Realtime System

BAB II

LANDASAN TEORI

A.          REALTIME SYSTEM

Pada awalnya, istilah real time digunakan dalam simulasi. Istilah real time memang lebih cenderung dipakai untuk mensimulasikan atau menggambarkan tentang waktu yang dibutuhkan suatu proses yang dijalankan di dunia maya dan dalam komputer yang disamakan dengan waktu nyata yang terpakai.

Sebuah sistem dikatakan real-time jika total kebenaran dari suatu operasi tidak hanya bergantung pada kebenaran yang logis, tetapi juga pada waktu di mana operasi itu dilakukan. Konsepsi klasik adalah bahwa dalam sebuah hard real-time atau langsung sistem real-time, penyelesaian operasi setelah tenggat waktu dianggap tidak berguna - pada akhirnya, hal ini dapat menyebabkan kegagalan kritis sistem lengkap. Soft sistem real-time di sisi lain akan mentoleransi keterlambatan tersebut, dan dapat merespons dengan penurunan kualitas layanan (misalnya, dengan menghilangkan frame sementara menampilkan video).

Istilah real-time itu sendiri berasal dari penggunaannya pada awal simulasi. Sementara penggunaan saat ini mengisyaratkan bahwa sebuah perhitungan yang 'cepat' adalah real-time, awalnya merujuk pada sebuah simulasi yang berjalan pada tingkat yang cocok bahwa proses yang sebenarnya itu simulasi. Analog komputer, khususnya, seringkali mampu mensimulasikan lebih cepat daripada waktu-nyata, situasi yang bisa saja berbahaya seperti simulasi lambat jika tidak juga diakui dan diperhitungkan.

Menurut definisi Kamus computer, real time system atau sistem waktu nyata adalah setiap sistem yang waktu terjadinya output sangat signifikan jarak antara waktu input terhadap waktu terjadinya output harus sangat kecil terhadap waktu yang diperbolehkan.

Menurut Cooling pada buku Software Design for Real Time Systems (1991): Sistem Waktu Nyata adalah sistem yang harus memprodukis respon yang tepat dalam suatu batasan waktu yang tentu. Komputer yang responnya melebihi batasan waktu ini akan memberikan performansi yang terdegradasi atau malfunction. Sebuah sistem waktu nyata membaca input dari plant dan mengirim sinyal kontrol ke plant pada waktu-waktu yang ditentukan oleh pertimbangan operasional dari plant bukan oleh sistem computer.

 Menurut Bennet: real time sistem berarti sebuah program yang ketepatan operasinya tergantung pada hasil logika komputasi dan waktu suatu hasil diproduksi.

BAB III

PEMBAHASAN

A.          KONSEP DASAR REAL TIME SYSTEM

Pada awalnya, istilah real time digunakan dalam simulasi. Memang sekarang lazim dimengerti bahwa real time adalah "cepat", namun sebenarnya yang dimaksud adalah simulasi yang bisa menyamai dengan proses sebenarnya (di dunia nyata) yang sedang disimulasikan.

Suatu sistem dikatakan real time jika dia tidak hanya mengutamakan ketepatan pelaksanaan instruksi/tugas, tapi juga interval waktu tugas tersebut dilakukan. Dengan kata lain, sistem real time adalah sistem yang menggunakan deadline, yaitu pekerjaan harus selesai jangka waktu tertentu. Sementara itu, sistem yang tidak real time adalah sistem dimana tidak ada deadline, walaupun tentunya respons yang cepat atau performa yang tinggi tetap diharapkan.

Pada sistem waktu nyata, digunakan batasan waktu. Sistem dinyatakan gagal jika melewati batasan yang ada. Misal pada sistem perakitan mobil yang dibantu oleh robot. Tentulah tidak ada gunanya memerintahkan robot untuk berhenti, jika robot sudah menabrak mobil.

Sistem waktu nyata banyak digunakan dalam bermacam-macam aplikasi. Sistem waktu nyata tersebut ditanam di dalam alat khusus seperti di kamera, mp3 players, serta di pesawat dan mobil. Sistem waktu nyata bisa dijumpai pada tugas-tugas yang mission critical, misal sistem untuk sistem pengendali reaktor nuklir atau sistem pengendali rem mobil. Juga sering dijumpai pada peralatan medis, peralatan pabrik, peralatan untuk riset ilmiah, dan sebagainya.

