6. konkurensi_deadlock & starvation (pert 9 & 10)

SISTEM OPERASI

TIM DOSEN PENGAMPU SISTEM OPERASI

Konkurensi:

Deadlock & Starvation

Fakultas InformatikaSarjana Teknik Informatika

Pertemuan 8 & 9

Daftar Isi

1. Prinsip Prinsip Deadlock

2. Deadlock Prevention

3. Deadlock Avoidance

4. Deadlock Detection

5. Perbandingan Metode Penanganan Deadlock

6. Kasus Dinning Philosopher

1. Definisi dan Konsep Deadlock

2. Joint Progress Diagram (JPD)3. Reusable Resources

4. Consumable Resources

5. Resource Allocation Graphs (RAG)

6. Kondisi Deadlock

Prinsip Prinsip Deadlock

Definisi dan Konsep Deadlock

Deadlock adalah kondisi dimana sejumlah proses ter-bloksecara permanen akibat saling memperebutkan atau salingmenunggu pesan / resource

Definisi

Tidak ada solusi yang efisienSolusi

Deadlock prevention

Deadlock avoidance

Deadlock detection

Contoh AnalogiDeadlock

Deadlock Possible

Deadlock

Contoh Deadlock

P1 P2

Ra Rb

get bget a

get b get a

Deadlock!!

Perlu Rb dan Ra untuk dieksekusiPerlu Ra dan Rb untuk dieksekusi

Joint ProgressDiagram

1 2

3

4 5

6

Solusi Joint Progress Diagram

Contoh Solusi

Proses P1 dan P2 tidak menggunakan resource pada saat yang bersamaan

P1 P2

Get RaGet Rb

Get RaRelease Ra

Release Rb

Get Rb

Release Ra

Get Ra

Solusi Joint ProgressDiagram (Simulasi)

P1 P2

Ra Rb

release brelease a

release b release aget a get b

get b get a

Solusi Joint Progress Diagram

Reusable Resources

Definisi

Contoh

merupakan resource yang hanya dapat digunakan oleh satu proses sajadalam satu waktu dan tidak pernah habis (selalu tersedia)

Processor I/O Channel Memory

Device Data StructureFile, database, etc

Semaphore

Kasus Deadlock Dua proses berebut menggunakan hardisk atau berebut menggunakan ruang memori

Contoh Deadlock pada Reusable Resources (1)

P1 P2

Eksekusi interleave

Deadlock

Contoh Deadlock pada Reusable Resources (2)Main Memory

(200 KB)

20 KB

20 KB

20 KB

20 KB

20 KB

20 KB

20 KB

20 KB

20 KB

20 KB

P1

...

Request 80 KB

...

Request 60 KB

P2

...

Request 70 KB

...

Request 80 KB

Blockedkurang 10 KB

Blockedkurang 30 KB

Deadlock

Consumable Resources

Definisi

Contoh

Merupakan resource yang dapat dibuat (produced) dandihancurkan (destroyed) berulang-ulang

Interrupt Signal message informasi yang terletak di dalam buffer I/O

Kasus Deadlock Dua proses atau lebih saling menunggu pesan

Sumber deadlock, salah satunya kesalahan perancangan

Contoh Deadlock pada Consumable Resources

P1

...

Receive (P2)

...

Send(P2, M)

P2

...

Receive (P1)

...

Send(P1, M)

Deadlock

waiting

waiting

Resource Allocation Graphs (RAG)

Resource Allocation Graphs (RAG) merupakan grafik berarah yang menggambarkan status resource dan proses dimana setiap proses dan setiapresource digambarkan dengan node

Definisi

GrafikProses Meminta Resource P • Ra

Proses Memegang Resource P • Ra

Representasi Deadlock dengan Resource Allocation Graphs (RAG)

P1 P2

Ra

Ra

Circular Wait

P1 P2

No Deadlock

Ra

Ra

Kondisi Yang MenyebabkanDeadlock (1)

Mutual Exclusion

Hold and Wait

Sebuah resource hanya boleh digunakan oleh sebuah proses dalam satu waktu

Sebuah proses boleh terus menerus menggunakan sebuah resource sambil menunggu resource yang lain

No Preemption Resource yang sedang digunakan oleh suatu proses tidak boleh direbut,Proses tersebut tidak bisa disela (preempted)

Kondisi ini memungkinkan deadlock



Kondisi Yang Menyebabkan Deadlock (2)Bila ketiga kondisi tersebut terdapat di dalam sebuah

komputer apakah pasti terjadi deadlock ?

