Tugas 3 Sistem Operasi

A. Apa artinya Direct Memory Access (DMA) ?       

Direct memory access (DMA) adalah metode yang memungkinkan perangkat input / output (I / O) untuk mengirim atau menerima data secara langsung ke atau dari memori utama, melewati CPU untuk mempercepat operasi memori. Proses ini dikelola oleh chip yang dikenal sebagai pengontrolDirectMemory Access Control (DMAC).

Selama transfer blok byte masukan, urutan berikut terjadi sebagai byte data dikirim dari I/O Interface ke memori:

1. I/O Interface mengirimkan pengontrol DMA permintaan DMA layanan.

2. Permintaan Bus dibuat untuk pin terus (Tinggi aktif) pada mikroprosesor 8086 dan controller kontrol keuntungan dari bus.

3. Dana bantuan Bus dikembalikan ke DMA controller dari Hold mengakui (HLDA) pin (aktif tinggi) pada mikroprosesor 8086.

4. Para DMA controller tempat isi alamat register ke bus alamat.

5. Controller mengirimkan I/O Interface pengakuan DMA, yang memberi tau I/O Interface untuk menempatkan data pada bus data. (Untuk output itu sinyal
antarmuka untuk memalangi data berikutnya yang ditempatkan di bus)

6. Byte data ditransfer ke lokasi memori yang ditunjukkan oleh bus alamat.

7. I/O Interface Mengkaitkan data.

8. Permintaan Bus terjatuh, pin HOLD pergi rendah, dan controller melepaskan bus.

9. Bantuan Bus dari mikroprosesor 8086 dijatuhkan dan pin HLDA pergi Rendah.

   B. Kegunaan DMA

       

DMA memiliki kegunaan sebagai  berikut :

1.     Untuk membantu CPU fokus penuh untuk mengerjakan proses transfer data.

Dengan DMA,   CPU cukup memulai prosesnya dan bisa melakukan kerja lain selama proses transfer itu   berlangsung dan tinggal menunggu informasi dari DMA controller jika proses transfer sudah   selesai.

2.      Membebaskan pemroses menunggui transfer data yang dilakukan perangkat I/O.

Saat pemroses ingin membaca atau menulis data, pemroses memerintahkan DMA controller dengan mengirim informasi berikut :

v  Perintah penulisan/pembacaan.

v  Alamat perangkat I/O.

v  Awal lokasi memori yang ditulis/dibaca.

v  Jumlah word (byte) yang ditulis/dibaca.

 Setelah mengirim informasi-informasi itu ke DMA controller, pemroses

 dapat melanjutkan kerja lain. Pemroses mendelegasikan operasi I/O ke DMA.

 DMA mentransfer seluruh data yang diminta ke/dari memori secara langsung

 tanpa melewati pemroses. Ketika transfer data selesai, DMA mengirim

 sinyal interupsi ke pemroses. Sehingga pemroses hanya dilibatkan pada

 awal dan akhir transfer data. Operasi transfer antara perangkat dan

 memori utama dilakukan sepenuhnya oleh DMA lepas dari pemroses dan hanya

 melakukan interupsi bila operasi telah selesai.

3.  Supaya CPU dapat  melakukan pekerjaan atau instruksi yang berbeda ketika     melakukan operasi baca tulis dari perangkat peripheral.

  Tanpa adanya  DMA CPU akan terus sibuk melakukan operasi baca tulis (transfer data) dan tidak dapat melakukan atau menyelesaikan instruksi yang lain. Dengan adanya DMA, CPU cukup mempersiapkan DMA chip dengan cara memberikan beberapa informasi seperti jumlah data bit yang ditransfer, alamat dari device dan memory yang diperlukan dan arah dari aliran data tersebut, setelah itu DMA chip sendiri yang akan menyelesaikannya. DMA chip akan melakukan interupt, ketika pekerjaannya sudah selesai. Selama DMA chip melakukan tugasnya hingga munculnya interupt, CPU dapat menyelesaikan instruksi yang lainnya.

4.      Dma digunakan intra-chip untuk transfer data dalam multi-core, terutama dalam sistem multiprocessor-on-chip, di mana elemen-nya adalah proses yang dilengkapi dengan memori lokal (sering disebut alas memori) dalam sebuah elemen pemrosesan multi-core processor dapat mentransfer data ke dan dari memori tanpa menempati prosesor waktu, mesin dan membuat data tumpang tindih.

5.      DMA digunakan untuk mentransfer data antara lokal memori dan memori utama.

Komputer yang ada DMA channel dapat mentransfer data dari dan ke perangkat dengan CPU overhead jauh lebih sedikit daripada komputer tanpa saluran DMA .

