Proses

Proses dalam ruang lingkup sistem operasi dapat dikatakan sebagai sebuah aplikasi/program yang sedang dijalankan. Manajemen proses adalah salah satu dari fungsi utama dari sistem operasi terutama pada sistem operasi yang mendukung eksekusi banyak aplikasi pada waktu yang bersamaan. Sistem operasi yang baik harus dapat mengatur sumber daya komputer (yang terbatas) sedemikian rupa sehingga aplikasi-aplikasi yang sedang berjalan bersamaan tersebut mendapatkan sumber daya komputer yang mereka butuhkan agar dapat berfungsi dengan benar.

Sebuah proses yang sedang berjalan disimpan di dalam memori utama (RAM) dan dua bagian penting dari sebuah proses adalah Kode program atau instruksi-instruksi program yang harus dieksekusi oleh prosesor (yang dapat dibagi pakai bersama dengan proses lain) dan Sekumpulan data yang berhubungan dengan kode program dari proses

Tetapi dua bagian di atas tidak memiliki cukup informasi yang dibutuhkan oleh sistem operasi untuk memanajemen banyak proses yang berjalan bersamaan. Informasi-informasi tersebut dibuat oleh sistem operasi dan disimpan dalam struktur data yang disebut PCB (Process Control Block). Isi dari PCB tersebut antara lain:

1. Identifier: tanda identitas yang membedakan suatu proses dengan proses lainnya.
2. State: kondisi dari proses. Jika proses sedang dieksekusi maka kondisi/statusnya adalah running.
3. Priority: prioritas eksekusi dibandingkan proses-proses lainnya.
4. Program counter: alamat memori dari instruksi program berikutnya yang akan dieksekusi.
5. Memory pointer: pointer menuju kode program (instruksi program), data yang berhubungan dengan proses, dan blok memori yang dibagipakai bersama proses-proses lain.
6. Contex data: adalah data yang ada di register prosesor ketika proses dieksekusi.
7. I/O status information: informasi tentang permintaan I/O, peralatan I/O, file, dll.
8. Accounting information: dapat terdiri dari waktu prosesor, waktu clock yang digunakan, batas waktu, nomor akun, dll.

Informasi-informasi di atas setidaknya cukup lengkap bagi sistem operasi untuk menginterupsi/menunda pengeksekusian sebuah proses untuk mengeksekusi proses lain kemudian kembali lagi mengeksekusi proses pertama seakan-akan interupsi tidak pernah terjadi

Kondisi / Keadaan Proses
Dari sudut pandang prosesor eksekusi sebuah proses berarti mengeksekusi instruksi-instruksi dari proses tersebut berdasarkan urutan tertentu. Urutan eksekusi ini dikendalikan lewat perubahan nilai pada register program counter yang berupa penunjuk ke suatu lokasi yang berisi instruksi dari proses.

Isi dari program counter ini pada suatu saat bisa berubah menjadi penunjuk ke instruksi yang dimiliki oleh proses lain. Hal ini terjadi ketika sebuah program kecil bernama dispatcher yang dieksekusi secara periodik oleh prosesor.

Sebuah daftar yang berisi urutan instruksi yang dieksekusi untuk suatu proses yang dibuat untuk mengetahui kelakuan dari sebuah proses individual dikenal sebagai trace. Gambar-gambar 3-1 dan 3-2 dapat menjelaskan posisi proses dan dispatcher serta trace dari beberapa proses ketika dijalankan.

Untuk mengatur eksekusi dari proses termasuk mengatur pergantian eksekusi antar proses dan mengalokasikan sumber daya komputer yang dibutuhkan proses yang akan dieksekusi sistem operasi perlu mengetahui kondisi yang sedang dialami sebuah proses dan menentukan tindakan apa yang harus diambil terhadap proses tersebut pada kondisi tertentu.

Ada beberapa model dari kondisi-kondisi yang dialami sebuah proses dimulai dari model yang sederhana yang terdiri dari hanya dua kondisi hingga berkembang menjadi model yang memiliki lebih dari lima kondisi.

