IF Notes

Implementasi dan Isu Dalam Threading

3 min read

Back to IF2130 Sistem Operasi

Implementasi dan Isu dalam Threading

Questions/Cues

  • Apa itu Thread Library?

  • Apa itu Pthreads?

  • Apa isu fork() & exec() pada multithreading?

  • Apa itu Thread Cancellation?

  • Apa beda asynchronous vs deferred cancellation?

  • Bagaimana penanganan sinyal (signal handling)?

  • Apa itu Thread Pool?

  • Apa itu Thread-Local Storage (TLS)?

Reference Points

  • PDF: 3. IF2130-04-2025-Threads.pdf

  • Slides: 24-47

Thread Libraries

Thread Library menyediakan API bagi programmer untuk membuat dan mengelola thread. Implementasinya bisa dua cara:

  1. User-level library: Seluruh kode dan struktur data berada di user space.

  2. Kernel-level library: Didukung langsung oleh OS, di mana pemanggilan API akan memicu system call.

Tiga library utama yang umum digunakan:

  • Pthreads: Standar POSIX (IEEE 1003.1c) yang mendefinisikan API. Ini adalah spesifikasi, bukan implementasi. Umum di UNIX, Linux, dan macOS.

  • Windows Threads: Library level kernel yang disediakan oleh Windows API.

  • Java Threads: Dikelola oleh Java Virtual Machine (JVM). JVM biasanya akan memetakan Java thread ke thread yang disediakan oleh OS di bawahnya.

Isu-Isu dalam Pemrograman Thread

1. Semantik fork() dan exec()

  • fork(): Saat fork() dipanggil dalam proses multithreaded, apakah OS harus menduplikasi semua thread atau hanya thread yang memanggil fork()? Beberapa sistem UNIX menyediakan dua versi fork() untuk menangani kedua kasus ini.

  • exec(): Jika sebuah thread memanggil exec(), seluruh proses (termasuk semua thread di dalamnya) akan digantikan oleh program yang baru.

2. Thread Cancellation

  • Proses menghentikan sebuah thread sebelum ia selesai. Thread yang akan dihentikan disebut target thread.

  • Asynchronous Cancellation: Menghentikan target thread secara paksa dan segera. Berisiko karena thread bisa dihentikan saat sedang memegang lock atau memperbarui data penting.

  • Deferred Cancellation: Target thread secara periodik memeriksa sebuah flag untuk melihat apakah ia harus berhenti. Ini memungkinkan thread untuk berhenti di titik yang aman (cancellation point). Ini adalah pendekatan default dan yang lebih aman.

3. Signal Handling

  • Sinyal (signal) di UNIX digunakan untuk memberitahu proses tentang suatu event. Dalam lingkungan multithreaded, pertanyaan yang muncul adalah: sinyal harus dikirim ke mana?

  • Opsi pengiriman sinyal:

    • Ke thread spesifik yang menjadi tujuan sinyal.

    • Ke semua thread dalam proses.

    • Ke thread tertentu yang ditugaskan untuk menangani semua sinyal.

4. Thread Pools

  • Daripada membuat thread baru untuk setiap tugas (yang memakan waktu), aplikasi bisa membuat sejumlah thread di awal dan menyimpannya di sebuah pool.

  • Ketika ada tugas baru, tugas tersebut akan diserahkan ke salah satu thread yang sedang menganggur di pool. Setelah selesai, thread tersebut kembali ke pool untuk menunggu tugas berikutnya.

  • Keuntungan: Lebih cepat dan membatasi jumlah total thread yang berjalan di sistem.

5. Thread-Local Storage (TLS)

  • Meskipun thread berbagi data, terkadang setiap thread memerlukan salinan datanya sendiri yang bersifat persisten (tidak hilang antar pemanggilan fungsi).

  • TLS memungkinkan setiap thread untuk memiliki area penyimpanan pribadinya sendiri. Ini mirip dengan variabel statis, tetapi unik untuk setiap thread.

6. Scheduler Activations

  • Mekanisme komunikasi antara thread library dan kernel dalam model Many-to-Many.

  • Kernel dapat memberitahu library (melalui upcall) tentang event tertentu (misalnya, sebuah thread akan diblokir), sehingga library dapat membuat keputusan penjadwalan yang lebih baik di user level.

Summary

Implementasi threading dilakukan melalui thread libraries seperti Pthreads dan Java Threads, yang menyediakan API untuk manajemen thread. Pemrograman multithreaded membawa beberapa tantangan unik, termasuk mendefinisikan perilaku fork(), mengelola thread cancellation dengan aman (lebih baik secara deferred), menentukan target pengiriman sinyal, dan mengelola sumber daya secara efisien menggunakan Thread Pools. Untuk data yang spesifik per-thread, mekanisme Thread-Local Storage (TLS) menyediakan penyimpanan yang persisten dan unik untuk setiap thread.

Graph View

Backlinks