Pada pembahasan di atas telah dikenal suatu istilah yang populer pada bagian semaphores, yaitu deadlock. Secara sederhana deadlock dapat terjadi dan menjadi hal yang merugikan, jika pada suatu saat ada suatu proses yang memakai sumber daya dan ada proses lain yang menunggunya. Bagaimanakah deadlock itu yang sebenarnya? Bagaimanakah cara penanggulangannya?
Latar Belakang
Misalkan pada suatu komputer terdapat dua buah program, sebuah tape drive dan sebuah printer. Program A mengontrol tape drive, sementara program B mengontrol printer. Setelah beberapa saat, program A meminta printer, tapi printer masih digunakan. Berikutnya, B meminta tape drive, sedangkan A masih mengontrol tape drive. Dua program tersebut memegang kontrol terhadap sumber daya yang dibutuhkan oleh program yang lain. Tidak ada yang dapat melanjutkan proses masing-masing sampai program yang lain memberikan sumber dayanya, tetapi tidak ada yang mengalah. Kondisi inilah yang disebut Deadlock atau pada beberapa buku disebut Deadly Embrace
Deadlock yang mungkin dapat terjadi pada suatu proses disebabkan proses itu menunggu suatu kejadian tertentu yang tidak akan pernah terjadi. Dua atau lebih proses dikatakan berada dalam kondisi deadlock, bila setiap proses yang ada menunggu suatu kejadian yang hanya dapat dilakukan oleh proses lain dalam himpunan tersebut.
Terdapat kaitan antara overhead dari mekanisme koreksi dan manfaat dari koreksi deadlock itu sendiri. Pada beberapa kasus, overhead atau ongkos yang harus dibayar untuk membuat sistem bebas deadlock menjadi hal yang terlalu mahal dibandingkan jika mengabaikannya. Sementara pada kasus lain, seperti pada real-time process control, mengizinkan deadlock akan membuat sistem menjadi kacau dan membuat sistem tersebut tidak berguna.
Contoh berikut ini terjadi pada sebuah persimpangan jalan. Beberapa hal yang dapat membuat deadlock pada suatu persimpangan, yaitu:
- Terdapat satu jalur pada jalan.
- Mobil digambarkan sebagai proses yang sedang menuju sumber daya.
- Untuk mengatasinya beberapa mobil harus preempt (mundur).
Sangat memungkinkan untuk terjadinya starvation (kondisi proses tak akan mendapatkan sumber daya).
Sebuah cara visual (matematika) untuk menentukan apakah ada deadlock, atau kemungkinan terjadinya.
G = (V, E) Graf berisi node and edge. Node V terdiri dari proses-proses = {P1, P2, P3, ...} dan jenis resource. {R1, R2, ...} Edge E adalah (Pi, Rj) atau (Ri, Pj)
Sebuah panah dari process ke resource menandakan proses meminta resource. Sebuah panah dari resource ke process menunjukkan sebuah instance dari resource telah dtempatkan ke proses. Process adalah lingkaran, resource adalah kotak; titik-titik merepresentasikan jumlah instance dari resource Dalam tipe. Meminta poin-poin ke kotak, perintah datang dari titik.
Menurut Coffman dalam bukunya "Operating System" menyebutkan empat syarat bagi terjadinya deadlock, yaitu:
- Mutual Exclusion
Suatu kondisi dimana setiap sumber daya diberikan tepat pada satu proses pada suatu waktu.
- Hold and Wait
Kondisi yang menyatakan proses-proses yang sedang memakai suatu sumber daya dapat meminta sumber daya yang lain.
- Non-pre-emptive
Kondisi dimana suatu sumber daya yang sedang berada pada suatu proses tidak dapat diambil secara paksa dari proses tersebut,sampai proses itu melepaskannya.
- Circular Wait
Kondisi yang menyatakan bahwa adanya rantai saling meminta sumber daya yang dimiliki oleh suatu proses oleh proses lainnya
Strategi untuk menghadapi deadlock dapat dibagi menjadi tiga pendekatan, yaitu:
- Mengabaikan adanya deadlock.
- Memastikan bahwa deadlock tidak akan pernah ada, baik dengan metode Pencegahan, dengan mencegah empat kondisi deadlock agar tidak akan pernah terjadi. Metode Menghindari deadlock, yaitu mengizinkan empat kondisi deadlock, tetapi menghentikan setiap proses yang kemungkinan mencapai deadlock.
- Membiarkan deadlock untuk terjadi, pendekatan ini membutuhkan dua metode yang saling mendukung, yaitu:
- Pendeteksian deadlock, untuk mengidentifikasi ketika deadlock terjadi.