Seperti yang telah disebutkan , DMA ialah sebuah prosesor khusus (special purpose processor) yang berguna untuk menghindari pembebanan CPU utama oleh program I/O (PIO). Untuk memulai sebuah transfer DMA, host akan menuliskan sebuah DMA command block yang berisi pointer yang menunjuk ke sumber transfer, pointer yang menunjuk ke tujuan transfer, dan jumlah byte yang ditransfer, ke memori. CPU kemudian menuliskan alamat command block ini ke pengendali DMA, sehingga pengendali DMA dapat kemudian mengoperasikan bus memori secara langsung dengan menempatkan alamatalamat pada bus tersebut untuk melakukan transfer tanpa bantuan CPU.

DMA digunakan intra-chip untuk transfer data dalam multi-core, terutama dalam sistem multiprocessor-on-chip, di mana elemen-nya adalah proses yang dilengkapi dengan memori lokal (sering disebut alas memori) dan DMA digunakan untuk mentransfer data antara lokal memori dan memori utama.

Komputer yang ada DMA channel dapat mentransfer data dari dan ke perangkat dengan CPU overhead jauh lebih sedikit daripada komputer tanpa saluran DMA . Demikian pula di dalam sebuah elemen pemrosesan multi-core processor dapat mentransfer data ke dan dari memori tanpa menempati prosesor waktu, mesin dan membuat data tumpang tindih.

  C. Cara Kerja DMA

1.      CPU mengirimkan CPU data-data berikut ini ke DMA controller: 

           a)    Perintah read/write

           b)    Alamat device yang akan diakses

           c)    Alamat awal blok memori yang akan dibaca atau ditulis.

           d)    Jumlah blok yang akan ditransfer.

2.      CPU klien mengeksekusi program lain.

3.      DMA controller mengirimkan seluruh blok data (per satu word) langsung ke         memori tanpa melibatkan CPU)

4.      DMA controler mengirimkan interupt ke CPU jika telah selesai.

5.      DMA controler mengambil alih sistem bus sebanyak 1 siklus.

6.      DMA men-transfer satu word data

7.      Pengambil alihan bus oleh DMA bukan interrupt CPU tidak perlumenyimpan context 

8.      CPU hanya tertunda sessaat satu siklus sebelum mengakses bus yaitu sebelum operan atau data diambil atau data ditulis diagram modul DMA

  D. Konfigurasi Modul DMA  

     

Ø  Konfigurasi I

Ø  Hanya menggunakan single bus

Ø  DMA dan modul I/O terpisah

Ø  Setiap transfer harus mengakses bus 2 kali

Ø  Konfigurasi II

Ø  Hanya menggunakan single bus

Ø  DMA controller dan modul I/O terintegrasi

Ø  satu DMA controller dapat mengangani lebih dari 1 modu I/O

Ø  Setiap transfer hanya perlu mengakses bus satu kali saja

Ø  Konfigurasi III

Ø  digunakan bus I/O secara terpisah

Ø  semua modul I/O cukup dilayani dengan sebuah DMA

Ø  Setiap transfer hanya perlu mengakses bus satu kali saja

  E. Jalur Transfer DMA

1.   Ada 3 langkah dalam transfer DMA :

     i. Prosesor menyiapkan DMA prosesor Transfer dengan menyediakan data-data dari perangkat, operasi yang akan ditampilkan, alamat memori yang akan menjadi sumber, tujuan data, dan banyaknya byte yang akan ditransfer.

   ii. Pengendali DMA memulai operasi dengan menyiapkan bus,menyediakan alamat, menulis, dan membaca data sampai seluruh blok sudah ditransfer.

     iii. Pengendali DMA menginterupsi prosesor, dimana selanjutnya akan ditentukan tindakan berikutnya.

Pada dasarnya, DMA mempunyai 2 metode untuk transfer data.

1)      HALT atau Burst Mode DMA ialah DMA yang memegang kontroldari sistem bus dan menstransfer semua blok data dari memori ke single burst atau sebaliknya,

2)      CYCLE STEALING DMA pada metode ini mengikutsertakan pengendali DMA untuk memegang kontrol dari sistem bus untuk jangka waktu yang lebih pendek pada periode dimana mikroprosesor sibuk dengan operasi internal dan tidak membutuhkan akses ke sistem bus.