Ada dua model sistem real time, yaitu hard real time dan soft real time. Hard real time mewajibkan proses selesai dalam kurun waktu tertentu. Jika tidak, maka gagal. Misalnya adalah alat pacu jantung. Sistem harus bisa memacu detak jantung jika detak jantung sudah terdeteksi lemah. Sedangkan, Soft real time menerapkan adanya prioritas dalam pelaksanaan tugas dan toleransi waktu. Misalnya adalah transmisi video. Gambar bisa sampai dalam keadaan terpatah-patah, tetapi itu bisa ditolerir karena informasi yang disampaikan masih bisa dimengerti.

Hard Real Time System menjamin bahwa proses waktu nyata dapat diselesaikan dalam batas waktu yang telah ditentukan. Contoh : sistem safety-critical. Beberapa sistem waktu nyata diidentifikasi sebagai sistem safety-critical, dalam scenario ini sistem waktu nyata harus merespon kejadian dalam batas waktu yang telah ditentukan maka akn terjadi bencana. Sistem manajemen penerbangan merupakan sebuah contoh sebuah sistem waktu nyata sebagai sistem safety-critical.

Soft Real Time System menyediakan prioritas untuk mendahulukan proses yang menggunakan waktu nyata dari pada proses yang tidak menggunakan waktu nyata. Contoh : Linux. Karakteristik dari sistem waktu nyata :

·         Single purpose.

Tidak seperti PC, yang memiliki banyak kegunaan, sebuah sistem waktu nyata biasanya hanya memiliki satu tujuan, seperti mentransfer sebuah lagu dari komputer ke mp3 player.

·         Small size.

Kebanyakan sistem waktu nyata banyak yang ada memiliki physical space yang terbatas.

·         Inexpensively mass-produced.

Sistem operasi waktu nyata memenuhi persyaratan waktu yang ditentukan dengan menggunakan algoritma penjadwalan yang memberikan prioritas kepada proses waktu nyata yang memiiki penjadwalan prioritas tertinggi. Selanjutnya, penjadwals harus menjamin bahwa prioritas dari proses waktu nyata tidak lebih dari batas waktu yang ditentukan. Kedua, teknik untuk persyaratan waktu penagmalatan adalah dengan meminimalkan response time dari sebuah events seperti interupsi.

Sistem operasi waktu nyata tidak membutuhkan fitur penting (misalnya standar desktop dan sistem server pada desktop PC) karena :

·         Kebanyakan sistem waktu nyata hanya melayani satu tujuan saja, sehingga tidak membutuhkan banyak fitur seperti pada desktop PC. Lagipula, sistem waktu nyata tertentu juga tidak memasukkan notion pada pengguna karena sistem hanya mendukung sejumlah kecil proses saja, yang sering menunggu masukkan dari peralatan perangkat keras.

·         Keterbatasan space, menyebabkan sistem waktu nyata tidak dapat mendukung fitur standar desktop dan sistem server yang membutuhkan memori yang lebih banyak dan prosesor yang cepat.

·         Jika sistem waktu mendukung fitur yang biasa terdapat pada standar desktop dan sistem server, maka akan sangat meningkatkan biaya dari sistem waktu nyata.

B.           KLASIFIKASI REAL TIME SYSTEM

Suatu ciri sistem waktu nyata adalah komputer yang terhubung dengan lingkungan melalui peralatan interfacing yang banyak dan computer menerima dan mengirim bervariasi sinyal..

Contoh Sistem Waktu Nyata:

·         Proses pengambilan uang pada ATM .

·         Proses login atau pendaftaran online .

·         Proses pengenalan sidik jari pada absensi .

·         Proses perekaman suara .

·         Sistem pendeteksian dan alarm .

·         Sistem pengiriman data transmisi (TV, Telepon) .

·         Proses isi ulang pulsa .

·         Sistem Waktu Nyata diklasifikasikan menjadi:

·         Clock-based Task (Cyclic, periodic) .

·         Event-based Task (aperiodic) .

·         Interactive Systems .

