Masalah Masalah Dalam Sinkronasi 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:
Entry Section: kode yang digunakan untuk masuk ke dalam critical section
Critical Section: Kode di mana hanya ada satu proses yang dapat dieksekusi pada satu waktu
Exit Section: akhir dari critical section, mengizinkan proses lain
Remainder Section: kode istirahat setelah masuk ke critical section.
3. Solusi ke Masalah Critical-Section
Ada bebrapa Solusi untuk mengatasi masalah Critical Section, yaitu:
Jika proses pi sedang mengeksekusi critical section-nya maka tidak ada proses lain yang dapat mengeksekusi dalam critical section mereka.
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.
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 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 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.
