sistem waktunyata 2013 by dr. lingga

1

Sistem Waktu-nyata 2013

Siskom Gunadarma

2

Bab-1Pendahuluan

• Terminologi dan konsep• Sistem waktu-nyata adalah sistem dengan batas waktu,

kinerja pada komputasi dan aksi, yaitu berhasilnya suatu sistem tergantung pada hasil dengan batas waktu tertentu.

• Sistem waktu-nyata adalah tipe komputasi dimana kebenaran sistem tidak hanya tergantung pada logika komputasi tetapi juga tergantung pada waktu saat hasil komputasi diproduksi.

• Sistem waktu-nyata, adalah sistem yang harus menghasilkan respon yang tepat dalam batas waktu yang telah ditentukan(timely respons). Jika respon melewati batas waktu tersebut, maka akan terjadi degradasi kinerja(malfunction)

3

Pendahuluan

• Terminologi dan konsep.• Sistem waktu-nyata adalah sekumpulan

eksekusi komputasi yang serempak yang satu dengan lainnya saling berinteraksi dan didalam pembatasan pewaktuan.

• Any system where a timly(runs task that have a deadline) response by the computer to external stimulli is vital.

4

Pendahuluan

• Terminologi dan konsep• Sistem waktu-nyata adalah sistem komputasi

dimana kebenaran(correctness)komputasi tergantung tidak hanya pada kebenaran hasil fungsional logika komputasi, tetapi juga tergantung pada waktu(temporal)kapan hasil tersebut diserahkan. Sistem dinyatakan gagal jika melewati kendala waktu(timeconstrain) atau batas waktu yang ada(deadline) , meskipun secara fungsi sudah benar.

5

Pendahuluan• Terminologi dan konsep

• task aksi

• Task : adalah kumpulan job yang berkaitan dengan penyediaan fungsi-fungsi sistem.• Job : adalah unit kerja yang dijadwalkan dan dieksekusi oleh sistem.• Untuk Task Ti={Ji1,Ji2,…Jin}• Deadline(D) Job:adalah batas waktu dimana Job harus diselesaikan• Release time(r) :adalah waktu ketika Job siap untuk dieksekusi• Respons time:kurun waktu semenjak release time sampai Job selesai dieksekusi.• Relatif deadline(Dr):adalah batas waktu maksimum waktu respon Job.• Absolute deadline(Da):Batas waktu Job harus selesai dieksekusi.• Da = r + Dr

komputasi

6

Pendahuluan

• Terminologi dan konsep• Klasifikasi sistem waktu-nyata menurut time

constraint:• Hard realtime:adalah sistem yang akan

mengalami resiko fatal apabila deadline terlampaui.

• Soft realtime:adalah sistem yang akan mengalami penurunan kinerja apabila deadline terlampaui.

7

Pendahuluan

• Klasifikasi sistem waktu-nyata:

• 1 • Da t hard realtime• 1• t soft realtime• Da

8

Pendahuluan• Terminologi dan konsep• Spesifikasi formal adalah metoda representasi matematis suatu

sistem waktu-nyata secara formal.• Safety-critical(kritis-aman)adalah suatu skenario dimana sistem

waktu-nyata harus dapat menanggapi kejadian(event) dalam batas waktu yang telah ditentukan jika tidak maka akan terjadi kegagalan.

• Sistem gagal(failed-system)adalah suatu sistem yang tidak dapat memenuhi satu atau lebih kebutuhan(requirement)yang tercantum dalam spesifikasi sistem resmi(spesifikasi formal).

• Suatu sistem dikatakan menentu(deterministic) jika untuk setiap keadaan yang mungkin, dan setiap himpunan masukan, maka suatu himpunan unik dari keluaran dan keadaan berikutnya dari sistem dapat ditentukan.

9

Pendahuluan• Terminologi dan konsep• Program adalah istilah umum untuk suatu unit komputasi dan digunakan dalam

konteks pemrograman• Proses adalah unit yang dapat dieksekusi secara bebas yang ditangani oleh sistem

operasi. Proses mengacu kesuatu program dalam eksekusi.• Thread merupakan proses kecil dimana beberapa thread yang dapat dieksekusi

secara paralel, yaitu pada satu waktu hanya untuk satu proses, tanpa terjadi tambahan(overhead)waktu prosesor yang berarti.

