PROSES KESEGERAKAN BAB 6

6.1 Konsep Kesegerakan Pemprosesan segerak juga dikenali sebagai pemprosesan berbilang. Kesegerakan wujud dalam persekitaran pemprosesan berbilang dimana dua atau lebih CPU diselaraskan oleh Pengurus Pemproses supaya setiap pemproses berkomunikasi dan bekerjasama antara satu sama lain.

Matlamat pemproses berbilang adalah untuk meningkatkan kebolehpercayaan (CPU lain boleh digunakan jika satu CPU rosak), kelajuan pemprosesan (beberapa arahan boleh dilaksanakan serentak), “throughput” dan kuasa pengkomputeran.

Biasanya terdapat satu salinan sistem pengendalian dan jadual sejagat bagi setiap proses yang boleh dicapai oleh semua pemproses. Semua pemproses bekongsi satu algoritma penjadualan proses yang sama. Satu kerja dilaksanakan oleh beberapa pemproses.

6.2 Konfigurasi Sistem Segerak Tiga konfigurasi biasa yang menentukan susunan pemproses-pemproses dalam suatu sistem pemprosesan segerak ialah konfigurasi tuan/hamba (master/slave), konfigurasi gandingan longgar (loosely coupled) dan konfigurasi bersimetri (symmetric).

Dalam konfigurasi tuan/hamba terdapat satu pemproses (tuan) yang mengetuai beberapa pemproses (hamba) dalam suatu sistem pengkomputeran. Pemproses tuan menjaga status semua proses, aktiviti pengurusan storan, penjadualan pemproses lain dan perlaksanaan aturcara-aturcara. Mudah tetapi ia mempunyai beberapa kelemahan.

Kecekapan penggunaan sumber adalah rendah Ia mempunyai tahap kebolehpercayaan yang setaraf dengan sistem pemproses tunggal kerana ia bergantung kepada pemproses tuan. Kecekapan penggunaan sumber adalah rendah sebab ia perlu tunggu pemproses tuan membuat pengagihan tugas. Terdapat peningkatan sampukan kerana pemproses hamba perlu sampuk pemproses tuan pada setiap kali suatu permohonan dibuat.

Dalam konfigurasi gandingan longgar, terdapat beberapa sistem komputer yang lengkap dengan ingatan, peranti I/O, CPU dan OS masing-masing dan setiap pemproses mengawal sumbernya dan arahannya masing-masing. Semua pemproses boleh berkomunikasi dan bekerjasama antara satu sama lain. Suatu kerja yang tiba akan diperuntukkan kepada suatu pemproses dan dilaksanakan oleh pemproses itu sehingga tamat.

Setiap pemproses mempunyai jadual sejagat (global) yang menunjukkan peruntukan kerja kepada pemproses. Sistem ini lebih selamat kerana pemproses lain boleh meneruskan pemprosesan jika satu pemproses rosak.

Kelebihannya berbanding konfigurasi gandingan longgar termasuklah Konfigurasi bersimetri biasanya digunakan jika semua pemproses berjenis sama. Kelebihannya berbanding konfigurasi gandingan longgar termasuklah kebolehpercayaan yang lebih baik, Imbangan kerja yang lebih baik, penggunaan sumber yang lebih baik dan berkesan, kawalan yang lebih baik semasa kegagalan.

Walau bagaimanapun, ia susah dilaksanakan. Proses perlu diselaraskan dengan baik untuk mengatasi masalah “race” dan kebuntuan (lebih terdedah kepada masalah/konflik dimana beberapa pemproses cuba mencapai sumber yang sama).

6.3 Konsep Saling Eksklusif Konsep Saling Eksklusif atau Konsep saling pengasingan (mutual exclusion) digunakan untuk membantu proses yang diperuntukkan sumber mengelakkan masalah kebuntuan.

6.4 Masalah Kesegerakan Kejayaan sistem pemprosesan berbilang bergantung kepada kejayaan sistem menyelaraskan semua pemproses dan sumber sistem. Masalah kesegerakan dalam mekanisma kawalan perkakasan dan perisian termasuklah Missed waiting customers, penyelarasan antara pengeluar dan pelanggan (producer and consumer), Saling eksklusif antara pembaca dan penulis. Proses-proses perlu bekerjasama untuk mencapai matlamat kesegerakan.

