Sinkronisasi dan Deadlock

Sinkronisasi

·         Definisi

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

·         Tujuan

Tujuan dari sinkronisasi itu sendiri ialah untuk menghindari terjadinya inkonsitensi data karena pengaksesan oleh beberapa proses yang berbeda serta untuk mengatur urutan jalannya proses-proses sehingga dapat berjalan dengan baik dan sesuai apa yang di harapkan.

·         Masalah Dalam Sinkronisasi Beserta Solusinya

a. 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.

b. 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.

Deadlock

Sebenarnya mutual Exclusion sendiri merupakan salahsatu bagian dari pembahasan Deadlock, tepatnya Mutual Exclusion adalah salah satu dari empat kriteria penyebab terjadinya Deadlock. Selain Mutual Exclusion ada juga Hold and Wait, No Preemption, dan Circular Wait dan suatu kondisi di katakan Deadlock adalah apabila ke-empat karakteristik itu terpenuhi. Langsung saja ke pembahasan awal mengenai Deadlock.

Definisi

Deadlock adalah keadaan dimana dua program memegang kontrol terhadap sumber daya yang dibutuhkan oleh program yang lain. Tidak ada yang dapat melanjutkan proses masing-masing sampai program yang lain memberikan sumber dayanya, tetapi tidak ada yang mengalah.
Deadlock yang mungkin dapat terjadi pada suatu proses disebabkan proses itu menunggu suatu kejadian tertentu yang tidak akan pernah terjadi. Dua atau lebih proses dikatakan berada dalam kondisi deadlock, bila setiap proses yang ada menunggu suatu kejadian yang hanya dapat dilakukan oleh proses lain dalam himpunan tersebut.

Karakteristik Deadlock

Karakteristik-karakteristik ini harus dipenuhi keempatnya untuk terjadi deadlock. Namun, perlu diperhatikan bahwa hubungan kausatif antara empat karakteristik ini dengan terjadinya deadlock adalah implikasi. Deadlock mungkin terjadi apabila keempat karakteristik terpenuhi. Empat kondisi tersebut adalah:

a)      Mutual exclusion
Kondisi yang pertama adalah mutual exclusion yaitu proses memiliki hak milik pribadi terhadap sumber daya yang sedang digunakannya. Jadi, hanya ada satu proses yang menggunakan suatu sumber daya. Proses lain yang juga ingin menggunakannya harus menunggu hingga sumber daya tersebut dilepaskan oleh proses yang telah selesai menggunakannya. Suatu proses hanya dapat menggunakan secara langsung sumber daya yang tersedia secara bebas.

b)      Hold and wait
Kondisi yang kedua adalah hold and wait yaitu beberapa proses saling menunggu sambil menahan sumber daya yang dimilikinya. Suatu proses yang memiliki minimal satu buah sumber daya melakukan request lagi terhadap sumber daya. Akan tetapi, sumber daya yang dimintanya sedang dimiliki oleh proses yang lain. Pada saat yang sama, kemungkinan adanya proses lain yang juga mengalami hal serupa dengan proses pertama cukup besar terjadi. Akibatnya, proses-proses tersebut hanya bisa saling menunggu sampai sumber daya yang dimintanya dilepaskan. Sambil menunggu, sumber daya yang telah dimilikinya pun tidak akan dilepas. Semua proses itu pada akhirnya saling menunggu dan menahan sumber daya miliknya.

c)      No preemption
Kondisi yang selanjutnya adalah no preemption yaitu sebuah sumber daya hanya dapat dilepaskan oleh proses yang memilikinya secara sukarela setelah ia selesai menggunakannya. Proses yang menginginkan sumber daya tersebut harus menunggu sampai sumber daya tersedia, tanpa bisa merebutnya dari proses yang memilikinya.

d)      Circular wait
Kondisi yang terakhir adalah circular wait yaitu kondisi membentuk siklus yang berisi proses-proses yang saling membutuhkan. Proses pertama membutuhkan sumber daya yang dimiliki proses kedua, proses kedua membutuhkan sumber daya milik proses ketiga, dan seterusnya sampai proses ke n-1 yang membutuhkan sumber daya milik proses ke n. Terakhir, proses ke n membutuhkan sumber daya milik proses yang pertama. Yang terjadi adalah proses-proses tersebut akan selamanya menunggu.