 F.Kelemahan DMA

   Tanpa DMA, diprogram menggunakan input / Output (PIO) mode untuk berkomunikasi dengan perangkat pinggiran, atau menggunakan / menyimpan instruksi dalam kasus multicore chips,CPU biasanya penuh diduduki untuk seluruh durasi dari operasi membaca atau menulis, dan dengandemikian tidak tersedia untuk melakukan pekerjaan lain. Dengan DMA, CPU akan melakukan transfer, lakukan operasi lainnya sementara transfer yang sedang berlangsung, dan menerima mengganggu dari DMA controller setelah operasi telah selesai. Hal ini sangat berguna dalam real-time komputasi di mana aplikasi tidak stalling belakang yg berbarengan operasi adalah penting. Dan aplikasi lain yang berhubungan dengan berbagai daerah adalah bentuk streaming pemrosesan dimana perlu ada pengolahan data dan transfer paralel, untuk mencapai throughput memadai.

   G. Kelebihan DMA

      Kelebihan menggunakan mode DMA sangat terasa pada sistem operasi multitasking seperti Windows, Linux, UNIX, dan sebagainya. Karena transfer data akan menghemat resource processor sehingga processor dapat mengerjakan pekerjaan lain. Keuntungan lainnya adalah kecepatan transfer data dengan menggunakan mode DMA jauh lebih cepat bila dibandingkan dengan menggunakan mode PIO.

   H. Hubungan DMA dengan Input dan Output

           Hubungan antara CPU dengan main memory ataupun dengan alat-alat input atau output dilakukan dengan suatu jalur yang di sebut dengan bus. Hubungan antara CPU dengan main memory melalui jalur bus yang dilekatkan pada memory data register, memory address register dan control unit di CPU. Sedangkan bus yang menghubungkan CPU dengan alat-alat input/output tidak dilekatkan langsung ke alat-alat input/output tersebut, tapi dapat melalui suatu alat port atau DMA controller atau channel.

Sumber : 

https://www.techopedia.com/definition/2767/direct-memory-access-dma

https://taryainunhannif.blogspot.com/2014/02/normal-0-false-false-false-in-x-none-x_42.html

Tugas 2 SO "Thread"

Thread

1. Thread

1. Thread adalah unit terkecil dalam suatu proses yang bisa dijadwalkan oleh sistem operasi.
2. Merupakan sebuah status eksekusi (ready, running, suspend, block, queue, dll)
3. Kadang disebut sebagai proses ringan (lightweight).
4. Unit dasar dari dari sistem utilisasi pada processor (CPU).
5. Dalam thread terdapat: ID Thread, Program Counter, Register dan Stack.
6. Sebuah thread berbagi code section, data section dan resource sistem operasi dengan thread yang lain yang memiliki proses yang sama.

2.Single-Threading dan Multi-Threading Single

Threading adalah sebuah lightweight process (proses sederhana) yang mempunyai thread tunggal yang berfungsi sebagai pengendali/ controller. Multi-Threading adalah proses dengan thread yang banyak dan mengerjakan lebih dari satu tugas dalam satu waktu.

3. Keuntungan Multi-Threading

1. Responsive; tanggap: Multi-Threading mengizinkan program untuk berjalan terus walau-pun pada bagian program tersebut di block atau sedang dalam keadaan menjalankan operasi yang lama/ panjang. Sebagai contoh, multithread web browser dapat mengizinkan pengguna berinteraksi dengan suatu thread ketika suatu gambar sedang diload oleh thread yang lain.
2. Pembagian sumber daya: Secara default, thread membagi memori dan sumber daya dari proses.Ketika thread berjalan pada data yang sama, thread tersebut bisa berbagi cache memory.
3. Ekonomis: Mengalokasikan memori dan sumber daya untuk membuat proses adalah sangat mahal. Alternatifnya, karena thread membagi sumber daya dari proses, ini lebih ekonomis untuk membuat threads.
4. Pemberdayaan arsitektur multiprosesor: Keuntungan dari multi-threading dapat ditingkatkan dengan arsitektur multiprosesor, dimana setiap thread dapat jalan secara paralel pada prosesor yang berbeda. Pada arsitektur prosesor tunggal, CPU biasanya berpindah-pindah antara setiap thread dengan cepat, sehingga terdapat ilusi paralelisme, tetapi pada kenyataannya hanya satu thread yang berjalan di setiap waktu.

4. Kerugian Multi-Threading

1. Multiple thread bisa mengganggu satu sama lain saat berbagi hardware resource, misalnya chace memory.
2. Execution time (waktu proses) dari sebuah single-thread tidak dapat diimprove (ditambah), tapi malah bisa diturunkan. Ini terjadi karena penurunan frequensi yang dibutuhkan ketika terjadi pergantian thread yang berjalan.
3. Harus ada dukungan dari hardware ataupun software untuk melakukan multi-Threading.

