Konsep proses, penjadualan proses, operasi-operasi pada proses, cooperating proses, interproses, komunikasi client server

1. Proses

2. Pembahasan
• Konsep Proses
• Penjadualan Proses
• Operasi-operasi pada Proses
• Cooperating Processes
• Interprocess Communication
• Komunikasi pada Sistem Client-Server

3. Konsep Proses
• Proses : suatu program yang sedang dieksekusi oleh proseor,
memerlukan resource, berada di memory dan memiliki status jalannya
eksekusi yaitu minimal informasi-informasi sbb :
– Program counter : menunjukkan instruksi berikutnya yang akan dieksekusi
– Register : data hasil eksekusi antara
– Stack : tempat penyimpanan temporary data yang dibutuhkan selama
program dieksekusi
– Data section : mengandung variabel global dari suatu proses
• Status posisi saat dieksekusi diperlukan krn prosesor melakukan
switching (berjumpalitan/akrobat) krn menjalankan banyak proses
• Dalam literatur, istilah job dan proses dan task sering dapat
dipertukarkan

4. Perkembangan Konsep Proses
• Konsep proses berkembang sejalan dengan
modus operasi sistem komputer :
– Fase-fase monoprogramming : pada suatu
saat di memori hanya sebuah program
yang sedang dijalankan (mungkin disertai
suatu monitor proses)
– Fase-fase multiprogramming : pada suatu
saat di memori bisa terdapat beberapa
program yang sedang dijalankan

5. Konsep Proses
Monoprogramming
• Program oleh proses monitor (atau
operator) di-load ke memori, dieksekusi
(kontrol diberikan pada proses), dan
selesai (sukses atau abort), kemudian
kontrol dikembalikan ke proses monitor
(atau operator)
• Status proses direkam dan di-print
hanya diperlukan untuk keperluan
debugging

6. Konsep Proses Modern
• Karena adanya sejumlah program
yang di-load dimemori dalam status
sedang dijalankan, maka setiap saat
jumlah aktual proses yang dieksekusi
maksimum sama dengan jumlah CPU
• Untuk pembahasan konsep proses
selanjutnya akan berdasarkan
paradigma ini (uniprosesor, single
prosesor, mono prosesor)

7. Status Proses
• Selama eksekusinya proses berada dalam
salah satu dari status-status berikut ini :
– New : proses sedang di-create
– Running : instruksi-instruksi sedang
dieksekusi
– Waiting : proses sedang menunggu
terjadinya event-event tertentu
– Ready : proses menunggu di-assign ke
prosesor
– Terminated : proses selesai eksekusi

8. Diagram Status Proses

9. Process Control Block (PCB)
• Agar suatu proses yang running, lalu
waiting/ready, dan kemudian running
kembali dapat meneruskan proses tanpa
kehilangan konteks maka diperlukan
struktur data untuk menyimpan informasi
dan status proses, disebut Process
Control Block (PCB)
• Satu blok digunakan untuk satu proses
dan isinya bisa bervariasi dari proses ke
proses

10. Informasi dalam PCB
• Informasi Manajemen Memori
– Posisi program di memori, dll
• Informasi Accounting
– Jumlah waktu eksekusi/elapse, time limit,
account/job number, dll
• Informasi Status I/O
– List dari I/O device yang dialokasi proses, list
file yang status sedang dibuka (baca/tulis), dll

11. Process Control Block (PCB)

12. Contoh tampilan Windows Task
Manager

13. Contoh list proses di Linux

14. Proses-proses dari Memori
Utama ke Register

15. CPU Switch dari Proses ke Proses

16. Scheduling Proses
• Dalam multiprogramming sejumlah proses
yang running secara concurrent
menggunakan resources : CPU dan devices
• Jika hanya ada satu prosesor (uniprosesor)
maka hanya satu proses setiap saat yang
benar-benar running dan yang lainnya
menunggu (waiting) dalam queue atau
melakukan aktifitas I/O

17. Queue untuk Scheduling
• Job queue berisi seluruh proses di dalam
sistem
• Ready queue berisi proses-proses yang
berada di memori dan siap (ready)/
menunggu (wait) untuk dieksekusi
• Device queue – proses-proses yang
menunggu giliran penggunaan device
tertentu
• Proses berpindah antara bermacam-
macam queue

