SISTEM OPERASI PROSES-PROSES. Pembahasan

Transkripsi

1 SISTEM OPERASI PROSES-PROSES Pembahasan Konsep Proses Penjadualan Proses Operasi-operasi pada Proses Cooperating Processes Interprocess Communication Komunikasi pada Sistem Client-Server 1

2 Konsep Proses Proses : suatu program yang sedang dieksekusi dan memiliki status jalannya eksekusi yaitu minimal informasi-informasi sbb : Program counter : menunjukkan instruksi berikutnya yang akan dieksekusi Register : data hasil eksekusi antara Stack : tempat penyimpanan temporary data yang dibutuhkan selama program dieksekusi Data section : mengandung variabel global dari suatu proses Dalam literatur, istilah job dan proses dan task sering dapat dipertukarkan Perkembangan Konsep Proses Konsep proses berkembang sejalan dengan modus operasi sistem komputer : Fase-fase monoprogramming : pada suatu saat di memori hanya sebuah program yang sedang dijalankan (mungkin disertai suatu monitor proses) Fase-fase multiprogramming : pada suatu saat di memori bisa terdapat beberapa program yang sedang dijalankan 2

3 Konsep Proses Monoprogramming Program oleh proses monitor (atau operator) diload ke memori, dieksekusi (kontrol diberikan pada proses), dan selesai (sukses atau abort), kemudian kontrol dikembalikan ke proses monitor (atau operator) Status proses direkam dan di-print hanya diperlukan untuk keperluan debugging Konsep Proses Modern Karena adanya sejumlah program yang di-load dimemori dalam status sedang dijalankan, maka setiap saat jumlah aktual proses yang dieksekusi maksimum sama dengan jumlah CPU Untuk pembahasan konsep proses selanjutnya akan berdasarkan paradigma ini 3

4 Status Proses Selama eksekusinya proses berada dalam salah satu dari status-status berikut ini : New : proses sedang di-create Running : instruksi-instruksi sedang dieksekusi Waiting : proses sedang menunggu terjadinya event-event tertentu Ready : proses menunggu di-assign ke prosesor Terminated : proses selesai eksekusi Diagram Status Proses 4

5 Process Control Block (PCB) Agar suatu proses yang running, lalu waiting/ready, dan kemudian running kembali dapat meneruskan proses tanpa kehilangan konteks maka diperlukan struktur data untuk menyimpan informasi dan status proses, disebut Process Control Block (PCB) Satu blok digunakan untuk satu proses dan isinya bisa bervariasi dari proses ke proses Informasi dalam PCB Informasi Manajemen Memori Posisi program di memori, dll Informasi Accounting Jumlah waktu eksekusi/elapse, time limit, account/job number, dll Informasi Status I/O List dari I/O device yang dialokasi proses, list file yang status sedang dibuka (baca/tulis), dll 5

6 Process Control Block (PCB) Proses-proses dari Memori Utama ke Register 6

7 CPU Switch dari Proses ke Proses Scheduling Proses Dalam multiprogramming sejumlah proses yang running secara concurrent menggunakan resources : CPU dan devices Jika hanya ada satu prosesor (uniprosesor) maka hanya satu proses setiap saat yang benar-benar running dan yang lainnya menunggu (waiting) dalam queue atau melakukan aktifitas I/O 7

8 Queue untuk Scheduling Job queue berisi seluruh proses di dalam sistem Ready queue berisi proses-proses yang berada di memori dan siap (ready)/ menunggu (wait) untuk dieksekusi Device queue proses-proses yang menunggu giliran penggunaan device tertentu Proses berpindah antara bermacam-macam queue Ready Queue dan I/O Device Queues 8

9 Representasi Process Scheduling = queue (ready queue & device queue) = resource yang melayani queue Scheduler Long-term scheduler (job scheduler) Memilih proses yang mana yang harus dibawa ke dalam ready queue Menentukan degree of multiprogramming Lebih jarang (second, minute) (may be slow) Short-term scheduler (CPU scheduler) Memilih proses mana yang harus dieksekusi berikutnya dan mengalokasi CPU untuknya Lebih sering (milisecond) (must be fast) Medium-term scheduler : swap proses In dan Out antara memori dan swap-device untuk mengubah karakteristik dari proses dalam penggunaan memori atau I/O device 9

10 Status Proses - Scheduler long-term scheduler short-termterm scheduler Diagram Perpindahan Proses Swap in Baru terproses sebagian & di swap-out sementara Swap out medium term scheduler new Ready queue CPU en d I/O I/O waiting queue long-term scheduler short-termterm scheduler 10

