ABSTRACT
AURIZA RAHMAD AKBAR. Performance Improvement of Web GIS Application Server Based on PostgreSQL and MapServer. Under the direction of HARI AGUNG ADRIANTO.
The PHP MapScript-based web GIS application with a huge amount of geographic data is very slow to load. In this paper, we will scale-up the server to bring the real potential out of the hardware. We will also use caching technique to speed-up both the PHP scripts and the map generation, using APC (Alternative PHP Cache) and TileCache respectively. APC can be used as opcode cache and data cache to speed-up PHP-based web application in general. TileCache solution offers faster map generation and lower resource consumption.
PENINGKATAN KINERJA SERVER APLIKASI WEB GIS
BERBASIS POSTGRESQL DAN MAPSERVER
AURIZA RAHMAD AKBAR
DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
ABSTRACT
AURIZA RAHMAD AKBAR. Performance Improvement of Web GIS Application Server Based on PostgreSQL and MapServer. Under the direction of HARI AGUNG ADRIANTO.
The PHP MapScript-based web GIS application with a huge amount of geographic data is very slow to load. In this paper, we will scale-up the server to bring the real potential out of the hardware. We will also use caching technique to speed-up both the PHP scripts and the map generation, using APC (Alternative PHP Cache) and TileCache respectively. APC can be used as opcode cache and data cache to speed-up PHP-based web application in general. TileCache solution offers faster map generation and lower resource consumption.
PENINGKATAN KINERJA SERVER APLIKASI WEB GIS
BERBASIS POSTGRESQL DAN MAPSERVER
AURIZA RAHMAD AKBAR
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Komputer pada
Departemen Ilmu Komputer
DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Judul Skripsi : Peningkatan Kinerja Server Aplikasi Web GIS Berbasis PostgreSQL dan MapServer
Nama : Auriza Rahmad Akbar
NIM : G64050089
Menyetujui: Dosen Pembimbing,
Hari Agung Adrianto, S.Kom, M.Si NIP: 19760917 200501 1 001
Mengetahui: Ketua Departemen,
Dr. Ir. Sri Nurdiati, M.Sc NIP: 19601126 198601 2 001
PRAKATA
Alhamdulillaahi rabbil 'aalamiin, washshalaatu wassalaamu 'alaa rasuulillaah. Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhaanahu wa ta'aala atas rahmat dan hidayah-Nya sehingga tugas akhir dengan judul “Peningkatan Kinerja Server Aplikasi Web GIS Berbasis PostgreSQL dan MapServer” ini dapat diselesaikan dengan baik. Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Maret hingga Juni 2011, bertempat di Pusat Pengkajian Perencanaan dan Pengembangan Wilayah (P4W) LPPM IPB Kampus Baranangsiang dengan menggunakan server dari PT. Sucofindo.
Terima kasih penulis sampaikan kepada bapak Hari Agung atas bimbingan dan arahannnya selama pengerjaan tugas akhir ini, serta bapak Toto Haryanto dan bapak Hendra Rahmawan yang telah banyak memberikan kritik dan saran selama pengujian tugas akhir ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian tugas akhir ini. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Oktober 2011
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan pada tanggal 5 Maret 1987 di Demak sebagai anak pertama dari empat bersaudara dari pasangan Sukid Raharjo dan Sudarmi. Penulis lulus dari SMA Negeri 1 Surakarta pada tahun 2005.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL...vii
DAFTAR GAMBAR...vii
PENDAHULUAN Latar Belakang...1
Tujuan...1
Ruang Lingkup...1
TINJAUAN PUSTAKA PostgreSQL...1
PostGIS...1
MapServer...1
TileCache...1
OpenLayers...1
Scale-up...1
Benchmarking...2
METODOLOGI PENELITIAN Aplikasi Web GIS dan Data Geografis...2
Prosedur Benchmark...2
HASIL DAN PEMBAHASAN Lingkungan Pengujian...3
Spesifikasi Server...3
Sistem Operasi...3
Waktu Eksekusi PHP...3
Konsumsi RAM...3
Kinerja Awal...4
PostgreSQL...4
Scale-up...4
Koneksi Maksimum...5
Memori Kerja...5
Apache...5
Scale-up...5
Keep Alive...5
Directory Index...6
Mematikan Modul AutoIndex dan CGI...6
Hasil Keseluruhan...6
PHP...6
Perbaiki Pesan Peringatan...7
Perbaiki Include Path...7
Opcode Cache...7
Data Cache...7
Hindari Include Once...8
Data Cache Parametrik...8
Hasil Keseluruhan...9
MapServer...9
Koneksi Database...9
Proyeksi...10
Level of Detail (LOD)...10
Indeks GiST...10
Hasil Keseluruhan...11
TileCache...11
Implementasi...11
Cara Kerja...11
Halaman
Metode Benchmark...12 Konfigurasi OpenLayers...12 Hasil Benchmark...12 KESIMPULAN DAN SARAN
DAFTAR TABEL
Halaman
1. Konsumsi RAM per proses...4
2. Kinerja server awal...4
3. Kinerja server setelah scale-up PostgreSQL...4
4. Kinerja server setelah scale-up Apache...5
5. Kinerja server setelah menurunkan KeepAliveTimeout Apache...6
6. Kinerja server setelah mematikan modul AutoIndex dan CGI Apache...6
7. Kinerja server setelah memperbaiki pesan peringatan PHP...7
8. Kinerja server setelah memperbaiki include path PHP...7
9. Kinerja server setelah instalasi APC...7
10. Kinerja server setelah implementasi data cache...8
11. Kinerja server setelah penggantian include_once...8
12. Kinerja server setelah implementasi data cache parametrik...9
13. Perbandingan kinerja server WMS MapServer dengan TileCache...12
DAFTAR GAMBAR Halaman 1. Prosedur benchmark...2
2. Alokasi RAM server...4
3. Kinerja server sebelum dan setelah scale-up PostgreSQL untuk halaman peta...5
4. Kinerja server setelah konfigurasi Apache untuk halaman peta...6
5. Kinerja server setelah konfigurasi Apache untuk halaman indeks...6
6. Kinerja server setelah konfigurasi PHP untuk halaman peta...9
7. Kinerja server setelah konfigurasi PHP untuk halaman indeks...9
8. Peta sebelum implementasi LOD...10
9. Peta setelah implementasi LOD...10
10. Peta pada extent tertentu...11
11. Perbandingan kecepatan MapServer setelah konfigurasi...11
12. Perbandingan arsitektur web GIS...11
13. Tile peta untuk objek benchmark...12
PENDAHULUAN Latar Belakang
Aplikasi web GIS (Geographic Information System) 'Scibun' yang dikembangkan oleh PT. Sucofindo untuk Kementerian Pertanian memiliki data geografis yang besar, yaitu hampir 600 MB dalam bentuk teks SQL. Data geografis tersebut merupakan data perkebunan kelapa sawit, karet, dan kakao di hampir seluruh provinsi di Indonesia. Dengan data sebesar itu, waktu yang diperlukan oleh Scibun untuk menggambar peta sangat lama, bisa lebih dari 10 detik.
