Konkurensi merupakan landasan umum perancangan sistem operasi. Proses-proses disebut konkuren jika proses-proses berada pada saat yang sama. Dikatakan sebagai landasan umum perancangan sistem operasi karena dalam menciptakan suatu sistem operasi, sistem operasi tersebut umumnya harus bisa menjalankan beberapa proses (lebih dari satu proses) pada saat yang bersamaan.
Pada proses-proses yang konkuren atau berada pada saat yang bersamaan, terdapat beberapa masalah yang harus diselesaikan. Masalah-masalah tersebut antara lain :
1. Mutual exclusion
2. Sinkronisasi
3. Deadlock
4. Starvation
Dengan kata lain, masalah-masalah diatas akan timbul apabila sistem operasi menjalankan beberapa proses pada saat yang bersamaan.
- MUTUAL EXCLUSION
Mutual exclusion adalah jaminan hanya satu proses yang mengakses sumber daya pada satu interval waktu tertentu. Sumber daya yang tidak dapat dipakai bersama pada saat bersamaan.
Fasilitas atau kemampuan menyediakan dukungan mutual exclusion harus memenuhi kriteria sbb:
- Mutual exclusion harus dijamin, bahwa tidak ada proses lain, kecuali dirinya sendiri. Di sini terjadi proses tunggal.
- Proses yang berada di noncritical section, dilarang mem-blocked proses-proses lain yang ingin masuk critical section. Hal ini bisa terjadi startvation.
- Harus dijamin bahwa proses yang ingin masuk critical section tidak menunggu selama waktu yang tak terhingga. Ini bisa mengakibatkan masalah deadlock dan antrian proses bertambah panjang.
- Ketika tidak ada proses pada critical section, maka proses yang ingin masuk critical section harus ijinkan masuk tanpa waktu tunda.
- Tidak ada asumsi mengenai kecepatan relatif proses atau jumlah proses yang ada.
- Proses hanya tinggal pada critical section selama satu waktu yang tidak terhingga
2.DEADLOCK
Deadlock adalah suatu kondisi dimana dua proses atau lebih tidak dapat meneruskan eksekusinya oleh pemroses. Pada umumnya deadlock terjadi karena proses mengalami startvation, yaitu suatu job yang sedang dieksekusi dan eksekusi job tersebut tidak ada hentinya, tidak diketahui kapan berhentinya proses tersebut atau bahkan job yang antri bisa dikatakan mempunyai status mati, padahal proses-proses lain sedang menunggu sumber daya proses.
Kondisi Deadlock merupakan kondisi terparah karena banyak proses dapat terlibat dan semuanya tidak dapat mengakhiri prosesnya secara benar.
Metode Mengendalikan Deadlock
1.Menggunakan suatu protokol untuk meyakinkan bahwa sistem tidak akan pernah mengalami deadlock.
2.Mengijinkan sistem mengalami deadlock, namun kemudian harus segera dapat memperbaikinya.
3.Mengabaikan semua masalah dan menganggap deadlock tidak akan pernah terjadi lagi di dalam sistem.
Strategi untuk menghadapi deadlock dapat dibagi menjadi tiga pendekatan, yaitu:
a.Mengabaikan adanya deadlock.
- Memastikan bahwa deadlock tidak akan pernah ada, baik dengan metode Pencegahan, dengan mencegah empat kondisi deadlock agar tidak akan pernah terjadi. Metode Menghindari deadlock, yaitu mengizinkan empat kondisi deadlock, tetapi menghentikan setiap proses yang kemungkinan mencapai deadlock.
- Membiarkan deadlock untuk terjadi, pendekatan ini membutuhkan dua metode yang saling mendukung, yaitu:
-Pendeteksian deadlock, untuk mengidentifikasi ketika deadlock terjadi.
-Pemulihan deadlock, mengembalikan kembali sumber daya yang dibutuhkan pada proses yang memintanya.
Pencegahan Deadlock
1.Meniadakan Mutual exclusion.
Harus tetap menjaga resource-resource yang bersifat non-shareable. Yaitu, proses menahan sebuah resource, proses lain yang meminta resource tsb harus menunggu sampai proses melepaskannya. Jika terjadi pada perangkat I/O dan berkas, maka sulit untuk menghindari mutual exclusion pada sumber daya non shareable.
2.Meniadakan Syarat Hold & Wait.
Apabila suatu proses minta ijin untuk mengakses suatu resource, maka proses tersebut tidak boleh membawa resource yang lainnya. Sebleum proses meminta resource, maka harus melepas semua resource yang dibawa.
3.Meniadakan Non Preemption.
Jika suatu proses minta ijin mengakses resource, sementara resource tersebut tidak dapat dipenuhi secepatnya, maka proses tersebut harus membebaskan semua resourcenya terlebih dahulu.
4.Meniadakan Circular Wait.
Memberi nomor pada setiap resource yang ada, dan setiap resource hanya boleh mengakses resource secara berurutan.