11 Status Proses - Update I/O vs CPU Bounds Proses-proses dapat dideskripsikan sbb : I/O-bound process : proses-proses yang melakukan I/O dalam jumlah waktu yang lebih banyak daripada untuk komputasi; banyak terdapat CPU burst yang pendek CPU-bound process : proses-proses yang melakukan lebih banyak komputasi; beberapa CPU burst yang panjang 11

12 Context Switch Saat CPU dipindahkan dari suatu proses ke proses yang lain sistem harus menyimpan status dari proses lama dan me-load status proses yang baru Tugas ini dilakukan oleh context switch Waktu untuk context-switch merupakan overhead (waktu sistem terbuang saat switching) Jumlah waktu ini bergantung pada dukungan Hardware Operasi pada Proses-proses Dalam multiprogramming akan ada proses yang baru mulai, dan ada proses yang selesai, disamping proses-proses yang sedang running Untuk dapat dimanage maka diperlukan mekanisme tertentu untuk menangani aktifitas create dan terminate proses 12

13 Proses Creation Mekanisme ayah-anak atau parent-child : proses parent meng-create proses child yang juga dapat meng-create proses-proses lainnya membentuk pohon (tree) dari prosesproses Pada fase-fase awal : code dari user program di-load ke memori, control dialihkan ke program, proses berjalan hingga selesai/abort, dan control kembali ke monitor Modus-modus saat Create Proses (1) Dalam hal resource sharing Parent & child men-share semua resource Child men-share subset dari resource-resource milik parent Parent & child tidak men-share apa pun Dalam hal eksekusi Parent & child dieksekusi secara concurrent Parent menunggu hingga child terminate 13

14 Modus-modus saat Create Proses (2) Dalam hal address space : Child menduplikasi milik parent Child memiliki suatu program yang akan di-load ke dalamnya Contoh UNIX System call fork() meng-create proses baru System call execve() digunakan setelah itu untuk mengganti memory space dari proses dengan program yang baru Proses Tree pada UNIX System 14

15 Process Termination suatu proses mengalami terminasi akibat inisiatif child atau parent Terminasi karena Child Proses mengeksekusi statement terakhir yang juga meminta OS untuk mengahapusnya ( misalnya dengan exit() ) Data output dihasilkan child kepada parent ( misalnya sebagai return dari fork() ) Resource-resource proses didealokasi oleh OS 15

16 Terminasi karena Parent Parent mengakhiri eksekusi proses-proses child ( misalnya dengan abort() ) Child telah menggunakan jumlah resource melebihi dari yang telah dialokasi Task yang diberikan pada child sudah tidak diperlukan lagi Parent telah exit OS tidak mengijinkan child untuk berlanjut jika parent terminate Cascading termination Cooperating Processes Independent process tidak dapat dipengaruhi oleh eksekusi proses lain Cooperating process dapat mempengaruhi dan dipengaruhi oleh eksekusi proses lain Keuntungan proses berkooperasi : Sharing informasi : Menggunakan informasi(resource) yang sama untuk beberapa proses Peningkatan kemampuan komputasi (Computation Speedup) : Suatu task tertentu bisa dipecah menjadi beberapa cooperating processes sehingga bisa dikerjakan secara paralel sehingga menjadi lebih cepat selesai Modularitas : Pembuatan suatu sistem yang moduler dengan memecahkan fungsi-fungsi dari sistem tersebut menjadi beberapa proses atau thread Convenience : User bisa dengan mudah mengerjakan sesuatu yang berbeda dalam waktu yang sama 16

17 Producer-Consumer Problem Producer merupakan proses yang menghasilkan informasi yang akan dikonsumsi oleh proses Consumer. Contoh : Compiler memproduksi assembly code yang dikonsumsi oleh Assembler Assembler memproduksi Object yang dikonsumsi oleh Loader Sebagai perantara digunakan suatu buffer Unbound-buffer : tidak ada batas kapasitas Bounded-buffer : buffer berukuran tetap Consumer harus menunggu jika buffer kosong dan Producer harus menunggu jika buffer penuh. Bounded-Buffer Shared-Memory Solution Shared data #define BUFFER_SIZE 10 typedef struct {... } item; item buffer[buffer_size]; int in = 0; int out = 0; Hanya dapat menggunakan BUFFER_SIZE-1 elemen 17

18 Bounded-Buffer Producer Process item nextproduced; while (1) { while (((in + 1) % BUFFER_SIZE) == out) ; /* do nothing */ buffer[in] = nextproduced; in = (in + 1) % BUFFER_SIZE; } Bounded-Buffer Consumer Process item nextconsumed; while (1) { while (in == out) ; /* do nothing */ nextconsumed = buffer[out]; out = (out + 1) % BUFFER_SIZE; } 18

