Modul 4: Manajemen Proses: Synchronization dan Scheduling

Kegiatan Belajar 1: Sinkronisasi Sistem Operasi

Akses data oleh beberapa proses secara bersamaan (concurrent) dapat menyebabkan inkonsistensi data. Untuk menjaga konsistensi, diperlukan mekanisme sinkronisasi.

A. Konsep Dasar

• Race Condition: Situasi di mana beberapa proses mengakses dan memanipulasi data bersama secara konkuren, sehingga nilai akhir bergantung pada proses mana yang terakhir selesai.
• Atomic Process: Bagian kode yang mengubah data bersama dan dijamin sebagai satu kesatuan yang tidak dapat disela.

B. Permasalahan Critical Section

Critical Section adalah segmen kode dalam sebuah proses yang mengubah variabel umum, tabel, atau file. Sistem harus memastikan tidak ada proses lain yang masuk ke critical section saat ada satu proses yang sedang mengeksekusinya.

Syarat Solusi Critical Section:

1. Mutual Exclusion: Jika satu proses sedang di critical section, tidak boleh ada proses lain di sana.
2. Progress: Jika critical section kosong dan ada yang ingin masuk, pemilihan proses selanjutnya tidak boleh ditunda tanpa batas (hanya melibatkan proses yang tidak di remainder section).
3. Bounded Waiting: Harus ada batasan waktu tunggu bagi proses untuk masuk ke critical section setelah mengajukan permintaan, guna mencegah starvation.

Metode Mengatasi Masalah:

1. Solusi Peterson: Solusi perangkat lunak klasik (untuk 2 proses) menggunakan variabel turn dan flag.
2. Penggunaan Kunci (Lock): Proses harus mendapatkan kunci (acquire lock) sebelum masuk dan melepasnya (release lock) setelah keluar.
3. Sinkronisasi Perangkat Keras: Menggunakan instruksi mesin atomic (tidak dapat diinterupsi), seperti test_and_set() dan compare_and_swap().
4. Instruksi TestAndSet: Membaca nilai variabel, menetapkannya ke TRUE, dan mengembalikan nilai lama secara atomic.

C. Semaphore

Semaphore adalah variabel integer untuk sinkronisasi tanpa busy waiting. Diakses melalui dua operasi atomic:

1. wait(S): Mengurangi nilai S. Jika negatif, proses diblokir.
2. signal(S): Menambah nilai S. Jika ada yang diblokir, salah satu dibangunkan (wakeup).

Jenis Semaphore:

• Counting Semaphore: Nilai tidak terbatas.
• Binary Semaphore (Mutex Locks): Nilai hanya 0 atau 1.

D. Deadlock dan Starvation

• Deadlock (Jalan Buntu): Dua atau lebih proses saling menunggu tanpa batas waktu untuk sumber daya yang dipegang proses lain.
• Starvation (Kelaparan): Proses diblokir tanpa batas (misal karena prioritas rendah) dan tidak pernah dieksekusi.

4 Karakteristik Deadlock (Harus terpenuhi semua):

1. Mutual Exclusion: Satu sumber daya hanya untuk satu proses pada satu waktu.
2. Hold and Wait: Proses memegang sumber daya sambil menunggu sumber daya lain.
3. No Preemption: Sumber daya tidak bisa diambil paksa.
4. Circular Wait: Terdapat rantai proses ($P_0$ menunggu $P_1$, $P_1$ menunggu $P_2$, ..., $P_n$ menunggu $P_0$).

Cara Menangani Deadlock:

• Pencegahan (Prevention): Menghilangkan salah satu dari 4 karakteristik deadlock.
• Penghindaran (Avoidance): Mengizinkan potensi deadlock tapi menghindarinya dengan alokasi cermat (contoh: Algoritma Banker).
• Deteksi dan Pemulihan: Membiarkan terjadi, mendeteksi, lalu memulihkan.
• Mengabaikan Masalah: Diasumsikan deadlock jarang terjadi (digunakan oleh UNIX dan Windows).

E. Masalah Klasik Sinkronisasi

1. Bounded-Buffer (Producer-Consumer): Produsen menaruh item, konsumen mengambil item dari buffer terbatas.
2. Readers and Writers: Banyak pembaca boleh akses bersamaan, tapi penulis harus akses tunggal (eksklusif).
3. Dining-Philosophers: Ilustrasi deadlock/starvation (5 filsuf, 5 sumpit, butuh 2 sumpit untuk makan).

---

Kegiatan Belajar 2: Penjadwalan

Penjadwalan CPU bertujuan memaksimalkan utilitas CPU melalui multiprogramming. Proses dieksekusi dalam siklus CPU–I/O Burst.

A. Tipe Penjadwalan

1. Non-preemptive: Proses tidak bisa disela sampai selesai atau wait.
2. Preemptive: Proses bisa disela dan dipindahkan ke ready queue oleh OS (misal: ada prioritas lebih tinggi).

B. Kriteria Penjadwalan

• CPU Utilization: Tingkat kesibukan CPU (%).
• Throughput: Jumlah proses selesai per satuan waktu.
• Turnaround Time: Total waktu dari proses tiba hingga selesai.
• Waiting Time: Total waktu proses menunggu di ready queue.
• Response Time: Waktu dari permintaan hingga respons pertama muncul.

C. Algoritma Penjadwalan

1. First Come, First Served (FCFS):

   • Berdasarkan urutan kedatangan.
   • Non-preemptive.
   • Kelemahan: Convoy effect (tunggu lama jika proses depan punya burst besar).

2. Shortest-Job-First (SJF):

   • Prioritas pada CPU burst terpendek.
   • Optimal untuk waiting time minimum.
   • Bisa Non-preemptive atau Preemptive (Shortest-Remaining-Time-First / SRTF).

3. Penjadwalan Prioritas:

   • CPU untuk prioritas tertinggi.
   • Masalah: Starvation (prioritas rendah tidak jalan).
   • Solusi: Aging (menaikkan prioritas seiring waktu tunggu).

4. Round Robin (RR):

   • Untuk time-sharing. Mirip FCFS tapi preemptive.
   • Menggunakan Time Quantum (jatah waktu kecil, 10-100 ms).
   • Jika waktu habis, proses pindah ke belakang antrian.