18. Ready Queue dan I/O Device Queues

19. Representasi Process
Scheduling
= resource yang melayani queue
= queue (ready queue & device queue)

20. Scheduler
• Long-term scheduler (job scheduler)
– Memilih proses yang mana yang harus dibawa ke
dalam ready queue
– Menentukan degree of multiprogramming
– Lebih jarang (second, minute)  (may be slow)
• Short-term scheduler (CPU scheduler)
– Memilih proses mana yang harus dieksekusi berikutnya
dan mengalokasi CPU untuknya
– Lebih sering (milisecond)  (must be fast)
• Medium-term scheduler : swap proses In dan Out
antara memori dan swap-device untuk mengubah
karakteristik dari proses dalam penggunaan
memori atau I/O device

21. Status Proses - Scheduler
short-term scheduler
long-term scheduler

22. Diagram Perpindahan Proses
Baru terproses sebagian &
di swap-out sementara
Ready queue
I/O waiting queue
I/O
CPU
short-term scheduler
long-term scheduler
medium term
scheduler
end
Swap out
Swap in
new

23. Status Proses - Update

24. I/O vs CPU Bounds
• Proses-proses dapat dideskripsikan sbb :
–I/O-bound process : proses-proses yang
melakukan I/O dalam jumlah waktu yang
lebih lama daripada untuk komputasi;
banyak terdapat CPU burst yang pendek
–CPU-bound process : proses-proses
yang melakukan lebih banyak komputasi;
beberapa CPU burst yang panjang
(frequensinya sering dan CPU
burst/pendek)

25. Context Switch
• Saat CPU dipindahkan dari suatu proses
ke proses yang lain sistem harus
menyimpan status dari proses lama dan
me-load status proses yang baru
• Tugas ini dilakukan oleh context switch
• Waktu untuk context-switch merupakan
overhead (waktu sistem “terbuang” saat
switching)
• Jumlah waktu ini bergantung pada
dukungan Hardware

26. Operasi pada Proses-proses
• Dalam multiprogramming akan ada
proses yang baru mulai, dan ada
proses yang selesai, disamping
proses-proses yang sedang running
• Untuk dapat dimanage maka
diperlukan mekanisme tertentu untuk
menangani aktifitas create dan
terminate proses

27. Proses Creation
• Mekanisme “ayah-anak” atau “parent-
child” : proses “parent” meng-create
proses “child” yang juga dapat meng-
create proses-proses lainnya membentuk
pohon (tree) dari proses-proses
• Pada fase-fase awal : code dari user
program di-load ke memori, control
dialihkan ke program, proses berjalan
hingga selesai/abort, dan control kembali
ke monitor

28. Modus-modus saat Create Proses
(1)
• Dalam hal resource sharing
– Parent & child men-share semua resource
– Child men-share subset dari resource-
resource milik parent
– Parent & child tidak men-share apa pun
• Dalam hal eksekusi
– Parent & child dieksekusi secara concurrent
– Parent menunggu hingga child terminate

29. Modus-modus saat Create Proses
(2)
• Dalam hal address space :
– Child menduplikasi milik parent
– Child memiliki suatu program yang akan di-
load ke dalamnya
• Contoh UNIX
– System call fork() meng-create proses baru
– System call execve() digunakan setelah itu
untuk mengganti memory space dari proses
dengan program yang baru

30. Proses Tree pada UNIX System

31. Process Termination
• suatu proses mengalami terminasi
akibat inisiatif child atau parent krn
adanya pengakhiran sub proses
• Proses terminasi normal (user end
close/task program)
• Proses terminasi tidak normal ( user
menutup paksa/abort/cancel proses
atau aplikasi)

32. Terminasi karena Child
• Proses mengeksekusi statement terakhir
yang juga meminta OS untuk
mengahapusnya ( misalnya dengan
exit() )
– Data output dihasilkan child kepada parent (
misalnya sebagai return dari fork() )
– Resource-resource proses didealokasi oleh
OS

33. Terminasi karena Parent
• Parent mengakhiri eksekusi proses-proses
child ( misalnya dengan abort() )
– Child telah menggunakan jumlah resource
melebihi dari yang telah dialokasi
– Task yang diberikan pada child sudah tidak
diperlukan lagi
• Parent telah exit
– OS tidak mengijinkan child untuk berlanjut jika
parent terminate
– Cascading termination

