PENJADWALAN CPU

NAMA KELOMPOK :

 1.  RIBCA ATONIS

 2.  APSYALOM MAGANG

 3.  AMARYA NITSAE

 4. Yulmira Naibano

PENJADWALAN CPU

A.           KONSEP DASAR

Dalam pemroses tunggal, hanya satu proses yang dapat dijalankan pada saat tertentu, sedangkan yang lain harus menunggu CPU bebas dan dijadwal ulang. Multiprogramming merupakan cara untuk menjalankan proses setiap waktu sehingga memaksimalkan penggunaan CPU. Penjadwalan merupakan salah satu fungsi dasar dari sistem operasi. Hampir semua sumber daya komputer dijadwalkan sebelum digunakan.

Penjadwalan CPU adalah suatu proses pengaturan atau penjadwalan proses-proses yang ada di dalam komputer. Dimana proses-proses tersebut berjalan dalam pola yang disebut Siklus Burst.Penjadwalan CPU secara garis besar dibagi menjadi 2, yaitu Penjadwalan Preemptive dan Penjadwalan Non Preemptive.

Pada Penjadwalan Preemptive. Penjadwalan CPU mungkin akan dijalankan ketika proses dalam keadaan:

1. Berubah dari running ke waiting state.

2. Berubah dari running ke ready state.

3. Berubah dari waiting ke ready state.

4. Dihentikan.

Penjadwalan Preemptive mempunyai arti kemampuan sistem operasi untuk memberhentikan sementara proses yang sedang berjalan untuk memberi ruang kepada proses yang prioritasnya lebih tinggi. Penjadwalan ini bisa saja termasuk penjadwalan proses atau M/K. Penjadwalan Preemptive memungkinkan sistem untuk lebih bisa menjamin bahwa setiap proses mendapat sebuah slice waktu operasi. Dan juga membuat sistem lebih cepat merespon terhadap event dari luar (contohnya seperti ada data yang masuk) yang membutuhkan reaksi cepat dari satu atau beberapa proses.

Membuat penjadwalan yang Preemptive mempunyai keuntungan yaitu sistem lebih responsif daripada sistem,yang memakai penjadwalan Non Preemptive.

Dalam waktu-waktu tertentu, proses dapat dikelompokkan ke dalam dua kategori: proses yang,memiliki Burst M/K yang sangat lama disebut I/O Bound, dan proses yang memiliki Burst CPU yang sangat lama disebut CPU Bound. Terkadang juga suatu sistem mengalami kondisi yang disebut busywait, yaitu saat dimana sistem menunggu request input(seperti disk, keyboard, atau jaringan). Saat busywait tersebut, proses tidak melakukan sesuatu yang produktif, tetapi tetap memakan resource dari CPU. Dengan penjadwalan Preemptive, hal tersebut dapat dihindari.

Penjadwalan Non Preemptive ialah salah satu jenis penjadwalan dimana sistem operasi tidak pernah melakukan context switch dari proses yang sedang berjalan ke proses yang lain. Dengan kata lain, proses yang sedang berjalan tidak bisa di- interupt. Penjadwalan Non Preemptive terjadi ketika proses hanya:

1. Berjalan dari running state sampai waiting state.

2. Dihentikan.

Ini berarti CPU menjaga proses sampai proses itu pindah ke waiting state ataupun dihentikan (proses tidak diganggu). Metode ini digunakan oleh Microsoft Windows 3.1 dan Macintosh. Ini adalah metode yang dapat digunakan untuk platforms hardware tertentu, karena tidak memerlukan perangkat keras khusus (misalnya timer yang digunakan untuk meng interupt pada metode penjadwalan Preemptive).

Komponen yang lain yang terlibat dalam penjadwalan CPU adalah dispatcher[2]. Dispatcher adalah modul yang memberikan kontrol CPU kepada proses yang sedang terjadwal. Fungsinya adalah: 

·     Context switching . Mengganti state dari suatu proses dan mengembalikannya untuk menghindari monopoli CPU time. Context switching dilakukan untuk menangani suatu interrupt(misalnya menunggu waktu M/K). Untuk menyimpan state dari proses-proses yang terjadwal sebuah Process Control Block harus dibuat untuk mengingat proses-proses yang sedang diatur scheduler. Selain state suatu proses, PCB juga menyimpan process ID, program counter(posisi saat ini pada program), prioritas proses dan data-data tambahan lainnya.

