Sistem Operasi : Process Synchronization
PENGERTIAN SINKRONISASI
Sinkronisasi
merupakan suatu proses pengaturan jalannya beberapa proses pada waktu yang
bersamaan untuk menyamakan waktu dan data supaya tidak terjadi inconsitensi
(ketidak konsistenan) data akibat adanya akses data secara konkuren agar
hasilnya bagus dan sesuai dengan apa yang diharapkan. Disini sinkronisasi
diperlukan agar data tersebut tetap konsisten.
Shared memory merupakan solusi ke masalah bounded-butter yang mengijinkan
paling banyak n-1 materi dalam buffer pada waktu yang sama. Suatu solusi, jika
semua N buffer digunakan tidaklah sederhana. Dimisalkan kita memodifikasi
producer-consumer code dengan menambahkan suatu variable counter, dimulai dari
0 dan masing-masing waktu tambahan dari suatu item baru diberikan kepada
buffer. Sinkronisasi merupakan “issue” penting dalam rancangan/implementasi OS
(shared resources, data, dan multitasking).
TUJUAN SINKRONISASI
Tujuan dari
sinkronisasi itu sendiri ialah untuk menghindari terjadinya inkonsistensi data
karena pengaksesan oleh beberapa proses yang berbeda serta untuk mengatur
urutan jalannya proses-proses sehinga dapat dapat berjalan dengan baik dan
sesuai dengan apa yang diharapkan.
Sama seperti yang
kita ketahui bahwa hidup saling berkaitan satu sama lain. Begitu juga
sinkronisasi pada system operasi. Jika hal ini tidak ada penopang dalam
menjalanka suatu system, maka akan menemui suatu kendala yang berakibat ketidak
konsistenan pada data, sehingga data tidak menjadi konkrun.
Manfaat Sinkronisasi
Bermanfaat untuk
menyimpan data, baik sementara atau permanen sehingga memudahkan pekerjaan.
Jadi dengan
menggunakan system pekerjaan ini anda akan lebih terbantu dan lebih efektif
karena bias menghemat waktu.
MASALAH DALAM SINKRONISASI BESERTA SOLUSINYA
1. Race Condition
Race Condition adalah situasi di mana beberapa proses mengakses dan
memanipulasi data bersama pada saat besamaan. Nilai akhir dari data bersama
tersebut tergantung pada proses yang terakhir selesai. Untuk mencegah race
condition, proses-proses yang berjalan besamaan harus di disinkronisasi.
Dalam beberapa sistem operasi, proses-proses yang berjalan bersamaan
mungkin untuk membagi beberapa penyimpanan umum, masing-masing dapat melakukan
proses baca (read) dan proses tulis (write). Penyimpanan bersama (shared
storage) mungkin berada di memori utama atau berupa sebuah berkas bersama,
lokasi dari memori bersama tidak merubah kealamian dari komunikasi atau masalah
yang muncul. Untuk mengetahui bagaimana komunikasi antar proses bekerja, mari
kita simak sebuah contoh sederhana, sebuah print spooler. Ketika sebuah proses
ingin mencetak sebuah berkas, proses tersebut memasukkan nama berkas ke dalam
sebuah spooler direktori yang khusus. Proses yang lain, printer daemon, secara
periodik memeriksa untuk mengetahui jika ada banyak berkas yang akan dicetak,
dan jika ada berkas yang sudah dicetak dihilangkan nama berkasnya dari
direktori.
2. Critical Section
Kunci untuk mencegah masalah ini dan
di situasi yang lain yang melibatkan shared memori, shared berkas, and shared
sumber daya yang lain adalah menemukan beberapa jalan untuk mencegah lebih dari
satu proses untuk melakukan proses writing dan reading kepada shared data pada
saat yang sama. Dengan kata lain kita memutuhkan mutual exclusion, sebuah jalan
yang menjamin jika sebuah proses sedang menggunakan shared berkas, proses lain
dikeluarkan dari pekerjaan yang sama. Kesulitan yang terjadi karena proses 2
mulai menggunakan variabel bersama sebelum proses 1 menyelesaikan tugasnya.
