LAPORAN PRAKTIKUM SISTEM OPERASI THREAD

DISUSUN OLEH: Putu Asri Yundari 0908605041

ASISTEN DOSEN : G.A Vida Mastrika Giri DOSEN : I Gusti Ngurah Anom Cahyadi Putra, S.T., M.Cs 0808605056

PROGRAM STUDI TEKNIK INFORMATIKA JURUSAN ILMU KOMPUTER FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS UDAYANA 2011

KATA PENGANTAR

Puji syukur yang dalam kami sampaikan ke hadiran Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat kemurahanNya makalah ini dapat kami selesaikan sesuai yang diharapkan. Dalam makalah ini kami membahas tentang THREAD. Makalah ini dibuat dalam rangka memperdalam pemahaman tentang THREAD yang berisi tentang segala penjelasan dan pengertian , kekurangan dan kelebihan, penjadwalan, dan sebagainya. Kesempuranaan sangatlah jauh dari laporan saya ini. Untuk itu , kritik dan saran yang membangun sangatlah saya harapkan untuk kemajuan laporan saya selanjutnya.

Jimbaran, 19 Mei 2011

Penyusun

DAFTAR ISIDAFTAR ISI....................................................................................3 ii

1.1 Definisi Thread ..........................................................................1 1.2 Konsep Dasar.............................................................................1 1.3 Prioritas......................................................................................2 1.4 Keuntungan dan Kerugian MultiThread.....................................3 1.5 Model MultiThreading...............................................................5 1.6 Pustaka Thread...........................................................................7 1.7 Pembatalan Thread.....................................................................7 1.8 Thread Pools...............................................................................9 1.9 Penjadwalan Thread.................................................................10 2.0 Thread Linux............................................................................11

iii

THREAD 1.1 Definisi Thread Sebuah thread merupakan sebuah pengontrol aliran program. Untuk lebih mudahnya, bayangkanlah thread sebagai sebuah proses yang akan dieksekusi didalam sebuah program tertentu. Penggunaan sistem operasi modern saat ini telah mendukung kemampuan untuk menjalankan beberapa program. Misalnya, pada saat kita mengetik sebuah dokumen di komputer kita dengan menggunakan text editor, dalam waktu yang bersamaan kita juga dapat mendengarkan musik, dan surfing lewat internet di PC kita. Sistem operasi yang telah terinstal dalam computer kita itulah yang memperbolehkan kita untuk menjalankan multitaskting. Seperti itu juga sebuah program (ibaratkan di PC kita), ia juga dapat mengeksekusi beberapa proses secara bersama-sama(ibaratkan beberapa aplikasi berbeda yang bekerja pada PC kita). Sebuah contoh aplikasi adalah HotJava browser yang memperbolehkan kita untuk browsing terhadap suatu page, bersamaan dengan mendownload object yang lain, misalnya gambar, memainkan animasi, dan juga file audio pada saat yang bersamaan.

Gambar Thread 1.2 Konsep Dasar Secara informal, proses adalah program yang sedang dieksekusi. Ada dua jenis proses, proses berat (heavyweight) atau biasa dikenal dengan proses tradisional, dan proses ringan atau kadang disebut thread.