• Task adalah istilah umum untuk unit komputasi(Job) yang terjadwal secara bebas dan digunakan dalam konteks penjadwalan komputasi pada prosesor(task dapat berupa proses atau thread)

• Multitask adalah sistem komputer dengan sistem operasi yang dapat mengeksekusi lebih dari satu task pada waktu yang bersamaan.

• Context switch adalah perubahan suasana prosesor dimana prosesor akan menge block task yang sedang run dan merun task yang lain

10

Representasi waktu

• Penanganan waktu• Event(kejadian/rangsangan)adalah suatu peristiwa yang

menyebabkan program-counter dari prosesor berubah secara tidak skuensial.

• Sistem adalah suatu himpunan masukan dan himpunan keluaran dari suatu kotak hitam(black-box).

• Interrupt adalah suatu sinyal perangkat keras yang mengawali event.

• Response-time adalah waktu antara himpunan masukan kesistem perangkat lunak dan semua himpunan keluaran yang sesuai.

11

Representasi waktu

• Klasifikasi Task sistem waktu-nyata• Berdasarkan frekuensi kedatangan rangsangan,

sistem waktu-nyata dapat dikategorikan :• Periodik : rangsangan muncul secara teratur dalam

interval waktu yang sama.(task terkendali waktu)• Aperiodik:rangsangan berulang tetapi tidak

teratur.(task terkendali event)• Seporadik:rangsangan tidak dapat ditentukan

kapan terjadi

12

Representasi waktu

• Time handling(penanganan waktu)• Beberapa definisi untuk menangani waktu-nyata adalah

sebagai berikut:• Definisi-1:standard clock i adalah suatu nilai yang memenuhi

syarat Ʉ t:Ci(t)=t.• Definisi-2:suatu lonceng i adalah benar(correct)padawaktu

to jika berlaku Ci(to)=to.• Definisi-3:suatu lonceng i adalah tepat(accurate)pada to jika

turunan pertama dari Ci(t) adalah 1 detik/detik pada to.• Drift adalah suatu kondisi penyimpangan lonceng pada suatu

titik waktu.

13

Representasi waktu• Penanganan waktu• Jenis-jenis sistem lonceng:• a.Sistem lonceng terpusat:• Satu lonceng disediakan untuk seluruh sistem• Tersedia lonceng cadangan untuk toleransi kegagalan.• b.Sistem lonceng terkendali secara terpusat:• Suatu lonceng master yang dinominasikan sistem akan me-poll lonceng slave.• c.Sistem lonceng terdistribusi:• Semua bagian didalam sistem adalah seragam, masing-masing me-run algoritma

yang sama.• Setiap bagian akan mengupdate loncengnya sendiri setelah menerima waktu dari

lonceng yang lain dan setelah menghitung kebenarannya(correctness).• Toleransi kegagalan berdasarkan protokol. Jika salah satu lonceng gagal bagian yang

lain tidak terpengaruh dan hanya mendeteksi adanya suatu kegagalan serta mengabaikannya.

14

Representasi waktu

• Task terkendali waktu• Waktu mulai terjadwal• deadline• eksekusi t

• perioda

15

Representasi waktu

• Task terkendali event• dead line

• eksekusi t• tm• tm=waktu min antar kedatangan • ta• ta=waktu antar kedatangan riil

16

Struktur sistem waktu-nyata

• Penggambaran permodelan blok diagram sistem waktu-nyata sebagai pengendali proses

environment

SensorProses

Job list clock

Trigger generator

EksekusiAktuatoroperatordisplay

17

Dekomposisi komputer pengendali waktu-nyata

• Penggambaran skematik dekomposisi level logis:

• Sensor&aktuator• periferal

• cluster• central• cluster

pCentral cluster

18

Dekomposisi skematik sistem kendali komputer waktu-nyata

• Model central cluster

API call: secara umum sebagai layanan sistem :

managemen task managemen memori managemen I/O

Penjadwal task(dispatcher)

API callI/O interrupt inisialisasi

aplikasi

19

Karaterisasi sistem waktu-nyata

• Sistem waktu-nyata dirancang khusus untuk aplikasi-aplikasi kritis, sehingga diperlukan tingkat kehati-hatian perancangan dan validasi sebelum sistem dioperasikan. Proses validasi meliputi pemeriksaan kembali kebenaran disain dengan mempergunakan metoda formal maupun informal dan karaterisasi kinerja dan keandalannya. Untuk itu perlu penyiapan kelengkapan langkah-langkah awal sebelum melakukan karaterisasi kinerja atau keandalan adalah memilih terlebih dahulu pengukuran kinerjanya. Ukuran kinerjanya haruslah bertepatan dengan ekspresi kinerja.

