Proses & Thread Dalam Sistem Operasi
Proses merupakan program sedang dieksekusi. Menurut Silberschatz proses tidak hanya sekedar suatu kode program (text section), melainkan meliputi beberapa aktivitas yang bersangkutan seperti program counter dan stack. Sebuah proses juga melibatkan stack yang berisi data sementara (parameter fungsi/metode, return address, dan variabel lokal) dan data section yang menyimpan variabel-variabel global. Tanenbaum juga berpendapat bahwa proses adalah sebuah program yang dieksekusi yang mencakup program counter, register, dan variabel di dalamnya [MDGR2006]. Perbedaan antara program dengan proses adalah program merupakan entitas yang pasif, yaitu suatu file yang berisi kumpulan instruksi-instruksi yang disimpan di dalam disk (file executable), sedangkan proses merupakan entitas yang aktif, dengan sebuah program counter yang menyimpan alamat instruksi selanjut yang akan dieksekusi dan seperangkat sumber daya (resource) yang dibutuhkan agar sebuah proses dapat dieksekusi.
Status Proses
Proses yang dieksekusi mempunyai lima status yang terdiri dari:
a. new: Pembentukan suatu proses
b. running: Instruksi-instruksi yang sedang dieksekusi
c. waiting: Proses menunggu untuk beberapa event yang terjadi
d. ready: Proses menunggu untuk dialirkan ke pemroses (processor)
e. terminated: Proses telah selesai dieksekusi.
Process Control Block (PCB)
Setiap proses digambarkan dalam sistem operasi oleh sebuah process control block (PCB), juga disebut sebuah control block. PCB berisikan banyak bagian dari informasi yang berhubungan dengan sebuah proses yang spesifik, termasuk hal-hal di bawah ini:
• Status proses: status yang mungkin adalah new, ready, running, waiting, halted, dan seterusnya.
• Program counter: suatu penghitung yang mengindikasikan alamat dari instruksi selanjutnya yang akan dieksekusi untuk proses tersebut.
• CPU register: Register bervariasi dalam jumlah dan tipenya, tergantung pada arsitektur komputer. Register tersebut termasuk accumulator, index register, stack pointer,general-purposes register, ditambah informasi condition-code. Bersama dengan program counter, keadaan/status informasi harus disimpan ketika gangguan terjadi, untuk memungkinkan proses tersebut berjalan/bekerja dengan benar.
• Informasi manajemen memori: Informasi ini dapat termasuk suatu informasi sebagai nilai dari dasar dan batas register, tabel page/halaman, atau tabel segmen tergantung pada sistem memori yang digunakan oleh sistem operasi.
• Informasi pencatatan: Informasi ini termasuk jumlah dari CPU dan waktu nyata yang digunakan, batas waktu, jumlah account, jumlah job atau proses, dan banyak lagi.
• Informasi status I/O: Informasi termasuk daftar dari perangkat I/O yang di gunakan pada proses ini, suatu daftar berkas-berkas yang sedang diakses dan banyak lagi.
PCB hanya berfungsi sebagai tempat penyimpanan informasi yang dapat bervariasi dari proses yang satu dengan yang lain.
Thread
Program yang dieksekusi :
1.Proses berat (heavyweight) => proses tradisional
2.Proses ringan (lightweight) => THREAD
Thread terdiri dari ID thread, program counter,himpunan register dan stack. Thread dapat melakukan lebih dari satu
pekerjaan pada waktu yang sama (multithreading). Thread bekerja sama dengan thread lain dalam penggunaan bagian kode, bagian data, dan resource. Dengan penggunaan thread CPU dapat secara ekstensif di antara peer thread tanpa menggunakan manajemen memori.
Keuntungan penggunaan thread :
1.Tanggap
2.Pemberdayaan resorce
3.Ekonomis
4.Pemberdayaan arsitektur multiprocessor
Single thread dan multi thread
1.Single thread >> process hanya mengeksekusi satu thread saja pada satu waktu
2.Multi thread >> process dapat mengeksekusi sejumlah thread dalam satu waktu.
Model Multithread
Sebelumnya, perlu diketahui apa itu user thread dan kernel thread.