1

Thread saling berbagi bagian program, bagian data dan sumber daya sistem operasi dengan thread lain yang mengacu pada proses yang sama. Thread terdiri atas ID thread, program counter, himpunan register, dan stack. Dengan banyak kontrol thread proses dapat melakukan lebih dari satu pekerjaan pada waktu yang sama. 1.3 Prioritas Untuk menentukan thread mana yang akan menerima control dari CPU dan akan dieksekusi pertama kali, setiap thread akan diberikan sebuah prioritas. Sebuah prioritas adalah sebuah nilai integer dari angka 1 sampai dengan 10, dimana semakin tinggi prioritas dari sebuah thread, berarti semakin besar kesempatan dari thread tersebut untuk dieksekusi terlebih dahulu. Sebagai contoh, asumsikan bahwa ada dua buah thread yang berjalan bersama-sama. Thread pertama akan diberikan prioritas nomor 5, sedangkan thread yang kedua memiliki prioritas 10. Anggaplah bahwa thread pertama telah berjalan pada saat thread kedua dijalankan. Thread kedua akan menerima control dari CPU dan akan dieksekusi pada saat thread kedua tersebut memiliki prioritas yang lebih tinggi dibandingkan thread yang pada saat itu tengah berjalan. Salah satu contoh dari skenario ini adalah context switch. Sebuah context switch terjadi apabila sebagian dari thread telah dikontrol oleh CPU dari thread yang lain. Ada beberapa skenario mengenai bagaimana cara kerja dari context switch. Salah satu skenario adalah sebuah thread yang sedang berjalan memberikan kesempatan kepada CPU untuk mengontrol thread lain sehingga ia dapat berjalan. Dalam kasus ini, prioritas tertinggi dari thread adalah thread yang siap untuk menerima kontrol dari CPU. Cara yang lain dari context switch adalah pada saat sebuah thread yang sedang berjalan diambil alih oleh thread yang memiliki prioritas tertinggi seperti yang telah dicontohkan 2

sebelumnya. Hal ini juga mungkin dilakukan apabila lebih dari satu CPU tersedia, sehingga lebih dari satu prioritas thread yang siap untuk dijalankan. Untuk menentukan diantara dua thread yang memiliki prioritas sama untuk menerima kontrol dari CPU, sangat bergantung kepada sistem operasi yang digunakan. Windows 95/98/NT menggunakan time-slicing dan round-robin untuk menangani kasus ini. Setiap thread dengan prioritas yang sama akan diberikan sebuah jangka waktu tertentu untuk dieksekusi sebelum CPU mengontrol thread lain yang memiliki prioritas yang sama. Sedangkan Solaris, ia akan membiarkan sebuah thread untuk dieksekusi sampai ia menyelesaikan tugasnya atau sampai ia secara suka rela membiarkan CPU untuk mengontrol thread yang lain. 1.4 Keuntungan dan Kerugian MultiThreading Multiprocessing merupakan penggunaan dua atau lebih CPU dalam sebuah sistem komputer. Multitasking seperti CPU. Multithreading adalah merupakan cara metode untuk yang menjalankan lebih dari satu proses dimana terjadi pembagian sumberdaya pengeksekusian mengizinkan beberapa thread terjadi dalam sebuah proses, saling berbagi sumber daya tetapi dapat dijalankan secara independen. Keuntungan dari sistem yang menerapkan multithreading dapat kita kategorikan menjadi 4 bagian: a) Responsif Aplikasi interaktif menjadi tetap responsif meskipun sebagian dari program sedang diblok atau melakukan operasi lain yang panjang. Umpamanya, sebuah thread dari web browser dapat melayani permintaan pengguna sementara thread yang lain berusaha menampilkan gambar. b) Berbagi sumber daya Beberapa thread yang melakukan proses yang sama akan berbagi sumber daya. Keuntungannya adalah mengizinkan sebuah aplikasi 3

untuk mempunyai beberapa thread yang berbeda dalam lokasi memori yang sama. c) Ekonomis Pembuatan sebuah proses memerlukan pengalokasian memori dan sumber daya. Alternatifnya adalah dengan menggunakan thread, karena thread membagi memori dan sumber daya yang dimilikinya sehingga lebih ekonomis untuk membuat thread dan context switching thread. Akan susah mengukur perbedaan waktu antara thread dan switch, tetapi secara umum pembuatan dan pengaturan proses akan memakan waktu lebih lama dibandingkan dengan thread. Pada Solaris, pembuatan proses memakan waktu 30 kali lebih lama dibandingkan pembuatan thread sedangkan proses context switch 5 kali lebih lama dibandingkan context switching thread. d) Utilisasi arsitektur multiprosesor Keuntungan dari multithreading dapat sangat meningkat pada arsitektur multiprosesor, dimana setiap thread dapat berjalan secara paralel di atas procesor yang berbeda. Pada arsitektur processor tunggal, CPU menjalankan setiap thread secara bergantian tetapi hal ini berlangsung sangat cepat sehingga menciptakan ilusi paralel, tetapi pada kenyataannya hanya satu thread yang dijalankan CPU pada satu-satuan waktu. Adapun kerugian dari multithreading adalah : a) Jika digunakan secara berlebihan, multithreading akan berdampak pada pemborosan resource dan CPU yang dialokasikan untuk switching threads. Misalnya jika heavy disk I/O terlibat, akan lebih cepat jika hanya memiliki 1 atau 2 thread yang melaksanakan tugas secara berurutan, daripada menggunakan multithread yang masing-masing mengeksekusi sebuah task pada waktu yang sama. b) Sistem yang memiliki kecepatan prosesor dan memory yang 4

