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 /* I/O wait */ for (i=1; i<=n; i++) /* CPU burst */ x = x + a*b; printf x /* I/O wait */ for (j=1; j<=n; j++)

Pola Distribusi CPU Burst Time

Keputusan Scheduling Scheduler memilih dari antara proses-proses 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 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 : Average waiting time = (6 + 0 + 3)/3 = 3 P1 P2 P3 24 27 30 P1 P2 P3 3 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 Burst Time P1 0.0 7 P2 2.0 4 P3 4.0 1 P4 5.0 4 SJF (non-preemptive) Average waiting time = (0 + 6 + 3 + 7)/4 = 4 P1 P3 P2 7 3 16 P4 8 12

Contoh SJF - Preemptive Process Arrival Time Burst Time P1 0.0 7 P2 2.0 4 P3 4.0 1 P4 5.0 4 SJF (preemptive) Average waiting time = (9 + 1 + 0 +2)/4 = 3 P1 P3 P2 4 2 11 P4 5 7 16

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 Burst Time Priority P1 8 2 P2 1 1 P3 1 3 Average waiting time = (1 + 0 + 9)/3 = 3.3 P2 P3 1 9 P1 10

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 Gantt chart : Khususnya, rata-rata turnaround lebih tinggi daripada SJF, tetapi lebih baik untuk respons. P1 P2 P3 P4 20 37 57 77 97 117 121 134 154 162

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 Proses yang menunggu terlalu lama bisa naik ke antrian ber-prioritas lebih tinggi

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