Model Dua Kondisi
Model yang pertama dan paling sederhana adalah model 2 kondisi (2 state) yang terdiri dari kondisi running dan not running seperti dijelaskan oleh gambar 3-3. Pada saat pertama kali proses dibuat proses tersebut akan memasuki kondisi not running dan akan memasuki sebuah antrian untuk proses-proses yang menunggu untuk dieksekusi oleh prosesor. Proses yang sedang dieksekusi berada dalam kondisi running dan pada suatu saat akan berhenti dieksekusi apakah karena telah selesai atau gilirannya telah habis dan prosesor akan mengeksekusi dispatcher yang akan menaruh proses barusan pada belakang antrian dan merubah nilai program counter sehingga menunjuk pada urutan instruksi yang dimiliki oleh proses yang berada di depan antrian.

Model Lima Kondisi
Model yang ke-dua adalah model dengan 5 kondisi (5 state). Model ini merupakan perkembangan dari model yang pertama untuk menangani kondisi di mana sebuah proses mungkin saja tidak selalu siap untuk dieksekusi karena harus menunggu sebuah operasi I/O selesai dilaksanakan. Pada model ini kondisi not running  dipecah menjadi ready dan blocked. Berikut ini adalah daftar 5 kondisi yang ada pada model 5 kondisi:

1. Running : proses sedang dieksekusi
2. Ready : proses siap dieksekusi jika telah mendapat kesempatan
3. Blocked : proses tidak dapat dieksekusi hingga suatu event terjadi atau menunggu suatu proses I/O selesai
4. New : proses baru saja selesai dibuat. Pada kondisi ini biasanya baru process control block saja yang telah selesai dibuat dan ditaruh di memori utama sedangkan instruksi dan datanya belum
5. Exit : proses telah dilepaskan dari kumpulan (pool) proses yang dapat dieksekusi oleh sistem operasi dikarenakan telah selesai maupun dibatalkan karena alasan tertentu

Dapat dilihat bahwa ada dua kondisi tambahan selain pemisahan not running menjadi ready dan blocked yaitu new dan exit. Kondisi new pada model ini seperti yang telah dijelaskan di atas menerangkan bahwa sistem operasi telah menyiapkan keperluan untuk menjalankan proses seperti PCB dan tabel-tabel tertentu dalam sistem operasi tetapi proses itu sendiri belum dieksekusi oleh prosesor. Kondisi exit pada model ini mewakili kondisi sedemikian sehingga proses yang telah dihentikan eksekusinya karena telah selesai maupun karena hal lainnya seperti kesalahan dan pembatalan oleh pengguna tidak langsung dihapus melainkan disimpan sementara agar informasi yang menyertai proses tersebut seperti PCB dan tabel-tabel yang menyertainya dapat digunakan oleh proses lain yang memerlukan seperti proses yang melakukan perhitungan waktu eksekusi dan penggunaan sumberdaya oleh proses lainnya.

Berikut ini adalah jenis-jenis kejadian (event) yang dapat menyebabkan proses berpindah dari suatu kondisi ke kondisi lainnya dalam model 5 kondisi:

1. Null –> New: sebuah proses baru dibuat. Prose ini dapat benar-benar baru atau dapat berasal dari proses lain yang telah ada melalui process spawning.
2. New –> Ready: sistem operasi memindahkan sebuah proses ke kondisi ready dari kondisi new hanya jika sistem operasi tersebut telah siap. Sistem operasi dapat menahan sebuah proses dalam kondisi new jika kondisi belum memungkinkan untuk menangani proses tambahan seperti kekurangan memori atau terdapat batasan jumlah proses yang dapat ditangani agar tidak menurunkan kinerja keseluruhan.
3. Ready –> Running: proses dipindahkan dari kondisi ready ke kondisi running oleh rutin penjadwalan atau dispatcher dan dieksekusi oleh prosesor.
4. Running –> Ready: alasan paling umum untuk memindahkan suatu proses dari running ke kondisi ready adalah karena waktu eksekusi untuk proses tersebut telah habis atau diinterupsi untuk digantikan oleh proses dengan prioritas yang lebih tinggi.
5. Running –> Exit: proses dihentikan eksekusinya dan diterminasi dikarenakan telah selesai atau karena alasan lainnya seperti terjadinya kesalahan atau pembatalan eksekusi oleh pengguna.
6. Running –> Blocked: proses diblok apabila proses tersebut telah meminta sesuatu yang tidak dapat langsung dipenuhi oleh sistem operasi, contohnya: operasi I/O
7. Blocked –> Ready: proses dipindahkan dari blocked ke kondisi ready hanya jika kejadian (event) tertentu yang ditunggu telah terjadi seperti permintaan operasi I/O oleh proses tersebut telah selesai dilaksanakan.
8. Ready –> Exit: transisi ini tidak digambarkan pada model 5 kondisi untuk menjaga kejelasan tetapi sebuat proses dalam kondisi ready dapat langsung diterminasi contohnya sebuah proses anak dapat diterminasai oleh proses induk kapan saja dan jika sebuah proses induk mati maka proses anak juga ikut diterminasi.
9. Blocked –> Exit: transisi ini termasuk dalam penjelasan kondisi ready -> exit.

