistem Operasi Bahan Pembahasan, 7 Definisi, 3 Komponen Control Program, 5 Internet Explorer, 4 Resource Allocator, 5 Mengapa Mempelajari, 3 Prasyarat, 8 Sasaran Pembelajaran, 8 Sejarah, 5 Tantangan, 8 Tujuan Kenyamanan, 5 Slackware, 66 Solusi Critical Section Algoritma I, 129 Algoritma II, 130 Algoritma III, 131 Algoritma Tukang Roti, 132 SSS Edge Alokasi Sumber Daya, 170 Edge Permintaan, 170 Struktur Sistem Komputer Operasi Sistem Komputer, 20 Struktur Sistem Operasi Aspek Lainnya, 54 Kompilasi Kernel, 50 Komputer Meja, 51 Mikro Kernel, 48 Proses Boot, 49 Sistem Prosesor Jamak, 51 Sistem Terdistribusi dan Terkluster, 52 Sistem Waktu Nyata, 54 Struktur Berlapis, 47 Struktur Sederhana, 47 syncBandarPemain(), 201 Synchronized Synchronized Methods, 141 Synchronized Statements, 141 syncPemainBandar(), 201 System & Program Calls

Jenis Layanan, 41 System Calls & Programs Aneka System Calls, 44 Application Program, 45 System Calls, 43 System Program, 45

T Tabel Registrasi, 69 Thread Java Aplikasi Thread dalam Java, 89 JVM, 88 Pembatalan Thread, 88 Pembentukan Thread, 86 Penggabungan Thread, 87 Status Thread, 85 Transaksi Atomik Checkpoint , 146 Model Sistem, 145 Pemulihan Berbasis Log , 145 Protokol Berbasis Waktu, 149 Protokol Penguncian, 148 Serialiasasi, 146 Turbo Linux, 66

U undo, 146 undone, 146

V Verhogen, 136 Virtual Machine (VM) .NET Framework, 60 IBM VM, 58 Java VM, 60 Virtualisasi Paruh, 58 Virtualisasi Penuh, 57 VMware, 59 Xen VMM, 59

W wait, 140 write, 145

251

252

Pengantar Sistem Operasi Komputer

Recommend Documents