cenderung sama, sehingga tidak ada efisiensi yang hilang (mengacu kepada latency), tidak akan memperoleh peningkatan bandwidth yang signifikan jika menggunakan multithreading. c) Multithreading menghasilkan program yang lebih kompleks. Menggunakan multiple thread sendiri tidak akan menciptakan kerumitan, tapi interaksi antar thread-lah yang mengakibatkan kompleksitas tersebut. d) Thread yang banyak bisa saling berinterferensi ketika saling berbagi sumber daya hardware seperti cache. 1.5 Model MultiThreading Beberapa terminologi yang akan dibahas: a) Thread pengguna: Thread yang pengaturannya dilakukan oleh pustaka thread pada tingkatan pengguna. Karena pustaka yang menyediakan fasilitas untuk pembuatan dan penjadwalan thread, thread pengguna cepat dibuat dan dikendalikan. b) Thread Kernel: . Thread yang didukung langsung oleh kernel. Pembuatan, penjadwalan dan manajemen thread dilakukan oleh kernel pada kernel space. Karena dilakukan oleh sistem operasi, proses pembuatannya akan lebih lambat jika dibandingkan dengan thread pengguna. Model-model MultiThreading:

5

gambar model multithreading Model-Model MultiThreading: a) Model Many-to-One. Model ini memetakan beberapa thread tingkatan pengguna ke sebuah thread. tingkatan kernel. Pengaturan thread dilakukan dalam ruang pengguna sehingga efisien. Hanya satu thread pengguna yang dapat mengakses thread kernel pada satu saat. Jadi Multiple thread tidak dapat berjalan secara paralel pada multiprosesor. Kekurangannya adalah ketika ada satu blocking systemc call, semua akan menjadi terblok juga. Contoh: Solaris Green Threads dan GNU Portable Threads. b) Model One-to-One. Model ini memetakan setiap thread tingkatan pengguna ke setiap thread. Ia menyediakan lebih banyak concurrency dibandingkan model Many-to-One. Keuntungannya sama dengan keuntungan thread kernel. Kelemahan model ini ialah setiap pembuatan thread pengguna memerlukan tambahan thread kernel. Karena itu, jika mengimplementasikan sistem ini maka akan menurunkan kinerja dari sebuah aplikasi sehingga biasanya jumlah thread dibatasi dalam sistem. Contoh: Windows NT/XP/2000 , Linux, Solaris 9, OS/2. c) Model Many-to-Many. Model ini memultipleks banyak thread tingkatan pengguna ke thread kernel yang jumlahnya sedikit atau 6

