Manajemen Proses

MANAJEMEN PROSES PADA SISTEM OPERASI

Manajemen proses merupakan konsep pokok dalam sistem operasi, sehingga masalah manajemen proses adalah masalah utama dalam perancangan sistem operasi. Proses adalah program yang sedang dieksekusi. Proses dapat juga didefinisikan sebagai unit kerja terkecil yang secara individu memiliki sumber daya dan dijadwalkan oleh sistem operasi. Proses berisi instruksi, data, program counter, register pemroses, stack data, alamat pengiriman dan variabel pendukung lainnya.

Sebagaimana proses bekerja, maka proses tersebut merubah state (keadaan statis/ asal). Status dari sebuah proses didefinisikan dalam bagian oleh aktivitas yang ada dari proses tersebut. Tiap proses mungkin adalah satu dari keadaan berikut ini:

      New: Proses sedang dikerjakan/ dibuat.

      Running: Instruksi sedang dikerjakan.

      Waiting: Proses sedang menunggu sejumlah kejadian untuk terjadi (seperti sebuah penyelesaian I/O

      Ready: Proses sedang menunggu untuk ditugaskan pada sebuah prosesor.

      Terminated: Proses telah selsesai melaksanakan tugasnya/ mengeksekusi.

PROCESS CONTROL BLOCK

Tiap proses digambarkan dalam sistem operasi oleh sebuah process control block (PCB) – juga disebut sebuah control block. Sebuah PCB ditunjukkan dalam Gambar 2. PCB berisikan banyak bagian dari informasi yang berhubungan dengan sebuah proses yang spesifik, termasuk ini:

o   Keadaan proses: Keadaan mungkin, new, ready, running, waiting, halted, dan juga banyak lagi.

o   Program counter: Counter mengindikasikan address dari perintah selanjutnya untuk dijalankan untuk proses ini.

o   CPU register: Register bervariasi dalam jumlah dan jenis, tergantung pada rancangan komputer.

PENJADWALAN PROSES

Tujuan dari multiprogramming adalah untuk memiliki sejumlah proses yang berjalan pada sepanjang waktu, untuk memaksimalkan penggunaan CPU.

Tujuan dari pembagian waktu adalah untuk mengganti CPU diantara proses-proses yang begitu sering sehingga pengguna dapat berinteraksi dengan setiap program sambil CPU bekerja. Untuk sistem uniprosesor, tidak akan ada lebih dari satu proses berjalan. Jika ada proses yang lebih dari itu, yang lainnya akan harus menunggu sampai CPU bebas dan dapat dijadualkan kembali.

Terdapat 3 konsep dasar Penjadwalan proses yaitu :

Ø  Penjadualan Antrian (Scheduling Queue)

Ketika proses memasuki sistem, mereka diletakkan dalam antrian job. Antrian ini terdiri dari seluruh proses dalam sistem. Proses yang hidup pada memori utama dan siap dan menunggu/ wait untuk mengeksekusi disimpan pada sebuah daftar bernama ready queue. Antrian ini biasanya disimpan sebagai daftar penghubung. Sebuah header ready queue berisikan penunjuk kepada PCB-PCB awal dan akhir. Setiap PCB memiliki pointer field yang menunjukkan proses selanjutnya dalam ready queue.

Ø  Penjadwal / Scheduler

Sebuah proses berpindah antara berbagai penjadualan antrian selama umur hidupnya. Sistem

operasi harus memilih, untuk keperluan penjadualan, memproses antrian-antrian ini dalam cara tertentu. Pemilihan proses dilaksanakan oleh penjadual yang tepat/ cocok. Dalam sistem batch, sering ada lebih banyak proses yang diserahkan daripada yang dapat dilaksanakan segera. Proses ini dipitakan/ disimpan pada suatu alat penyimpan masal (biasanya disket), dimana proses tersebut disimpan untuk eksekusi dilain waktu. Penjadualan long term, atau penjadual job, memilih proses dari pool ini dan mengisinya kedalam memori eksekusi.

