1
Bab 5: Penjadwalan CPU
� Konsep Dasar� Kriteria Penjadwalan� Algoritma Penjadwalan : FCFS, SJF, Priority, RR� Algoritma Penjadwalan : FCFS, SJF, Priority, RR� Penjadwalan Multiple-Processor� Penjadwalan Real-Time� Evaluasi Algoritma
6.1
Konsep Dasar
� Dengan sistem multiprogramming akan diperoleh utilitas CPU yang maksimal
� Pada saat proses dieksekusi, terdiri dari siklus eksekusi � Pada saat proses dieksekusi, terdiri dari siklus eksekusi CPU dan menunggu I/O (CPU–I/O Burst Cycle)
6.2
2
Urutan CPU dan I/O Bursts
6.3
Histogram waktu CPU-burst
6.4
3
CPU Scheduler
� Memilih diantara proses yang ada di memori yang siap dieksekusi (ready) dan mengalokasikan CPU untuk satu diantara proses-proses tersebutdiantara proses-proses tersebut
� Keputusan penjadwalan CPU diambil pada saat proses:1. Berpindah dari state running ke waiting.2. Berpindah dari state running ke ready.3. Berpindah dari state waiting ke ready.4. Diterminasi.
� Penjadwalan nomor 1 dan 4 tidak dapat ditunda (nonpreemptive).
6.5
(nonpreemptive).� Penjadwalan nomor 2 dan 3 dapat ditunda (preemptive).
Dispatcher
� Modul dispatcher module memberi kontrol ke CPU untuk memilih proses dengan short-term scheduler; yang melibatkan:melibatkan:� switching context� switching ke user mode� Melompat ke lokasi yang tepat pada user program untuk
restart progra
� Dispatch latency – waktu yang dibutuhkan dispatcher untuk menghentikan satu proses dan memulai proses lain yang sedang berjalan
6.6
4
Kriteria Penjadwalan
� Utilitas CPU – membuat CPU sesibuk mungkin� Throughput – jumlah proses yang menyelesaikan � Throughput – jumlah proses yang menyelesaikan
eksekusi pada satu unit waktu� Waktu Turnaround – jumlah waktu untuk mengeksekusi
proses tertentu� Waktu Tunggu – jumlah waktu suatu proses menunggu
dalam ready queue� Waktu Respon – jumlah waktu yang dibutuhkan dari
sebuah permintaan dikirim sampai mendapatkan respon
6.7
sebuah permintaan dikirim sampai mendapatkan respon pertama, bukan output (untuk lingkungan time-sharing)
Kriteria Optimal
� Untilitas CPU maksimal� Throughput maksimal� Waktu turnaround minimal� Waktu turnaround minimal� Waktu tunggu minimal� Waktu respon minimal
6.8
5
Penjadwalan First-Come, First-Served (FCFS) Proses Burst Time
P1 24P2 3P3 3P3 3
� Diasumsikan proses dapat dengan urutan: P1 , P2 , P3
Gantt Chart untuk penjadwalan diatas adalah:
P1 P2 P3
6.9
� Waktu Tunggu untuk P1 = 0; P2 = 24; P3 = 27� Rata-rata waktu tunggu: (0 + 24 + 27)/3 = 17� Waktu Turnaround untuk P1 = 24; P2 = 27; P3 = 30� Rata-rata waktu turnarount: (24+27+30)/3=27� Bersifat Non preemptive (tidak dapat ditunda)
24 27 300
Penjadwalan FCFS (Cont.)
Diasumsikan proses dapat dengan urutan P2 , P3 , P1 .
� Gantt chart untuk penjadwalah tersebut:� Gantt chart untuk penjadwalah tersebut:
� Waktu tunggu untuk P1 = 6; P2 = 0; P3 = 3� Rata-rata waktu tunggu: (6 + 0 + 3)/3 = 3� Waktu turnaround untuk P1 = 30; P2 = 3; P3 = 6
P1P3P2
63 300
6.10
� Waktu turnaround untuk P1 = 30; P2 = 3; P3 = 6� Rata-rata waktu turnarount: (30+3+6)/3 = 13� Hasilnya lebih baik dari sebelumnya, dimana proses
sebelumnya terjadi convoy effect dimana proses kecil berada di belakang proses besar
6
Penjadwalan Shortest-Job-First (SJF)
� Hubungan antar proses berdasarkan panjang CPU burst berikutnya. CPU dialokasikan untuk proses yang mempunyai waktu terpendek terlebih dahulumempunyai waktu terpendek terlebih dahulu
� Terdapat 2 skema: � nonpreemptive – ketika CPU diberikan ke proses, maka
proses tidak dapat ditunda sampai menyelesaikan CPU burst nya
� preemptive – jika proses baru datang dengan CPU burst lebih kecil dibandingkan sisa waktu proses yang sedang dieksekusi, maka proses ditunda dan diganti dengan proses baru. Skema ini disebut juga dengan Shortest-Remaining-
6.11
baru. Skema ini disebut juga dengan Shortest-Remaining-Time-First (SRTF).