Masalah menghindari race conditions dapat juga
diformulasikan secara abstrak. Bagian dari waktu, sebuah proses sedang sibuk
melakukan perhitungan internal dan hal lain yang tidak menggiring ke kondisi
race conditions. Bagaimana pun setiap kali sebuah proses mengakses shared memory
atau shared berkas atau melakukan sesuatu yang kritis akan menggiring kepada
race conditions. Bagian dari program dimana shaed memory diakses disebut
Critical Section atau Critical Region.
Walau pun dapat mencegah race conditions, tapi tidak cukup untuk melakukan
kerjasama antar proses secara pararel dengan baik dan efisien dalam menggunakan
shared data. Kita butuh 4 kondisi agar menghasilkan solusi yang baik:
• Tidak ada dua proses secara bersamaan masuk ke dalam citical section.
• Tidak ada asumsi mengenai kecepatan atau jumlah cpu.
• Tidak ada proses yang berjalan di luar critical secion yang dapat mengeblok
proses lain.
• Tidak ada proses yang menunggu selamamya untuk masuk critical section.
Critical Section adalah sebuah segmen kode di mana sebuah proses yang mana
sumber daya bersama diakses. Terdiri dari:
1) Entry Section: kode yang digunakan untuk masuk ke dalam critical
section
2) Critical Section: Kode di mana hanya ada satu proses yang dapat
dieksekusi pada satu waktu
3) Exit Section: akhir dari critical section, mengizinkan proses lain
4) Remainder Section: kode istirahat setelah masuk ke critical section.
3. Solusi ke Masalah Critical-Section
Ada bebrapa Solusi untuk mengatasi masalah Critical Section, yaitu:
• Mutual exclution
Jika proses pi sedang mengeksekusi critical section-nya maka tidak ada proses
lain yang dapat mengeksekusi dalam critical section mereka.
• Progress
Jika tidak ada proses yang sedang dieksekusi dalam critical section dan
ada beberapa proses yang ingin masuk ke critical section mereka, maka pemilihan
proses yang akan masuk ke critical section berikutnya tidak bias ditunda.
• Bounded Waiting
Suatu keterikatan harus ada pada sejumlah proses yang diijinkan masuk ke
critical section mereka, setelah adanya proses yang meminta masuk ke critical
section dan sebelum permintaan itu diterima.
a. Asumsikan bahwa tiap proses mengeksekusi pada nonzero speed.
b. Tidak ada asumsi mengenai kecepatan relative dan n proses.
Cara-cara
memecahkan masalah
• Hanya dua proses, Po dan P1
• Struktur umum dari proses adalah Pi (proses lain Pj)
4. Bakery Algorithm
Critical section untuk n proses:
a). Sebelum memasuki critical Section-nya, proses menerima nomor pemilik nomor
terkecil memasuki critical section.
b). Jika proses Pi dan Pj menerima nomor yang sama, jika i < j, maka Pi
dilayani duluan, lainnya Pj dilayani duluan (if i< j, then Pi is served
first; else Pj is served first).
c). Skema penomoran selalu menghasilkan angka –angka yang disebutkan satu per
satu, yaitu 1,2,3,3,3,3,4,5….
5. Semaphore
Semaphore adalah pendekatan yang diajukan oleh Djikstra, dengan prinsip bahwa
dua proses atau lebih dapat bekerja sama dengan menggunakan penanda-penanda
sederhana. Seperti proses dapat dipaksa berhenti pada suatu saat, sampai proses
mendapatkan penanda tertentu itu. Sembarang kebutuhan koordinasi kompleks dapat
dipenuhi dengan struktur penanda yang cocok untuk kebutuhan itu.Variabel khusus
untuk penanda ini disebut semaphore.
Semaphore mempunyai dua sifat, yaitu:
a. Semaphore dapat diinisialisasi dengan nilai non-negatif.
b. Terdapat dua operasi terhadap semaphore, yaitu Down dan Up. Usulan asli yang
disampaikan Djikstra adalah operasi P dan V.