Ø  Alih Konteks / Switch Context

Mengganti CPU ke proses lain memerlukan penyimpanan suatu keadaan proses lama (state of old process) dan kemudian beralih ke proses yang baru. Tugas tersebut diketahui sebagai alih konteks (context switch). Alih konteks sebuah proses digambarkan dalam PCB suatu proses; termasuk nilai dari CPU register, status proses (lihat Gambar 7). dan informasi managemen memori. Ketika alih konteks terjadi, kernel menyimpan konteks dari proses lama kedalam PCB nya dan mengisi konteks yang telah disimpan dari process baru yang telah terjadual untuk berjalan. Pergantian waktu konteks adalah murni overhead, karena sistem melakukan pekerjaan yang tidak perlu. Kecepatannya bervariasi dari mesin ke mesin, bergantung pada kecepatan memori, jumlah register yang harus di copy, dan keberadaan instruksi khusus (seperti instruksi tunggal untuk mengisi atau menyimpan seluruh register). Tingkat kecepatan umumnya berkisar antara 1 sampai 1000 mikro detik

OPERASI PADA PROSES

Proses dalam sistem dapat dieksekusi secara bersama-sama, proses tersebut harus dibuat dan dihapus secara dinamis. Maka, sistem operasi harus menyediakan suatu mekanisme untuk pembuatan proses dan erminasi proses. Sistem operasi dalam mengelola proses dapat melakukan operasi-operasi terhadap proses. Operasi tersebut adalah :

a.       Penciptaan proses

b.      Penghancuran/terminasi proses

c.       Penundaan proses

d.      Pelanjutan kembali proses

e.       Pengubahan prioritas proses

f.       Memblok proses

g.      Membangunkan proses

h.      Menjadwalkan proses

i.        Memungkinkan proses berkomunikasi dengan proses lain

Pembuatan Proses Melibatkan banyak aktivitas, yaitu :

a.       Memberi identitas proses

b.      Menyisipkan proses pada senarai atau tabel proses

c.       Menentukan prioritas awal proses

d.      Menciptakan PCB

e.       Mengalokasikan sumber daya awal bagi proses

Ketika proses baru ditambahkan, sistem operasi membangun struktur data untuk mengelola dan mengalokasikan ruang alamat proses.

Kejadian yang dapat menyebabkan penciptaan proses :

a.       Pada lingkungan batch, sebagai tanggapan atas pemberian satu kerja (job). Sistem operasi dengan kendali batch job, setelah menciptakan proses baru, kemudian melanjutkan membaca job berikutnya.

b.      Pada lingkungan interaktif, ketika pemakai baru berusaha logon.

c.       Sebagai tanggapan suatu aplikasi, seperti permintaan pencetakan file, sistem operasi dapat menciptakan proses yang akan mengelola pencetakan itu. Sistem operasi menciptakan proses untuk memenuhi satu fungsi pada program pemakai, tanpa mengharuskan pemakai menunggu.

d.      Proses penciptaan proses lain (proses anak). Untuk mencapai modularitas atau mengeksploitasi kongkurensi, program pemakai memerintahkan pembuatan sejumlah proses. Tahap-tahap penciptaan proses

Penciptaan proses dapat disebabkan beragam sebab. Penciptaan proses meliputi beberapa tahap :

1.      Beri satu identifier unik ke proses baru. Isian baru ditambahkan ke tabel proses utama yang berisi satu isian perproses.

2.      Alokasikan ruang untuk proses.

3.      PCB harus diinisialisasi.

4.      Kaitan-kaitan antar tabel dan senarai yang cocok dibuat.

5.      Bila diperlukan struktur data lain maka segera dibuat struktur data itu.

Penghancuran / Terminasi Proses

Penghancuran proses melibatkan pembebasan proses dari sistem, yaitu :

a.       Sumber daya-sumber daya yang dipakai dikembalikan.

b.      Proses dihancurkan dari senarai atau tabel sistem.

c.       c.PCB dihapus (ruang memori PCB dikembalikan ke pool memori bebas).