·         Clock-based Task

 Sistem Waktu Nyata yang diukur berdasarkan konstanta waktu, yaitu waktu yang diambil dari respon suatu plant terhadap perubahan input atau beban. Konstanta waktu bisa diukur dalam satuan jam untuk proses kimia atau detik untuk sistem penerbangan. Semakin kecil konstanta waktu maka sampling rate semakin kecil. Sinkronisasi diperoleh dengan menambahkan clock pada sistem computer yang dikenal dengan real-time clock. Sinyal clock ini digunakan untuk menginterrupt operasi komputer pada waktu-waktu yang telah ditetapkan (Clock-interrupt).

·         Event-Based Task

 Sistem yang beraksi karena respon terhadap suatu kejadian (event). Contoh menutup katup pada saat permukaan air sudah mengenai batas penuh. Digunakan interrupt untuk memberitahukan komputer aksi yang diperlukan atau bisa juga mempergunakan pooling (komputer menanyakan (polls) pada sensor apakah perlu dilakukan aksi).

·         Interactive Systems

 Sistem waktu nyata yang terjadi karena adanya suatu kejadian dan waktu rata-rata dari respon kejadian ini tidak boleh melebihi waktu yang ditetapkan. Jadi merupakan gabungan antara clock-based dan event-based hanya bedanya waktu respon setiap kejadian tidak selalu sama. Misal, pengambilan uang di ATM..

·          Batasan Waktu (Time Constraints).

 Sistem Waktu Nyata dapat dibedakan berdasarkan Batasan waktu:.

1.       Hard Real-Time

Sistem Waktu Nyata yang harus memenuhi target waktu pada setiap kesempatan

Contoh : Pengontrolan Temperatur blower  .

2.       Soft Real-Time

Sistem Waktu Nyata yang tidak harus memenuhi target waktu tetapi harus memenuhi suatu nilai ketepatan yang diambil dari nilai rata-rata.

Contoh : Pengambilan uang di ATM .

·          Kriteria Sistem Waktu Nyata.

 Terdapat dua kriteria yang harus dipenuhi oleh sistem waktu nyata yaitu:.

1.       Batasan Waktu (time constraint)

Setiap sistem dengan waktu nyata memiliki batasan waktu berupa waktu maksimum proses (akuisisi, transmisi, perekaman, perhitungan) dan standar waktu (waktu yang sama dengan waktu sehari-hari) .

2.       Respon waktu dan Saturation Limit

Sistem Waktu nyata jika dipergunakan untuk mengontrol alat perlu mempertimbangkan kecepatan dari respon alat dan batas saturasi dari alat tersebut .

C.          KOMPUTASI REAL TIME

Berdasarkan batasan waktu yang dimilikinya, Real Time System ini dibagi atas:

1. Hard Real time

3. Soft Real time

4. Firm Real time

Berdasarkan response time dan dampaknya, maka komputasi real-time dapat dibedakan menjadi :

1.       Sistem Hard Real-Time ( HRTS )

Sistem hard real-time dibutuhkan untuk menyelesaikan critical task dengan jaminan waktu tertentu. Jika kebutuhan waktu tidak terpenuhi, maka aplikasi akan gagal. Dalam definisi lain disebutkan bahwa kontrol sistem hard real-time dapat mentoleransi keterlambatan tidak lebih dari 100 mikro detik.Secara umum, sebuah proses di kirim dengan sebuah pernyataan jumlah waktu dimana dibutuhkan untuk menyelesaikan atau menjalankan I/O. Kemudian penjadwal dapat menjamin proses untuk selesai atau menolak permintaan

karena tidak mungkin dilakukan. Mekanisme ini dikenal dengan resource reservation. Oleh karena itu setiap operasi harus dijamin dengan waktu maksimum. Pemberian jaminan seperti ini tidak dapat dilakukan dalam sistem dengan secondary storage atau virtual memory, karena sistem seperti ini tidak dapat meramalkan waktu yang dibutuhkan untuk mengeksekusi suatu proses.

Contoh dalam kehidupan sehari-hari adalah pada sistem pengontrol pesawat terbang. Dalam hal ini, keterlambatan sama sekali tidak boleh terjadi,karena dapat berakibat tidak terkontrolnya pesawat terbang. Nyawa penumpang yang ada dalam pesawat tergantung dari sistem ini, karena jika sistem pengontrol tidak dapat merespon tepat waktu, maka dapat menyebabkan kecelakaan yang merenggut korban jiwa.