·     Switching to user mode dari kernel mode.

·     Lompat dari suatu bagian di progam user untuk mengulang program.

B.           SIKLUS BURST CPU-M/K

Kesuksesan penjadwalAn CPU tergantung dari observasi proses-proses. Pengeksekusian proses terdiri putaran ekseskusi CPU dan penungguan I/O. Eksekusi proses dimulai dari CPU burst, yaitu diikuti oleh I/O burst kemudian diikuti CPU burst lainnya lalu I/O burst lainnya dan begitu seterusnya.

C.           DISPATCHER

Dispatcher seharusnya dapat dilakukan secepat mungkin. Dispatch Latency adalah waktu yang diperlukan dispatcher untuk menghentikan suatu proses dan memulai proses yang lain.

D.           KRITERIA PENJADWALAN

Suatu algoritma penjadwalan CPU yang berbeda dapat mempunyai nilai yang berbeda untuk sistem yang berbeda. Banyak kriteria yang bisa dipakai untuk menilai algoritma penjadwalan CPU.Kriteria yang digunakan dalam menilai adalah: 

a.       CPU Utilization . Kita ingin menjaga CPU sesibuk mungkin. CPU utilization akan mempunyai range dari 0 sampai 100 persen. Di sistem yang sebenarnya ia mempunyai range dari 40 sampai 100 persen.

b.      Throughput . Salah satu ukuran kerja adalah banyaknya proses yang diselesaikan per satuan waktu. Jika kita mempunyai beberapa proses yang sama dan memiliki beberapa algoritma penjadwalan yang berbeda, throughput bisa menjadi salah satu kriteria penilaian, dimana algoritma yang menyelesaikan proses terbanyak mungkin yang terbaik.

c.       Turnaround Time . Dari sudut pandang proses tertentu, kriteria yang penting adalah berapa lama untuk mengeksekusi proses tersebut. Memang, lama pengeksekusian sebuah proses sangat tergantung dari hardware yang dipakai, namun kontribusi algoritma penjadwalan tetap ada dalam lama waktu yang dipakai untuk menyelesaikan sebuah proses. Misal kita memiliki sistem komputer yang identik dan proses-proses yang identik pula, namun kita memakai algoritma yang berbeda, algoritma yang mampu menyelesaikan proses yang sama dengan waktu yang lebih singkat mungkin lebih baik dari algoritma yang lain. Interval waktu yang diijinkan dengan waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan sebuah proses disebut turnaround time. Turnaround time adalah jumlah periode untuk menunggu untuk dapat ke memori, menunggu di ready queue, eksekusi CPU, dan melakukan operasi M/K.

d.      Waiting Time . Algoritma penjadwalan CPU tidak mempengaruhi waktu untuk melaksanakan proses tersebut atau M/K, itu hanya mempengaruhi jumlah waktu yang dibutuhkan proses di antrian ready. Waiting time adalah jumlah waktu yang dibutuhkan proses di antrian ready.

e.       Response Time . Di sistem yang interaktif, turnaround time mungkin bukan waktu yang terbaik untuk kriteria. Sering sebuah proses dapat memproduksi output di awal, dan dapat meneruskan hasil yang baru sementara hasil yang sebelumnya telah diberikan ke pengguna. Ukuran lain adalah waktu dari pengiriman permintaan sampai respon yang pertama diberikan. Ini disebut response time, yaitu waktu untuk memulai memberikan respon, tetapi bukan waktu yang dipakai output untuk respon tersebut.

f.         Fairness . Suatu algoritma harus memperhatikan pengawasan nilai prioritas dari suatu proses (menghindari terjadinya starvation CPU time).

g.       Efisiensi. Rendahnya overhead dalam context switching, penghitungan prioritas dan sebagainya menentukan apakah suatu algoritma efisien atau tidak. Sebaiknya ketika kita akan membuat algoritma penjadwalan yang dilakukan adalah memaksimalkan CPU utilization dan throughput, dan meminimalkan turnaround time, waiting time, dan response time.

