Transcript Modul-6_CPU_Scheduling

CPU Scheduling
Pembahasan
• Konsep Dasar
• Kriteria Scheduling
• Algoritma Scheduling
CPU Scheduling
• Merupakan basis dari OS yang
multiprogramming, sementara
multiprogramming untuk meningkatkan
produktifitas sistem
• Topik pembahasan :
– Konsep dasar CPU Scheduling
– Algoritma-algoritma CPU Scheduling
Konsep Dasar CPU Scheduling
• Dalam multiprogramming
– Suatu proses dieksekusi s.d wait untuk I/O, setelah
itu CPU diberikan ke proses lain, dst.
– Membentuk siklus yang terdiri atas
• Sequence eksekusi CPU (CPU burst time)
• Sequence dalam service I/O (I/O burst time)
– Pola distribusi CPU burst time adalah eksponensial
atau bahkan hipereksponensial
Contoh CPU - I/O Burst
• scanf n, a, b
for (i=1; i<=n; i++)
x = x + a*b;
printf x
for (i=1; i<=n; i++)
for (j=1; j<=n; j++)
x = x + a*b;
printf x
/* I/O wait */
/* CPU burst */
/* I/O wait */
/* CPU burst */
/* I/O wait */
Pola Distribusi CPU Burst Time
Keputusan Scheduling
• Scheduler memilih dari antara prosesproses dalam memori yang ready dan
mengalokasi CPU untuk proses yang
terpilih
• Terjadinya keputusan scheduler saat :
– (1) status proses berubah dari run ke wait
– (2) status proses berubah dari run ke ready
– (3) status proses berubah dari wait ke ready
– (4) status proses menjadi terminate
Non-preemptive
• Scheduler dalam situasi (1) dan (4)
disebut non-preemptive
– Sekali CPU ditetapkan untuk suatu proses
maka proses tidak akan melepaskannya
hingga terminate atau untuk melakukan I/O
– Untuk hardware tertentu skema ini
merupakan satu-satunya pilihan (misalnya
tidak ada timer)
– Digunakan oleh MS Windows
Status Proses - Scheduler
Preemptive
Non-preemptive
Preemptive
• Scheduler dalam situasi (2) dan (3)
disebut preemptive
– CPU dapat dialihkan ke proses lain oleh OS
misalnya karena interrupt, timer, dsb.
– Perlu penanganan masalah data sharing
antara sebelum dan sesudah
– Perlu blocking CPU saat struktur data kernel
berada pada status yang inkonsisten
Dispatcher
• Modul yang memberikan kontrol CPU bagi
proses yang terpilih untuk mendapat giliran
meliputi :
– Context switching
– Set operasi sistem ke user-mode
– Jump ke lokasi untuk meneruskan proses yang
mendapat giliran dan run
Dispatch Latency
• Waktu yang diperlukan oleh dispatcher untuk
menghentikan proses yang sedang running
hingga proses yang di-dispatch berikutnya
running
CPU Scheduling Algorithms
•
•
•
•
•
•
FCFS Queue
SJF Queue
Priority Queue
Round Robin
Multi-Level Queue
Multi-Level Feedback Queue
Kriteria Scheduling (1)
• CPU utilization : persentase jumlah waktu
CPU sibuk dari total waktu
• Throughput : jumlah proses yang selesai
dieksekusi per satuan waktu
• Turnaround time : selang waktu sejak
submit proses hingga terminate
Kriteria Scheduling (2)
• Waiting time : jumlah waktu suatu proses
menunggu dalam ready queue
• Response time : panjang waktu sejak
submit hingga respons pertama muncul
• Predictability respons : variansi
(ketersebaran) waktu respons
Obyektif
• Pemilihan algoritma untuk optimisasi :
– Memaksimalkan CPU utilization
– Memaksimalkan throughput
– Meminimumkan turnaround time
– Meminimumkan waiting time
– Meminimumkan response time
– Meminimumkan response time variance
First Come, First-Served
(FCFS)
• Proses yang merequest CPU lebih dulu
adalah yang dilayani terlebih dahulu
• Jika suatu proses running menjadi ready
maka ia antri lagi dibelakang
• Performance : waktu tunggu rata-rata
lama serta akan bervariasi jika burst time
amat bervariasi
Contoh FCFS
• P1 : 24 ms, P2 : 3 ms, P3 : 3 ms.
