KONGKURENSI DAN MUTUAL EXCLUSION

1.    Pengertian kongkurensi

Perkembangan sistem komputer mendatang adalah menuju ke sistem multiprocessing,

multiprogramming, terdistribusi dan paralel yang mengharuskan adanya proses-proses yang berjalan bersama dalam waktu yang bersamaan. Hal demikian merupakan masalah yang perlu perhatian dari perancang sistem operasi. Kondisi dimana pada saat yang bersamaan terdapat lebih dari satu proses disebut dengan kongkurensi (proses-proses yang kongkuren).

Proses-proses yang mengalami kongkuren dapat berdiri sendiri (independen) atau dapat saling berinteraksi, sehingga membutuhkan sinkronisasi atau koordinasi proses yang baik. Untuk penanganan kongkuren, bahasa pemograman saat ini telah memiliki mekanisme kongkurensi dimana dalam penerapannya perlu dukungan sistem operasi dimana bahasa berada.

2.    Prinsip-prinsip kongkurensi

Kongkurensi merupakan kegiatan yang berhubungan dengan :

a. Alokasi waktu pemroses untuk proses-proses yang aktif.

b. Pemakaian bersama dan persaingan untuk mendapatkan sumber daya.

c. Komunikasi antar proses.

d. Sinkronisasi aktivitas banyak proses

Masalah kongkurensi dapat terjadi pada :

a. Banyak aplikasi.

Multiprogramming memungkinkan banyak proses sekaligus dijalankan. Proses-proses dapat berasal dari aplikasi-aplikasi berbeda. Pada sistem sistem multiprogramming bisa terdapat banyak aplikasi sekaligus yang dijalankan di sistem komputer.

b. Strukturisasi sebuah aplikasi yang terdiri dari kumpulan proses.

Perluasan prinsip perancangan modular dan pemograman terstruktur adalah suatu aplikasi dapat secara efektif diimplementasikan sebagai kumpulan proses. Dengan sekumpulan proses, maka tiap proses menyediakan satu layanan spesifik tertentu.

c. Strukturisasi sebuah proses.

Saat ini untuk peningkatan kinerja maka satu proses dapat memiliki banyak thread yang independen. Thread-thread tersebut harus dapat bekerjasama untuk mencapai tujuan proses. Strukturisasi satu aplikasi dapat dilakukan dengan banyak proses atau banyak thread. Sistem operasi modern telah mendukung banyak thread yang berkinerja lebih bagus dibanding proses dalam kondisi/lingkungan yang lebih terkendali.

Contoh :  Suatu word processor antara lain mempunyai kemampuan :

-          Menerima masukan dari keyboard

-          Menerima masukan dari mouse atau perangkat penunjuk yang lain (asinkron)

-           Pemisahan kata-kata

-           Memformat baris menjadi rata kanan, kiri atau kanan-kiri.

Aplikasi ini dapat diterapkan dengan banyak proses atau thread yang masingmasing mempunyai tugas tertentu. Dengan demikian, saat dilakukan penataan tampilan di layar, aplikasi sekaligus dapat menerima masukan dari mouse yang segera akan diteruskan ke aplikasi untuk mendapat perhatian.

d. Strukturisasi sistem operasi

Keunggulan strukturisasi dapat diterapkan ke pemrograman sistem. Beberapa sistem operasi aktual yang dipasarkan dan yang sedang dalam riset telah diimplementasikan sebagai kumpulan proses. Sistem operasi bermodelkan client/server.

3.    Kesulitan-kesulitan dalam kongkurensi

Kecepatan proses pada sistem dipengaruhi oleh :

a. Aktivitas-aktivitas proses-proses lain.

b. Cara sistem operasi menangani interupsi.

c. Kebijaksanaan penjadwalan yang dilakukan oleh sistem operasi

Beberapa kesulitan yang muncul :

a. Pemakaian bersama sumber daya global.

                Apabila terdapat dua proses yang menggunakan variabel global yang sama serta keduanya membaca dan menulis ke variabel itu,maka urutan terjadinya pembacaan dan penulisan terhadap variabel itu menjadi kritis.

b. Pengelolaan alokasi sumber daya agar optimal.

Apabila proses A meminta suatu kanal masukan/keluaran tertentu dan dipenuhi, kemudian terjadi proses A di suspend sebelum menggunakan kanal tersebut. Jika sistem operasi mengunci kanal (tidak memperbolehkan atau mencegah proses lain untuk menggunakannya), maka tindakan tersebut menghasilkan inefisiensi.

c. Pencarian kesalahan pemrograman.

Pencarian kesalahan pada pemograman kongkuren lebih sulit disbanding pencarian kesalahan pada program-program sekuen.

 Penanganan kongkurensi adalah dengan :

a. Mengetahui proses-proses yang aktif.