5. Model-Model Threading

1. Kernel-level threading; thread ini dibuat oleh pengguna yang berkorespondensi 1-1 dengan entitas-entitas yang terjadwalkan yang berada di kernel. Ini merupakan implementasi (penerapaan) paling sederhana dari threading.

• Thread kernel didukung langsung oleh sistem operasi.
• Pembuatan, penjadwalan, dan manajemen thread dilakukan oleh kernel pada kernel space.
• Pengaturan thread dilakukan oleh sistem operasi, sehingga pembuatan dan pengaturan kernel thread lebih lambat dibandingkan user thread.

2. User-level threading; sebuah pemetaan N-1, yang berarti bahwa semua level aplikasi thread dipetakan ke entitas tunggal yang ada di kernel. Dengan pendekatan ini, switching proses dapat dilakukan dengan sangat cepat.

• Thread pengguna didukung kernel serta diimplementasikan dengan pustaka (library) thread pada tingkatan pengguna.
• Pustaka (library) menyediakan fasilitas untuk pembuatan thread, penjadwalan thread, dan manajemen thread tanpa dukungan dari kernel.
• Semua pembuatan dan penjadwalan thread dilakukan dalam ruang pengguna tanpa campur tangan kernel.

6. Thread dalam Sistem Operasi

• Sistem operasi telah mendukung proses multithreading.
• Setiap sistem operasi memiliki konsep tersendiri dalam pengimplementasiannya.
• Sistem operasi dapat mendukung thread pada tingkatan kernel maupun tingkatan pengguna.

1. Model Multi-Threading

1. Many-to-One

• 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.

2. One-to-One

• Memetakan setiap thread tingkatan pengguna ke thread kernel.
• Model ini menyediakan lebih banyak concurrency dibandingkan model Many-to-One.
• D3 KomSI UGM Sistem Operasi

3. Many-to-Many

• Mengelompokkan banyak thread pengguna untuk dipetakan ke thread kernel yang
• jumlahnya lebih sedikit atau sama dengan tingkatan pengguna.
• Mengijinkan sistem operasi untuk membuat sejumlah thread kernel.

7. Cancellation

Thread cancellation ialah pemberhentian thread sebelum tugasnya selesai. Umpama, jika dalam program Java hendak mematikan Java Virtual Machine (JVM). Sebelum JVM dimatikan, maka seluruh thread yang berjalan harus dihentikan terlebih dahulu. Thread yang akan diberhentikan biasa disebut target thread.Pemberhentian target thread dapat terjadi melalui dua cara yang berbeda:Asynchronous cancellation: suatu thread seketika itu juga memberhentikan target thread.

Defered cancellation: target thread secara perodik memeriksa apakah dia harus berhenti, cara ini memperbolehkan target thread untuk memberhentikan dirinya sendiri secara terurut.

Alternatifnya adalah dengan menggunakan deffered cancellation. Cara kerja dari deffered cancellation adalah dengan menggunakan satu thread yang berfungsi sebagai pengindikasi bahwa target thread hendak diberhentikan. Tetapi pemberhentian hanya akan terjadi jika target thread memeriksa apakah ia harus berhenti atau tidak. Hal ini memperbolehkan thread untuk memeriksa apakah ia harus berhenti pada waktu dimana ia dapat diberhentikan secara aman yang aman. Pthread merujuk tersebut sebagai cancellation points.

8.Threads Pools

Pada web server yang multithreading ada dua masalah yang timbul:Ukuran waktu yang diperlukan untuk menciptakan thread untuk melayani permintaan yang diajukan terlebih pada kenyataannya thread dibuang ketika ia seketika sesudah ia menyelesaikan tugasnya.Pembuatan thread yang tidak terbatas jumlahnya dapat menurunkan performa dari sistem.Solusinya adalah dengan penggunaan Thread Pools, 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 maka maka 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 thread yang tersedia pada saat dibutuhkan maka server menunggu sampai ada satu thread yang bebas.

9. Keuntungan thread pool:

Biasanya lebih cepat untuk melayani permintaan dengan thread yang ada dibanding dengan menunggu thread baru dibuat.Thread pool membatasi jumlah thread yang ada pada suatu waktu. Hal ini pentingpada sistem yang tidak dapat mendukung banyak thread yang berjalan secara concurrent.

Sumber :

https://vivimargaretha494.wordpress.com/2015/10/01/thread-pada-sistem-operasi-2/