2.       Sistem Soft Real-Time ( SRTS )

Komputasi soft real-time memiliki sedikit kelonggaran. Dalam sistem ini,proses yang kritis menerima prioritas lebih daripada yang lain. Walaupun menambah fungsi soft real-time ke sistem time sharing mungkin akan mengakibatkan ketidakadilan pembagian sumber daya dan mengakibatkan delay yang lebih lama, atau mungkin menyebabkan starvation, hasilnya adalah tujuan secara umum sistem yang dapat mendukung multimedia, grafik berkecepatan tinggi, dan variasi tugas yang tidak dapat diterima di lingkungan yang tidak mendukung komputasi soft real-time.

Contoh penerapan sistem ini dalam kehidupan sehari-hari adalah pada alat penjual/pelayan otomatis. Jika mesin yang menggunakan sistem ini telah lama digunakan, maka mesin tersebut dapat mengalami penurunan kualitas,misalnya waktu pelayanannya menjadi lebih lambat dibandingkan ketika masih baru. Keterlambatan pada sistem ini tidak menyebabkan kecelakaan atau akibat fatal lainnya, melainkan hanya menyebabkan kerugian keuangan saja. Jika pelayanan mesin menjadi lambat, maka para pengguna dapat saja merasa tidak puas dan akhirnya dapat menurunkan pendapatan pemilik mesin.Setelah batas waktu yang diberikan telah habis, pada sistem hard realtime,aplikasi yang dijalankan langsung dihentikan. Akan tetapi, pada sistem softreal-time, aplikasi yang telah habis masa waktu pengerjaan tugasnya,dihentikan secara bertahap atau dengan kata lain masih diberikan toleransiwaktu.Mengimplementasikan fungsi soft real-time membutuhkan design yang hati-hati dan aspek yang berkaitan dengan sistem operasi. Pertama,sistem harus punya prioritas penjadualan, dan proses real-time harus memiliki prioritas tertinggi, tidak melampaui waktu, walaupun prioritas non real-time dapat terjadi.Kedua, dispatch latency harus lebih kecil. Semakin kecil latency, semakin cepat real-time proses mengeksekusi.Untuk menjaga dispatch tetap rendah, kita butuh agar system call untuk preemptible. Ada beberapa cara untuk mencapai tujuan ini. Pertama adalah

dengan memasukkan preemption points di durasi system call yang lama, yang memeriksa apakah prioritas utama butuh untuk dieksekusi. Jika sudah, maka contex switch mengambil alih, ketika high priority proses selesai, proses yang diinterupsi meneruskan dengan system call. Points premption dapat diganti hanya di lokasi yang aman di kernel dimana kernel struktur tidak dapat dimodifikasi.

Metoda yang lain adalah dengan membuat semua kernel preemptible.Karena operasi yang benar dapat dijamin, semua struktur data kernel harus diproteksi dengan mekanisme sinkronisasi. Dengan metode ini, kernel dapat selalu di preemptible, karena setiap data kernel yang sedang di update diproteksi dengan pemberian prioritas yang tinggi. Jika ada proses dengan prioritas tinggi ingin membaca atau memodifikasi data kernel yang sedang dijalankan, prioritas yang tinggi harus menunggu sampai proses dengan prioritas rendah tersebut selesai. Situasi seperti ini dikenal dengan priority inversion. Kenyataanya, serangkaian proses dapat saja mengakses sumber daya yang sedang dibutuhkan oleh proses yang lebih tinggi prioritasnya. Masalah ini dapat diatasi dengan priority-inheritance protocol, yaitu semua proses yang sedang mengakses sumber daya mendapat prioritas tinggi sampai selesai menggunakan sumber daya. Setelah selesai, prioritas proses inidikembalikan menjadi seperti semula.

3.      Semi Hard Real-Time System (HRTS) atau Semi Soft Real-Time ( SRTS )

Metoda ini merupakan gabungan antara Semi Hard Real-Time System (HRTS) atau Semi Soft Real-Time ( SRTS ). Dengan demikian waktu deadlinenya lebih pendek jika dibandingkan dengan soft real-time ( SRTS ).

4.       Interaktif Deadline ( Waktu Deadlinenya Bisa Ditawar )

Pada interaktif real-time, maka waktu deadlinennya bisa ditawar, artinya tidak secara mutlak pada titik tertentu, tetapi tergantung dari kesepakatan yang ditentukan dan fleksibel.