Merupakan rangkaian beberapa proses danresource yang membentuk sebuah cincin

dimana setiap proses sedang menggunakanminimal sebuah resource yang juga sedang

dibutuhkan oleh proses di dekatnya

P1 P2

Ra

Ra

Belum tentu, kondisi yang memastikan terjadinyaDeadlock adalah ?

Circular Wait

U

Kondisi Yang Menyebabkan Deadlock (3)

P1

P2P3

P4

P1 P2

R1R1

R2

R3

R4P3 P4

R2 R3 R4

Strategi Penanganan Deadlock

Deadlock Prevention

Deadlock Avoidance

Menghilangkan salah satu kondisi atau lebih yang memungkinkan terjadinya deadlock

Dilakukan pemilihan langkah yang dinamis untukmencegah terjadinya deadlock berdasarkan alokasi resource saat itu

Deadlock Detection Mendeteksi adanya kondisi yang memungkinkan deadlock dan circular wait, kemudian melakukan langkah-langkah penanganan

Pada saat perancangan program

Pada saat eksekusi program

Pada saat eksekusi program

1. Definisi dan Konsep Deadlock Prevention

2. Indirect Method

3. Direct Method

Deadlock Prevention

Definisi dan Konsep DeadlockPrevention

Definisi

Indirect Method

Pada saat perancanganmenghilangkan salah satu kondisi atau lebih yang memungkinkan terjadinya deadlock

Sebisa mungkin tidak menggunakan kondisi yang memungkinkan deadlockberikut ini secara bersamaan (mutual exclusion, hold and wait, dan no preemption)

Direct Method Mencegah terjadinya kondisi circular wait

Indirect Method

Mutual Exclusion

Hold & Wait

No Preemption

Tidak bisa dihilangkan, jika terdapat resource yang harus diproteksi

Harus disediakan oleh sistem operasi

setiap proses yang membutuhkan resource akan ter-blok dan baru dapat dieksekusijika semua resource yang diperlukan telah tersedia

Tidak efisien,• Menunggu terlalu lama• Mengeklaim resource yang belum tentu dibutuhkan• Tidak mengetahui resource• Harus mengetahui semua resource

Solusi 1: tetap boleh no preemptionProses yang sedang menggunakan sebuah resource tidak bolehmenggunakan resource yang lain sebelum resource pertama dilepaskan

Solusi 2: PreemptionSistem operasi dapat menyela (preempt) proses yang sedang running sehingga resource yang sedang digunakannya dapat diberikan kepada proses lainSyarat: prioritas proses harus berbeda

Direct Method

Mekanisme

Contoh

Mencegah terjadinya kondisi circular wait,Setiap resource diberi nomor indeks yang terurut secara linier danpenggunaannya harus urut sesuai nomor indeksnya.

Proses A membutuhkan resoure Ri kemudian resource Rj, karena i < j, maka program tersebut benar. Jika program pada proses B terdapat baris program yang membutuhkan resource Rjdiikuti dengan resource Ribisa terjadi deadlock. Kesalahan ada pada proses B karena j > i, seharusnya i < j.

KekuranganTidak efisien, lambat.Terdapat resource yang sedang tidak digunakan tetapi tidak dapat dipakai

1. Konsep Deadlock Avoidance

2. Prosess Initiation Denial3. Resources Allocation Denial

4. Kelebihan dan Kekurangan

Deadlock Avoidance

Konsep Deadlock Avoidance

Konsep

Langkah-langkah

Tidak mempertimbangkan ketiga kondisiyang memungkinkan terjadinya deadlock

1. Cari informasi kebutuhan resource untuk setiap proses

2. Block proses yang menyebabkan deadlock

3. Jangan berikan resource baru kepada proses yang menyebabkan deadlock

Mekanisme Process Initiation Denial

Resource Allocation Denial

Process Initiation Denial (Konsep)

= Σ 𝑃P1

R1

P2 P3 P4 Pn

R2 R3 Rm

. . . . . .