- Pemulihan deadlock, mengembalikan kembali sumber daya yang dibutuhkan pada proses yang memintanya.
Dari penjabaran pendekatan diatas, terdapat empat metode untuk mengatasi deadlock yang akan terjadi, yaitu:
Pendekatan yang paling sederhana adalah dengan menggunakan strategi burung unta: masukkan kepala dalam pasir dan seolah-olah tidak pernah ada masalah sama sekali. Beragam pendapat muncul berkaitan dengan strategi ini. Menurut para ahli Matematika, cara ini sama sekali tidak dapat diterima dan semua keadaan deadlock harus ditangani. Sementara menurut para ahli Teknik, jika komputer lebih sering mengalami kerusakkan disebabkan oleh kegagalan hardware, error pada kompilator atau bugs pada sistem operasi. Maka ongkos yang dibayar untuk melakukan penanganan deadlock sangatlah besar dan lebih baik mengabaikan keadaan deadlock tersebut. Metode ini diterapkan pada sistem operasi UNIX dan MINIX.
Metode ini merupakan metode yang paling sering digunakan. Metode Pencegahan dianggap sebagai solusi yang bersih dipandang dari sudut tercegahnya deadlock. Tetapi pencgahan akan mengakibatkan kinerja utilisasi sumber daya yang buruk.
Metode pencegahan menggunakan pendekatan dengan cara meniadakan empat syarat yang dapat menyebabkan deadlock terjadi pada saat eksekusi Coffman (1971).
Syarat pertama yang akan dapat ditiadakan adalah Mutual Exclusion, jika tidak ada sumber daya yang secara khusus diperuntukkan bagi suatu proses maka tidak akan pernah terjadi deadlock. Namun jika membiarkan ada dua atau lebih proses mengakses sebuah sumber daya yang sama akan menyebabkan chaos. Langkah yang digunakan adalah dengan spooling sumber daya, yaitu dengan mengantrikan job-job pada antrian dan akan dilayani satu-satu.
Beberapa masalah yang mungkin terjadi adalah:
- Tidak semua dapat di-spool, tabel proses sendiri tidak mungkin untuk di-spool
- Kompetisi pada ruang disk untuk spooling sendiri dapat mengarah pada deadlock
Hal inilah yang menyebabkan mengapa syarat pertama tidak dapat ditiadakan, jadi mutual exclusion benar-benar tidak dapat dihilangkan.
Cara kedua dengan meniadakan kondisi hold and wait terlihat lebih menjanjikan. Jika suatu proses yang sedang menggunakan sumber daya dapat dicegah agar tidak dapat menunggu sumber daya yang lain, maka deadlock dapat dicegah. Langkah yang digunakan adalah dengan membuat proses agar meminta sumber daya yang mereka butuhkan pada awal proses sehingga dapat dialokasikan sumber daya yang dibutuhkan. Namun jika terdapat sumber daya yang sedang terpakai maka proses tersebut tidak dapat memulai prosesnya.
Masalah yang mungkin terjadi:
- Sulitnya mengetahui berapa sumber daya yang dibutuhkan pada awal proses
- Tidak optimalnya pengunaan sumber daya jika ada sumber daya yang digunakan hanya beberapa waktu dan tidak digunakan tapi tetap dimiliki oleh suatu proses yang telah memintanya dari awal.
Meniadakan syarat ketiga non preemptive ternyata tidak lebih menjanjikan dari meniadakan syarat kedua, karena dengan meniadakan syarat ketiga maka suatu proses dapat dihentikan ditengah jalan. Hal ini tidak dimungkinkan karena hasil dari suatu proses yang dihentikan menjadi tidak baik.
Cara terakhir adalah dengan meniadakan syarat keempat circular wait. Terdapat dua pendekatan, yaitu:
- Mengatur agar setiap proses hanya dapat menggunakan sebuah sumber daya pada suatu waktu, jika menginginkan sumber daya lain maka sumber daya yang dimiliki harus dilepas.
- Membuat penomoran pada proses-proses yang mengakses sumber daya. Suatu proses dimungkinkan untuk dapat meminta sumber daya kapan pun, tetapi permintaannya harus dibuat terurut.
Masalah yang mungkin terjadi dengan mengatur bahwa setiap proses hanya dapat memiliki satu proses adalah bahwa tidak semua proses hanya membutuhkan satu sumber daya, untuk suatu proses yang kompleks dibutuhkan banyak sumber daya pada saat yang bersamaan. Sedangkan dengan penomoran masalah yang dihadapi adalah tidak terdapatnya suatu penomoran yang dapat memuaskan semua pihak.
Secara ringkas pendekatan yang digunakan pada metode pencegahan deadlock dan masalah-masalah yang menghambatnya, terangkum dalam tabel dibawah ini.