Dalam kerjasama antara pengeluar dan pelanggan, suatu proses menghasilkan data yang akan digunakan oleh proses lain. Masalah mungkin timbul bila penghasil cuba menambah data ke dalam kawasan simpanan yang telah penuh, ataupun pengguna cuba mencapai data dari kawasan simpanan yang telah kosong.

Contoh: Kelajuan CPU menjana output lebih cepat dari kelajuan pencetak mencetak outputnya. Penimbal (buffer) diperlukan supaya pengeluar (CPU) dapat menyimpan data buat sementara sebelum ia dicapai oleh pengguna (pencetak) pada kelajuan/keupayaan yang bersesuaian.

Proses perlu diselaraskan sebab ruang penimbal terhad Proses perlu diselaraskan sebab ruang penimbal terhad. pengeluaran ditangguhkan bila penimbal telah penuh, dan pencapaian data oleh pengguna ditangguhkan semasa penimbal kosong. Penyelarasan boleh dilakukan dengan tiga semafora yang menyimpan bilangan petak penimbal terisi, bilangan petak penimbal kosong dan petanda saling eksklusif antara proses masing-masing.

Kerjasama pembaca dan penulis melibatkan Proses “penulis” dan proses “pembaca” cuba mencapai sumber yang dikongsi (seperti fail dan pangkalan data). Contoh: (sistem penempahan tiket kapal terbang) - Pembaca yang mendapatkan maklumat penerbangan tanpa mengubah data. Maka banyak pembaca dibenarkan aktif pada setiap masa.

Penulis yang membuat penempahan dengan mengubah data. Maka saling eksklusif diperlukan untuk menyekat pembaca dan penulis lain bila suatu penulis sedang mengubah data.

Polisi keutamaan kombinasi/gabungan digunakan untuk mengelakkan kebuluran pembaca dan penulis: Bila penulis selesai, semua pembaca yang menunggu dibenarkan membaca. Bila pembaca selesai, penulis boleh mula menulis. Keadaan sistem diringkaskan dengan nilai-nilai semafora.

6.5 Konsep Pengaturcaraan Segerak Kebanyakan bahasa pengaturcaraan berbentuk bersiri, iaitu arahan dilaksanakan satu demi satu. Bahasa pengaturcaraan yang menggunakan pemprosesan segerak boleh melaksanakan pengiraan dengan lebih cepat. Pemprosesan segerak mengurangkan kerumitan operasi yang melibatkan gelung, pendaraban matriks dan pencarian data secara serentak dalam pangkalan data.

Maka masa perlaksanaan suatu proses atau kerja dikurangkan. Pemprosesan segerak menggunakan istilah COBEGIN dan COEND untuk memberitahu pengkompil tentang arahan-arahan yang boleh dilaksanakan/diproses secara serentak.

Kesegerakan jelas (explicit parallelism): Pengaturcaraan segerak menambah kerumitan (complexity) bahasa pengaturcaraan dan perkakasan. Penentuan arahan yang boleh dilaksanakan secara serentak oleh tenaga manusia memakan masa dan kesilapan mudah berlaku.

Kesegerakan tersirat (implicit parallelism) : Pengesanan otomatik oleh pengkompil. Pengkompil menterjemahkan suatu ungkapan algebra kepada arahan-arahan dan menentukan arahan yang boleh dilaksanakan secara serentak.

Bahasa ADA ialah Bahasa pengaturcaraan segerak. Bahasa ini direkabentuk secara bermodul supaya suatu projek yang besar boleh dibahagikan kepada seksyen-skesyen. Seksyen aturcara (unit aturcara) tersebut boleh dikendalikan oleh beberapa orang pengaturcara secara tak bersandar dan dikompil secara berasingan.

Terdapat 3 jenis unit aturcara, iaitu Setiap unit aturcara terdiri daripada Bahagian spesifikasi yang menyimpan maklumat untuk dibaca oleh semua unit dan Bahagian rangka utama (isi) yang mengandungi maklumat implementasi aturcara. Terdapat 3 jenis unit aturcara, iaitu Subaturcara – algoritma yang boleh dilaksanakan; Pakej – kumpulan entiti seperti prosidur dan fungsi; Tugas – pengiraan serentak.