Penjadwalan Proses

A.  PENJADWALAN PROSES

1.1. Pengertian Penjadwalan Proses

Penjadwalan proses merupakan kumpulan kebijaksanaan dan mekanisme di sistem operasi yang berkaitan dengan urutan kerja yang dilakukan sistem komputer. Adapun penjadwalan bertugas memutuskan Proses yang harus berjalan dan Kapan selama berapa lama proses itu berjalan.

Kriteria untuk mengukur dan optimasi kinerja penjadwalan adalah sebagai berikut :

a.     Adil (fairness) Adalah proses-proses yang diperlakukan sama, yaitu mendapat jatah waktu pemroses yang sama dan tak ada proses yang tak kebagian layanan pemroses sehingga mengalami kekurangan waktu.

b.     Efisiensi (eficiency) Efisiensi atau utilisasi pemroses dihitung dengan perbandingan (rasio) waktu sibuk pemroses.

c.      Waktu tanggap (response time) Waktu tanggap berbeda untuk :

1.      Sistem interaktif Didefinisikan sebagai waktu yang dihabiskan dari saat karakter terakhir dari perintah dimasukkan atau transaksi sampai hasil pertama muncul di layar. Waktu tanggap ini disebut terminal response time.

2.      Sistem waktu nyata Didefinisikan sebagai waktu dari saat kejadian (internal atau eksternal) sampai instruksi pertama rutin layanan yang dimaksud dieksekusi, disebut event response time.

d.     Turn around time Adalah waktu yang dihabiskan dari saat program atau job mulai masuk ke sistem sampai proses diselesaikan sistem. Waktu yang dimaksud adalah waktu yang dihabiskan di dalam sistem, diekspresikan sebagai penjumlah waktu eksekusi (waktu pelayanan job) dan waktu menunggu, yaitu : Turn arround time = waktu eksekusi + waktu menunggu.

e.     Throughput Adalah jumlah kerja yang dapat diselesaikan dalam satu unit waktu. Cara untuk mengekspresikan throughput adalah dengan jumlah job pemakai yang dapat dieksekusi dalam satu unit/interval waktu.

1.2. Tipe Penjadwalan

Terdapat 3 tipe penjadwal berada secara bersama-sama pada sistem operasi yang kompleks, yaitu:

1.     Penjadwal jangka pendek (short term scheduller) Bertugas menjadwalkan alokasi pemroses di antara proses-proses ready di memori utama. Penjadwalan dijalankan setiap terjadi pengalihan proses untuk memilih proses berikutnya yang harus dijalankan.

2.     Penjadwal jangka menengah (medium term scheduller) Setelah eksekusi selama suatu waktu, proses mungkin menunda sebuah eksekusi karena membuat permintaan layanan masukan/keluaran atau memanggil suatu system call. Proses-proses tertunda tidak dapat membuat suatu kemajuan menuju selesai sampai kondisi-kondisi yang menyebabkan tertunda dihilangkan. Agar ruang memori dapat bermanfaat, maka proses dipindah dari memori utama ke memori sekunder agar tersedia ruang untuk proses-proses lain. Kapasitas memori utama terbatas untuk sejumlah proses aktif. Aktivitas pemindahan proses yang tertunda dari memori utama ke memori sekunder disebut swapping. Proses-proses mempunyai kepentingan kecil saat itu sebagai proses yang tertunda. Tetapi, begitu kondisi yang membuatnya tertunda hilang dan proses dimasukkan kembali ke memori utama dan ready.

3.     Penjadwal jangka panjang (long term scheduller) Penjadwal ini bekerja terhadap antrian batch dan memilih batch berikutnya yang harus dieksekusi. Batch biasanya adalah proses-proses dengan penggunaan sumber daya yang intensif (yaitu waktu pemroses, memori, perangkat masukan/keluaran), program-program ini berprioritas rendah, digunakan sebagai pengisi (agar pemroses sibuk) selama periode aktivitas job-job interaktif rendah.

1.3 Strategi penjadwalan

Terdapat dua strategi penjadwalan, yaitu :

1.     Penjadwalan nonpreemptive (run to completion) Proses diberi jatah waktu oleh pemroses, maka pemroses tidak dapat diambil alih oleh proses lain sampai proses itu selesai.

