Pertemuan V – Penjadwalan Proses Konsep

Sistem Operasi Komputer
Pertemuan V – Penjadwalan Proses
Konsep dasar
Kriteria penjadwalan
Algoritma penjadwalan
Implementasi penjadwalan
Evaluasi algoritma penjadwalan
Case: Windows 2000 dan Linux
Universitas Kristen Maranatha -- IT Department
1
Sistem Operasi Komputer
Multiprogramming beberapa proses
berjalan dalam suatu waktu
CPU – I/O burst cycle – Eksekusi proses
terdiri atas cycle eksekusi CPU dan waktu
tunggu I/O
CPU burst distribution – CPU dialihkan ke
proses yang lain pada saat suatu proses
sedang dalam status wait
I/O bound program – banyak CPU burst
yang singkat
CPU bound program – sedikit CPU burst
yang sangat lama
PROCESS STATE
ready running
read( )
waiting ready
ready running
write ( )
waiting ready
ready running
read ( )
waiting ready
Universitas Kristen Maranatha -- IT Department
2
Sistem Operasi Komputer
Pada saat CPU nganggur, seleksi ready queue
dalam memori utama short term scheduler
Setiap proses dalam ready queue harus
mengantri sebelum mendapat giliran eksekusi
dalam CPU
Pertimbangan penjadwalan:
1.
2.
3.
4.
Nomor 1 dan 4 – nonpreemptive (CPU
digunakan terus sampai proses selesai atau
waiting)
Nomor 2 dan 3 – preemptive (CPU beralih ke
proses lain atau I/O / Context Switch
Kontrol terhadap seleksi short term scheduling:
Berpindah dari keadaan running ke waiting
Berpindah dari keadaan running ke ready (interrupt)
Berpindah dari waiting ke ready (completion I/O)
Selesai
Context switching
Switching ke user mode
Melompat ke lokasi tertentu pada user program untuk
memulai program tersebut
Dispatch latency – waktu yang diperlukan untuk
menghentikan suatu proses dan memulai
menjalankan proses terpilih
Universitas Kristen Maranatha -- IT Department
3
Sistem Operasi Komputer
Max. CPU utilization – usahakan CPU sesibuk
mungkin (40% - 90%)
Max. Throughput – banyak eksekusi proses
dalam satu satuan waktu
Max. Fairness – pembagian waktu yang adil di
antara proses
Min. Turnaround time – waktu total eksekusi
satu proses tertentu (siklus proses: memori,
ready queue, ekesekusi, penyelesaian I/O)
Min. Waiting time – waktu menunggu total di
ready queue
Min. Response time – waktu mulai dari
permohonan sampai respons pertama suatu
proses
Universitas Kristen Maranatha -- IT Department
4
Sistem Operasi Komputer
Dikenal juga dengan istilah First In, First Out
(FIFO)
Proses yang pertama kali meminta jatah waktu
untuk menggunakan CPU akan mendapat
prioritas
Mudah diimplementasikan
Average Waiting Time (AWT) cukup besar
Problem: convoy effect, AWT membengkak jika
proses yang terlebih dahulu membutuhkan
CPU burst yang besar
Non preemptive
Process
P1
P2
P3
Burst Time
24
3
3
P1
0
P2
24
P3
27
30
Urutan proses: P1, P2, P3
Gantt Chart untuk penjadwalan ini:
Waiting time untuk P1 = 0; P2 = 24; P3 = 27
Average waiting time: (0 + 24 + 27)/3 = 17
Universitas Kristen Maranatha -- IT Department
5
Sistem Operasi Komputer
Jika urutan proses adalah:
P2 , P3 , P1 .