20

Karaterisasi Sistem Waktu Nyata(SWN)

1.Ciri-ciri apa yang mewakili ukuran kinerja dari sistem SWN ? dan apakah ciri tersebut serupa dengan yang dipergunakan

general purpose komputer ?2.Apakah dapat dilakukan estimasi waktu eksekusi program

pada kondisi yang terburuk(worst case run time program) untuk pilihan koda-sumber dan target arsitekturnya dapat memastikan pencapaian deadline.

21

Karaterisasi sistem waktu nyata

• Tinjau sistem A dan B• F =Fungsi kepadatan peluang• F

• B A• t(time response)

• A predictable than B, tetapi B memiliki ranking yang lebih dari A

22


• Memahami sifat-sifat sistem waktu-nyata yang terukur. Tujuan disain kinerja

• kinerja

• sempurna degradasi fail

• t(waktu tanggap)

23


• Pengukuran kinerja secara tradisional:• Parameter-parameter kinerja yang umum adalah sbb:• Reliability:peluang sistem tidak mengalami

kegagalan(failure)dalam jangkah nilai yang diharapkan, spesifikasi dan waktu.

• Failure :Berakhirnya kemampuan sistem melaksanakan fungsinya.

• Availability:fraksi waktu sistem tetap tersedia.• Throughput:jumlah rata-rata instruksi persatuan waktu

yang dapat diproses.

24


• Capacity reliability:peluang sistem diluar keadaan failure didalam suatu jangkah waktu.

• Expected capacity survival time:waktu yang diharapkan untuk nilai capacity reliability menjadi turun mencapai suatu nilai yang spesifik.

• Mean computation before failure:banyaknya komputasi yang dapat dilakukan sebelum terjadi kegagalan.

• Computation reliability-R(s,t,T)peluang bahwa sistem memulai task T pada saat t dapat dieksekusi secara lengkap(run). Dan s dianggap sebagai keadaan(state) sistem pada waktu t, atau disebut sebagai keadaan berfungsi.

• Computational availability:adalah nilai yang diharapkan dari sistem computational capacity didalam suatu waktu yang ditentukan.

25

Karakteristik sistem waktu nyata• Keadaan- keadaan sistem waktu-nyata: Pada sistem komputer dengan satu prosesor, hanya ada satu task yang

dapat dieksekusi (run) pada satu waktu karena task-task yang lain harus berada pada keadaan(state)selain running. Suatu task dapat memiliki(berada) pada lima keadaan yang berbeda yaitu:

• 1.Running state(active,current) ini adalah keadaan task yang mana sedang dieksekusi menggunakan prosesor. Secara normal merupakan task dengan prioritas paling tinggi dari task-task yang siap(ready)dieksekusi(run).

• 2.Ready state(runnable,on)kemungkinan ada beberapa task yang berada dalam keadaan(state)ini. Task yang yang akan ditempatkan pada keadaan ready(ready state) harus sudah memiliki atribut dan sumber daya yang tersedia , untuk memungkinkan untuk mengeksekusi(run)

•

26

Karakteristik sistem waktu nyata

keadaan-keadaan sistem waktu-nyata:• Waiting state(suspended,blocked,lock on,delayed) Eksekusi task pada keadaan ini(waiting state) telah ditangguhkan

sebab task sedang memerlukan sumber daya yang belum tersedia atau sebab task sedang menunggu beberapa sinyal dari piranti luar, misal masukan ADC, atau task sedang menunggu untuk menghabiskan(elapse) waktu.

• New state(existent,dormant,off)keberadaan task sudah dikenali oleh sistem operasi, tetapi task ini belum dialokasikan suatu prioritas dan belum bisa dibuat runnable.

• Terminated state(non existent)keberadaan task belum dikenali oleh sistem operasi, meskipun task berada pada lokasi memori sekalipun.

27

Karakteristik sistem waktu nyata• Diagram keadaan sistem waktu-nyata

•

•

• selaan•

• • masuk dispatch keluar

• •

SELESAI KEJADIA (RESUME) SUSPEND(TUNGGU KEJADIAN)•

New

Waiting

RunningReady Terminatted

28

Karakteristik sistem waktu nyata• →Pembahasan parameter kinerja secara tradisional hanya ditujukan terhadap

salah satu dari bagian sistem yaitu hardware, software atau aplikasi tidak kepada pengukuran secara keseluruhan atau dipandang sebagai bagian dari sistem yang beroperasi secara independent. Reliability hanya menunjukkan berfungsinya salah satu antara hardware atau software, availabilitas sebagai peluang waktu tidak menunjukkan kemampuan memenuhi deadline eksekusi dan throughput hanya mampu memberikan ukuran rata2 kapasitas komputasi dari komputer dan tidak mampu menunjukkan waktu tanggap dari berbagai job kendali.