sama dengan tingkatan pengguna. Model ini mengizinkan developer membuat thread sebanyak yang ia mau tetapi concurrency tidak dapat diperoleh karena hanya satu thread yang dapat dijadwalkan oleh kernel pada suatu waktu. Keuntungan dari sistem ini ialah kernel thread yang bersangkutan dapat berjalan secara paralel pada multiprosessor dan lebih efisien. Contoh : Solaris 2, IRIX, HPUX. 1.6 Pustaka Thread Pustaka Thread atau yang lebih familiar dikenal dengan Thread Library bertugas untuk menyediakan API untuk programmer dalam menciptakan dan memanage thread. Ada dua cara dalam mengimplementasikan pustaka thread: 1. Menyediakan API dalam level pengguna tanpa dukungan dari kernel sehingga pemanggilan fungsi tidak melalui system call. Jadi, jika kita memanggil fungsi yang sudah ada di pustaka, maka akan menghasilkan pemanggilan fungsi call yang sifatnya lokal dan bukan system call. 2. Menyediakan API di level kernel yang didukung secara langsung oleh sistem operasi. Pemanggilan fungsi call akan melibatkan system call ke kernel. Ada tiga pustaka thread yang sering digunakan saat ini, yaitu: POSIX Pthreads, Java, dan Win32. Implementasi POSIX standard dapat dengan cara user level dan kernel level, sedangkan Win32 adalah kernel level. Java API thread dapat diimplementasikan oleh Pthreads atau Win32. 1.7 Pembatalan Thread Thread Cancellation ialah pembatalan thread sebelum tugasnya selesai. Misalnya hendak mematikan Java Virtual Machine (JVM) pada program Java. Maka sebelum JVM dimatikan seluruh thread yang berjalan 7

harus dibatalkan terlebih dahulu. Contoh lain adalah pada masalah search. Apabila sebuah thread mencari sesuatu dalam database dan menemukan serta mengembalikan hasilnya, thread sisanya akan dibatalkan. Thread yang akan diberhentikan biasa disebut target thread. Pemberhentian target Thread dapat dilakukan dengan 2 cara:

Asynchronous cancellation. Suatu thread seketika itu juga membatalkan target thread. Deferred cancellation. Suatu thread secara periodik memeriksa apakah ia harus batal, cara ini memperbolehkan target thread untuk membatalkan dirinya secara terurut. Hal yang sulit dari pembatalan thread ini 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 digunakan asynchronous cancellation. Sistem operasi akan mengambil kembali sumber daya dari thread yang dibatalkan tetapi seringkali sistem operasi tidak mengambil kembali semua sumber daya dari thread yang dibatalkan. Alternatifnya adalah dengan menggunakan deffered cancellation. Cara kerja dari deffered cancellation adalah dengan menggunakan satu thread yang berfungsi sebagai pengindikasi bahwa target thread hendak dibatalkan. Tetapi pembatalan hanya akan terjadi jika target thread memeriksa apakah ia harus batal atau tidak. Hal ini memperbolehkan thread untuk memeriksa apakah ia harus batal pada waktu dimana ia dapat dibatalkan secara aman yang aman. Pthread merujuk sebagai cancellation points. Pada umumnya sistem operasi memperbolehkan proses atau thread untuk dibatalkan secara asynchronous. Tetapi Pthread API menyediakan deferred cancellation. Hal Pthread ini API 8 berarti akan sistem operasi yang mengimplementasikan mengizinkan deferred

cancellation. 1.8 Thread Pools Pada web server yang menerapkan multithreading ada dua masalah yang timbul:

Ukuran waktu yang diperlukan untuk menciptakan thread yang melayani permintaan yang diajukan pada kenyataannya thread dibuang seketika sesudah ia menyelesaikan tugasnya. Pembuatan thread yang tidak terbatas jumlahnya dapat

menurunkan performa dari sistem. Solusinya adalah dengan penggunaan Thread Pools, yaitu sekumpulan thread yang mengantri untuk mengerjakan tugas Cara kerjanya adalah dengan membuat beberapa thread pada proses startup dan menempatkan mereka ke pools, dimana mereka duduk diam dan menunggu untuk bekerja. Jadi, ketika server menerima permintaan, ia akan membangunkan thread dari pool dan jika thread tersedia maka permintaan tersebut akan dilayani. Ketika thread sudah selesai mengerjakan tugasnya maka ia kembali ke pool dan menunggu pekerjaan lainnya. Bila tidak ada thread yang tersedia pada saat dibutuhkan maka server menunggu sampai ada satu thread yang bebas. Keuntungan thread pool adalah:

