Bab 26. Readers/Writers

Transkripsi

1 Bab 26. Readers/Writers Achmad Hariyadi Indra Firmancahya Komentar Umum: Secara umum bab ini sudah menjelaskan tentang readers/writers bahwa semafor tetap akan digunakan dalam program readers/writers. Bab ini terdiri dari 5 bab, yaitu Pendahuluan, Penggunaan, Semafor, Program, Penjelasan Program, dan Rangkuman. Bab ini juga membahas tentang penggunaan semafor sebagai penentu thread mana yang akan menulis dan thread mana yang akan membaca. Hal tersebut dimaksudkan untuk sinkronisasi antara thread yang satu dengan thread yang lain yang sedang berjalan bersamaan. Hubungannya dengan bab sebelumnya: Bab sebelumnya, bab 25, menggunakan semafor untuk sinkronisasi konsumen produsen. Sedangkan bab 26 ini menggunakan semafor untuk sinkronisasi readers/writers. Hubungannya adalah kedua bab sama-sama menggunakan semafor. Hubungannya dengan bab selanjutnya: Bab 26 ini berhubungan dengan bab 27 pada bagian semafor. Bab 26 menggunakan semafor untuk melakukan sinkronisasi dengan readers/writers. Sedangkan bab 27 menggunakan semafor untuk sinkronisasi pemain yang melakukan hompimpah. Komentar kelengkapan per bagian: 26.1 Pendahuluan Subbab ini sudah cukup jelas sebagai pengantar bahwa bab 26 akan membahas masalah yang timbul pada readers/writers. Pada bagian ini juga disertakan pengertian tentang apa itu reader/writer serta kondisi yang harus dipenuhi oleh reader/writer agar tidak terjadi korupsi data Penggunaan Semafor Subbab ini sudah cukup jelas bahwa semafor hanya dapat diakses dengan dua method, yaitu: 1. P(porheben) (atau wait(), tunggu(), dan lain-lain).berfungsi sebagai increment method. 2. V(vendorhen) (atau signal(), sinyal(), dan lain-lain).berfungsi sebagai decrement method. Pada masing-masing method tersebut telah dilengkapi dengan implementasi dalam kode bahasa Java Program Subbab ini sudah cukup menjelaskan contoh program readers/writers yang menggunakan semafor. Namun pada baris 158 yang berada pada Class Database terdapat dua kali tanda

2 semicolon, walaupun tidak mempengaruhi jalannya program tersebut, sebaiknya satu semicolon saja karena sudah cukup memenuhi sebagai penanda statement. Selain itu, di bagian diberikan contoh output program. Sebaiknya subbab bagian contoh keluaran dicetak tebal dan diberi baris baru di bawahnya untuk menjelaskannya Penjelasan Program Subbab ini sudah cukup menjelaskan statement-statement pada masing-masing class yang ada dalam program readers/writers tersebut Rangkuman Subbab ini sudah merangkum makna dan inti dari bab 26 ini bahwa jika ada suatu thread yang melakukan write, maka thread yang lain tidak dapat melakukan write maupun read. Namun, jika ada suatu thread yang melakukan read, maka thread yang lain pun juga bisa melakukan read. Usulan Kelengkapan: Bab ini sudah cukup lengkap tentang materi readers/writers. Dan juga bab ini sudah cukup jelas membahas tentang semafor. Usulan kelengkapan untuk tata bahasa sebaiknya mesti diperhatikan lagi seperti kurangnya konjungsi dan untuk kalimat asing dicetak miring.

3 Bab 26. Readers/Writers 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. 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(); }

4 Program 001 /* */ 002 /*class ReaderWriterServer */ 003 /* */ public class ReaderWriterServer 006 { 007 public static void main(string args[]) 008 { 009 Database server = new Database(); 010 Reader[] readerarray = new Reader[NUM_OF_READERS]; 011 Writer[] writerarray = new Writer[NUM_OF_WRITERS]; 012 for (int i = 0; i < NUM_OF_READERS; i++) 013 { 014 readerarray[i] = new Reader(i, server); 015 readerarray[i].start(); 016 } 017 for (int i = 0; i < NUM_OF_WRITERS; i++) 018 { 019 writerarray[i] = new Writer(i, server); 020 writerarray[i].start(); 021 } 022 } 023 private static final int NUM_OF_READERS = 3; 024 private static final int NUM_OF_WRITERS = 2; 025 } /* */ 028 /*class Reader */ 029 /* */ class Reader extends Thread 032 { 033 public Reader(int r, Database db) 034 { 035 readernum = r; 036 server = db; 037 } 038 public void run() 039 { 040 int c; 041 while (true) 042 { 043 Database.napping(); 044 System.out.println("reader " + readernum " wants to read."); 046 c = server.startread(); 047 System.out.println("reader " + readernum " is reading. Reader Count = " + c); 049 Database.napping(); 050 System.out.print("reader " + readernum " is done reading. "); 052 c = server.endread(); 053 } 054 } 055 private Database server; 056 private int readernum; 057 } /* */