User thread >> pengelolaan thread dilakukan oleh user level (pengguna)
Kernel thread >> pengelolaan thread dilakukan oleh kernel komputer User tidak dapat menginterupsi.
Model-model multithreading :
1. Many to one.
- Beberapa thread user-lever dipetakan ke dalam single kernel thread
- Penggunaannya pada sistem tidak memerlukan dukungan kernel thread
2. One to one
- Setiap user-level thread dipetakan ke kernel thread.
- Contoh : Windows 95/98/NT/2000
3. Many to many
- Membolehkan setiap user-level thread dipetakan ke banyak kernel thread
- Membolehkan sistem operasi membuat sejumlah kernel thread
- Contoh : Windows NT/2000 dengan paket ThreadFiber 10, Solaris 2
Persoalan dalam Thread
System Calls fork() dan exec()
Terdapat dua kemungkinan dalam sistem UNIX jika fork dipanggil oleh salah satu thread dalam proses:
a. Semua thread diduplikasi.
b. Hanya thread yang memanggil fork.
Jika suatu thread memanggil System Call exec maka program yang dispesifikasi dalam parameter exec, akan mengganti keseluruhan proses termasuk thread. Penggunaan dua versi dari fork di atas tergantung dari aplikasi. Kalau exec dipanggil seketika sesudah fork, maka duplikasi seluruh thread tidak dibutuhkan, karena program yang dispesifikasi dalam parameter exec akan mengganti seluruh proses. Pada kasus ini cukup hanya mengganti thread yang memanggil fork. Tetapi jika proses yang terpisah tidak memanggil exec sesudah fork maka proses yang terpisah tersebut hendaknya menduplikasi seluruh thread.
Pembatalan Thread
Pembatalan thread merupakan penghentian tugas sebelum prosesnya selesai, sebagai contoh dalam web page, pemanggilan suatu gambar menggunakan beberapa thread. Jika penggambaran belum sempurna sedangkan user menekan tombol stop, maka seluruh penggambaran oleh tiap-tiap thread tersebut akan dibatalkan secara kesuluruhan. Pembatalan suatu thread dapat terjadi dalam dua skenario yang berbeda, yaitu:
a. Asynchronous cancellation: suatu thread seketika itu juga memberhentikan target thread.
b. Deferred cancellation: target thread secara perodik memeriksa apakah dia harus berhenti, cara ini memperbolehkan target thread untuk memberhentikan dirinya sendiri secara berurutan. Kejaidan yang sulit dari pembatalan suatu thread adalah ketika terjadi situasi dimana sumber daya sudah dialokasikan untuk thread yang akan dibatalkan. Selain itu kesulitan lain adalah ketika thread yang dibatalkan sedang meng-update data yang ia bagi dengan thread lain. Hal ini akan menjadi masalah yang sulit apabila menggunakanasynchronous cancellation. Sistem operasi akan mengambil kembali sumber daya dari thread yang dibatalkan namun seringkali sistem operasi tidak mengambil kembali seluruh sumber daya dari thread tersebut. Alternatifnya adalah dengan menggunakan deffered cancellation. Cara kerja dari deffered cancellation adalah dengan menggunakan satu thread yang berfungsi sebagai pengindikasi bahwa target thread akan dibatalkan. Tetapi pembatalan hanya akan terjadi jika target thread telah memeriksa apakah ia harus batal atau tidak. Hal ini memperbolehkan thread untuk memeriksa apakah ia harus berhenti pada titik tersebut secara aman.
Penanganan Sinyal
Sinyal yang digunakan pada sistem UNIX untuk memberitahukan sebuah proses kalau suatu peristiwa telah terjadi. Sebuah sinyal dapat diterima secara synchronous atauasynchronous tergantung dari sumber dan alasan suatu event memberikan sinyal. Semua sinyal (asynchronous dan synchronous) mengikuti pola yang sama, yaitu:
a. Sebuah sinyal dimunculkan oleh kejadian dari suatu event.
b. Sinyal yang dimunculkan tersebut dikirim ke proses.
c. Sesudah dikirim, sinyal tersebut harus ditangani.