• Datang dalam urutan P1, P2, P3
– Gantt Chart
P1
P2
0
24
P3
27
30
– Waktu tunggu : P1 = 0 ms, P2 = 24 ms, dan P3 = 27
ms
– Average waiting time = (0 + 24 + 27)/3 = 17 ms
• Jika urutannya : P2, P3, P1 maka :
– Gantt
P2 ChartP3
0
3
P1
6
30
Masalah FCFS : “Convoy Effect”
• Kondisi terdapat suatu proses yang
memiliki CPU-burst time besar (CPU
bound) dan sejumlah proses lain dengan
I/O burst time yang besar (I/O bound)
– Proses CPU bound sedang hold CPU proses
I/O bound menunggu, I/O device idle
– Proses I/O bound sedang melakukan I/O,
proses CPU bound menunggu, CPU idle
Shortest Job First (SJF)
• Tepatnya “shortest CPU burst-time first”
• Bila CPU burst time tiap proses diketahui
sebelumnya maka proses dengan CPU
burst time terkecil yang dilayani terlebih
dahulu
– Preemptive scheme : proses running P1 bisa
dihentikan di tengah saat muncul proses P2
yang lebih pendek
– Nonpreemptive scheme : proses running akan
terus sampai terminate atau I/O wait
Contoh SJF - Non-Preemptive
Process
Arrival Time
P1
0.0
P2
2.0
P3
4.0
P4
5.0
• SJF (non-preemptive)
P1
0
3
P3
7
Burst Time
7
4
1
4
P2
8
P4
12
16
• Average waiting time = (0 + 6 + 3 + 7)/4 = 4
Contoh SJF - Preemptive
Process
Arrival Time
P1
0.0
P2
2.0
P3
4.0
P4
5.0
• SJF (preemptive)
P1
0
P2
2
P3
4
P2
5
Burst Time
7
4
1
4
P4
7
P1
11
16
• Average waiting time = (9 + 1 + 0 +2)/4 = 3
Masalah SJF : informasi CPU burst
time
• Algoritma memberikan performance yang
optimal, tapi bagaimana caranya
mendapatkan informasi CPU burst time ?
– Untuk long-term schedule dalam batch
system, dapat digunakan panjang time limit
yang dispesifikasikan user pada saat submit
job.
– Untuk short-term scheduling tidak mungkin.
Tidak ada cara untuk mengetahui secara pasti
CPU burst berikutnya, hanya dapat
diaproksimasi secara stokastik (prediksi).