5.       Probabilistic / Statistik

Metode ini biasanya menggunakan teori probabilitas / teori kemungkinan dengan metoda statistik.

6.       Intelligence RTS

Metode ini biasanya menggunakan Expert Systems / Kecerdasan buatan / Artifial Inteligence atau Kendali Cerdas.

D.          REAL TIME SOFTWARE

Real-time software merupakan suatu sistem software yang memiliki batasan real-time yaitu deadline dari event. Sama seperti software pada umumnya, real-time software memiliki properti yang sama dengan software yang non real-time. Beberapa properti yang dimiliki oleh software diantaranya adalah:

1.       Reliability

Dalam real-time software, reliability memiliki peranan penting karena berhubungan erat dengan fault-tolerance. Jika terjadi kesalahan pada suatu software, maka banyaknya kesalahan tersebut haruslah dibawah dari nilai fault-tolerance agar tujuan pembuatan software tersebut menjadi tercapai. Biasanya, untuk mengukur reliability ini, digunakan dua parameter, yaitu mean time to first failure (MTFF) dan mean time between failures (MTBF).

1)       Mean time to first failure (MTFF) merupakan waktu rata-rata dari suatu produk untuk mengalami kesalahan pertama. MTFF ini biasanya dihubungkan dengan  masa garansi dari suatu produk.

2)      Mean time between failures (MTBF) merupakan waktu rata-rata antara kesalahan yang satu komponen dari suatu produk dengan komponen yang lainnya. Suatu software yang bagus adalah software yang memiliki  MTFF tinggi dan MTBF yang tinggi. Sebagai contoh untuk MTFF, suatu produk mmisalkan TV memiliki masa garansi 1 tahun, sehingga bisa diperkirakan bahwa nilai dari MTFF adalah 1 tahun. Sedangkan contoh untuk MTBF, misalkan pada suatu produk mengalami kerusakan pada salah satu komponennya, satu bulan kemudian komponen yang lainnya juga mengalami kerusakan, sehingga bisa diperkirakan bahwa nilai dari MTBF dari produk tersebut adalah 1 bulan.

2.       Correctness

Pada real-time software, yang dimaksud correctness yaitu merupakan kebenaran output dari software serta tidak terlanggarnya deadline.

3.        Performance

Pada real-time software, performance merupakan suatu ukuran terhadap kecepatan dan efisiensi dari suatu software. Akan tetapi, performance in tidak menjadi hal yang utama asalkan deadlinenya tidak terlanggar.

4.       Usability

Pada real-time software, usability dapat diartikan sebagai tingkat kemudahan penggunaan suatu software oleh user.

5.       Interoperability

Suatu real-time software harus bisa berjalan dengan baik diberbagai flatform atau standard. Dengan kata lain, suatu software mampu beroperasi dengan sistem lain.

6.       Maintainability

Suatu real-time software harus mudah untuk dimaintenance untuk perbaikan dan mengantisipasi perubahan di masa yang akan datang.

7.       Portability

Suatu real-time software harus bisa berjalan diberbagai lingkungan

8.       Verifiability

Pada real-time software, yang dimaksud dengan divefikasi adalah kesesuian antara requirement desain dengn hasil akhir dari suatu produk.

E.           APLIKASI DAN PENGGUNAAN REAL TIME SYSTEM

b.1.   Aplikasi PLC Real-Time

Sebuah sistem kontrol dikatakan real-time jika sistem kontrol tersebut mampu merespon masukan dengan tepat secara logika dan cepat. Terkadang respon tersebut harus sedemikian cepat, sehingga jika tidak dilakukan dalam periode waktu yang terbatas yang dibutuhkan, maka respon tersebut dianggap gagal, dan oleh karenanya, sistem pun dianggap gagal. Jadi, sistem kontrol yang memiliki waktu respon yang cukup cepat sehingga mampu merespon masukan dalam periode waktu yang terbatas yang dibutuhkan, maka sistem kontrol tersebut dapat disebut sebagai sistem kontrol real-time. Selambat apapun respon suatu sistem, jika masih mampu memenuhi batasan waktu respon yang dibutuhkan, tetap saja dikatakan sistem tersebut real-time.