. . . . . .= Σ 𝑅

= Σ 𝑉

Process Initiation Denial (Claim Resource)

Daftar Claim Resource = C = C11 C21 Cn1 C33 C43 Cn3

nmnn

m

m

CCC

CCC

CCC

CClaim

21

22221

11211

Claim proses ke n terhadap resource ke m

Process Initiation Denial (Daftar Alokasi Resource)

Daftar Alocation Resource A = A11 A21 An1 A33 A43 An3

nmnn

m

m

AAA

AAA

AAA

AAllocation

21

22221

11211

Alokasi resource ke mterhadap proses ke n

Process Initiation Denial (Aturan)

n

i

ijjj AVR1

untuk semua j

jij RC untuk semua i,j

ijij CA untuk semua i,j

Rumusan dan aturan

Process Initiation Denial (Claim Proses Baru)

Proses baru (Pn+1) dapat dieksekusi jika kondisi berikut terpenuhi:

untuk semua j

jumlah resource yang diklaim olehproses baru

jumlah resource yang telahdiklaim oleh proses-proses sebelumnya

𝐶 𝑛+1 𝑗

𝑖=1

𝑛

𝐶𝑖𝑗+≥𝑅𝑗

Resource Allocation Denial (konsep)

Menggunakan algoritma banker (seperti model peminjamanuang pada bank)

State (status) Sistem

Safe State

Unsafe State

alokasi sejumlah resource kepada suatu proses saat ini

kondisi dimana setiap saat setidaknya terdapatsebuah proses yang dapat dieksekusi,sehingga seluruh proses dapat dieksekusi hingga selesai

kondisi dimana semua proses tidak dapat dieksekusi (deadlock)

Resource Allocation Denial (Contoh kasus – Initial State)

R1 R2 R3

P1 3 2 2

P2 6 1 3

P3 3 1 4

P4 4 2 2

R1 R2 R3

P1 1 0 0

P2 6 1 2

P3 2 1 1

P4 0 0 2

R1 R2 R3

P1 2 2 2

P2 0 0 1

P3 1 0 3

P4 4 2 0

R1 R2 R3

9 3 6

R1 R2 R3

0 1 1

Initial State

Total resource

Daftar Claim (C) Daftar Alokasi (A) Kekurangan = C-A

Resource tersedia

Resource Allocation Denial (Contoh kasus – Execution State)

R1 R2 R3

P1 3 2 2

P2 6 1 3

P3 3 1 4

P4 4 2 2

R1 R2 R3

P1 1 0 0

P2 6 1 2

P3 2 1 1

P4 0 0 2

R1 R2 R3

P1 2 2 2

P2 0 0 1

P3 1 0 3

P4 4 2 0

R1 R2 R3

9 3 6

R1 R2 R3

0 1 1Total resource

Daftar Claim (C) Daftar Alokasi (A) Kekurangan = C-A

Resource tersedia

-P1 terblok

P2 tidak terblok

R1 R2 R3 R1 R2 R3 R1 R2 R3 R1 R2 R3 R1 R2 R3 R1 R2 R3 R1 R2 R3

P1 3 2 2 1 0 0 2 2 2 0 1 1 -2 -1 -1 Blocked 1 0 0 6 2 3

P2 6 1 3 6 1 2 0 0 1 0 1 1 0 1 0 Pilih 6 1 3 6 2 3

P3 3 1 4 2 1 1 1 0 3 0 1 1 -1 1 -2 Blocked 2 1 1 6 2 3

P4 4 2 2 0 0 2 4 2 0 0 1 1 -4 -1 1 Blocked 0 0 2 6 2 3

P1 3 2 2 1 0 0 2 2 2 6 2 3 4 0 1 Pilih 3 2 2 7 2 3

P2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Selesai 0 0 0 0 0 0

P3 3 1 4 2 1 1 1 0 3 6 2 3 5 2 0 Blocked 2 1 1 7 2 3

P4 4 2 2 0 0 2 4 2 0 6 2 3 2 0 3 Blocked 0 0 2 7 2 3

Proses Resource

No

1

2

Ekse

kusi

Status Akhir

Avalaible Resource

(Vt+1)

Status

ProsesClaim (C) Alokasi (A) C-A (K) Avalaible (Vt) V-K

Status Akhir

Alokasi Proses

Resource Allocation Denial (Contoh kasus – Execution State (1))