Memaksimalkan:  CPU utilization  dan throughput

Meminimalkan: turnaround time, waiting time dan response time

E.            ALGORITMA PENJADWALAN

First-Come First-Served Scheduling (FCFS) adalah Proses yang pertama kali meminta jatah waktu untuk menggunakan CPU akan dilayani terlebih dahulu.

Kelebihan dari proses FCFS  adalah:

§  Merupakan metode scheduling paling sederhana

§   Overhead kecil

§  Dapat mencegah starvation

Kekurangan :

Proses yang pendek dapat dirugikan, bila urutan eksekusinya setelah proses yang panjang

Algoritma FCFS termasuk non-preemptive. karena, sekali CPU dialokasikan pada suatu proses, maka proses tersebut tetap akan memakai CPU sampai proses tersebut melepaskannya, yaitu jika proses tersebut berhenti atau meminta I/O.

Penjadwalan dengan Prioritas. Priority Scheduling merupakan algoritma penjadwalan yang mendahulukan proses dengan nilai prioritas tertinggi. Setiap proses memiliki prioritasnya masing-masing. Prioritas suatu proses dapat ditentukan melalui beberapa karakteristik antara lain:

a.       Batas waktu

b.      Kebutuhan Memori

c.       Akses file

d.      Perbandingan antara I/O Burst dengan CPU Burst

e.       Tingkat kepentingan proses

Penjadwalan dengan prioritas juga dapat dijalankan secara preemptive maupun non-preemptive.

Pada preemptive, jika ada suatu proses yang baru datang memiliki prioritas yang lebih tinggi daripada proses yang sedang dijalankan, maka proses yang sedang berjalan tersebut dihentikan, lalu CPU dialihkan untuk proses yang baru datang tersebut. Sementara itu, pada non-preemptive, proses yang baru datang tidak dapat menganggu proses yang sedang berjalan, tetapi hanya diletakkan di depan antrian.

Kelemahan pada penjadwalan prioritas adalah dapat terjadinya indefinite blocking (starvation) yaitu suatu proses dengan prioritas yang rendah memiliki kemungkinan untuk tidak dieksekusi jika terdapat proses lain yang memiliki prioritas lebih tinggi darinya. Solusi dari permasalahan ini adalah aging, yaitu meningkatkan prioritas dari setiap proses yang menunggu dalam antrian secara bertahap.

Round Robin. Algoritma ini didesin untuk sistem time-sharing. Proses akan mendapat jatah sebesar time quantum dengan nilai quantum umumnya sebesar 10-100 ms. Jika time quantum-nya habis atau proses sudah selesai CPU akan dialokasikan ke proses berikutnya. Tentu proses ini cukup adil karena tak ada proses yang diprioritaskan, semua proses mendapat jatah waktu yang sama dari CPU (1/n), dan tak akan menunggu lebih lama dari (n-1)/q. Algoritma ini sepenuhnya bergantung besarnya time quantum. Jika terlalu besar, algoritma ini akan sama saja dengan algoritma first-come first-served. Jika terlalu kecil, akan semakin banyak peralihan proses sehingga banyak waktu terbuang.

Permasalahan utama pada Round Robin adalah menentukan besarnya time quantum. Jika time quantum yang ditentukan terlalu kecil, maka sebagian besar proses tidak akan selesai dalam 1 time quantum. Hal ini tidak baik karena akan terjadi banyak switch, padahal CPU memerlukan waktu untuk beralih dari suatu proses ke proses lain (disebut dengan context switches time). Sebaliknya, jika time Berawal dari priority scheduling, algoritma ini pun memiliki kelemahan yang sama dengan priority scheduling, yaitu sangat mungkin bahwa suatu proses pada queue dengan prioritas rendah bisa saja tidak mendapat jatah CPU. Untuk mengatasi hal tersebut, salah satu caranya adalah dengan memodifikasi algoritma ini dengan adanya jatah waktu maksimal untuk tiap antrian, sehingga jika suatu antrian memakan terlalu banyak waktu, maka prosesnya akan dihentikan dan digantikan oleh  antrian dibawahnya, dan tentu saja batas waktu untuk tiap antrian bisa saja sangat berbeda tergantung pada prioritas masing-masing antrian.

