Algoritma dan Struktur Data

Pengertian Sorting Algoritma dan Jenis-Jenis Sorting

Sorting adalah sebuah proses merangkai benda dalam urutan tertentu dan/atau dalam himpunan yang berbeda, dan oleh karena itu dia memiliki dua arti umum yang berbeda.

1.Pengurutan : merangkai benda yang sejenis, sekelas, dll, dalam urutan yang teratur.

2.Kategorisasi : pengelompokan dan pemberian label kepada benda dengan sifat yang serupa.

Mensortir informasi atau data

Salah satu cara sorting yang penting adalah mengatur benda informasi dalam urutan alfabetik sesuai dengan hubungan penyusunan yang telah didefinisikan sebelumnya, misal ketika seseorang mensortir buku-buku di perpustakaan berdasarkan judul, subyek atau penulis (Biasanya diurutkan dalam urutan membesar).

Urutan yang dihasilkan dapat membesar atau mengecil, karena biasanya seluruh sorting adalah sorting angka.

Sorting dalam ilmu komputer adalah salah satu subjek riset yang paling luas karena kebutuhan mempercepat operasi dalam ribuan atau jutaan data selama operasi pencarian.

Tujuan utama mensortir informasi adalah untuk mengoptimalkan tugas tertentu. Pada umumnya, ada dua cara pengelompokan informasi: berdasarkan kategori, misal sebuah katalog belanja di mana barang disusun bersama di bawah judul seperti ‘rumah’, ‘olah raga’, ‘pakaian wanita’, dll. dan berdasarkan intensitas seperti harga, misal dari yang termurah sampai yang termahal.

Jenis-jenis algoritma penjadwalan adalah sebagai berikut :

1.  Nonpreemptive, menggunakan konsep :

a. FIFO (First In First Out) atau FCFS (First Come First Serve)

b. SJF (Shortest Job First)

c. HRN (Highest Ratio Next)

d. MFQ (Multiple Feedback Queues)

2.  Preemptive, menggunakan konsep :

a. RR (Round Robin)

b. SRF (Shortest Remaining First)

c. PS (Priority Schedulling)

d. GS (Guaranteed Schedulling)

Klasifikasi lain selain berdasarkan dapat/tidaknya suatu proses diambil secara paksa adalah klasifikasi berdasarkan adanya prioritas di proses-proses, yaitu :

1.  Algoritma penjadwalan tanpa berprioritas.

2.  Algoritma penjadwalan berprioritas, terdiri dari :

a. Berprioritas static

b. Berprioritas dinamis

Algoritma Nonpreemptive

1. First In first Out (FIFO)

First In First Out (FIFO) merupakan penjadwalan tidak berprioritas. 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 :

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.

Efisiensi, sangat efisien.

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

Turn around time kurang baik.

Throughtput kurang baik. FIFO jarang digunakan secara mandiri, tetapi dikombinasikan dengan skema lain.

Baik untuk sistem batch yang sangat jarang berinteraksi dengan pemakai.

Contoh : aplikasi analisis numerik, maupun pembuatan tabel.

Sangat tidak baik (tidak berguna) untuk sistem interaktif, karena tidak memberi waktu tanggap yang baik.

Tidak dapat digunakan untuk sistem waktu nyata (real-time applications).

2. Shortest Job First (SJF)

Penjadwalan ini mengasumsikan waktu berjalannya proses sampai selesai telah 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. Apabila keempat proses tersebut menggunakan penjadwalan shortest job fisrt, maka turn around time untuk B adalah 4, untuk C adalah 8, untuk D adalah 12 dan untuk A adalah 20.

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. Masalah yang muncul adalah tidak mengetahui ukuran job saat job masuk. Untuk mengetahui ukuran job adalah dengan membuat estimasi berdasarkan kelakukan sebelumnya. Prosesnya tidak datang bersamaan, sehingga penetapannya harus dinamis. Penjadwalan ini jarang digunakan karena merupakan kajian teoritis untuk pembandingan turn around time.

3. Highest Ratio Next (HRN)

Highest Ratio Next merupakan strategi penjadwalan dengan prioritas proses tidak hanya berdasarkan 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.

4. Multiple Feedback Queues (MFQ)

Merupakan penjadwalan berprioritas dinamis. Penjadwalan ini untuk mencegah (mengurangi) banyaknya swappingdengan proses-proses yang sangat banyak menggunakan pemroses (karena menyelesaikan tugasnya memakan waktu lama) diberi jatah waktu (jumlah kwanta) lebih banyak dalam satu waktu. Penjadwalan ini juga menghendaki kelas-kelas prioritas bagi proses-proses yang ada. Kelas tertinggi berjalan selama satu kwanta, kelas berikutnya berjalan selama dua kwanta, kelas berikutnya berjalan empat kwanta, dan seterusnya. Ketentuan yang berlaku adalah sebagai berikut :

Jalankan proses pada kelas tertinggi.

ika proses menggunakan seluruh kwanta yang dialokasikan, maka diturunkan kelas prioritasnya.

Proses yang masuk untuk pertama kali ke sistem langsung diberi kelas tertinggi.

Mekanisme ini mencegah proses yang perlu berjalan lama swapping berkali-kali dan mencegah proses-proses interaktif yang singkat harus menunggu lama.

Algoritma Preemptive

 1. Round Robin (RR)

Merupakan :

o Penjadwalan yang paling tua, sederhana, adil, banyak digunakan algoritmanya dan mudah diimplementasikan.

o Penjadwalan ini bukan dipreempt oleh proses lain tetapi oleh penjadwal berdasarkan lama waktu berjalannya proses (preempt by time).

o  Penjadwalan tanpa prioritas.

o Berasumsi bahwa semua proses memiliki kepentingan yang sama, sehingga tidak ada prioritas tertentu. 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).

2. 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 alihproses 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 SRF.

 

3. Priority Schedulling (PS)

Setiap proses diberi prioritas dan proses yang berprioritas tertinggi mendapat jatah waktu lebih dulu (running). Diasumsikan bahwa masing-masing proses memiliki prioritas tertentu, sehingga akan dilaksanakan berdasar prioritas yang dimilikinya. Ilustrasi yang dapat memperjelas prioritas tersebut adalah dalam komputer militer, dimana proses dari jendral berprioritas 100, proses dari kolonel 90, mayor berprioritas 80, kapten berprioritas 70, letnan berprioritas 60 dan seterusnya. Dalam UNIX perintah untuk mengubah prioritas menggunakan perintah nice. 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 system 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 ini diimbangi dengan peningkatan daya tanggap sistem.

Contoh penjadwalan berprioritas :

Proses-proses yang sangat banyak operasi masukan/keluaran menghabiskan kebanyakan waktu menunggu selesainya operasinya masukan/keluaran. Proses-proses ini diberi prioritas sangat tinggi sehingga begitu proses Memerlukan pemroses segera diberikan, proses akan segera memulai permintaan masukan/keluaran berikutnya sehingga menyebabkan proses blocked menunggu selesainya operasi masukan/keluaran. Dengan demikian pemroses dapat dipergunakan proses-proses lain. Proses-proses I/O berjalan paralel bersama proses-proses lain yang benar-benar memerlukan pemroses, sementara proses-proses I/O itu menunggu selesainya operasi DMA.

Proses-proses yang sangat banyak operasi I/O-nya, kalau harus menunggu lama untuk memakai pemroses (karena prioritas rendah) hanya akan membebani memori, karena harus disimpan tanpa perlu proses-proses itu dimemori karena tidak selesai-selesai menunggu operasi masukan dan menunggu jatah pemroses.

4. Guaranteed Schedulling (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. 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.