R1 R2 R3

9 3 6

Resource Total

Kebutuhan resource Proses yang harus dipenuhiuntuk dapat dieksekusi

Jumlah Resource yang sudahdimiliki/dipegang oleh proses

Jumlah resource yang harus

didapatkan agar memenuhi Claim (C)

Jumlah resource yangtidak dipegang proses

Proses terpilih karenakebutuhan resourcedapat dipenuhi olehresource yang tersedia

Jumlah resource yang dimilikioleh proses yang terpilih/dieksekusi

Jumlah resource yang tersediasetelah proses selesai dieksekusiVt+1 =Vt+C

Pada eksekusike 2P2 sudah selesai dieksekusi

Jumlah resource yang tersedia pada eksekusi ke 2diupdate sesuai dengan status akhir avalaible resource (Vt+1)

P1 dipilihsesuai dengan waktu kedatangan


P1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Selesai 0 0 0 0 0 0

P2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Selesai 0 0 0 0 0 0

P3 3 1 4 2 1 1 1 0 3 7 2 3 6 2 0 Pilih 3 1 4 9 3 4

P4 4 2 2 0 0 2 4 2 0 7 2 3 3 0 3 Blocked 0 0 2 9 3 4

P1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Selesai 0 0 0 0 0 0

P2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Selesai 0 0 0 0 0 0

P3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Selesai 0 0 0 0 0 0

P4 4 2 2 0 0 2 4 2 0 9 3 4 5 1 4 Pilih 4 2 2 9 3 6

Status

Proses

Status Akhir

Alokasi Proses

Status Akhir

Avalaible Resource

(Vt+1)NoClaim (C) Alokasi (A) C-A (K) Avalaible (Vt) V-K

3

4

Ekse

kusi

Proses Resource


R1 R2 R3

9 3 6

Resource Total Jumlah resource akhir avalaibleresource HARUS SAMA dengan Total Resource


P1 3 2 2 2 0 1 1 2 1 0 1 1 -1 -1 0 Blocked 1 0 0 6 2 3

P2 6 1 3 5 1 1 1 0 2 0 1 1 -1 1 -1 Blocked 5 1 1 4 2 0

P3 3 1 4 2 1 1 1 0 3 0 1 1 -1 1 -2 Blocked 2 1 1 6 2 3

P4 4 2 2 0 0 2 4 2 0 0 1 1 -4 -1 1 Blocked 0 0 2 6 2 3

Proses Resource

No

1

Ekse

kusi

Status Akhir

Avalaible Resource

(Vt+1)

Status

ProsesClaim (C) Alokasi (A) C-A (K) Avalaible (Vt) V-K

Status Akhir

Alokasi Proses


R1 R2 R3

9 3 6

Resource Total Permintaan proses terhadapresource (C-K) lebih besar dibandingkan resource yang tersedia (Vt)

Contoh Algoritma Deadlock Avoidance

Proses meminta resource

Valid?

blocked

Resourceyang

tersedia cukup?

Berikan resourcedan perbaharui

data

Permintaan safe

error

valid

Tidak valid

cukup

Tidak cukup

Tidak safe

safe

IF alloc [i, *] + request [*] > claim [i, *]THEN error

IF request [*] > claim [i, *]THEN blocked

IF claim [k, *] – alloc [k, *] <= currentavailTHEN safe

Banker algorithmResource alloc algoritm

Contoh Algoritma Deadlock Avoidance (Global Data Structure)

Global Data Structure

Contoh Algoritma Deadlock Avoidance (Resource AllocationAlgorithm)

#41Sistem Operasi/20101103

Resource allocation algoritm

Cek valid atau tidak?

Cek resource cukup atau tidak?

Cek kondisi safe atau tidak

Contoh Algoritma Deadlock Avoidance (Banker Algorithm)

Pengecekkan kondisi safe atau tidak?