                Sistem operasi mengelola senarai proses di sistem operasi. Senarai ini berupa senarai PCB proses. Senarai berjumlah sesuai jumlah state yang diimplementasikan sistem operasi.

b. Mengatur alokasi dan dealokasi beragam sumber daya untuk tiap proses yang aktif.

Sumber daya yang harus dikelola antara lain :

-           Waktu pemroses

-          Memori

-          Berkas-berkas (file)

-          Peralatan masukan/keluaran

-          Dan sebagainya

c. Proteksi data dan sumber daya fisik proses.

                Proteksi data dan sumber daya fisik masing-masing proses dari gangguan (interfensi) proses-proses lain.

d. Hasil-hasil proses harus independen.

                Hasil-hasil proses harus independen terhadap kecepatan relatif proses-proses

lain dimana eksekusi dilakukan.

4.    Mutual Exclusion

Merupakan kondisi dimana terdapat sumber daya yang tidak dapat dipakai bersama pada waktu yang bersamaan (misalnya : printer, disk drive). Kondisi demikian disebut sumber daya kritis, dan bagian program yang menggunakan sumber daya kritis disebut critical region / section. Hanya satu program pada satu saat yang diijinkan masuk ke critical region. Pemogram tidak dapat bergantung pada system operasi untuk memahami dan memaksakan batasan ini, karena maksud program tidak dapat diketahu oleh sistem operasi. Hanya saja, sistem operasi menyediakan layanan (system call) yang bertujuan untuk mencegah proses lain masuk ke critical section yang sedang digunakan proses tertentu. Pemograman harus menspesifikasikan bagian-bagian critical section, sehingga sistem operasi akan menjaganya.

Pemaksaan atau pelanggaran mutual exclusion menimbulkan :

a. Deadlock

b. Startvation

5.    Interaksi antar proses

Pada sistem dengan banyak proses kongkuren, terdapat tiga kategori interaksi,

yaitu :

a. Proses-proses saling tidak peduli (independen)

Proses-proses ini tidak dimaksudkan untuk bekerja bersama untuk mencapai tujuan tertentu. Pada multiprogramming dengan proses-proses independen, dapat berupa batch atau sesi interaktif, atau campuan keduanya. Meski proses-proses tidak bekerja bersama, sistem operasi perlu mengatur persaingan diantara proses-proses itu dalam memperoleh sumber daya yang terbatas.

Contoh : Terdapat dua aplikasi yang berusaha mengakses printer yang sama, bila kedua aplikasi benar-benar mengakses printer yang sama secara bersamaan, maka kedua proses akan memperoleh hasil yang tak dikehendaki. Sistem operasi harus mengatur pengaksesan-pengaksesan sumber daya agar tidak menyebabkan hasil yang tidak dikehendaki.

b. Proses-proses saling mempedulikan secara tidak langsung

Dimana proses-proses tidak perlu saling mempedulikan identitas proses-proses lain tapi sama sama mengakses objek tertentu, seperti buffer masukan/keluaran. Proses-proses itu perlu bekerja sama (cooperation) dalam memakai bersama objek tertentu.

c. Proses-proses saling mempedulikan secara langsung.

Proses-proses dapat saling berkomunikasi dan dirancang bekerja sama untuk suatu aktivitas. Interaksi antara proses-proses dan masalah-masalah yang harus diatasi dapat

dilihat dalam tabel berikut :

Derajat Kepedulian	Hubungan	Akibat satu proses terhadap lainnya	Masalah pengendalian yang dilakukan
Proses tak peduli	Persaingan	·  Hasil satu proses Independen terhadap aksi proses lain. ·  Pewaktuan proses dapat berdampak pada proses lain	·  Mutual exclusion. ·  Deadlock ·  Starvation
Proses secara tidak langsung peduli terhadap proses lain, yaitu obyek yang dipakai bersama	Kerjasama dengan pemakaian bersamaan	·  Hasil-hasil proses dapat bergantung pada informasi yang diperoleh dari proses lain. ·  Pewaktuan proses dapat berdampak pada proses lain	·  Mutual exclusion. ·  Deadlock ·  Starvation ·  Koherensi data
Proses secara langsung peduli terhadap proses lain (tersedia primitif-primitif untuk proses tersebut)	· Kerjasama dengan komunikasi yang diperoleh dari proses lain. ·  Pewaktuan proses dapat berdampak pada proses lain	·  Hasil-hasil proses dapat bergantung pada informasi	·  Deadlock ·  Starvation