19 Ilustrasi Producer-Consumer Problem out in out in out producer 0 consumer Empty Half-full 0 11 Full Ring-buffer 12 slots in Algoritma Producer-Consumer (Pascal) Shared data var n; type item = ; var buffer : array [0..n-1] of item; in, out : 0..n-1; n := 0; out := 0; Producer : repeat produce an item nextp while in+1 mod n = out do no-op; buffer[in] := nextp; in := in+1 mod n; until false; Consumer : repeat while in = out do no-op; nextc := buffer[out]; out := out+1 mod n; consume the item in nextc until false; 19

20 Interprocess Communication (IPC) Menyediakan mekanisme yang memungkinkan proses-proses berkomunikasi dan mensinkronisasi aksi-aksinya Message System komunikasi tanpa memerlukan penggunaan shared variabel milik proses user Operasi-operasi IPC Operasi-operasi yang disediakan Send(message) Receive(message) Message dapat berukuran tetap atau variabel Ukuran tetap; implementasi fisik lebih simple, tapi lebih sulit bagi user dalam pemrograman Ukuran variabel; pemrograman lebih mudah tapi implementasi fisik lebih sulit 20

21 Communication Link Bila P dan Q hendak berkomunikasi mereka perlu menetapkan suatu communication link di antara mereka lalu melakukan tukar-menukar message melalui send/receive IPC dalam implementasinya memerlukan communication link Secara fisik, contohnya shared memory, hardware bus Secara logic, contohnya logical properties Implementasi Menjawab pertanyaan-pertanyaan : Cara penetapan link Bisa berasosiasi dengan > 2 proses Jumlah link yang ditetapkan antara 2 proses Kapasitas link Ukuran message : tetap atau variabel Arah link : satu arah (unidirectional) atau dua arah (bidirectional) Satu arah : proses hanya send (atau receive) dan hanya satu yang receive 21

22 Metodologi Direct vs. Indirect Communication Symmetric vs. Asymmetric Communication Automatic vs. Explicit Buffering Send by Copy vs. Send by Reference Fixed Sized vs. Variabel Sized Message Direct Communication Proses-proses harus menyebutkan pasangannya secara eksplisit send(q, message) Q adalah receiver receive(p, message) P adalah sender P Q 22

23 Sifat-sifat Communication Link Direct Comm. Link ditetapkan secara otomatis Link diasosiasikan dengan pasangan proses yang sedang berkomunikasi tsb Antara sepasang proses hanya bisa ada 1 link Link bisa satu arah tapi biasanya dua arah Contoh Producer-Consumer Producer : repeat Produce(nextp) send(consumer, nextp) until false; Consumer : repeat receive(produser, nextc) Consume(nextc) until false; 23

24 Kekurangan Direct Comm. Modularitas terbatas Pengubahan nama proses perlu pengubahan di seluruh call Perlu pemeriksaan jika terdapat nama yang sama Indirect Communication Message-message dikirim dan diterima melalui suatu mailbox (juga disebut port) Masing-masing mailbox memiliki id yang unik Proses-proses hanya dapat berkomunikasi jika mereka men-share mailbox send(a, message) P A Kirim message ke dalam mailbox A receive(a, message) Terima message dari dalam mailbox A Q 24

25 Sifat-sifat Communication Link Indirect Comm. Link ditetapkan saat dua proses men-share suatu mailbox Link dapat diasosiasikan dengan sejumlah proses Setiap pasang proses bisa men-share beberapa link Link bisa satu arah atau dua arah Operasi-operasi Indirect Comm. Proses memulai komunikasi dengan mencreate mailbox Komunikasi berlangsung dengan pemanggilan perintah send & receive message melalui mailbox tersebut Saat proses hendak exit maka proses mendestroy mailbox 25

26 Masalah pada Mailbox Sharing Mailbox sharing P 2 P 1, P 2, and P 3 share mailbox A. P 1 A P 1, sends; P 2 dan P 3 receive. P 3 Siapa yang mendapatkan message? Solusi Batasi link diasosiasikan hanya untuk max 2 proses Hanya mengijinkan satu proses setiap saat yang meng-eksekusi operasi receive Sistem memilih siapa receiver-nya Sender menyebutkan siapa receiver-nya Sinkronisasi Message passing dapat dibedakan menjadi : blocking non-blocking Blocking adalah synchronous Non-blocking adalah asynchronous Primitif send and receive dapat blocking or non-blocking. 26