• Operasi Down
Operasi ini menurunkan nilai semaphore, jika nilai semaphore menjadi
non-positif maka proses yang mengeksekusinya diblocked. Operasi Down adalah
atomic, tidak dapat diinterupsi sebelum diselesaikan. Menurunkan nilai,
memeriksa nilai, menempatkan proses pada antrian dan memblocked sebagai
instruksi tunggal. Sejak dimulai, tidak ada proses lain yang dapat mengakses
semaphore sampai operasi selesai atau diblocked.
• Operasi Up
Operasi Up menaikkan nilai semaphore. Jika satu proses atau lebih diblocked
pada semaphore itu tidak dapat menyelesaikan operasi Down, maka salah satu
dipilih oleh system dan menyelesaikan operasi Down-nya. Urutan proses yang
dipilih tidak ditentukan oleh Djikstra, dapat dipilih secara acak. Adanya
semaphore mempermudah persoalan mutual exclusion. Skema penyelesaian mutual
exclusion mempunyai bagian sebagai berikut:
Sebelum masuk critical section, proses melakukan Down. Bila berhasil maka
proses masuk ke critical section. Bila tidak berhasil maka proses di-blocked
atas semaphore itu. Proses yang diblocked akan dapat melanjutkan kembali bila
proses yang ada di critical section keluar dan melakukan opersai up sehingga
menjadikan proses yang diblocked ready dan melanjutkan sehingga opersi Down-nya
berhasil.
6. Problem Klasik
pada Sinkronisasi
Ada tiga hal yang selalu menjadi masalah pada proses sinkronisasi:
a. Problem Bounded buffer.
b. Problem Reades and Writer.
c. Problem Dining Philosophers.
7. Monitors
Solusi sinkronisasi ini dikemukakan oleh Hoare pada tahun 1974. Monitor
adalah kumpulan prosedur, variabel dan struktur data di satu modul atau paket
khusus. Proses dapat memanggil prosedur-prosedur kapan pun diinginkan. Tapi
proses tidak dapat mengakses struktur data internal dalam monitor secara
langsung. Hanya lewat prosedur-prosedur yang dideklarasikan minitor untuk
mengakses struktur internal.
Properti-properti monitor adalah sebagai berikut:
a). Variabel-variabel data lokal, hanya dapat diakses oleh prosedur-prosedur
dalam monitor dan tidak oleh prosedur di luar monitor.
b). Hanya satu proses yang dapat aktif di monitor pada satu saat. Kompilator
harus mengimplementasi ini(mutual exclusion).
c). Terdapat cara agar proses yang tidak dapat berlangsung di-blocked.
Menambahkan variabel-variabel kondisi, dengan dua operasi, yaitu Wait dan
Signal.
d). Wait: Ketika prosedur monitor tidak dapat berkanjut (misal producer menemui
buffer penuh) menyebabkan proses pemanggil diblocked dan mengizinkan proses
lain masuk monitor.
e). Signal: Proses membangunkan partner-nya yang sedang diblocked dengan signal
pada variabel kondisi yang sedang ditunggu partnernya.
f). Versi Hoare: Setelah signal, membangunkan proses baru agar berjalan dan
menunda proses lain.
g). Versi Brinch Hansen: Setelah melakukan signal, proses segera keluar dari
monitor.Dengan memaksakan disiplin hanya satu proses pada satu saat yang
berjalan pada monitor, monitor menyediakan fasilitas mutual exclusion.
Variabel-variabel data dalam monitor hanya dapat diakses oleh satu proses pada
satu saat. Struktur data bersama dapat dilindungi dengan menempatkannya dalam
monitor. Jika data pada monitor merepresentasikan sumber daya, maka monitor
menyediakan fasilitas mutual exclusion dalam mengakses sumber daya itu.
KESIMPULAN
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
(mutualexclusion) 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.Beberapa
perangkat sinkronisasi, yaitu : TestAndSet(), Semafor, dan Monitor.