Penghancuran lebih rumit bila proses telah menciptakan proses-proses lain. Terdapat dua pendekatan, yaitu :

a.       Pada beberapa sistem, proses-proses turunan dihancurkan saat proses induk dihancurkan secara otomatis.

b.      Beberapa sistem lain menganggap proses anak independen terhadap proses induk, sehingga proses anak tidak secara otomatis dihancurkan saat proses induk dihancurkan.

Alasan penghancuran proses :

1.      Selesainya proses secara manual. Proses mengeksekusi panggilan layanan sistem operasi untuk menandakan bawah proses telah berjalan secara lengkap.

2.      Batas waktu telah terlewati. Proses telah berjalan melebihi batas waktu total yang dispesifikasikan.

3.      Memori tidak tersedia. Proses memerlukan memori lebih banyak daripada yang dapat disediakan sistem.

4.      Pelanggaran terhadap batas memori Proses mencoba mengakses lokasi memori yang tidak diijinkan diakses.

5.      Terjadi kesalahan karena pelanggaran proteksi

6.      Terjadi kesalahan aritmatika

7.      Waktu telah kedaluwarsa

8.      Terjadi kegagalan Masukan/keluaran

9.      Instruksi yang tidak benar

10.  Terjadi usaha memakai nstruksi yang tidak Diijinkan

11.  Kesalahan Penggunaan data Bagian data adalah tipe yang salah atau tidak diinisialisasi.

12.  Diintervensi oleh sistem operasi

13.  Berakhirnya proses induk

14.  Atas permintaan dari proses induk

Proses yang Kooperatif

Proses yang bersifat simultan (concurrent) dijalankan pada sistem operasi dapat dibedakaan menjadi yaitu proses independent dan proses kooperatif. Suatu proses dikatakan independen apabila proses tersebut tidak dapat terpengaruh atau dipengaruhi oleh proses lain yang sedang dijalankan pada sistem.

Komunikasi Proses Dalam Sistem

Cara lain untuk meningkatkan efek yang sama adalah untuk sistem operasi yaitu untuk menyediakan alat-alat proses kooperatif untuk berkomunikasi dengan yang lain lewat sebuah komunikasi dalam proses (IPC = Inter-Process Communication). IPC menyediakan sebuah mekanisme untuk mengizinkan proses- proses untuk berkomunikasi dan menyelaraskan aksi-aksi mereka tanpa berbagi ruang alamat yang sama. IPC adalah khusus digunakan dalam sebuah lingkungan yang terdistribusi dimana proses komunikasi tersebut mungkin saja tetap ada dalam komputer-komputer yang berbeda yang tersambung dalam sebuah jaringan. IPC adalah penyedia layanan terbaik dengan menggnakan sebuah sistem penyampaian pesan, dan sistem- sistem pesan dapat diberikan dalam banyak cara.

Sistem Penyampaian Pesan

Fungsi dari sebuah sistem pesan adalah untuk memperbolehkan komunikasi satu dengan yang lain tanpa perlu menggunakan pembagian data. Sebuah fasilitas IPC menyediakan paling sedikit dua operasi yaitu kirim (pesan) dan terima (pesan). Pesan dikirim dengan sebuah proses yang dapat dilakukan pada ukuran pasti atau variabel. Jika hanya pesan dengan ukuran pasti dapat dikirimkan, level sistem implementasi adalah sistem yang sederhana. Pesan berukuran variabel menyediakan sistem implementasi level yang lebih kompleks.

Berikut ini ada beberapa metode untuk mengimplementasikan sebuah jaringan dan operasi

·         pengiriman/penerimaan secara logika:

·         Komunikasi langsung atau tidak langsung.

·         Komunikasi secara simetris/ asimetris.

·         Buffer otomatis atau eksplisit.

·         engiriman berdasarkan salinan atau referensi.

·         Pesan berukuran pasti dan variabel.

THREAD

Model proses yang didiskusikan sejauh ini telah menunjukkan bahwa suatu proses adalah sebuah program yang menjalankan eksekusi thread tunggal. Sebagai contoh, jika sebuah proses menjalankan sebuah program Word Processor, ada sebuah thread tunggal dari instruksi-instruksi yang sedang dilaksanakan.

