Cara Kerja Semaphore Sebagai Salah Satu Teknik Sinkronisasi Task

Metode dalam sinkronisasi

Dikenal tiga alternatif dalam menyediakan sinkronisasi task, yaitu:

• Semaphores
• Monitors
• Message Passing

Semaphores

Semaphore dimanfaatkan oleh Dijkstra (1965) dalam upaya menyediakan competition synchronization melalui mutually exclusive access pada shared data structures. Berikut beberapa karakteristik dari semaphore:

• Semaphore adalah suatu struktur data yang terdiri dari sebuah counter dan antrian (queue) untuk menyimpan task descriptors
• Task descriptor adalah suatu struktur data yang menyimpan informasi yang berkaitan dengan execution state dari suatu task
• Semaphores dapat juga digunakan untuk mengimplementasi guards, cara untuk memungkinkan suatu guarded code yang mengakses shared data structures, dieksekusi hanya jika suatu kondisi terpenuhi
• Semaphores hanya mempunyai dua operasi, wait dan release (asalnya disebut P and V oleh Dijkstra)
• Semaphores dapat digunakan untuk menyediakan competition synchronization maupun cooperation synchronization

Cooperation Synchronization with Semaphores 

Berikut ini adalah contoh penggunaan semaphore untuk shared buffer pada kasus producer-consumer problem:

• Buffer diimplementasi sebagai ADT (Abstract Data Type) dengan operasi DEPOSIT dan FETCH sebagai satu satunya cara untuk mengakses buffer

• Dua buah semaphores digunakan untuk cooperation, yaitu : emptyspots and fullspots

• Semaphore counters digunakan untuk menyimpan informasi tentang banyaknya emptyspots dan fullspots di dalam buffer

• DEPOSIT diawali oleh pengecekan emptyspots untuk mengetahui apakah ada slot kosong di dalam buffer

• Jika ada, maka nilai counter dari emptyspots dikurangi (decremented) dan penyisipan ke dalam buffer dilakukan

• Jika tidak, maka task pemanggil  (caller) ditempatkan ke dalam antrian (queue) untuk mendapatkan emptyspots

• Jika DEPOSIT selesai dijalankan, maka counter untuk fullspots harus ditambah (incremented)

• FETCH diawali oleh pengecekan fullspots untuk mengetahui jika di dalam buffer terdapat value

• Jika ada fullspot, maka counter untuk fullspots dikurangi (decremented) dan nilai yang tersimpan dalam buffer dihilangkan (removed)
• Jika tidak ada values di dalam buffer, maka task pemanggil (caller) harus ditempatkan pada antrian (queue) untuk fullspots
• Jika eksekusi FETCH selesai, counter untuk emptyspots harus ditambah (incremented).
• Operasi FETCH dan DEPOSIT berjalan menggunakan semaphore yang mempunyai dua operasi yaitu wait and release

Semaphores: Wait and Release Operations

wait(aSemaphore) 

if aSemaphore’s counter > 0 then

decrement aSemaphore’s counter

else

put the caller in aSemaphore’s queue
attempt to transfer control to a ready task
-- if the task ready queue is empty,
-- deadlock occurs

end 

release(aSemaphore) 

if aSemaphore’s queue is empty then

increment aSemaphore’s counter

else

put the calling task in the task ready queue
transfer control to a task from aSemaphore’s queue

end

Producer and Consumer Tasks

semaphore fullspots, emptyspots;
fullstops.count = 0;
emptyspots.count = BUFLEN; 

task producer;

loop
-- produce VALUE –-
wait (emptyspots); {wait for space}
DEPOSIT(VALUE);
release(fullspots); {increase filled}
end loop;

end producer; 

task consumer;

loop
wait (fullspots);{wait till not empty}}
FETCH(VALUE);
release(emptyspots); {increase empty}
-- consume VALUE –-
end loop;

end consumer;

Evaluasi pada Semaphores

• Kesalahan dalam penggunaan semaphores dapat menyebabkan gagalnya cooperation synchronization, misalnya buffer menjadi overflow jika wait dari fullspots tertinggal dalam penulisannya
• Kesalahan dalam penggunaan semaphores dapat menyebabkan gagalnya competition synchronization, misalnya program mengalami deadlock jika release dari access tertinggal dalam penulisannya