2.     Penjadwalan preemptive Proses diberi jatah waktu oleh pemroses, maka pemroses dapat diambil alih proses lain, sehingga proses disela sebelum selesai dan harus dilanjutkan menunggu jatah waktu pemroses tiba kembali pada proses itu. Berguna pada sistem dimana proses-proses yang mendapat perhatian/tanggapan pemroses secara cepat, misalnya :

a. Pada sistem realtime, kehilangan interupsi (tidak layani segera) dapat berakibat fatal.

b. Pada sistem interaktif, agar dapat menjamin waktu tanggap yang memadai. Penjadwalan secara preemptive baik tetapi harus dibayar mahal. Peralihan proses memerlukan overhead (banyak tabel yang dikelola). Supaya efektif, banyak proses harus berada di memori utama sehingga proses-proses tersebut dapat segera running begitu diperlukan. Menyimpan banyak proses tak running benar-benar di memori utama merupakan suatu overhead tersendiri.

B. Algoritma-algoritma Penjadwalan

Berikut jenis-jenis algoritma berdasarkan penjadwalan :

1)    Algoritma Preemptive menggunakan konsep diantarannya sebagai berikut:

A.    Round Robin (RR)

Merupakan  Penjadwalan yang paling tua, sederhana, adil,banyak digunakan algoritmanya dan mudah diimplementasikan dan Penjadwalan ini bukan dipreempt oleh proses lain tetapi oleh penjadwal berdasarkan lama waktu berjalannya proses (preempt by time).

Semua proses dianggap penting sehingga diberi sejumlah waktu oleh pemroses yang disebut kwanta (quantum) atau time slice dimana proses itu berjalan. Jika proses masih running sampai akhir quantum, maka CPU akan mempreempt proses itu dan memberikannya ke proses lain. Penjadwal membutuhkannya dengan memelihara daftar proses dari runnable. Ketika quantum habis untuk satu proses tertentu, maka proses tersebut akan diletakkan diakhir daftar (list).

Algoritma yang digunakan : 1. Jika kwanta habis dan proses belum selesai, maka proses menjadi runnable dan pemroses dialihkan ke proses lain. 2. Jika kwanta belum habis dan proses menunggu suatu kejadian (selesainya operasi I/O), maka proses menjadi blocked dan pemroses dialihkan ke proses lain. 3. Jika kwanta belum habis tetapi proses telah selesai, maka proses diakhiri dan pemroses dialihkan ke proses lain.

B.    Priority Schedulling (PS)

Adalah tiap proses diberi prioritas dan proses yang berprioritas tertinggi mendapat jatah waktu lebih dulu (running). Berasumsi bahwa masing-masing proses memiliki prioritas tertentu, sehingga akan dilaksanakan berdasar prioritas yang dimilikinya.

Pemberian prioritas diberikan secara :

1.     Statis (static priorities) Berarti prioritas tidak berubah.

Keunggulan : Mudah diimplementasikan, Mempunyai overhead relatif kecil.

Kelemahan : Tidak tanggap terhadap perubahan lingkungan yang mungkin menghendaki ˛ penyesuaian prioritas.

2.     Dinamis (dynamic priorities) Merupakan mekanisme untuk menanggapi perubahan lingkungan sistem beroperasi. Prioritas awal yang diberikan ke proses mungkin hanya berumur pendek setelah disesuaikan ke nilai yang lebih tepat sesuai lingkungan. Kelemahan : · Implementasi mekanisme prioritas dinamis lebih kompleks dan mempunyai overhead lebih besar. Overhead in diimbangi dengan peningkatan daya tanggap sistem.

Dalam algoritma berprioritas dinamis dituntun oleh keputusan untuk memenuhi kebijaksanaan tertentu yang menjadi tujuan. Layanan yang bagus adalah menset prioritas dengan nilai 1/f, dimana f adalah ration kwanta terakhir yang digunakan proses

Contoh :

· Proses yang menggunakan 2 msec kwanta 100 ms, maka prioritasnya50.

 · Proses yang berjalan selama 50 ms sebelum blocked berprioritas 2.

 · Proses yang menggunakan seluruh kwanta berprioritas 1.