Model dengan Suspended State
Model 2 kondisi dan 5 kondisi sebelumnya berlaku pada sistem operasi yang tidak memerlukan swapping. Swapping  berlaku pada sistem operasi yang menerapkan konsep memori virtual (akan dibahas di bab manajemen memori) yaitu menjadikan media penyimpanan seperti harddisk sebagai bagian dari memori untuk menyimpan proses yang akan dieksekusi. Proses-proses yang ada tidak disimpan dalam memori utama tetapi disimpan dalam media harddisk. Hanya proses-proses yang siap dieksekusi saja yang disimpan dalam memori utama. Konsep memori virtual ini memungkinkan sistem operasi membuat proses dengan jumlah dan ukuran lebih besar dari kapasitas memori utama. Jika memori utama penuh dan ada proses lain yang harus masuk maka proses yang sedang tidak dieksekusi di memori dapat dipindahkan kembali ke memori virtual. Pemindahan dari memori virtual ke memori utama dan sebaliknya inilah yang disebut sebagai swapping.

Untuk mengimplementasikan konsep memori virtual tersebut perlu dibuat suatu kondisi baru yaitu kondisi ketika proses berada pada dalam memori virtual yaitu kondisi suspended. Proses yang berada dalam kondisi blocked dapat dipindahkan dari memori utama ke sebuah antrian proses di memori virtual untuk menyediakan ruang kosong bagi proses lain di memori utama. Gambar 3-4 memperlihatkan dua model yang mengakomodir kondisi suspended.

Pada model pertama diperlihatkan hanya ada satu kondisi suspend seperti yang telah dijelaskan di atas. Mengingat bahwa kecepatan eksekusi prosesor jauh melebihi waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan operasi I/O maka akan ada kemungkinan di mana prosesor akan banyak menganggur dikarenakan kebanyakan proses berada dalam keadaan suspended menunggu operasi I/O yang belum selesai. Mengembalikan proses-proses ini ke dalam memori utama hanya akan memboroskan waktu dan sumber daya dikarenakan proses-proses ini belum tentu siap dijalankan ketika telah berada di memori utama. Untuk menghemat sumber daya hanya proses-proses yang telah siap dijalankan, yang telah mendapatkan event yang dibutuhkan, yang dipindahkan dari antrian di memori virtual ke memori utama. Proses-proses tersebut sebelum dipindahkan ke memori utama dapat diletakkan dalam antrian proses yang siap untuk dieksekusi kembali oleh prosesor. Oleh karena itu kondisi suspended dibagi lagi menjadi dua kondisi, yaitu:

1. Blocked/Suspend: kondisi di mana proses berada dalam kondisi blocked di dalam memori virtual dan menunggu suatu event.
2. Ready/Suspend: kondisi di mana proses berada dalam memori virtual tetapi dapat langsung dijalankan ketika telah berada dalam memori utama.

Selain itu kondisi ready berlaku untuk proses yang tidak menunggu event tertentu dan telah berada di memori utama dan kondisi blocked berlaku bagi proses yang sedang menunggu event tertentu dan sedang berada dalam memori utama.