Syarat | Langkah | Kelemahan |
Mutual Exclusion | Spooling sumber daya | Dapat menyebabkan chaos |
Hold and Wait | Meminta sumber daya di awal | Sulit memperkirakan di awal dan tidak optimal |
No Pre-emptive | Mengambil sumber daya di tengah proses | Hasil proses tidak akan baik |
Circular Wait | Penomoran permintaan sumber daya | Tidak ada penomoran yang memuaskan semua pihak |
Pendekatan metode ini adalah dengan hanya memberi kesempatan ke permintaan sumber daya yang tidak mungkin akan menyebabkan deadlock. Metode ini memeriksa dampak pemberian akses pada suatu proses, jika pemberian akses tidak mungkin menuju kepada deadlock, maka sumber daya akan diberikan pada proses yang meminta. Jika tidak aman, proses yang meminta akan di-suspend sampai suatu waktu permintaannya aman untuk diberikan. Kondisi ini terjadi ketika setelah sumber daya yang sebelumnya dipegang oleh proses lain telah dilepaskan.
Kondisi aman yang dimaksudkan selanjutnya disebut sebagai safe-state, sedangkan keadaan yang tidak memungkinkan untuk diberikan sumber daya yang diminta disebut unsafe-state.
Suatu keadaan dapat dinyatakan sebagai safe state jika tidak terjadi deadlock dan terdapat cara untuk memenuhi semua permintaan sumber daya yang ditunda tanpa menghasilkan deadlock. Dengan cara mengikuti urutan tertentu.
Suatu state dinyatakan sebagai state tak selamat (unsafe state) jika tidak terdapat cara untuk memenuhi semua permintaaan yang saat ini ditunda dengan menjalankan proses-proses dengan suatu urutan.
Algoritma penjadualan ini diungkapkan oleh Dijkstra (1965) lebih dikenal dengan nama Algoritma Bankir. Model ini menggunakan suatu kota kecil sebagai percontohan dengan suatu bank sebagai sistem operasi, pinjaman sebagai sumber daya dan peminjam sebagai proses yang membutuhkan sumber daya. Deadlock akan terjadi apabila terdapat seorang peminjam yang belum mengembalikan uangnya dan ingin meminjam kembali, padahal uang yang belum dikembalikan tadi dibutuhkan oleh peminjam lain yang juga belum mengembalikan uang pinjamannya.
Beberapa kelemahan algoritma Bankir Tanenbaum (1992), Stallings (1995) dan Deitel (1990) adalah sebagai berikut:
- Sulit untuk mengetahui seluruh sumber daya yang dibutuhkan proses pada awal eksekusi.
- Jumlah proses yang tidak tetap dan berubah-ubah.
- Sumber daya yang tadinya tersedia dapat saja menjadi tidak tersedia kembali.
- Proses-proses yang dieksekusi haruslah tidak dibatasi oleh kebutuhan sinkronisasi antar proses.
- Algoritma ini menghendaki memberikan semua permintaan selama waktu yang berhingga.
Metode ini mengunakan pendekatan dengan teknik untuk menentukan apakah deadlock sedang terjadi serta proses-proses dan sumber daya yang terlibat dalam deadlock tersebut. Setelah kondisi deadlock dapat dideteksi, maka langkah pemulihan dari kondisi deadlock dapat segera dilakukan. Langkah pemulihan tersebut adalah dengan memperoleh sumber daya yang diperlukan oleh proses-proses yang membutuhkannya. Beberapa cara digunakan untuk mendapatkan sumber daya yang diperlukan, yaitu dengan terminasi proses dan pre-emption (mundur) suatu proses. Metode ini banyak digunakan pada komputer mainframe berukuran besar.
Metode ini akan menghapus proses-proses yang terlibat pada kondisi deadlock dengan mengacu pada beberapa syarat. Beberapa syarat yang termasuk dalam metode ini adalah, sebagai berikut:
- Menghapus semua proses yang terlibat dalam kondisi deadlock (solusi ini terlalu mahal).
- Menghapus satu persatu proses yang terlibat, sampai kondisi deadlock dapat diatasi (memakan banyak waktu).
- Menghapus proses berdasarkan prioritas, waktu eksekusi, waktu untuk selesai, dan kedalaman dari rollback.
Metode ini lebih menekankan kepada bagaimana menghambat suatu proses dan sumber daya, agar tidak terjebak pada unsafe condition.
Beberapa langkahnya, yaitu:
- Pilih salah satu - proses dan sumber daya yang akan di-preempt.
- Rollback ke safe state yang sebelumnya telah terjadi.
Mencegah suatu proses agar tidak terjebak pada starvation karena metode ini.
