Threads pada Sistem Operasi

1.Pengertian Threads

• Thread adalah unit terkecil dalam suatu proses yang bisa dijadwalkan oleh sistem operasi.
• Merupakan sebuah status eksekusi (ready, running, suspend, block, queue, dll)
• Kadang disebut sebagai proses ringan (lightweight).
• Unit dasar dari dari sistem utilisasi pada processor (CPU).
• Dalam thread terdapat: ID Thread, Program Counter, Register dan Stack.
• 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.