Contoh dari sinyal synchronous adalah ketika suatu proses melakukan pengaksesan memori secara ilegal atau pembagian dengan nol, sinyal dimunculkan dan dikirim ke proses yang melakukan operasi tersebut. Contoh dari sinyal asynchronous misalnya kita mengirimkan sinyal untuk mematikan proses dengan keyboard (CTRL+C) maka sinyal asynchronous dikirim ke proses tersebut. Setiap sinyal dapat ditangani oleh salah satu dari dua penanganan sinyal, yaitu:
1. Penanganan sinyal default.
2. Penanganan sinyal yang didefinisikan sendiri oleh user.
Penanganan sinyal pada program yang hanya memakai thread tunggal cukup mudah yaitu hanya dengan mengirimkan sinyal ke prosesnya. Tetapi mengirimkan sinyal lebih rumit pada program multithreading, karena sebuah proses dapat memiliki beberapa thread. Secara umum ada empat pilihan kemana sinyal harus dikirim, yaitu:
1. Mengirimkan sinyal ke thread yang dituju oleh sinyal tersebut.
2. Mengirimkan sinyal ke setiap thread pada proses tersebut.
3. Mengirimkan sinyal ke thread tertentu dalam proses.
4. Menugaskan thread khusus untuk menerima semua sinyal yang ditujukan pada proses.
Metode untuk mengirimkan sebuah sinyal tergantung dari jenis sinyal yang dimunculkan. Sebagai contoh sinyal synchronous perlu dikirimkan ke thread yang memunculkan sinyal tersebut bukan thread lain pada proses itu. Tetapi situasi dengan sinyal asynchronous menjadi tidak jelas. Beberapa sinyal asynchronous seperti sinyal yang berfungsi untuk mematikan proses (contoh: Alt-F4) harus dikirim ke semua thread. Beberapa versi UNIX yang multithreading mengizinkan thread menerima sinyal yang akan ia terima dan menolak sinyal yang akan ia tolak. Karena itu sinyal asynchronouns hanya dikirimkan ke thread yang tidak memblok sinyal tersebut. Solaris 2 mengimplementasikan pilihan ke-4 untuk menangani sinyal. Windows 2000 tidak menyediakan fasilitas untuk mendukung sinyal, sebagai gantinya Windows 2000 menggunakan asynchronous procedure calls (APCs).
Thread Pools
Dalam situasi web server multithreading ada dua masalah yang timbul, diantaranya adalah:
a. Ukuran waktu yang diperlukan untuk menciptakan thread dalam melayani permintaan yang diajukan akan berlebih. Pada kenyataannya thread dibuang ketika sudah menyelesaikan tugasnya.
b. Pembuatan thread yang tidak terbatas jumlahnya dapat menurunkan performa dari sistem. Solusinya adalah dengan penggunaan Thread Pools, cara kerjanya adalah dengan membuat beberapa thread pada proses startup dan menempatkan mereka ke pools, dimana thread tersebut menunggu untuk bekerja. Jadi ketika server menerima permintaan maka akan membangunkan thread dari pool dan jika thread tersebut tersedia, permintaan akan dilayani. Ketika thread sudah selesai mengerjakan tugasnya maka thread tersebut kembali ke pool dan
menunggu pekerjaan lainnya. Bila tidak thread yang tersedia pada saat dibutuhkan, maka server menunggu sampai ada satu thread yang bebas.
Keuntungan menggunakan thread pool adalah:
• Umumnya lebih cepat dalam melayani permintaan thread yang sudah ada dibandingkan dengan menunggu thread baru yang sedang dibuat.
• Thread pool membatasi jumlah thread yang ada pada suatu waktu. Hal ini penting pada sistem yang tidak dapat mendukung banyak thread yang berjalan secara bersamaan.
Jumlah thread dalam pool dapat tergantung dari jumlah CPU dalam sistem, jumlah memori fisik, dan jumlah permintaan klien yang bersamaan. Thread yang dimiliki oleh suatu proses memang berbagi data tetapi setiap thread mungkin membutuhkan duplikat dari data tertentu untuk dirinya sendiri dalam keadaan tertentu. Data ini disebut thread-specific data.