Kelebihan dan Kekurangan Deadlock Avoidance

Kelebihan

Kekurangan

(+) Tidak perlu mem-preempt dan mengembalikan data konteks suatu proses

(-) Jumlah kebutuhan resource maksimum setiap proses harus sudah diketahui di awal

(+) Lebih fleksibel dibanding metode deadlock prevention

(-) Urutan eksekusi proses tidak dapat ditentukan dengan aturan tertentu

(-) Jumlah resource yang dialokasikan ke suatu proses bersifat tetap (tidak boleh berubah)

(-) Proses tidak boleh keluar (exit) selama masih memegang resource

1. Mekanisme Deadlock Detection

2. Algoritma Deadlock Detection

3. Contoh Deadlock Detection

4. Solusi Jika Terjadi Deadlock

Deadlock Detection

Mekanisme Deadlock Detection

Setiap Proses boleh meminta resource selama resource masih tersedia

Setiap periodik Sistem Operasi menjalankan algoritma untuk mendeteksi deadlock

Proses-proses yang tidak menyebabkan deadlock akan diberikan tanda (mark)

Menggunakan matrik Alokasi (A), Vektor Avalaible (V), Vektor Resource (R)

Menggunakan matrik request (Q), berisi daftar resource yang diminta oleh Proses

Algoritma Deadlock Detection


Beri tanda (mark) proses yang nilai alokasi (A) = 0.

Inisialisasi temporari vektor W dengan nilai vektor alokasi (A). W = A

Jika nilai Q ≤ W, beri tanda proses tersebut. Tambahkan alokasi (A) ke W𝑊𝑘 = 𝑊𝑘 + 𝐴𝑖𝑘

Cari proses ke i yang belum diberi tanda. Bandingkan nilai request proses tersebut (Q) dengan vektor W.𝑄𝑖𝑗 ≤ 𝑊𝑘, untuk 1 ≤ k ≤ m. Jika tidak ditemukan, terminasi algoritma

Lanjutkan pencarian hingga seluruh proses diperiksa.

Contoh Deadlock Detection


1. Beri tanda (mark) P4. 2. Inisialisasi temporari vektor W dengan nilai vektor alokasi (A). W = (0 0 0 0 1)

3. P1 dan P2 tidak diberi tanda, karena𝑄𝑖𝑗 > 𝑊𝑘. Terminasi algoritma.

Deadlock terdeteksi

Solusi Jika Terjadi Deadlock


Batalkan (kill) semua proses yang mengalami deadlock

Kembalikan status proses tersebut ke status checkpoint yang telah dibuat sebelumnya(sebelum terjadi deadlock)

Restart proses tersebut

Satu per satu batalkan proses lain yang mengalami deadlock hingga tidak ada lagi proses yang deadlock

Satu per satu ambil (preempt) resource dari proses yang mengalami deadlockhingga deadlock tidak terjadi lagi

Solusi Jika Terjadi Deadlock (pemilihan proses yang dibatalkan)


Biaya proses yang paling murah

Paling sedikit menggunakan waktu prosesor

Paling sedikit memberikan hasil

Membutuhkan waktu eksekusi paling lama

Paling sedikit mendapatkan resource

Prioritas terendah

Perbandingan Metode Penanganan Deadlock

1. Deskripsi Masalah

2. Solusi Dengan Semaphore

3. Solusi Dengan Monitor

Kasus Dining Philosopher

Deskripsi Masalah Dining Philosophers

1. Terdapat 5 ahli filsafat

3. Setiap ahli filsafat membutuhkan2 garpu untuk makan spaghetti

4. Ketika seluruh ahli filsafat makanbersamaan akan terjadiDEADLOCK

5. Bagaimana agar tidak terjadideadlock ketika ahli filsafatmakan bersama?

2. Terdapat meja makan bundardengan 5 piring dan 5 garpu

Solusi untuk Dining Philosophers


Membeli 5 buah garpu tambahanMengajari ahli filsafat makan dengan satu garpu

Ada pelayan yang bertugas menyuapi ahli filsafat

Ada pelayan yang bertugas mengawasi ruangan, agar dalam satu waktu hanya ada 4 ahli filsafat yang makan

Semaphore

Masalah Dining Philosophers (Semaphore)

Mendapatkan garpu di tangan kanan

Mendapatkan garpu di tangan kiri

Melepaskan garpu di tangan kiri

Melepaskan garpu di tangan kiri

Critical section

Memungkinkan terjadinya deadlock dan starvation

Masalah Dining Philosophers (Semaphore room)

Terdapat semaphore untukmengakses ruangan (room)untuk menjamin hanya 4 orangyang berada di ruang makan

Masalah Dining Philosophers (monitor)

Cari Informasi implementasi monitor untuk permasalahandining philosopher

Referensi

[STA09] Stallings, William. 2009. Operating System: Internal and Design Principles. 6th edition. Prentice Hall

6. konkurensi_deadlock & starvation (pert 9 & 10)

Education