� SJF optimal – menghasilkan rata-rata waktu tunggu minimal pada sekumpulan proses
Process Arrival Time Burst TimeP1 0.0 7P 2.0 4
Contoh SJF Non-Preemptive
P2 2.0 4P3 4.0 1P4 5.0 4
� SJF (non-preemptive)
P1 P3 P2
73 160
P4
8 12
6.12
� Waktu tunggu untuk P1 = 0; P2 = 6; P3 = 3; P4 = 7� Rata-rata waktu tunggu = (0 + 6 + 3 + 7)/4 = 4� Waktu turnaround untuk P1 = 7; P2 = 10; P3 = 4; P4 = 11� Rata-rata waktu tunggu = (7 + 10 + 4 +11)/4 = 8
73 160 8 12
7
Contoh SJF Preemptive
Process Arrival Time Burst TimeP1 0.0 7P 2.0 4P2 2.0 4P3 4.0 1P4 5.0 4
� SJF (preemptive)
P1 P3P2
11
P4P2 P1
16
6.13
� Waktu tunggu untuk P1 = 9; P2 = 1; P3 = 0; P4 = 2� Rata-rata waktu tunggu = (9 + 1 + 0 + 2)/4 = 3� Waktu turnaround untuk P1 = 16; P2 = 5; P3 = 1; P4 = 6� Rata-rata waktu tunggu = (16 + 5 + 1 + 6)/4 = 7
42 110 5 7 16
Menentukan Panjang CPU Burst berikutnya
� Hanya mengestimasi panjang CPU burst.� Dapat dilakukan menggunakan panjang CPU burst
sebelumnya, menggunakan exponential averaging.sebelumnya, menggunakan exponential averaging.
:Tentukan 4.10 , 3.
berikutnyaburst CPUuntuk prediksi nilai 2.
keburst CPU dari aktual panjang 1.
1
≤≤=
=
+
αατ n
n nt
( ) .t nnn ταατ −+== 11
6.14
( ) .t nnn ταατ −+== 11
8
Prediksi Panjang CPU Burst berikutnya
6.15
Contoh Exponential Averaging
� α =0� τn+1 = τn
� Histori saat ini tidak dihitung.� Histori saat ini tidak dihitung.
� α =1� τn+1 = tn� Hanya menghitung CPU burst aktual terakhir.
� Jika kita menurunkan formula, didapatkan:τn+1 = α tn+(1 - α) α tn -1 + …
+(1 - α )j α tn -1 + …+(1 - α )n=1 t τ
6.16
+(1 - α )n=1 tn τ0
� Karena baik α dan (1 - α) kurang dari atau sama dengan 1, setiap successor mempunyai nilai yang lebih rendah dari predecessor.
9
Penjadwalan Priority
� Setiap proses mempunyai nilai prioritas (integer)� CPU dialokasikan untuk proses dengan prioritas tertinggi
(nilai integer terkecil = prioritas tertinggi).(nilai integer terkecil = prioritas tertinggi).� Preemptive� nonpreemptive
� SJF adalah penjadwalan prioritas dimana prioritasnya adalah berdasarkan hasil prediksi waktu CPU burst berikutnya.
� Problem ≡ Starvation – proses prioritas rendah tidak pernah dieksekusi
6.17
pernah dieksekusi� Solution ≡ Aging – seiring waktu berjalan meningkatkan
prioritas proses.
Process Arrival Time Burst Time PriorityP1 0.0 7 3P 2.0 4 1
Contoh Priority Non-Preemptive
P2 2.0 4 1P3 4.0 1 3P4 5.0 4 2
� Priority (non-preemptive)
P1 P2 P4
7 160
P3
11 15
6.18
� Waktu tunggu untuk P1 = 0; P2 = 5; P3 = 11; P4 =6� Rata-rata waktu tunggu = (0 + 5 + 11 + 6)/4 = 4.5� Waktu turnaround untuk P1 = 7; P2 = 9; P3 = 12; P4 = 10� Rata-rata waktu tunggu = (7 + 9 + 12 +10)/4 = 9.5
7 160 11 15
10
Process Arrival Time Burst Time PriorityP1 0.0 7 3P 2.0 4 1
Contoh Priority Preemptive
P2 2.0 4 1P3 4.0 1 3P4 5.0 4 2
� Priority (non-preemptive), asumsi apabila prioritas sama, diambil yang datang lebih dahulu
P1 P2 P4 P1 P3
6.19
� Waktu tunggu untuk P1 = 10; P2 = 0; P3 = 11; P4 =1� Rata-rata waktu tunggu = (10 + 0 + 11 + 1)/4 = 4.5� Waktu turnaround untuk P1 = 15; P2 = 4; P3 = 12; P4 = 5� Rata-rata waktu tunggu = (15 + 4 + 12 +5)/4 = 9
6 160 10 152
Round Robin (RR)
� Setiap proses mendapatkan unit waktu tertentu dari waktu CPU (waktu quantum), biasanya 10-100 millisecond. Setelah waktu selesai, proses ditunda dan millisecond. Setelah waktu selesai, proses ditunda dan ditambahkan pada ready queue.