Multilevel Feedback Queue. Algoritma ini mirip sekali dengan algoritma Multilevel Queue. Perbedaannya ialah algoritma ini mengizinkan proses untuk pindah antrian. Jika suatu proses menyita CPU terlalu lama, maka proses itu akan dipindahkan ke antrian yang lebih rendah. Ini menguntungkan proses interaksi, karena proses ini hanya memakai waktu CPU yang sedikit. Demikian pula dengan proses yang menunggu terlalu lama. Proses ini akan dinaikkan tingkatannya. Biasanya prioritas tertinggi diberikan kepada proses dengan CPU burst terkecil, dengan begitu CPU akan dimanfaatkan penuh dan I/O dapat terus sibuk. Semakin rendah tingkatannya, panjang CPU

burst proses juga semakin besar.

SJF (Shortest Job First). Pada penjadwalan SJF, proses yang memilikiCPU burst paling kecil dilayani terlebih dahulu. Terdapat dua skema :

1.      Non preemptive, bila CPU diberikan pada proses, maka tidak bisa ditunda sampai CPU burst selesai.

2.      Preemptive, jika proses baru datang dengan panjang CPU burst lebih pendek dari sisa waktu proses yang saat itu sedang dieksekusi, proses ini ditunda dan diganti dengan proses baru.

Skema ini disebut dengan Shortest-Remaining-Time-First (SRTF). Ada beberapa kekurangan dari algoritma ini yaitu :

Ø  Susahnya untuk memprediksi burst time proses yang akan dieksekusi selanjutnya. Diasumsikan waktu running (burst time) sudah diketahui.

Ø  Proses yang mempunyai burst time yang besar akan memiliki waiting time yang besar pula karena yang dieksekusi terlebih dahulu adalah proses dengan burst time yang lebih kecil.

Multilevel Queue

Kategori proses sesuai dengan sifat proses:

Ø  Interaktif(response cepat)

Ø  Batch dll

Partisi “ready queue” dalam beberapa tingkat (multilevel) sesuai dengan proses  ;

Ø  Setiapqueue menggunakanalgoritmaschedule sendiri

Ø  Foreground proses(interaktif, high prioritiy): RR

Ø  Background proses(batch, low priority): FCFS

Ø  Setiapqueue mempunyai prioritas yang fixed

F.            KESIMPULAN

Penjadwalan CPU adalah pemilihan proses dari antrian ready untuk dapat dieksekusi. Penjadwalan CPU merupakan konsep dari multiprogramming, dimana CPU digunakan secara bergantian untuk proses yang berbeda. Suatu proses terdiri dari dua siklus yaitu Burst M/K dan Burst CPU yang dilakukan bergantian hingga proses selesai.Komponen yang lain dalam penjadwalan CPU adalah dispatcher, dispatcher adalah modul yang memberikan kendali CPU kepada proses. Waktu yang diperlukan oleh dispatcher untuk menghentikan suatu proses dan memulai proses yang lain disebut dengan dispatch latency. Jika dalam suatu proses Burst CPU jauh lebih besar daripada Burst M/K maka disebut CPU Bound. Demikian juga sebaliknya disebut dengn M/K Bound. Dalam menilai baik atau buruknya suatu algoritma penjadwalan kita bisa memakai beberapa kriteria, diantaranya CPU utilization, throughput, turnaround time, waiting time, dan response time. Algoritma yang baik adalah yang mampu memaksimalkan CPU utilization dan throughput, dan meminimalkan turnaround time, waiting time, dan response time.