Algoritma penjadwal akan menjalankan : proses runnable untuk prioritas 4 lebih dulu secara round robin, apabila kelas 4 semua sudah diproses, selanjutnya akan menjalankan proses runnable untuk prioritas 3 secara round robin, apabila kelas 3 semua sudah diproses (habis), selanjutnya akan menjalankan proses runnable untuk prioritas 2 secara round robin, dan seterusnya, seperti dalam gambar berikut.

C.    Shortest Remaining First (SRF)

Merupakan Penjadwalan berprioritas.dinamis, preemptive untuk timesharing ,Melengkapi SJF Pada SRF, proses dengan sisa waktu jalan diestimasi terendah dijalankan, termasuk proses-proses yang baru tiba. ˛ Pada SJF, begitu proses dieksekusi, proses dijalankan sampai selesai. ˛ Pada SRF, proses yang sedang berjalan (running) dapat diambil alih proses baru dengan sisa waktu jalan yang diestimasi lebih rendah.

 Kelemahan : ˛

§  Mempunyai overhead lebih besar dibanding SJF. SRF perlu penyimpanan waktu layanan yang telah dihabiskan job dan kadang-kadang harus menangani peralihan.

§  Tibanya proses-proses kecil akan segera dijalankan.

§   Job-job lebih lama berarti dengan lama dan variasi waktu tunggu lebih lama dibanding pada SJF.

 SRF perlu menyimpan waktu layanan yang telah dihabiskan , menambah overhead. Secara teoritis, SRF memberi waktu tunggu minimum tetapi karena overhead peralihan, maka pada situasi tertentu SFJ bisa memberi kinerja lebih baik dibanding SR.

D.    Guaranteed Scheduloing (GS)

Penjadwalan ini memberikan janji yang realistis (memberi daya pemroses yang sama) untuk membuat dan menyesuaikan performance adalah jika ada N pemakai, sehingga setiap proses (pemakai) akan mendapatkan 1/N dari daya pemroses CPU. Untuk mewujudkannya, sistem harus selalu menyimpan informasi tentang jumlah waktu CPU untuk semua proses sejak login dan juga berapa lama pemakai sedang login. Kemudian jumlah waktu CPU, yaitu waktu mulai login dibagi dengan n, sehingga lebih mudah menghitung rasio waktu CPU. Karena jumlah waktu pemroses tiap pemakai dapat diketahui, maka dapat dihitung rasio antara waktu pemroses yang sesungguhnya harus diperoleh, yaitu 1/N waktu pemroses seluruhnya dan waktu pemroses yang telah diperuntukkan proses itu. Modul Training TOT : Sistem Operasi Halaman : 58 Rasio 0,5 berarti sebuah proses hanya punya 0,5 dari apa yang waktu CPU miliki dan rasio 2,0 berarti sebuah proses hanya punya 2,0 dari apa yang waktu CPU miliki. Algoritma akan menjalankan proses dengan rasio paling rendah hingga naik ketingkat lebih tinggi diatas pesaing terdekatnya. Ide sederhana ini dapat diimplementasikan ke sistem real-time dan memiliki penjadwalan berprioritas dinamis

2)    Algoritma Nonpreemptive menggunakan konsep diantarannya sebagai berikut:

A.    First In First Out (FIFO)

FIFO adalah penjadwalan paling sederhana, yaitu Proses-proses diberi jatah waktu pemroses berdasarkan waktu kedatangan. Pada saat proses mendapat jatah waktu pemroses, proses dijalankan sampai selesai. Penilaian penjadwalan ini berdasarkan kriteria optimasi :

Ø  Adil dalam arti resmi (proses yang datang duluan akan dilayani lebih dulu), tapi dinyatakan tidak adil karena job-job yang perlu waktu lama membuat job-job pendek menunggu. Job-job yang tidak penting dapat membuat job-job penting menunggu lama.

Ø  Efisiensi Sangat efisien.

Ø  Waktu tanggap Sangat jelek, tidak cocok untuk sistem interaktif apalagi untuk sistem waktu nyata.

Ø  Turn around time Jelek.

Ø  Throughtput Jelek.

FIFO jarang digunakan secara mandiri, tetapi dikombinasikan dengan skema lain, misalnya : Keputusan berdasarkan prioritas proses. Untuk proses-pross berprioritas sama diputuskan berdasarkan FIFO.