Mendeteksi Deadlock dan Memulihkan Deadlock
Metode deteksi digunakan pada system yang mengijinkan terjadinya deadlock. Tujuan metode ini adalah memeriksa apakah telah terjadi deadlock dan menentukan proses-proses dan sumber daya-sumber daya yang terlibat deadlock secara presisi. Begitu telah dapat ditentukan, system dipulihkan dari deadlock dengan metode pemulihan.
Metode pemulihan dari deadlock berupaya untuk menghilangkan deadlock dari system sehingga system beroperasi kembali, bebas dari deadlock. Proses-proses yang terlibat deadlock mungkin dapat menyelesaikan eksekusi dan membebaskan sumber daya-sumberdayanya.
3.STARTVATION
Startvation adalah keadaan dimana pemberian akses bergantian terus menerus, dan ada suatu proses yang tidak mendapatkan gilirannya. Juga dapat dimaksudkan bahwa kondisi bila beberapa proses-proses menunggu alokasi sumber daya sampai tak berhingga, sementara proses-proses lain dapat memperoleh alokasi sumber daya.
Hal ini disebabkan bias pada kebijaksanaan atau strategi alokasi sumber daya. Kondisi seperti ini harus dihindari pada sistem operasi karena tidak adil, tapi dikehendaki penghindaran dilakukan seefisien mungkin. Penanganan ini merupakan persoalan yang sulit untuk menemukan kriteria yang benar, adil dan efesien dalam suatu strategi Sistem Operasi.
Perhatikan contoh berikut:
a.terdapat tiga proses, P1, P2, dan P3.
- P1, P2 dam P3 memerlukan pengaksesan sumber daya R secara periodik.
Skenario berikut terjadi:
- P1 sedang diberi sumber daya R, P2 dan P3 blocked menunggu sumber daya R.
d.Ketika P1 keluar dari critical section, P2 dan P3 diijinkan mengakses R.
e.Asumsi P3 diberi hak akses. Kemudian setelah selesai, hak akses kembali diberikan ke P1 yang satu itu kembali membutuhkan sumber daya R.
Jika pemberian hak akses bergantian terus menerus antara P1 dan P3, maka P2 tidak pernah memperoleh pengaksesan sumber daya R, meski tidak ada deadlock. Pada situasi ini, P2 mengalami situasi yang disebut dengan startvation.
B. PRINSIP – PRINSIP KONKURENSI
Karena konkurensi merupakan landasan umum pada perancangan suatu sistem operasi, maka beberapa hal yang merupakan prinsip-prinsip konkurensi harus ada dalam sistem operasi yang akan dirancang. Konkurensi meliputi beberapa hal berikut ini:
- Alokasi waktu pemroses untuk proses-proses.
Hal ini berkaitan dengan penjadwalan proses pada suatu sistem operasi. Penjadwalan proses merupakan kumpulan kebijakan dan mekanisme dalam sistem operasi yang berkaitan dengan urutan kerja yang dilakukan sistem operasi. Penjadwalan proses bertugas untuk mengatur proses mana yang harus berjalan, kapan dan seberapa lama proses tersebut dijalankan.
- Pemakaian bersama dan persaingan untuk mendapatkan sumber daya.
Dalam hal ini, sebuah sistem operasi harus bisa mengatur pemakaian sumber daya pada saat terjadinya konkurensi. Sumber daya yang ada jumlahnya terbatas, sehingga pada saat banyak proses yang berjalan sistem harus dapat mengatur pengalokasian sumberdaya agar tidak terjadi starvation. Selain itu terdapat juga sumber daya yang tidak bersifat shareable atau tidak dapat digunakan secara bersaman, sumber daya seperti itu disebut sumber daya kritis.
- Komunikasi antar proses.
Untuk mengatur kegiatan proses yang berjalan bersamaan, mereka harus dapat saling berkomunikasi, dimana proses-proses yang ingin dikomunikasikan harus memiliki sebuah cara untuk berkomunikasi satu dengan lainnya. Mereka dapat menggunakan komunikasi secara langsung atau tak langsung.
- Sinkronisasi aktivitas banyak proses.
Sinkronisasi aktivitas banyak proses ini mencakup semua hal di atas. Untuk terjadinya sinkronisasi antar proses-proses yang berjalan diperlukannya komunikasi antar proses yang berjalan. Setelah proses-proses tersebut berkomunikasi, sistem akan dapat membagi sumber daya yang ada baik itu sumber daya kritis atau tidak. Selan itu, sistem juga dapat mengatur penjadwalan proses dengan baik.
Konkurensi dapat muncul pada konteks berbeda, antara lain:
1. Banyak aplikasi (multiple application).
Multiprogramming memungkinkan banyak proses sekaligus dijalankan. Proses-proses dapat berasal dari aplikasi-aplikasi berbeda. Pada sistem multiprogramming bisa terdapat banyak aplikasi sekaligus yang dijalankan di sistem komputer.