� Jika terdapat n proses pada ready queue dan waktu quantum q, kemudian setiap proses mendapatkan waktu CPU 1/n pada bagian waktu q tersebut. Tidak ada proses yang menunggu lebih dari (n-1)q unit waktu.
� Performansi� q besar � FIFO
6.20
� q besar � FIFO� q kecil � q harus lebih besar dari context switch, jika tidak
terjadi overhead yang tinggi.
11
Contoh RR dengan Waktu Quantum = 20
Process Burst TimeP1 53P 17P2 17P3 68P4 24
� Gantt chart :
P1 P2 P3 P4 P1 P3 P4 P1 P3 P3
6.21
� Biasanya, RR mempunyai rata-rata waktu tunggu yang lebih besar dari SJF, tetapi respon yang lebih baik
0 20 37 57 77 97 117 121 134 154 162
Waktu Quantum dan waktu Context Switch
6.22
12
Waktu Turnaround dengan Waktu Quantum yang Bervariasi
6.23
Multilevel Queue
� Ready queue dibagi ke dalam antrian yang terpisahforeground (interactive)background (batch)background (batch)
� Setiap antrian mempunyai algoritma penjadwalan masing-masingforeground – RRbackground – FCFS
� Penjadwalan yang harus dilakukan antara antrian� Penjadwalan Prioritas Tetap (Fixed priority scheduling);
(misalnya, melayani semua foreground kemudian
6.24
(misalnya, melayani semua foreground kemudian background). Kemungkinan starvation.
� Time slice – setiap antrian mendapat sejumlah waktu CPU yang dapat digunakan diantara proses-prosesnya, yaitu, 80% untuk foreground pada RR dan 20% untuk background pada FCFS
13
Penjadwalan Multilevel Queue
6.25
Multilevel Feedback Queue
� Proses dapat berpindah antar beberapa antrian; aging juga dapat diimplementasikan.
� Multilevel-feedback-queue scheduler ditentukan dengan � Multilevel-feedback-queue scheduler ditentukan dengan parameter berikut:� Jumlah queue� Algoritma penjadwalan untuk setiap antrian� Metode digunakan untuk menentukan kapan upgrade
proses� Motode digunakan untuk menentukan kapan menurunkan
proses
6.26
� Metode digunakan untuk menentukan antrian mana dari proses yang masuk ketika proses memerlukan layanan
14
Contoh Multilevel Feedback Queue
� Tiga antrian: � Q0 – time quantum 8 milliseconds� Q1 – time quantum 16 milliseconds� Q1 – time quantum 16 milliseconds� Q2 – FCFS
� Penjadwalan� Job baru masuk antrian Q0 yang melayani FCFS. Jika
mendapatkan CPU, job menerima 8 millisecond. Jika tidak selesai dalam 8 millisecond, job dipindah ke antrian Q1.
� Pada job Q1 melayani lagi FCFS dan menerima 16 millisecond tambahan. Jika masih belum selesai, ditundan dan dipindah ke antrian Q .
6.27
dan dipindah ke antrian Q2.
Multilevel Feedback Queues
6.28
15
Penjadwalan Multiple-Processor
� Penjadwalan CPU lebih kompleks ketika tersedia multiple CPU.
� Homogeneous processors dalam multiprocessor.� Homogeneous processors dalam multiprocessor.� Load sharing� Asymmetric multiprocessing – hanya satu prosessor yang
mengakses struktur data sistem, mengurangi kebutuhan data sharing
6.29
Penjadwalan Real-Time
� Hard real-time – dibutuhkan untuk menyelesaikan critical task dalam sejumlah waktu yang dijaminkan.
� Soft real-time computing – membutuhkan proses kritis � Soft real-time computing – membutuhkan proses kritis berdasarkan prioritas.
6.30
16
Dispatch Latency
6.31
Evaluasi Algoritma
� Deterministic modeling – mengambil beban kerja yang telah ditetapkan dan mendefinisikan kinerja setiap algoritma untuk beban kerja itu.algoritma untuk beban kerja itu.
� Queueing models� Implementasi
6.32
17
Evaluasi Penjadwal CPU dengan Simulasi
6.33
Penjadwalan Solaris 2
6.34
18
Prioritas Windows 2000
6.35