34. Cooperating Processes
• Independent process tidak dapat dipengaruhi oleh
eksekusi proses lain
• Cooperating process dapat mempengaruhi dan
dipengaruhi oleh eksekusi proses lain
• Keuntungan proses berkooperasi :
– Sharing informasi : Menggunakan informasi(resource)
yang sama untuk beberapa proses
– Peningkatan kemampuan komputasi (Computation
Speedup) : Suatu task tertentu bisa dipecah menjadi
beberapa cooperating processes sehingga bisa dikerjakan
secara paralel sehingga menjadi lebih cepat selesai
– Modularitas : Pembuatan suatu sistem yang moduler
dengan memecahkan fungsi-fungsi dari sistem tersebut
menjadi beberapa proses atau thread
– Convenience : User bisa dengan mudah mengerjakan
sesuatu yang berbeda dalam waktu yang sama

35. Producer-Consumer Problem
• “Producer” merupakan proses yang
menghasilkan informasi yang akan dikonsumsi
oleh proses “Consumer”. Contoh :
– Compiler memproduksi assembly code yang
dikonsumsi oleh Assembler
– Assembler memproduksi Object yang dikonsumsi
oleh Loader
• Sebagai perantara digunakan suatu buffer
– Unbound-buffer : tidak ada batas kapasitas
– Bounded-buffer : buffer berukuran tetap
• Consumer harus menunggu jika buffer kosong
dan Producer harus menunggu jika buffer
penuh.

36. Bounded-Buffer – Shared-Memory
Solution
• Shared data
#define BUFFER_SIZE 10
typedef struct {
. . .
} item;
item buffer[BUFFER_SIZE];
int in = 0;
int out = 0;
• Hanya dapat menggunakan
BUFFER_SIZE-1 elemen

37. Bounded-Buffer – Producer Process
item nextProduced;
while (1) {
while (((in + 1) % BUFFER_SIZE) ==
out)
; /* do nothing */
buffer[in] = nextProduced;
in = (in + 1) % BUFFER_SIZE;
}

38. Bounded-Buffer – Consumer
Process
item nextConsumed;
while (1) {
while (in == out)
; /* do nothing */
nextConsumed = buffer[out];
out = (out + 1) % BUFFER_SIZE;
}

39. Ilustrasi Producer-Consumer
Problem
0
11
0
11
producer
consumer
0
11
Ring-buffer
12 slots
out
in
in
out
in
out
Full
Half-full
Empty

40. Algoritma Producer-Consumer
(Pascal)
• Producer :
repeat
…
produce an item nextp
…
while in+1 mod n = out
do no-op;
buffer[in] := nextp;
in := in+1 mod n;
until false;
 Consumer :
repeat
while in = out do no-op;
nextc := buffer[out];
out := out+1 mod n;
…
consume the item in nextc
…
until false;
 Shared data
var n; type item = …; var buffer : array [0..n-1] of item;
in, out : 0..n-1; n := 0; out := 0;

41. Interprocess Communication (IPC)
• Menyediakan mekanisme yang
memungkinkan proses-proses
berkomunikasi dan mensinkronisasi aksi-
aksinya
• Message System – komunikasi tanpa
memerlukan penggunaan shared variabel
milik proses user

42. Operasi-operasi IPC
• Operasi-operasi yang disediakan
– Send(message)
– Receive(message)
• Message dapat berukuran tetap atau variabel
– Ukuran tetap; implementasi fisik lebih simple, tapi
lebih sulit bagi user dalam pemrograman
– Ukuran variabel; pemrograman lebih mudah tapi
implementasi fisik lebih sulit

43. Communication Link
• Bila P dan Q hendak berkomunikasi
– mereka perlu menetapkan suatu communication link
di antara mereka lalu melakukan tukar-menukar
message melalui send/receive
• IPC dalam implementasinya memerlukan
communication link
– Secara fisik, contohnya shared memory, hardware
bus
– Secara logic, contohnya logical properties

44. Implementasi
• Menjawab pertanyaan-pertanyaan :
– Cara penetapan link
– Bisa berasosiasi dengan > 2 proses
– Jumlah link yang ditetapkan antara 2 proses
– Kapasitas link
– Ukuran message : tetap atau variabel
– Arah link : satu arah (unidirectional) atau dua arah
(bi-directional)
• Satu arah : proses hanya send (atau receive) dan hanya
satu yang receive