Gantt chart untuk penjadwalan ini:
P2
0
P3
3
P1
6
30
Waiting time untuk P1 = 6; P2 = 0; P3 = 3
Average waiting time: (6 + 0 + 3)/3 = 3
Lebih baik dari kasus sebelumnya
Proses yang memiliki CPU burst paling kecil akan
dilayani terlebih dahulu
Non preemptive: proses yang sedang berlangsung
tidak dapat digantikan dengan proses yang baru
Preemptive: jika proses yang masuk dengan CPU
burst lebih kecil daripada sisa CPU burst proses
yang sedang berjalan, akan dilakukan pergantian
proses dalam CPU, dikenal dengan istilah
Shortest-Remaining-Time-First (SRTF)
SJF dapat dinilai optimal karena memberikan
minimum AWT untuk sejumlah proses yang ada
dalam CPU
Universitas Kristen Maranatha -- IT Department
6
Sistem Operasi Komputer
Process Arrival Time Burst Time
P1
0.0
7
P2
2.0
4
P3
4.0
1
P4
5.0
4
SJF (non-preemptive)
P1
0
P3
3
7
P4
P2
8
12
16
Average waiting time = (0 + 6 + 3 + 7)/4 = 4
Process Arrival Time Burst Time
P1
0.0
7
P2
2.0
4
P3
4.0
1
P4
5.0
4
SJF (preemptive)
P1
0
P2
2
P3
4
P2
5
P4
7
P1
11
16
Average waiting time = (9 + 1 + 0 +2)/4 = 3
Universitas Kristen Maranatha -- IT Department
7
Sistem Operasi Komputer
SJF optimal namun sulit diimplementasikan
Estimasi CPU burst yang akan datang:
menggunakan perhitungan rata-rata
exponensial dari lama CPU burst yang
sudah lewat
τ n+1 = α tn + (1 − α )τn
1. t n = actual lenght of n th CPU burst
2. τ n +1 = predicted value for the next CPU burst
3. α , 0 ≤ α ≤ 1
α = 0.5; t1 = 6; τ1 = 10
Universitas Kristen Maranatha -- IT Department
8
Sistem Operasi Komputer
Nomor prioritas (integer) diberikan untuk setiap
proses
CPU dialokasikan untuk proses dengan prioritas
terbesar (nomor terkecil), bisa preemptive dan bisa
pula non-preemptive
SJF adalah bentuk khusus priority scheduling,
dengan prioritas dihitung dari perkiraan CPU burst
berikutnya
Problem: starvation proses dengan prioritas
rendah mungkin saja tidak pernah diproses di CPU
Solusi: aging menaikkan prioritas setiap kali suatu
proses dijalankan
Time sharing: setiap proses mendapat quantum
waktu CPU, antara 10-100 ms
Setelah quantum selesai, CPU diserahkan ke
proses berikutnya (preemptive), dan proses
yang sedang berlangsung ditaruh pada akhir
ready queue
Jika ada n proses dalam ready queue dan waktu
quantum q, maka setiap proses mendapat 1/n
waktu CPU dengan nilai q setiap kalinya
Waktu tunggu proses tidak lebih dari (n-1)*q
Performance:
q besar FCFS
q kecil turnaround time besar (banyak terjadi
context switching)
Universitas Kristen Maranatha -- IT Department
9
Sistem Operasi Komputer
Process
Burst Time
P1
53
P2
17
P3
68
P4
24
Gantt chart penjadwalan
P1
0
P2
20
P3
37
P4
57
P1
77
P3
97
117
P4
P1
121 134
P3
P3
154 162
Biasanya, rata-rata turnaround time lebih tinggi
daripada SJF, namun dengan responsi yang lebih
baik
Universitas Kristen Maranatha -- IT Department
10
Sistem Operasi Komputer
Membagi proses dalam grup-grup
Tiap grup dikerjakan dengan algoritma
penjadwalan yang berbeda
Ready queue dibagi menjadi beberapa queue
secara terpisah
Foreground RR
Background FCFS
Foreground (interactive)
Background (batch)
Prioritas yang tetap (foreground ke background),
mungkin terjadi starvation
Time-slice setiap queue memiliki CPU time yang
tetap, yang kemudian akan dijadwalkan di antara
proses yang ada, misalnya: 80% untuk foreground (RR)
dan 20% untuk background (FCFS)
Universitas Kristen Maranatha -- IT Department
11
Sistem Operasi Komputer
Proses yang ada pada suatu queue dapat pindah
ke queue lain
Aging dapat pula diimplementasikan
Parameter:
Jumlah queue
Algoritma penjadwalan untuk setiap queue
Metode untuk menentukan suatu proses akan
diupgrade
Metode untuk menentukan suatu proses akan
diturunkan
Metode untuk menentukan letak queue, jika ada proses
yang akan dilayani
Universitas Kristen Maranatha -- IT Department
12
Sistem Operasi Komputer
Tiga queue:
Q0 = time quantum 8 ms
Q1 = time quantum 16 ms
Q2 = FCFS
Scheduling:
Proses baru memasuki queue Q0 dengan layanan
FCFS. Ketika mendapat CPU dan jika tidak selesai
dalam waktu 8 ms, akan turun ke Q1
Di Q1, proses mendapat layanan FCFS, dan mendapat
16 ms CPU tambahan. Jika tidak selesai proses dipreempted dan turun ke Q2
Universitas Kristen Maranatha -- IT Department
13
Sistem Operasi Komputer
Jaminan kinerja dan kelangsungan yang baik
Contoh: n user login tiap user 1/n CPU time
Jumlah CPU total time = 20 ms, tiap user 4 ms
Menjalankan proses dengan rasio yang paling rendah
hingga proses tersebut mendapat rasio yang melebihi
rasio proses yang sebelumnya (satu tingkat lebih tinggi)
User
CPU time (ms)
CPU actual (ms)
rasio
A
5
3
¾
B
4
6
6/4
C
8
2
2/4
D
1
1
¼
E
2
1
¼
Waktu terbuang untuk switching (swapping proses
di memori utama dan disk)
Solusi:
Two level scheduling himpunan bagian proses yang siap
dieksekusi diload ke memori utama
Scheduler memilih proses pada himpunan bagian ini
Secara periodis, higher level scheduler mengganti proses
yang telah lama tinggal di memori utama dengan proses
yang telah cukup lama menunggu di disk
Universitas Kristen Maranatha -- IT Department
14
Sistem Operasi Komputer
a, b,
c, d
Proses di
memori utama
e, f,
g, h
b, c,
f, g
e, f,
g, h
Proses di
disk
a, b,
c, d
a, d,
e, h
Time slice
Proses melahirkan proses lainnya (children/
fork)
Tiap child memiliki permintaan yang
berbeda (fungsi yang berbeda)
Semua diputuskan oleh scheduler
Solusi:
Policy user diijinkan memberi kebijakan
kontrol dan prioritas pada suatu child
Mechanism pelaksanaan policy, dilaksanakan
oleh kernel
Universitas Kristen Maranatha -- IT Department
15
Sistem Operasi Komputer
Procedure A( )
{
while (true)
{
<hitung A1>;
write(x);
<hitung A2>;
read(y);
}
}
// p11
// p12
// p13
// p14
Procedure B( )
{
while (true)
{
read(x);
<hitung B1>;
write(y);
<hitung B2>;
}
}
// p21
// p22
// p23
// p24
• x dan y adalah shared-variables
• Dikerjakan serial (1 prosesor) atau paralel (2 prosesor)
• problem: prosedur mana yang terlebih dahulu ?