Penanganan Deadlock
4 cara untuk menangani keadaan deadlock, yaitu:

a)      Pengabaian
Maksud dari pengabaian di sini adalah sistem mengabaikan terjadinya deadlock dan pura-pura tidak tahu kalau deadlock terjadi. Dalam penanganan dengan cara ini dikenal istilah ostrich algorithm. Pelaksanaan algoritma ini adalah sistem tidak mendeteksi adanya deadlock dan secara otomatis mematikan proses atau program yang mengalami deadlock. Kebanyakan sistem operasi yang ada mengadaptasi cara ini untuk menangani keadaan deadlock. Cara penanganan dengan mengabaikan deadlock banyak dipilih karena kasus deadlock tersebut jarang terjadi dan relatif rumit dan kompleks untuk diselesaikan. Sehingga biasanya hanya diabaikan oleh sistem untuk kemudian diselesaikan masalahnya oleh user dengan cara melakukan terminasi dengan Ctrl+Alt+Del atau melakukan restart terhadap komputer.

b)      Pencegahan
Penanganan ini dengan cara mencegah terjadinya salah satu karakteristik deadlock. Penanganan ini dilaksanakan pada saat deadlock belum terjadi pada sistem. Intinya memastikan agar sistem tidak akan pernah berada pada kondisi deadlock. Akan dibahas secara lebih mendalam pada bagian selanjutnya.

c)      Penghindaran
Menghindari keadaan deadlock. Bagian yang perlu diperhatikan oleh pembaca adalah bahwa antara pencegahan dan penghindaran adalah dua hal yang berbeda. Pencegahan lebih kepada mencegah salah satu dari empat karakteristik deadlock terjadi, sehingga deadlock pun tidak terjadi. Sedangkan penghindaran adalah memprediksi apakah tindakan yang diambil sistem, dalam kaitannya dengan permintaan proses akan sumber daya, dapat mengakibatkan terjadi deadlock. Akan dibahas secara lebih mendalam pada bagian selanjutnya.

d)      Pendeteksian dan Pemulihan
Pada sistem yang sedang berada pada kondisi deadlock, tindakan yang harus diambil adalah tindakan yang bersifat represif. Tindakan tersebut adalah dengan mendeteksi adanya deadlock, kemudian memulihkan kembali sistem. Proses pendeteksian akan menghasilkan informasi apakah sistem sedang deadlock atau tidak serta proses mana yang mengalami deadlock. Akan dibahas secara lebih mendalam pada bagian selanjutnya.

Pencegahan Deadlock
Pencegahan deadlock dapat dilakukan dengan cara mencegah salah satu dari empat karakteristik terjadinya deadlock. Berikut ini akan dibahas satu per satu cara pencegahan terhadap empat karakteristik tersebut.

a)      Mutual Exclusion
Kondisi mutual exclusion pada sumber daya adalah sesuatu yang wajar terjadi, yaitu pada sumber daya yang tidak dapat dibagi (non-sharable). Sedangkan pada sumber daya yang bisa dibagi tidak ada istilah mutual exclusive. Jadi, pencegahan kondisi yang pertama ini sulit karena memang sifat dasar dari sumber daya yang tidak dapat dibagi.

b)      Hold and Wait
Untuk kondisi yang kedua, sistem perlu memastikan bahwa setiap kali proses meminta sumber daya, ia tidak sedang memiliki sumber daya lain. Atau bisa dengan proses meminta dan mendapatkan sumber daya yang dimilikinya sebelum melakukan eksekusi, sehingga tidak perlu menunggu.

c)      No Preemption
Pencegahan kondisi ini dengan cara membolehkan terjadinya preemption. Maksudnya bila ada proses yang sedang memiliki sumber daya dan ingin mendapatkan sumber daya tambahan, namun tidak bisa langsung dialokasikan, maka akan preempted. Sumber daya yang dimiliki proses tadi akan diberikan pada proses lain yang membutuhkan dan sedang menunggu. Proses akan mengulang kembali eksekusinya setelah mendapatkan semua sumber daya yang dibutuhkannya, termasuk sumber daya yang dimintanya terakhir.

d)      Circular Wait
Kondisi ‘lingkaran’ ini dapat ‘diputus’ dengan jalan menentukan total kebutuhan terhadap semua tipe sumber daya yang ada. Selain itu, digunakan pula mekanisme enumerasi terhadap tipe-tipe sumber daya yang ada. Setiap proses yang akan meminta sumber daya harus meminta sumber daya dengan urutan yang menaik. Misalkan sumber daya printer memiliki nomor 1 sedangkan CD-ROM memiliki nomor 3. Proses boleh melakukan permintaan terhadap printer dan kemudian CD-ROM, namun tidak boleh sebaliknya.