B.    Shortest Job First (SJF)

Penjadwalan ini mengasumsikan waktu jalan proses sampai selesai diketahui sebelumnya. Mekanismenya adalah menjadwalkan proses dengan waktu jalan terpendek lebih dulu sampai selesai, sehingga memberikan efisiensi yang tinggi dan turn around time rendah dan penjadwalannya tak berprioritas.

 Contoh :

Terdapat empat proses (job) yaitu A,B,C,D dengan waktu jalannya masing-masing adalah 8,4,4 dan 4 menit. Apabila proses-proses tersebut dijalankan, maka turn around time untuk A adalah 8 menit, untuk B adalah 12, untuk C adalah 16 dan untuk D adalah 20. Untuk menghitung rata-rata turn around time seluruh proses adalah dengan menggunakan rumus :

( 4a + 3b + 2c + 1d ) / 4

Dengan menggunakan rumus, maka dapat dihitung turn around time-nya sebagai berikut (belum memperhatikan shortest job first, lihat gambar a) :

= ( 4a + 3b + 2c + 1d ) / 4

= ( 4x8 + 3x4 + 2x4 + 1x4 ) / 4

= ( 32 + 12 + 8 + 4 ) / 4 = 56 / 4

= 14 menit

Apabila keempat proses tersebut menggunakan penjadwalan shortest job fisrt (lihat gambar b), maka turn around time untuk B adalah 4, untuk C adalah 8, untuk D adalah 12 dan untuk A adalah 20, sehingga rata-rata turn around timenya adalah sebagai berikut :

= ( 4a + 3b + 2c + 1d ) / 4

= ( 4x4 + 3x4 + 2x4 + 1x8 ) / 4

 = ( 16 + 12 + 8 + 8 ) / 4 = 44 / 4

= 11 menit

Jelas bahwa a memberikan nilai kontribusi yang besar, kemudian b, c dan d. Karena SJF selalu memperhatikan rata-rata waktu respon terkecil, maka sangat baik untuk proses interaktif. Umumnya proses interaktif memiliki pola, yaitu menunggu perintah, menjalankan perintah, menunggu perintah dan menjalankan perintah, begitu seterusnya.

C.    Highest Ratio Next (HRN)

Merupakan : ˛

§  Penjadwalan berprioritas dinamis

§  Penjadwalan untuk mengoreksi kelemahan SJF

§  Adalah strategi penjadwalan dengan prioritas proses tidak hanya merupakan fungsi waktu layanan tetapi juga jumlah waktu tunggu proses. Begitu proses mendapat jatah pemroses, proses berjalan sampai selesai.

Prioritas dinamis HRN dihitung berdasarkan rumus :

§  Prioritas = (waktu tunggu + waktu layanan ) / waktu layanan Karena waktu layanan muncul sebagai pembagi, maka job lebih pendek berprioritas lebih baik, karena waktu tunggu sebagai pembilang maka proses yang telah menunggu lebih lama juga mempunyai kesempatan lebih bagus. Disebut HRN, karena waktu tunggu ditambah waktu layanan adalah waktu tanggap, yang berarti waktu tanggap tertinggi yang harus dilayani.

D.    Multiple Feedback Queues (MFQ)

Algoritma ini merupakan algoritma yang mengizinkan proses untuk pindah antrian. Jika suatu proses menyita CPU terlalu lama, maka proses itu akan dipindahkan ke antrian yang lebih rendah. Hal ini akan sangat menguntungkan karena akan menggunakan waktu yang sedikit dalam pengerjaan proses-proses tersebut. Demikian pula dengan proses yang menunggu lama maka prose ini akan dinaikkan ke tingkat yang lebih tinggi. Dengan begitu CPU akan bekerja dengan penuh dan M/K dapat terus sibuk. Semakin rendah tingkatnya, panjang CPU burst proses juga semakin panjang.

Contoh : Terdapat tiga antrian; Q1=10 ms, FCFS Q2=40 ms, FCFS Q3=FCFS proses yang masuk, masuk ke antrian Q1. Jika dalam 10 ms tidak selesai, maka proses tersebut dipindahkan ke Q2. Jika dalam 40 ms tidak selesai, maka dipindahkan lagi ke Q3. Berdasarkan hal-hal di atas maka algoritma ini dapat digunakan secara fleksibel dan diterapkan sesuai dengan kebutuhan sistem. Pada zaman sekarang ini algoritma multilevel feedback queue adalah salah satu yang paling banyak digunakan.