• solusi: procedure of processes (precedence graph)
P = { pi | 1 <= i <= n }
himpunan proses
<. = { (pi, pj) | 1 <= i, j <= n }
pasangan berurutan
pada p
Π = ( P, <. )
komputasi
(pi, pj): pj tidak dapat dikerjakan sebelum pi
selesai
Tidak boleh ada looping
Universitas Kristen Maranatha -- IT Department
16
Sistem Operasi Komputer
p11
p12
p13
p21
p22
p23
p14
Komputasi pada Precedence Graph
Π= [
(p11, p12, p13, p14, p21,
p22, p23, p24),
{ (p11, p12), (p12, p13), (p12, p 21), (p21,
p22), (p22, p23), (p23, p14), (p13, p14),
(p23, p24)}
]
p24
Fork (labelX) membangun proses baru dan
mengerjakannya mulai dari statement yang
diberi labelX
Join(Cacah) menggabungkan kembali
beberapa proses menjadi proses tunggal.
Variabel cacah menunjukkan berapa kalo
JOIN dikerjakan. Setiap kali join dikerjakan
secara otomatis nilai cacah berkurang satu
QUIT( ) keluar dari ekseskusi
Universitas Kristen Maranatha -- IT Department
17
Sistem Operasi Komputer
Procedure A&B
while (true)
{ cacah = 1;
< hitung p11 >;
< hitung p12 >;
FORK ( L1 );
< hitung p13 >;
L2: JOIN (cacah);
< hitung p14>;
QUIT( );
L1: < hitung p21 >;
< hitung p22 >;
< hitung p23 >;
FORK ( L3);
GOTO (L2);
L3: < hitung p24 >;
QUIT ( );
Model deterministik (analisis langsung)
SJF kurang dari setengah waktu tunggu rata
algoritma FCFS
RR nilai tengah-tengah
Model pengantrian (queueing model)
Implementasi (simulasi): biaya tinggi
Universitas Kristen Maranatha -- IT Department
18
Sistem Operasi Komputer
Penentuan prioritas setiap proses (thread) tergantung pada:
Relative priority
Priority classes
1.
2.
3.
Tunjukkan perbedaan antara preemptive scheduling
dengan non-preemptive scheduling
Sebutkan hal-hal apa saja yang perlu diperhatikan
dalam melakukan penjadwalan proses pada sistem
multiprogramming
Diketahui 4 proses P1, P2, P3 dan P4 dengan arrival
time (waktu tiba) dan burst time (waktu eksekusi)
sebagai berikut:
Universitas Kristen Maranatha -- IT Department
19
Sistem Operasi Komputer
•
Proses
Arrival time (ms)
Burst time (ms)
P1
0
6
P2
1
8
P3
2
10
P4
3
5
Gambar gantt-chart dan hitung AWT, dengan
algoritma penjadwalan: FCFS, preemptive SJF, RR
(dengan QT = 2 ms)
Buatlah precedence graph untuk prosedur XX
berikut ini:
4.
Procedure XX ( )
{ while (true)
{ x = 10;
y = 3;
a = y * 2;
b = 2 * x – 25;
c = 3 * a + x;
d = 2 * c – a;
e = b – 2 * d;
z = e + 1;
}
}
5.
//p1
//p2
//p3
// p4
// p5
// p6
// p7
// p8
Pada Prosedur XX di atas, buatlah urutan proses
dengan menggunakan FORK-JOIN-QUIT !
Universitas Kristen Maranatha -- IT Department
20