Transisi-transisi antar kondisi yang terjadi, antara lain:

1. Blocked ==> Blocked/Suspend: transisi ini terjadi ketika sistem operasi membutuhkan tambahan ruang kosong di dalam memori utama untuk proses lain dan tidak tersedia ruang kosong dalam memori utama. Untuk menyediakan ruang tersebut sistem operasi akan memindahakan proses-proses yang berada dalam kondisi blocked ke dalam memori virtual sehingga kondisi proses tersebut dikatakan sebagai blocked/suspend.
2. Blocked/Suspend ==> Ready/Suspend: transisi ini terjadi ketika event yang ditunggu proses dalam kondisi blocked/suspend telah terjadi sehingga status proses tersebut berubah menjadi ready/suspend.
3. Ready/Suspend ==> Ready: transisi ini terjadi ketika tidak ada lagi proses yang berada dalam kondisi ready di dalam memori utama sehingga sistem operasi akan memindahkan proses yang berada dalam kondisi ready/suspend dari memori virtual ke memori utama. Transisi ini juga dapat terjadi apabila proses dalam kondisi ready/suspend memiliki prioritas lebih tinggi dari proses yang berada dalam kondisi ready.
4. New ==> Ready/Suspend dan New � Ready: transisi ini terjadi ketika suatu proses baru saja dibuat. Proses tersebut dapat disimpan di dalam antrian memori di memori utama atau diantrikan dalam kondisi ready/suspend di memori virtual.
5. Blocked/Suspend ==> Blocked: transisi ini meskipun tampak tidak terlalu baik dari segi disain namun masih mungkin terjadi. Jika memori utama memiliki tempat kosong dan proses dalam kondisi blocked/suspend tersebut memiliki prioritas lebih tinggi dari yang berada dalam kondisi ready/suspend serta sistem operasi percaya bahwa event yang ditunggu proses tersebut akan terjadi segera maka transisi ini boleh saja terjadi.
6. Running ==> Ready/Suspend: proses yang telah habis masa eksekusinya biasanya akan dipindahkan ke dalam kondisi ready namun apabila ada proses dengan prioritas lebih tinggi telah berubah dari kondisi blocked/suspend menjadi ready/suspend maka sistem operasi dapat membebaskan memori utama untuk proses tersebut dengan memindahkan proses dengan prioritas lebih rendah tersebut ke dalam kondisi ready/suspend.
7. Kondisi Apapun ==> Exit: biasanya proses diterminasi dalam kondisi berjalan karena telah selesai atau ada kesalahan tertentu namun pada beberapa sistem operasi proses dapat diterminasi oleh proses yang menjadi induknya atau ketika proses induknya diterminasi. Jika hal tersebut diperbolehkan maka semua kondisi dapat segera berubah menjadi kondis exit.

Deskripsi Proses
Seperti yang telah disebutkan sebelumnya sistem operasi bertugas untuk mengelola proses-proses dan sumber daya komputer yang digunakan proses-proses tersebut. Untuk melaksanakan tugas tersebut sistem operasi memerlukan beberapa informasi mengenai proses-proses yang ada dan sumber daya komputer yang ada

Struktur Kendali Sistem Operasi
Sistem operasi membuat dan memelihara beberapa tabel berisi informasi mengenai sumber daya komputer dan proses yang ada. Tabel-tabel tersebut antara lain:

1. Tabel memori

Tabel ini digunakan untuk mengelola memori utama dan memori virtual. Tabel ini berisi, antara lain:

• Alokasi memori utama untuk proses
• Alokasi memori virtual untuk proses
• Atribut-atribut yang digunakan untuk keperluan proteksi blok-blok memori yang digunakan pada memori utama
• Informasi apa saja yang digunakan untuk mengelola memori virtual.

     2.  Tabel I/O

Tabel ini digunakan untuk mengelola peralatan-peralatan dan saluran-saluran I/O. Ketika terjadi suatu operasi yang berhubungan dengan I/O sistem operasi harus mengetahui lokasi memori yang digunakan dalam proses perpindahan data.

     3. Tabel file

Tabel ini digunakan untuk menyimpan informasi mengenai file-file yang sedang digunakan, seperti: lokasi mereka dalam memori, status, dan atribut mereka.

     4.  Tabel proses

Tabel ini digunakan untuk memanajemen proses-proses. Mulai dari bagian ini selebihnya dari bab ini akan membahas mengenai tabel proses yang perlu dibuat untuk memanajemen proses.

Setidaknya ada dua hal penting yang harus diingat sebelum membahas masalah tabel proses, yaitu bahwa I/O, memori, dan file dimanajamen untuk memenuhi kebutuhan proses sehingga perlu ada penunjuk bagi proses untuk mengakses mereka dan informasi mengenai kondisi lingkungan seperti konfigurasi perangkat keras, jumlah memori tersedia, dan sebagainya harus disediakan oleh sesuatu di luar sistem operasi apakah oleh perangkat lunak atau dengan bantuan manusia