CPU Scheduler Ch. 5. SISTIM OPERASI (Operating System) IKI Johny Moningka

(1)

CPU Scheduler – Ch. 5

SISTIM OPERASI

(Operating System)

IKI-20230

Johny Moningka

([email protected])

(2)

Chapter 5: CPU Scheduling

n

Basic Concepts

n

Scheduling Criteria

n

_{Scheduling Algorithms}

n

Multiple-Processor Scheduling

n

Real-Time Scheduling

n

Algorithm Evaluation

(3)

Basic Concepts

n

_{Pemakaian CPU secara maksimum dengan}

multiprogramming => makin banyak jobs/task

yang dijalankan makin baik

n

CPU–I/O Burst Cycle – Eksekusi proses terdiri

dari siklus instruksi-instruksi CPU dan I/O

request/wait.

n

Bagaimana prilaku CPU-burst?

n Karakteristik dan berapa lama (tergantung profile program?)

n Distribusi lamanya CPU-brust (histogram-frekwensi)

(4)

(5)

(6)

CPU Scheduler

n

Algoritma scheduling:

n Memilih dari proses-proses yang berada di memori

(ready to execute) dan memberikan jatah CPU ke salah satu proses tersebut.

n

Kapan keputusan untuk algoritma dilakukan:

n Saat suatu proses:

1.Switches from running to waiting state. 2.Switches from running to ready state. 3.Switches from waiting to ready.

(7)

Types of Scheduling

n

Bagaimana pemilihan dilakukan oleh Scheduler?

n Preemptive: OS dapat mengambil (secara interrupt,

preempt) CPU dari satu proses setiap saat.

n Non-preemptive: setiap proses secara sukarela

(berkala) memberikan CPU ke OS.

n

Contoh:

n Scheduling untuk switch dari running ke wait atau

terminate: non-preemptive.

n Scheduling proses dari running ke ready: pre-emptive.

(8)

Dispatcher

n

Modul Dispatcher: mengatur dan memberikan

kontrol CPU kepada proses yang dipilih oleh

“short-term scheduler”:

n switching context

n switching to user mode

n jumping to the proper location in the user program to

restart that program

n

Dispatch latency – terdapat waktu yang terbuang

(CPU idle) dimana dispatcher menghentikan satu

proses dan menjalankan proses lain.

(9)

Scheduling Criteria

n Utilisasi CPU: menjadikan CPU terus menerus sibuk (menggunakan CPU semaksimal mungkin).

n Throughput: maksimalkan jumlah proses yang selesai dijalankan (per satuan waktu).

n Turnaround time: minimalkan waktu selesai eksekusi suatu proses (sejak di submit sampai selesai).

n Waiting time: minimalkan waktu tunggu proses (jumlah waktu yang dihabiskan menunggu di ready queue).

n Response time: minimalkan waktu response dari sistim terhadap user (interaktif, time-sharing system), sehingga interaksi dapat berlangsung dengan cepat.

(10)

Scheduling Algorithms

n

First-come, first-served (FCFS)

n

Shortest-Job-First (SJF)

n

_Priority

n

Round-Robin (RR)

n

Multilevel Queue

(11)

First-Come, First-Served (FCFS)

n

Algoritma:

n Proses yang request CPU pertama kali akan

mendapatkan jatah CPU.

n Sederhana – algoritma maupun struktur data:

menggunakan FIFO queue (ready queue).

n

FIFO: Non preemptive

n Timbul masalah “waiting time” terlalu lama jika

didahului oleh proses yang waktu selesainya lama.

• Tidak cocok untuk time-sharing systems.

(12)

FCFS: too long to wait

n Example: Process Burst Time

P₁ 24

P₂ 3

P₃ 3

n Suppose that the processes arrive in the order: P₁ , P₂ ,

P_{3 :}The Gantt Chart for the schedule is:

n Waiting time for P₁ = 0; P₂ = 24; P₃= 27

n Average waiting time: (0 + 24 + 27)/3 = 17

P₁ P₂ P₃

24 27 30 0

(13)

FCFS Scheduling (Cont.)

Suppose that the processes arrive in the order

P

₂

, P

₃

, P

₁

.

n

The Gantt chart for the schedule is:

n Waiting time for P₁= 6; P₂ = 0_;P₃= 3

n Average waiting time: (6 + 0 + 3)/3 = 3

• Much better than previous case.

P₁ P₃ P₂ 6 3 30 0

(14)

SJF Scheduling

n

_Algoritma:

n Alokasikan CPU kepada proses dengan waktu

pemakaian CPU terpendek.

n Menghasilkan solusi optimal untuk: minimum. average

waiting time.

n Prasyarat terdapat informasi awal lamanya suatu jobs

(dari programmer atau log) => valid untuk batch jobs (long term scheduler).

n

Secara umum: sulit untuk melakukan prediksi

pemakaian CPU untuk suatu proses (short term

scheduler).