5 060 /*class Writer */ 061 /* */ class Writer extends Thread 064 { 065 public Writer(int w, Database db) 066 { 067 writernum = w; 068 server = db; 069 } 070 public void run() 071 { 072 while (true) 073 { 074 System.out.println("writer " + writernum " is sleeping."); 076 Database.napping(); 077 System.out.println("writer " + writernum " wants to write."); 079 server.startwrite(); 080 System.out.println("writer " + writernum " is writing."); 082 Database.napping(); 083 System.out.println("writer " + writernum " is done writing."); 085 server.endwrite(); 086 } 087 } 088 private Database server; 089 private int writernum; 090 } /* */ 093 /*class Semaphore */ 094 /* */ final class Semaphore 097 { 098 public Semaphore() 099 { 100 value = 0; 101 } 102 public Semaphore(int v) 103 { 104 value = v; 105 } 106 public synchronized void P() 107 { 108 while (value <= 0) 109 { 110 try { wait(); } 111 catch (InterruptedException e) { } 112 } 113 value--; 114 } 115 public synchronized void V() 116 { value; 118 notify(); 119 } 120 private int value;

6 121 } /* */ 124 /*class Database */ 125 /* */ class Database 128 { 129 public Database() 130 { 131 readercount = 0; 132 mutex = new Semaphore(1); 133 db = new Semaphore(1); 134 } 135 public static void napping() 136 { 137 int sleeptime = (int) (NAP_TIME * Math.random() ); 138 try { Thread.sleep(sleepTime*1000); } 139 catch(interruptedexception e) {} 140 } 141 public int startread() 142 { 143 mutex.p(); readercount; 145 if (readercount == 1) 146 { 147 db.p(); 148 } 149 mutex.v(); 150 return readercount; 151 } 152 public int endread() 153 { 154 mutex.p(); readercount; 156 if (readercount == 0) 157 { 158 db.v(); 159 } 160 mutex.v(); 161 System.out.println("Reader count = " + readercount); 162 return readercount; 163 } 164 public void startwrite() 165 { 166 db.p(); 167 } 168 public void endwrite() 169 { 170 db.v(); 171 } 172 private int readercount; 173 Semaphore mutex; 174 Semaphore db; 175 private static final int NAP_TIME = 15; }

7 Contoh keluaran. Contoh keluaran tidak mutlak seperti ini, bisa bervariasi, penyebab dari hal ini akan dijelaskan pada bagian Penjelasan Program. writer 1 is sleeping. writer 0 is sleeping. writer 0 wants to write. writer 0 is writing. reader 2 wants to read. writer 0 is done writing. reader 2 is reading. Reader Count = 1 writer 0 is sleeping. reader 2 is done reading. Reader count = 0 reader 0 wants to read. reader 0 is reading. Reader Count = 1 reader 1 wants to read. reader 1 is reading. Reader Count = 2 reader 1 is done reading. Reader count = 1 reader 0 is done reading. Reader count = 0 reader 2 wants to read. reader 2 is reading. Reader Count = 1 writer 0 wants to write. writer 1 wants to write. reader 1 wants to read. reader 1 is reading. Reader Count = 2 reader 2 is done reading. Reader count = 1 reader 1 is done reading. Reader count = 0 writer 0 is writing. writer 0 is done writing. writer 0 is sleeping. writer 1 is writing. writer 1 is done writing. writer 1 is sleeping. reader 0 wants to read. reader 0 is reading. Reader Count = 1 reader 1 wants to read. reader 1 is reading. Reader Count = 2 writer 0 wants to write. reader 2 wants to read. reader 2 is reading. Reader Count = 3 reader 2 is done reading. Reader count = 2 reader 0 is done reading. Reader count = 1 writer 1 wants to write. reader 1 is done reading.reader count = 0 writer 0 is writing. reader 2 wants to read. reader 0 wants to read. reader 1 wants to read. writer 0 is done writing. writer 0 is sleeping. writer 1 is writing. writer 1 is done writing. writer 1 is sleeping. reader 2 is reading. Reader Count = 1 reader 0 is reading. Reader Count = 2 reader 1 is reading. Reader Count = 3 reader 2 is done reading. Reader count = 2 writer 0 wants to write. reader 0 is done reading. Reader count = 1

8 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 ). 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() 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 ). 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

9 (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. 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 Operating Systems Concepts. Seventh Edition. John Wiley & Sons. [WEBWiki2007] From Wikipedia, the free encyclopedia Readers-writers_problem Diakses 21 Maret 2007.