Biasanya lebih cepat untuk melayani permintaan dengan thread yang ada dibandingkan menunggu thread baru 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 concurrent. Jumlah thread dalam pool dapat tergantung dari jumlah CPU dalam sistem, jumlah memori fisik, dan jumlah permintaan klien yang concurrent. Pembuatan jumlah thread yang tepat dapat meningkatkan performa serta sistem yang lebih stabil 9

1.9 Penjadwalan Thread Begitu dibuat, thread baru dapat dijalankan dengan berbagai macam penjadwalan. Kebijakan penjadwalanlah yang menentukan setiap proses, di mana proses tersebut akan ditaruh dalam daftar proses sesuai proritasnya dan bagaimana ia bergerak dalam daftar proses tersebut. Untuk menjadwalkan thread, sistem dengan model multithreading many to many atau many to one menggunakan: a) Process Contention Scope (PCS). Pustaka thread menjadwalkan thread pengguna untuk berjalan pada LWP (lightweight process) yang tersedia. b) System Contention Scope (SCS). SCS berfungsi untuk memilih satu dari banyak thread, kemudian menjadwalkannya ke satu thread tertentu (CPU / Kernel).

10

Gambar penjadwalan proses 2.0 Thread Linux Ketika pertama kali dikembangkan, Linux tidak didukung dengan threading di dalam kernelnya, tetapi dia mendukung proses-proses sebagai entitas yang dapat dijadwalkan melalui clone() system calls. Sekarang Linux mendukung penduplikasian proses menggunakan system call clone() dan fork(). Clone() mempunyai sifat mirip dengan fork(), kecuali dalam hal pembuatan salinan dari proses yang dipanggil dimana ia membuat sebuah proses yang terpisah yang berbagi address space dengan proses yang dipanggil. Pembagian address space dari parent process memungkinkan cloned task bersifat mirip dengan thread yang terpisah. 11

Pembagian

address

space

ini

dimungkinkan

karena

proses

direpresentasikan di dalam Kernel Linux. Di dalam Kernel Linux setiap proses direpresentasikan sebagai sebuah struktur data yang unik. Jadi, daripada menciptakan yang baru maka struktur data yang baru mengandung pointer yang menunjuk ke tempat dimana data berada. Jadi ketika fork() dipanggil, proses yang baru akan tercipta beserta duplikasi dari segala isi di struktur data di parent process, namun ketika clone() dipanggil, ia tidak menduplikasi parent process-nya tetapi menciptakan pointer ke struktur data pada parent process yang memungkinkan child process untuk berbagi memori dan sumber daya dari parent process-nya. Project Linux Thread menggunakan system call ini untuk mensimulasi thread di user space. Sayangnya, pendekatan ini mempunyai beberapa kekurangan, khususnya di area signal handling, scheduling, dan interprocess synchronization primitive. Untuk meningkatkan kemampuan Thread Linux, dukungan kernel dan penulisan ulang pustaka thread sangat diperlukan. Dua project yang saling bersaing menjawab tantangan ini. Sebuah tim yang terdiri dari pengembang dari IBM membuat NGPT (Next Generation POSIX Threads). Sementara pengembang dari Red Hat membuat NPTL (Native POSIX Thread Library). Sebenarnya Linux tidak membedakan antara proses dan thread. Dalam kenyataannya, Linux lebih menggunakan istilah task dibandingkan proses dan thread ketika merujuk kepada pengaturan alur pengontrolan di dalam program. Pada sistem operasi lain seperti Mac OS X, terdapat lima thread API yang berbeda, yaitu: Mach thread, POSIX thread (pthreads), Cocoa thread (NSThreads), Carbon MP tasks, dan Carbon Thread Manager. Akan tetapi tidak mudah untuk menentukan suatu thread mengerjakan tugas yang mana, sehingga dibuatlah suatu siklus yang membuat masing-masing thread bekerja secara bergantian.

12