Contoh: Sebuah kontroler suhu pada sebuah Curing Vessel berpemanas listrik yang digunakan dalam proses curing (pemasakan) kompon karet, tidak memerlukan response-time yang cepat. Dalam sistem ini, laju perubahan suhu adalah ±1,5 derajad Celcius per menit dengan maksimum suhu yang dapat dicapai sebesar 160 derajad Celcius. Selain itu, proses pemasakan kompon karet juga tidak termasuk proses yang kritis. Adanya selisih suhu antara suhu aktual dan suhu target tidak banyak mempengaruhi hasil akhir proses. Demikian juga dengan waktu proses. Adanya selisih (kurang atau lebih) terhadap lamanya waktu proses masak juga tidak mempengaruhi hasil akhir proses.

Untuk sistem yang sederhana ini, kontroler suhu dengan cycle-time 10 detik pun cukup. Kontroler tidak perlu mensampling suhu dengan frekuensi yang berlebihan karena lajunya hanya 1,5 derajad Celcius semenitnya.

Lalu bagaimana dengan aplikasi PLC, program PLC, sistem PLC? Kita ambil contoh saja PLC OMRON CPM1A atau CPM2A. Keduanya memiliki I/O Response-Time dan Cycle-Time yang sangat cepat. Oleh karenanya setiap aplikasi sistem kontrol berbasis PLC, dimana PLC tersebut dapat merespon setiap masukan dalam periode waktu yang ditentukan, maka sistem kontrol berbasis PLC tersebut dapat dikategorikan sebagai sistem kontrol real-time.

b.2. Facebook

Demam Facebook (FB) sudah menjalar luas di masyarakat Indonesia ketika awal 2008. Sebelumnya, situs jejaring sosial yang paling top adalah Friendster (FS). Namun, pengguna FS cenderung adalah kaum remaja yang ketika menjadi dewasa akan enggan (malu) menggunakannya. Ketika FB muncul, maka orang dewasa migrasi dari FS. Namun akhir-akhir ini, tidak hanya orang dewasa saja yang menggunakan FB, namun anak-anak mulai merambah.

Beberapa analisis yang dapat diamati mengapa orang hijrah dari FS ke FB adalah :

·         Kecepatan Akses FS jauh lebih lambat dibanding FB. Lambatnya membuka halaman per halaman, membuat orang yang hidup diserba cepat akan menjadi kesal jika untuk membuka profil dan membaca pesan/message harus menunggu lama. FB pun mulai mengalami masalah yang sama.

·         Tampilan FS lebih “narsis”, sedangkan FB lebih simpel. Inilah mengapa orang dewasa sudah tidak sreg lagi menggunakan FS.

·         Poin terpenting dari facebook adalah aplikasi Real Time System. FB tampaknya menggabungkan sistem FS dengan sistem real time untuk chatting. Penggabungan ini membuat nilai ++ yang menjadi FB tiada duanya untuk saat ini. Sambil FB-an, ketika ada message masuk, maka akan tampil notifikasi pesan tersebut.

·         FB didesain lebih cerdas “software inteligence” dimana dapat mengrupkan kriteria-kriteria orang yang mengisi profil yang sama. Sehingga tanpa harus mencari-cari, sistem FB akan memberi informasi siapa saja teman lama, klien atau sejenisnya apabila kita memasukan informasi yang benar.

Fakta Kesuksesan Facebook dan Kegagalan Friendster (dan Yahoo juga)

Berdasarkan rangking situs teraktif di Indonesia versi Alexa.com antara Januari 2009 dan Mei 2009, menunjukkan:

·         Facebook : #6 (Januari) menjadi #2 (Mei)

·         Yahoo : #2 (Januari) menjadi #3 (Mei)

·         Friendster : #3 (Januari) menjadi #6 (Mei)

Dari data diatas, maka dapat disimpulkan bahwa selama kurun waktu kurang 1/2 tahun, FB telah memposisikan dirinya menjadi situs terbesar kedua setelah google di Indonesia. Friendster terdepak jatuh ke posisi lama Facebook. Dan menariknya adalah traffic Yahoo bahkan dapat dikalahkan oleh Facebook. Meskipun frekuensi pengguna email tetap bahkan meningkat, namun jumlah pengguna chatting yahoo tetap, namun sebaliknya pengguna FB meningkat pesat terutama fasilitas real timenya.