• →Sistem waktu nyata adalah sistem yang memiliki kompleksitas tidak hanya kepada hard ware , tetapi juga kepada pengalokasian task didalam penjadwalannya.

• →Pengukuran parameter kinerja secara tradisional tidak dapat dipergunakan sebagai pengukuran kinerja dari sistem waktu nyata.

29


• Performabilitas• Adalah ukuran parameter kinerja yang saling berkaitan

secara erat(tied) antara kinerja sistem waktu nyata dengan kinerja dari proses yang dikendalikan.Proses yang dikendalikan didefinisikan memiliki beberapa level pencapaian, setiap level seperti yang ditinjau(view) oleh user berada pada level kinerja yang berbeda. Dimana setiap level kinerja berkaitan dengan eksekusi sekumpulan task kendali yang tertentu. Pencapaian setiap task kendali, komputer waktu nyata membutuhkan sekumpulan algoritma kendali yang harus dijalankan(running)

30

Karakteristik sistem waktu-nyata• Def performabilitas:• 1.Peluang dimana unjuk kerja sistem akan pada atau diatas

beberapa level L pada saat t. 2.Peluang bahwa sistem komputer diperbolehkan menjumpai setiap

level pencapaian. Apabila ada n level pencapaian masing-masing A1,……..An maka performabilitas dinyatakan sebagai vektor2:

P(A1),P(A2),….P(An)

Dimana P(Ai) adalah peluang fungsi komputer untuk setiap proses yang dikendalikan dapat memperoleh level pencapaian Ai.Sehingga tinjauan(view) pengamat terhadap setiap proses yang dikendalikan, kualitas kinerjanya berkaitan dengan kinerja sistem waktu nyata.

31


• Model Hirarki view performabilitas sistem waktu nyata:• Dalam model ini, hirarki view dari performabilitas

terdiri atas 4 tingkatan view. Setiap tingkatan view berdasarkan keperluan tingkatan yang diatasnya dan menerima masukan dari tingkatan yang ada dibawahnya.

• View-0 dispesifikasikan oleh variabel keadaan dari proses yang dikendalikan sehingga pengguna mampu membedakan tingkatan kinerja satu dengan yang lainnya.

32

Kinerja sistem waktu nyata

• View-1 memberikan spesifikasi yang lebih detil terhadap task yang akan di-run untuk proses yang dikendalikan yang dikaitkan juga terhadap kendala waktunya sedemikian dapat mencapaisuatu tingkatan kinerja tertentu.

• View-2 memberikan spesifikasi lebih detil lagi dengan algoritma yang harus di-run sehingga dapat menjumpai setiap task dari proses yang dikendalikan didalam view-1.

• View-3 memberi tinjauan struktur hardware, sistem operasi dan atribut perangkat lunak aplikasi yang dibutuhkan agar kebutuhan view-2 dapat diperoleh.

33

Kinerja sistem waktu-nyata

• View-0:user view level pencapaian proses• View-1:proses task sbg fungsi operating

environment.• View-2:kapasitas komputer waktu nyata untuk

eksekusi algoritma kendali spesifik dari berbagai task kendali proses.

• View-3:struktur hardware,operating sistem, perangkat lunak aplikasi.

34

Kinerja sistem waktu nyata

• Soal:• Tinjau tahapan pendaratan suatu pesawat penumpang yang

memiliki sistem pendaratan otomatis(ALS) yang memungkinkan pendaratan dalam cuaca dengan tingkatan pandang(visibilitas)nol asalkan peralatan penunjang di airport berfungsi. Pada saat fasa pendaratan ALS tidak berfungsi dan visibilitas airport sangat rendah, pesawat dibelokkan ke airport yang lain dengan anggapan kondisi visibilitas memungkinkan pendaratan manual. Apabila selama proses pendaratan otomatis ALS mengalami kegagalan akan terjadi kondisi fatal. Nyatakan level-level pencapaian yang mungkin diperoleh, nyatakan pula view level yang mungkin.

sistem waktunyata 2013 by dr. lingga

Documents