45. Metodologi
• Direct vs. Indirect Communication
• Symmetric vs. Asymmetric
Communication
• Automatic vs. Explicit Buffering
• Send by Copy vs. Send by Reference
• Fixed Sized vs. Variabel Sized Message

46. Direct Communication
• Proses-proses harus
menyebutkan pasangannya
secara eksplisit
– send(Q, message)
• Q adalah receiver
– receive(P, message)
• P adalah sender
P Q

47. Sifat-sifat Communication Link
Direct Comm.
• Link ditetapkan secara otomatis
• Link diasosiasikan dengan pasangan
proses yang sedang berkomunikasi tsb
• Antara sepasang proses hanya bisa ada 1
link
• Link bisa satu arah tapi biasanya dua arah

48. Contoh Producer-Consumer
• Producer :
repeat
…
Produce(nextp)
…
send(consumer,
nextp)
…
until false;
 Consumer :
repeat
…
receive(produser, nextc)
…
Consume(nextc)
…
until false;

49. Kekurangan Direct Comm.
• Modularitas terbatas
– Pengubahan nama proses perlu pengubahan
di seluruh call
– Perlu pemeriksaan jika terdapat nama yang
sama

50. Indirect Communication
• Message-message dikirim dan
diterima melalui suatu mailbox (juga
disebut port)
– Masing-masing mailbox memiliki id yang
unik
– Proses-proses hanya dapat
berkomunikasi jika mereka men-share
mailbox
– send(A, message)
• Kirim message ke dalam mailbox A
– receive(A, message)
A
P Q

51. Sifat-sifat Communication Link
Indirect Comm.
• Link ditetapkan saat dua proses men-
share suatu mailbox
• Link dapat diasosiasikan dengan sejumlah
proses
• Setiap pasang proses bisa men-share
beberapa link
• Link bisa satu arah atau dua arah

52. Operasi-operasi Indirect Comm.
• Proses memulai komunikasi dengan men-
create mailbox
• Komunikasi berlangsung dengan
pemanggilan perintah send & receive
message melalui mailbox tersebut
• Saat proses hendak exit maka proses
men-destroy mailbox

53. Masalah pada Mailbox Sharing
• Mailbox sharing
– P1, P2, and P3 share mailbox A.
– P1, sends; P2 dan P3 receive.
– Siapa yang mendapatkan message?
• Solusi
– Batasi link diasosiasikan hanya untuk max 2
proses
– Hanya mengijinkan satu proses setiap saat
yang meng-eksekusi operasi receive
– Sistem memilih siapa receiver-nya
– Sender menyebutkan siapa receiver-nya
A
P1
P2
P3

54. Sinkronisasi
• Message passing dapat dibedakan
menjadi :
– blocking
– non-blocking
• Blocking adalah synchronous
• Non-blocking adalah asynchronous
• Primitif send and receive dapat blocking
or non-blocking.

55. Buffering untuk Link
• 3 kemungkinan cara implementasi
– Zero capacity – tidak ada buffer
• Sender harus menunggu sampai muncul receiver
dan sebaliknya (sinkronisasi - rendezvous)
– Bounded capacity – bisa berisi max n
message
• Sender harus menunggu jika penuh
– Unbounded capacity – tak terbatas
• Sender tidak pernah menunggu

56. Komunikasi Client-Server
• Sockets
• Remote Procedure Calls
• Remote Method Invocation (Java)

57. Socket
• Socket didefinisikan sebagai suatu endpoint for
communication.
• Sebuah programming interface ke OS yang
memungkinkan proses untuk saling
berkomunikasi ke proses lainya
• Eksekusi TCP/UDP berlangsung di level kernel,
socket bertindak sebagai jembatan ke user
space.
• Merupakan gabungan IP address dan port
• Socket 161.25.19.8:1625 menunjukkan bahwa
port 1625 pada host 161.25.19.8
• Komunikasi terdiri dari pasangan socket.