(15)

Shortest-Job-First (SJR)

n Prediksi suatu proses dengan panjang waktu CPU burst yang akan digunakan (CPU intensive atau I/O intensive).

n Gunakan “panjang waktu pemakaian CPU kelak” akan sama

dengan waktu pemakaina CPU-burst sebelumnya.

n Two schemes:

n Nonpreemptive – sekali CPU diberikan ke proses maka proses

tersebut tidak dapat disingkirkan sampai CPU burst selesai.

n Preemptive – jika terdapat proses baru dengan CPU burst lebih

kecil dibandingkan sisa waktu CPU proses “running” saat ini –

maka preempt proses tersebut => Shortest-Remaining-Time-First (SRTF).

(16)

SJF: min turnaround time

Process CPU Time

P0 x

P1 y

P2 z

P0 P1 P2

0 x x+y x+y+z

Avg. turnaround time = [ x + (x+y) + (x+y+z) ] / 3 To minimize: x < y < z

(17)

Priority Scheduling

n Algoritma:

n Setiap proses akan mempunyai prioritas (bilangan integer). n CPU diberikan ke proses dengan prioritas tertinggi (smallest

integer ≡ highest priority).

n Preemptive: proses dapat di interupsi jika terdapat prioritas lebih

tinggi yang memerlukan CPU.

n Nonpreemptive: proses dengan prioritas tinggi akan mengganti

pada saat pemakain time-slice habis.

n SJF adalah contoh priority scheduling dimana prioritas ditentukan

oleh waktu pemakaian CPU berikutnya.

n Problem ≡ Starvation

n low priority processes may never execute. n Solution ≡ Aging

(18)

Round Robin (RR)

n Setiap proses mendapat jatah waktu CPU (time

slice/quantum) tertentu misalkan 10 atau 100 milidetik.

n Setelah waktu tersebut maka proses akan di-preempt dan

dipindahkan ke ready queue.

n Adil dan sederhana.

n Jika terdapat n proses di “ready queue” dan waktu quantum q (milidetik), maka:

n Maka setiap proses akan mendapatkan 1/n dari waktu CPU.

n Proses tidak akan menunggu lebih lama dari: (n-1)q time units.

n Performance

n q large ⇒ FIFO

n q small ⇒ q must be large with respect to context switch,

(19)

Example: RR (q=20)

Process Burst Time

P₁ 53 P₂ 17 P₃ 68 P₄ 24 Gantt chart: P₁ P₂ P₃ P₄ P₁ P₃ P₄ P₁ P₃ P₃ 0 20 37 57 77 97 117 121 134 154 162

(20)

(21)

Varying The Quantum

n

Assuming context switch time is 3 msec

n

For a short quantum, Q = 15 msec:

overhead = 3 / (3 + 15) = 16.67 %

n

For a long quantum, Q = 97 msec:

overhead = 3 / (3 + 97) = 3 %

(22)

Multilevel Queues Scheduling

n

Kategori proses sesuai dengan sifat proses:

n Interaktif (response cepat) n Batch dll

n

Partisi “ready queue” dalam beberapa tingkat

(multilevel) sesuai dengan proses:

n Setiap queue menggunakan algoritma schedule

sendiri

n Foreground proses (interaktif, high prioritiy): RR

n Background proses (batch, low priority): FCFS

(23)

(24)

Mutlilevel scheduling

n

Scheduling must be done between the queues.

n Fixed priority scheduling; i.e., serve all from

foreground then from background. Possibility of starvation.

n Time slice – each queue gets a certain amount of CPU time which it can schedule amongst its processes; i.e.,

• 80% to foreground in RR

• 20% to background in FCFS

n

Proses kemungkinan dapat berpindah secara

dinamik dari satu queue ke queue lain.

(25)

Multilevel Feedback Queue

n

A process can move between the various

queues;

n

Perlu feedback untuk penentuan proses

naik/turun prioritasnya (dinamis):

n Aging dapat diimplementasikan sesuai dengan lama

proses pada satu queue.

n Suatu proses yang menggunakan CPU sampai habis

(tanpa I/O wait) => CPU-bound (bukan proses

interaktif) dapat dipindahk ke queue dengan prioritas lebih rendah

(26)

(27)

Example: Multilevel Feedback

n

Three queues:

n Q₀ – time quantum 8 milliseconds n Q₁ – time quantum 16 milliseconds n Q₂ – FCFS

n

Scheduling

n A new job enters queue Q₀ which is served FCFS.

When it gains CPU, job receives 8 milliseconds. If it does not finish in 8 milliseconds, job is moved to

queue Q₁.

(28)

Multiple-Processor Scheduling

n

CPU scheduling more complex when multiple

CPUs are available.

n

Homogeneous processors within a

multiprocessor.

n

Load sharing

n

_{Asymmetric multiprocessing – only one}

processor accesses the system data structures,

alleviating the need for data sharing.

(29)

Real-Time Scheduling

n

_{Hard real-time scheduling:}

n Task kritis harus selesai dengan garansi waktu

tertentu

n OS akan melacak lamanya task tersebut dieksekusi

(real time):

• Mengetahui lama waktu system call, fungsi dan response dari hardware

• Melakukan prediksi apakah task tersebut dapat dijalankan.

n Mudah dilakukan untuk OS khusus pada

peralatan/pemakaian khusus (single task: control system)

(30)

(31)

Soft Real-Time Computing

n

Soft real-time scheduling:

n requires the use of a priority scheme n multimedia, highly interactive graphics n priority must not degrade over time

n small dispatch latency

• insert preemption points in long duration system calls