Priority Scheduling
• Proses dengan prioritas lebih tinggi akan
dilayani lebih dulu
– Preemptive scheme : proses running P1 bisa
dihentikan di tengah saat muncul proses P2
yang lebih tinggi prioritasnya
– Non-preemptive scheme : proses yang
running akan diteruskan sampai terminate
atau I/O wait
Contoh Priority Scheduling
Process
P1
P2
P3
Priority
2
1
3
P1
P2
0
Burst Time
8
1
1
1
P3
9
10
• Average waiting time = (1 + 0 + 9)/3 = 3.3
Pendefinisian Prioritas
• Internal
– Bila mungkin, ditentukan berdasarkan
indikator terukur atau estimasinya
• Time limit, memori requirement, jumlah file open,
ratio I/O burst terhadap CPU burst
• External
– Ditentukan berdasarkan kriteria yang
eksternal bagi OS
• Tingkat kepentingan proses, charging, super-user
(root), dll
Masalah Priority Scheduling
• Indefinite blocking (starvation) pada
proses-proses berprioritas rendah
terutama jika sistemnya heavilyloaded
– Rumor : ketika IBM 7093 di MIT di-shutdown
tahun 1973, ditemukan adanya proses-proses
low priority yang di-submit tahun 1967 dalam
status wait
Solusi dari Starvation
• Solusi : “aging” (peningkatan prioritas
pada proses-proses yang sudah
menunggu cukup lama)
– Misalnya setiap 15 menit dinaikkan 1 tingkat
Round Robin (RR)
• Masing-masing proses diberikan interval
waktu tertentu yang disebut time quantum
• Mengikuti FCFS & setelah kuantum waktu
tertentu proses yang running di-preempt &
kembali ke ready queue
• Mekanisme kuantum waktu menggunakan
timer, jika proses sudah terminate atau
melakukan I/O wait sementara timer
belum habis, timer di-reset untuk giliran
proses berikutnya
Contoh : RR
• Contoh : dengan time quantum = 20 ms
Process
Burst Time
P1
53
P2
17
P3
68
P4
24
• Gantt chart :
P1
0
P2
20
37
P3
P4
57
P1
77
P3
97 117
P4
P1
P3
P3
121 134 154 162
• Khususnya, rata-rata turnaround lebih tinggi daripada
SJF, tetapi lebih baik untuk respons.
Masalah RR : Penentuan Kuantum
Waktu
• Menentukan performance sistem :
– Jika terlalu besar sistem menjadi FCFS murni
– Jika terlalu kecil terjadi “processor sharing”
• Pada n proses yang running pada prosesor dengan
kecepatan K, bagi setiap proses terasa masing-masing
memiliki prosesor sendiri dengan kecepatan K/n (misalnya
respons interaksi jadi lambat)
– Jika terlalu kecil overhead untuk context switching
jadi besar
Time Quantum dan Context
Switch Time
Multi-Level Queue (MLQ)
• Proses diklasifikasi ke dalam sejumlah kelas &
masing-masing kelas memiliki antrian sendiri
dengan aturan berbeda
– Contoh kelas-kelas dalam beberapa OS
•
•
•
•
•
Proses sistem
Proses interaktif
Proses editing interaktif
Proses batch
Proses student
Diagram Contoh MLQ
MLQ pada Uniprocessor
• Kelas-kelas perlu diantrikan juga
– Dengan prioritas berbeda secara fixed dan
preemptive; proses dari kelas yang lebih
rendah harus menunggu proses dari kelas
yang lebih tinggi selesai
– Dengan menerapkan time sharing dengan
kuota waktu yang berbeda (misalnya
foreground 80% dan background 20%)
Multi-Level Feedback Queue
• MLQ overhead rendah tetapi tidak
fleksibel
• MLFQ memungkinkan perpindahan antara
level antrian untuk meng-aproksimasi SJF
:
– Proses mula-mula masuk ke level pertama,
jika dalam batas waktu proses belum berakhir
maka ia di-preempt dan dimasukkan ke
antrian level berikutnya yang prioritasnya
lebih rendah
Contoh MLFQ
• Contoh MLFQ dengan 3 antrian : Q0, Q1,
dan Q2. Kuantum Q0 = 8 ms, kuantum Q1
= 16 ms dan Q2 menggunakan skema
FCFS
– Awalnya proses P masuk ke Q0, apabila saat
running belum selesai saat timer habis (8 ms)
maka P di-preempt dan dipindahkan ke Q1
– Jika Q0 sudah kosong, Q1 baru dilayani; saat
P belum selesai juga saat timer habis (16 ms)
maka P masuk dalam skema FCFS Q3
Diagram Contoh MLFQ
Parameter Menentukan MLFQ
• Jumlah Queue (level)
• Algoritma scheduling untuk tiap queue
• Metode penentuan kapan upgrade
prioritas proses ke queue yang lebih tinggi
• Metode penentuan kapan menurunkan
prioritas proses ke queue yang lebih
rendah
• Metode penentuan queue mana yang
dimasuki proses
END OF MODUL - 6