58. Komunikasi antar Socket
• Contoh standard port :
– TELNET menggunakan port 23
– FTP menggunakan port 21
– HTTP server menggunakan port 80

59. Ilustrasi Socket

60. Komunikasi Socket

61. Detail Komunikasi Socket

62. Sockets in Unix
Server membuat socket
menggunakan bind(), sehingga
dapat dimanfaatkan oleh clients

63. Server for time of day (in Java)
Public class Server {
public static void main (String[], args) throws IOException {
Socket client = null; // connection-oriented socket
PrintWriter pout = null;
ServerSocket sock = null;
try {
sock = new ServerSocket (5155);
// now listen for connections
while (true) {
client = sock.accept ();
// we have a connection
pout = new PrintWriter (client.getOutputStream(), true);
// write the Date to the socket
pout.println( new Java.util.Date().toString());
pout.close();
client.close();
…..
New socket
to connect
to client
To send data
simply
using println

64. Client for time of day
Public class Client {
public static void main (String[], args) throws IOException {
InputStream in = null;
BufferedReader bin = null;
Socket sock = null;
try {
// make connection to socket
sock = new Socket (“127.0.0.1”, 5155);
in = sock.getInputStream ();
bin = new BufferedReader (new InputStreamReader (in));
String line;
while ( (line = bin.readLine ()) != null)
System.out.println (line);
}
…….
…..

65. Remote Procedure Calls (RPC)
(1)
• Remote Procedure Call (RPC) membuat
abstraksi pemanggilan prosedur antara
proses dalam sistem jaringan (network)
• Stubs – client-side proxy untuk procedure
aktual pada server
• Client-side stub mengalokasikan server
dan mengirimkan marshalls parameter
• Server-side stub menerima message,
membuka parameter marshall, dan
menjalankan procedure pada server

66. Mekanisme RPC

67. Remote Procedure Calls (RPC)
(2)
• Dalam sistem single-processor :
– message send = pemanggilan fungsi
– reply = function return
– sender mengaktifkan receiver dengan
message sebagai argument, dan sender wait
untuk mendapatkan reply dari function return
• Skema RPC ini dilakukan juga pada
proses-proses yang running di komputer
berlainan

68. Mekanisme IPC
• Sebelum mekanisme IPC digunakan, data harus di-
packaging ke dalam format transimisi. Langkah ini
dinamakan marshalling
• Proxy bertanggung jawab untuk marshalling data,
kemudian mengirimkan data dan meminta instans dari
komponen (remote)
• Stub menerima request, unmarshall data, dan
memanggil method yang diminta. Kemudian proses
mengembalikan nilai yang diinginkan
• Contoh : COM (Component Object Model) - Microsoft,

69. Contoh RPC
• Server hosts subroutines which can be called
from a client machine

70. Kelebihan RPC
• Relatif mudah digunakan :
– Pemanggilan remote procedure tidak jauh berbeda
dibandingkan pemanggilan local procedure. Sehingga
pemrogram dpt berkonsentrasi pd software logic,
tidak perlu memikirkan low level details seperti
socket, marshalling & unmarshalling.
• Relatively portable :
– S/W developed using RPC is easier to be ported
compared to sockets.
• Robust :
– Sejak th 1980-an RPC telah banyak digunakan dalam
pengembangan mission-critical application yg
memerlukan scalability, fault tolerance, & reliability.

71. Kekurangan RPC
• Tidak fleksibel terhadap perubahan :
– Static relationship between client & server at
run-time.
• Berdasarkan prosedural /structured
programming yang sudah ketinggalan
jaman dibandingkan OOP.

72. Remote Method Invocation
(RMI)
• Remote Method Invocation (RMI) adalah
mekanisme Java yang sama dengan RPC
• RMI memungkinkan program Java pada satu
komputer untuk memanggil suatu method pada
remote object

73. Marshalling Parameters
- Local objects passed by copy (object serialization)
- Remote objects passed by reference

74. tugas
• Install Software untuk virtualisasi sistem operasi
dg Virtual box (vbox.org) atau Vmware
• Install 1 OS Linux client atau linux server di
software tersebut
• Jalankan banyak aplikasi di linux (guest OS)
tersebut, tampilkan proses yang sedang running
dg printah ps, tampilkan tree dari semua proses
yang ada
• Amati pid masing2 proses yg running
• End task beberapa proses dg kill
• Tampilkan lagi dg printah ps dan tampilkan tree
dari proses

75. END OF MODUL - 4