6.    Persaingan diantara proses-proses untuk sumber daya

                Proses-proses kongkuren berkompetisi ketika proses-proses bersaing menggunakan sumber daya yang sama. Dua proses atau lebih perlu mengakses sumber daya yang sama pada suatu saat. Masing-masing proses tidak peduli keberadaan proses-proses lain dan masing-masing proses tidak dipengaruhi proses-proses lain. Pada proses-proses berkompetisi ini, tidak ada pertukaran informasi antara prosesproses itu. Eksekusi satu proses dapat berpengaruh terhadap kelakuan prosesproses yang berkompetisi. Jika dua proses ingin mengakses satu sumber daya tunggal maka sistem operasi mengalokasikan untuk salah satu proses dan mengharuskan proses lain menunggu. Proses yang ditolak pengaksesan menjadi melambat. Kasus ekstrim yang dapat terjadi adalah proses di-blocked terus-menerus sehingga tak pernah mengakses sumber daya. Proses tak pernah dapat berakhir dengan suskses. Kondisi tidak pernah dapat kesempatan dialokasikan sumber daya disebut startvation. Sistem operasi harus menghindarkan terjadinya kondisi ini.

Persaingan proses-proses untuk memperoleh sumber daya menimbulkan tiga masalah :

1. Mutual exclusion

2. Deadlock

3. Startvation

                Pengendalian persaingan melibatkan sistem operasi, yang bertugas mengalokasikan sumber daya. Proses-proses itu sendiri harus menyatakan keperluan mutual exclusion (diprogram oleh pemrogram menggunakan system call yang disediakan sistem operasi) dan sistem operasi menangani agar tidak terlanggar kondisi mutual exclusion, serta tidak terjadi deadlock dan startvation.

7.    Kerjasama diantara proses-proses dengan pemakaian bersama

Dalam kasus kerjasama pemakaian sumber daya bersama meliputi proses-proses yang saling berinteraksi tanpa dinyatakan secara eksplisit.

Contoh : Banyak proses mengakses variabel atau berkas yang dipakai bersama.

Proses-proses dapat menggunakan dan memperbarui data yang dipakai bersama tanpa peduli proses-proses lain. Proses mengetahui bahwa proses-proses lain dapat juga mengakses data yang sama. Proses-proes harus bekerja sama untuk menjamin integritas data yang dipakai bersama tersebut. Kerjasama diantara proses-proses dalam pemakaian bersama mempunyai masalah antara lain :

-          Mutual exclusion

-          Deadlock

-           Startvation

Karena data disimpan pada suatu sumber daya (peralatan, memori), maka terdapat masalah pengendalian mutual exclusion, deadlock dan startvation.

Perbedaannya adalah item-item data dapat diakses dengan dua mode, yaitu :

1. Operasi pembacaan dan penulisan harus mutually exclusive (yaitu benar-benar hanya satu proses yang berada di critical section).

2. Operasi penulisan saja yang harus mutually exclusive. Pada situasi ini, masalah baru muncul yaitu mengenai koherensi data. Critical section digunakan untuk menjamin integritas data.

8.  Kerjasama diantara proses-proses dengan komunikasi

Pada kasus persaingan, proses-proses memakai sumber daya tanpa peduli prosesproses lain. Pada kasus kedua, proses-proses memakai bersama nilai dan meski masing-masing proses tidak secara eksplisit peduli proses-proses lain. Tapi prosesproses peduli untuk menjaga integritas data. Ketiak proses-proses bekerja sama dengan komunikasi, beragam proses berpartisipasi dalam suatu usaha dengan menghubungkan semua proses. Komunikasi menyediakan cara untuk sinkronisasi atau koordinasi beragam aktivitas. Komunikasi dicirikan dengan berisi pesan-pesan dengan suatu urutan. Primitif untuk mengirim dan menerima pesan disediakan sebagai bagian bahasa pemrograman atau disediakan kernel sistem operasi. Karena tak ada sesuatu yang dipakai bersama diantara proses-proses itu dalam melewatkan pesan-pesan, tak ada masalah mutual exclusion. Tetapi masalah deadlock dan startvation dapat muncul.

9.       Pokok penyelesaian masalah kongkurensi

Pada dasarnya penyelesaian masalah kongkurensi terbagi menjadi dua, yaitu :

a. Mengasumsikan adanya memori yang digunakan bersama.

b. Tidak mengasumsikan adanya memori yang digunakan bersama.

Adanya memori bersama lebih mempermudah penyelesaian masalah kongkurensi. Metode penyelesaian ini dapat dipakai untuk sistem singleprocessor ataupun multiprocessor yang mempunyai memori bersama. Penyelesaian ini tidak dapat digunakan untuk multiprocessor tanpa memori bersama ataupun untuk system tersebar.

Sumber: 

http://manajemenmemory.blogspot.com/2010/10/konkurensi.html

https://noursloudy.wordpress.com/2014/05/29/makalah-konkurensi-untuk-tugas-mata-kuliah-sistem-operasi/