2. Aplikasi terstruktur.
Perluasan prinsip perancangan modular dan pemrograman terstruktur adalah suatu aplikasi dapat secara efektif diimplementasikan sebagai sekumpulan proses. Dengan sekumpulan proses, maka tiap proses menyediakan satu layanan spesifik tertentu.
3. Struktur sistem operasi.
Keunggulan strukturisasi dapat juga diterapkan ke pemrograman sistem. Beberapa sistem operasi aktual yang dipasarkan dan yang sedang dalam riset telah diimplementasikan sebagai sekumpulan proses. Sistem operasi bermodelkan client/server menggunakan pendekatan ini.
C. INTERAKSI ANTAR PROSES
Pada sistem dengan banyak proses (kongkuren), terdapat 3 katagori interaksi antar proses berdasarkann derajat pengetahuan keberadaan proses lainnya, yaitu:
1. Proses tidak saling mengetahui keberadaannya.
Proses seperti ini merupakan proses yang tidak dimaksudkan untuk bekerjasama. Pada multiprogramming dengan proses-proses independen, dapat berupa batch atau sesi interaktif, atau campuran keduanya. Walaupun proses saling tidak melakukan kerjasama, sistem operasi perlu memperhatikan kompetisi sumber daya. Misalnya dua aplikasi independen dapat sama-sama menginginkan akses ke disk, file , atau printer yang sama. Sistem operasi harus mengatur akses tersebut.
2. Proses mengetahui keberadaan proses lainnya secara tidak langsung.
Proses seperti ini adalah proses yang tidak harus saling mengetahui akan keberadaan proses lainnya berdasarkan namanya namun memiliki akses berbagi ke beberapa objek, misaslkan bufer I/O. Proses seperti itu menunjukkan adanya kooperasi dalam melakukan berbagi pemakaian ojek.
3. Proses mengetahui keberadaan proses lainnya secara langsung.
Proses-proses seperti ini adalah proses yang dapat berkomunikasi satu dengan lainnya berdasarkan nama dan merupakan proses yang dirancang untuk bekerja sama dalam melakukan aktivitas-aktivitas tertentu. Demikian pula, proses seperti ini menunjukkan adanya kooperasi.
D. KESULITAN – KESULITAN YANG DITIMBULKAN KONKURENSI
Masalah yang dihadapi proses-proses kongkurensi pada multiprogramming dan multiprocessing serupa, yaitu: kecepatan eksekusi proses-proses di sistem tidak dapat diprediksi. Beberapa kemungkinan yang terjadi tidak dapat diprediksi seperti:
1. Kecepatan proses pada sistem tergantung pada beberapa hal, antara lain:
a) Aktivitas proses-proses lain
b) Cara sistem operasi menangani interupsi
c) Kebijaksanaan penjadwalan yang dilakukan oleh sistem operasi.
2. Beberapa kesulitan yang dapat muncul, di antaranya adalah:
a) Pemakaian bersama sumber daya global.
Jika dua proses menggunakan variabel global yang sama, serta keduanya membaca dan menulis variabel itu maka urutan terjadinya pembacaan dan penulisan terhadap variabel itu menjadi kritis.
b) Pengelolaan alokasi sumber daya agar optimal
Jika proses A meminta suatu kanal masukan/keluaran tertentu dan dapat terjadi kemudian proses A di suspend sebelum menggunakan kanal itu. Jika sistem operasi mengunci kanal tersebut dan orang lain tidak dapat menggunakannya, maka akan terjadi inefisiensi.
c) Pencarian kesalahan pemrograman.
Pencarian kesalahan pada pemrograman kongkuren lebih sulit dibanding pencarian kesalahan pada program-program sekuen.
3. Proses-proses konkuren mengharuskan beberapa hal yang harus ditangani, antara lain:
a) Sistem operasi harus mengetahui proses-proses yang aktif
b) Sistem operasi harus mengalokasikan dan mendealokasikan beragam sumber daya untuk tiap proses aktif. Sumber daya yang harus dikelola, antara lain:
(1) Waktu pemroses.
(2) Memori
(3) Berkas-berkas
(4) Perangkat I/O
c) Sistem operasi harus memproteksi data dan sumber daya fisik masing-masing proses dari gangguan proses-proses lain.
d) Hasil-hasil proses harus independen terhadap kecepatan relatif proses-proses lain dimana eksekusi dilakukan.
E. POKOK – POKOK PENYELESAIAN MASALAH PADA KONKURENSI
Pada dasarnya penyelesaian masalah kongkurensi terbagi menjadi 2, yaitu:
1. Mengasumsikan adanya memori yang digunakan bersama
2. Tidak mengasumsikan adanya memori yang digunakan bersama.
Adanya memori bersama lebih memudahkan penyelesaian masalah kongkurensi. Metode memori bersama dapat dipakai untuk singleprocessor ataupun multiprocessor yang mempunyai memori bersama. Penyelesaian ini tidak dapat digunakan untuk multiprocessor tanpa memori bersama atau untuk sistem tersebar.
candutech 