Konsep Dasar

Secara informal, proses adalah program yang sedang dieksekusi. Ada dua jenis proses, proses berat (heavyweight) atau biasa dikenal dengan proses tradisional, dan proses ringan atau kadang disebut thread. Thread saling berbagi bagian program, bagian data dan sumber daya sistem operasi dengan thread lain yang mengacu pada proses yang sama. Thread terdiri atas ID thread, program counter, himpunan register, dan stack. Dengan banyak kontrol thread proses dapat melakukan lebih dari satu pekerjaan pada waktu yang sama.

User Threads

User thread didukung oleh kernel dan diimplementasikan oleh thread library ditingkat pengguna. Library mendukung untuk pembentukan thread, penjadualan, dan managemen yang tidak didukung oleh kernel.

Kernel Threads

Kernel thread didukung secara langsung oleh sistem operasi: pembentukan thread, penjadualan, dan managemen dilakukan oleh kernel dalam ruang kernel. Karena managemen thread telah dilakukan oleh sistem operasi, kernel thread biasanya lebih lambat untuk membuat dan mengelola daripada pengguna thread.

Model Multithreading

Dalam sub bab sebelumnya telah dibahas pengertian dari thread, keuntungannya, tingkatan atau levelnya seperti pengguna dan kernel. Sistem-sistem yang ada sekarang sudah banyak yang bisa mendukung untuk kedua pengguna dan kernel thread, sehingga model-model multithreading-nya pun menjadi beragam. Implementasi multithreading yang umum akan kita bahas ada tiga, yaitu model many-to-one, one-to-one, dan many-to-many.

Model Many to One

Model many-to-one ini memetakan beberapa tingkatan pengguna thread hanya ke satu buah kernel thread. Managemen proses thread dilakukan oleh (di ruang) pengguna, sehingga menjadi efisien, tetapi apabila sebuah thread melakukan sebuah pemblokingan terhadap sistem pemanggilan, maka seluruh proses akan berhenti (blocked). Kelemahan dari model ini adalah multihreads tidak dapat berjalan atau bekerja secara paralel di dalam multiprosesor dikarenakan hanya satu thread saja yang bisa mengakses kernel dalam suatu waktu.

Model One to One

Model one-to-one memetakan setiap thread pengguna ke dalam satu kernel thread. Hal ini membuat model one-to-one lebih sinkron daripada model many-to-one dengan mengizinkan thread lain untuk berjalan ketika suatu thread membuat pemblokingan terhadap sistem pemanggilan; hal ini juga mengizinkan multiple thread untuk berjalan secara parallel dalam multiprosesor. Kelemahan model ini adalah dalam pembuatan thread pengguna dibutuhkan pembuatan korespondensi thread pengguna. Karena dalam proses pembuatan kernel thread dapat mempengaruhi kinerja dari aplikasi maka kebanyakan dari implementasi model ini membatasi jumlah thread yang didukung oleh sistem. Model one-to-one diimplementasikan oleh Windows NT dan OS/2.

Model Many to Many

Beberapa tingkatan thread pengguna dapat menggunakan jumlah kernel thread yang lebih kecil atau sama dengan jumlah thread pengguna. Jumlah dari kernel thread dapat dispesifikasikan untuk beberapa aplikasi dan beberapa mesin (suatu aplikasi dapat dialokasikan lebih dari beberapakernel thread dalam multiprosesor daripada dalam uniprosesor) dimana model many-to-one mengizinkan pengembang untuk membuat thread pengguna sebanyak mungkin, konkurensi tidak dapat tercapai karena hanya satu thread yang dapat dijadualkan oleh kernel dalam satu waktu. Model one-to-one mempunyai konkurensi yang lebih tinggi, tetapi pengembang harus hati-hati untuk tidak membuat terlalu banyak thread tanpa aplikasi dan dalam kasus tertentu mungkin jumlah thread yang dapat dibuat dibatasi.