27 Buffering untuk Link 3 kemungkinan cara implementasi Zero capacity tidak ada buffer Sender harus menunggu sampai muncul receiver dan sebaliknya (sinkronisasi - rendezvous) Bounded capacity bisa berisi max n message Sender harus menunggu jika penuh Unbounded capacity tak terbatas Sender tidak pernah menunggu Komunikasi Client-Server Sockets Remote Procedure Calls Remote Method Invocation (Java) 27

28 Socket Socket didefinisikan sebagai suatu endpoint for communication. Sebuah programming interface ke OS yang memungkinkan proses untuk saling berkomunikasi ke proses lainya Eksekusi TCP/UDP berlangsung di level kernel, socket bertindak sebagai jembatan ke user space. Merupakan gabungan IP address dan port Socket :1625 menunjukkan bahwa port 1625 pada host Komunikasi terdiri dari pasangan socket. Komunikasi antar Socket Contoh standard port : TELNET menggunakan port 23 FTP menggunakan port 21 HTTP server menggunakan port 80 28

29 Ilustrasi Socket Komunikasi Socket 29

30 Detail Komunikasi Socket Sockets in Unix Server membuat socket menggunakan bind(), sehingga dapat dimanfaatkan oleh clients 30

31 Server for time of day (in Java) Public class Server { public static void main (String[], args) throws IOException { Socket client = null; // connection-oriented socket PrintWriter pout = null; ServerSocket sock = null; New socket to connect to client To send data simply using println try { sock = new ServerSocket (5155); // now listen for connections while (true) { client = sock.accept (); // we have a connection pout = new PrintWriter (client.getoutputstream(), true); // write the Date to the socket pout.println( new Java.util.Date().toString()); pout.close(); client.close();.. Client for time of day Public class Client { public static void main (String[], args) throws IOException { InputStream in = null; BufferedReader bin = null; Socket sock = null; try { // make connection to socket sock = new Socket ( , 5155); in = sock.getinputstream (); bin = new BufferedReader (new InputStreamReader (in)); String line; while ( (line = bin.readline ())!= null) System.out.println (line); }... 31

32 Remote Procedure Calls (RPC) (1) Remote Procedure Call (RPC) membuat abstraksi pemanggilan prosedur antara proses dalam sistem jaringan (network) Stubs client-side proxy untuk procedure aktual pada server Client-side stub mengalokasikan server dan mengirimkan marshalls parameter Server-side stub menerima message, membuka parameter marshall, dan menjalankan procedure pada server Mekanisme RPC 32

33 Remote Procedure Calls (RPC) (2) Dalam sistem single-processor : message send = pemanggilan fungsi reply = function return sender mengaktifkan receiver dengan message sebagai argument, dan sender wait untuk mendapatkan reply dari function return Skema RPC ini dilakukan juga pada prosesproses yang running di komputer berlainan Mekanisme IPC Sebelum mekanisme IPC digunakan, data harus di-packaging ke dalam format transimisi. Langkah ini dinamakan marshalling Proxy bertanggung jawab untuk marshalling data, kemudian mengirimkan data dan meminta instans dari komponen (remote) Stub menerima request, unmarshall data, dan memanggil method yang diminta. Kemudian proses mengembalikan nilai yang diinginkan Contoh : COM (Component Object Model) - Microsoft, CORBA (Common Object Request Broker Architecture - OMG) 33

34 Contoh RPC Server hosts subroutines which can be called from a client machine Kelebihan RPC Relatif mudah digunakan : Pemanggilan remote procedure tidak jauh berbeda dibandingkan pemanggilan local procedure. Sehingga pemrogram dpt berkonsentrasi pd software logic, tidak perlu memikirkan low level details seperti socket, marshalling & unmarshalling. Relatively portable : S/W developed using RPC is easier to be ported compared to sockets. Robust : Sejak th 1980-an RPC telah banyak digunakan dalam pengembangan mission-critical application yg memerlukan scalability, fault tolerance, & reliability. 34

35 Kekurangan RPC Tidak fleksibel terhadap perubahan : Static relationship between client & server at runtime. Berdasarkan prosedural /structured programming yang sudah ketinggalan jaman dibandingkan OOP. Remote Method Invocation (RMI) Remote Method Invocation (RMI) adalah mekanisme Java yang sama dengan RPC RMI memungkinkan program Java pada satu komputer untuk memanggil suatu method pada remote object 35

36 Marshalling Parameters - Local objects passed by copy (object serialization) - Remote objects passed by reference 36