Oleh karena itu, perlu dilakukan konfigurasi untuk meningkatkan kinerja server. Scibun menggunakan PostgreSQL untuk menyimpan data geografis dan MapServer (PHP MapScript) untuk menggambar peta.
Tujuan
Penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan kinerja server sehingga aplikasi web GIS
2. Konfigurasi server difokuskan pada aplikasi server PostgreSQL, Apache, PHP, dan MapServer.
3. TileCache dan OpenLayers akan dicoba sebagai aplikasi web GIS alternatif.
4. Benchmark dilakukan pada jaringan
loopback.
TINJAUAN PUSTAKA PostgreSQL
PostgreSQL adalah ORDBMS (Object Relational Database Management System) open source dengan reputasi yang baik dalam kehandalan, integritas data, dan correctness. PostgreSQL dapat berjalan pada sistem operasi Linux, UNIX, maupun Windows. PostgreSQL mendukung penuh ACID (atomicity, consistency, isolation, durability) dan sebagian besar standar ANSI SQL 92/2003. PostgreSQL juga menyediakan antarmuka pemrograman
untuk berbagai bahasa serta dokumentasi yang lengkap. PostgreSQL sangat scalable, mampu menangani kuantitas data yang besar dan mengakomodasi banyak pengguna secara konkuren (PostgreSQL Global Development Group 2009).
PostGIS
PostGIS menambahkan dukungan untuk objek geografis pada PostgreSQL. PostGIS menjadikan server PostgreSQL dapat digunakan sebagai database spasial untuk sistem informasi geografis. PostGIS mendukung standar fungsi, tipe data, dan operasi database spasial dari OGC (Open Geospatial Consortium) (PostGIS Team 2010).
MapServer
MapServer adalah program penggambar data geografis open source yang ditulis dalam bahasa C. MapServer mendukung berbagai dikembangkan oleh MetaCarta. TileCache hanya membutuhkan akses tulis ke harddisk, kemampuan menjalankan skrip CGI Python, dan WMS yang akan di-cache untuk dapat membuat cache dari server WMS apapun. Hasilnya kemudian dapat ditampilkan pada klien yang mendukung WMS-C, seperti OpenLayers (TileCache 2010).
OpenLayers
OpenLayers adalah pustaka JavaScript open source untuk menampilkan data peta pada web browser modern. OpenLayers menyediakan API JavaScript untuk membuat aplikasi web GIS yang interaktif seperti Google Maps (OpenLayers 2011).
Scale-up
Benchmarking
Meskipun sering dikritik, benchmark adalah cara yang efektif dan terjangkau dalam menjalankan eksperimen. Intinya, benchmark
adalah sebuah sampel dari suatu domain tugas; sampel ini kemudian dieksekusi oleh komputer. Pengukuran kinerja dilakukan selama proses eksekusi. Sebuah benchmark menyediakan medan yang setara untuk ide-ide yang saling berlawanan, dan jika benchmark tersebut cukup representatif, benchmark dapat menghasilkan perbandingan yang dapat diulang dan objektif. Paling tidak, benchmark dapat menyingkirkan pendekatan yang keliru dan klaim yang berlebihan (Tichy 1997).
METODOLOGI PENELITIAN Aplikasi Web GIS dan Data Geografis
Aplikasi web GIS Scibun digunakan untuk menguji kinerja server. Scibun ditulis dalam bahasa PHP dan menggunakan ekstensi PHP MapScript untuk menggambar peta.
Data geografis yang digunakan adalah hasil survey perkebunan oleh PT. Sucofindo. Namun, halaman peta yang diuji hanya peta awal, yaitu peta administrasi yang terdiri dari tiga layer
data geografis, yaitu provinsi, kabupaten, dan jalan. Hal ini dilakukan karena pada saat penelitian, data pada layer perkebunan belum lengkap seluruhnya.
Selain halaman peta, halaman awal (indeks) Scibun juga digunakan untuk menguji kinerja server. Hal ini dilakukan supaya tidak hanya halaman peta saja yang menjadi lebih cepat, tetapi juga untuk keseluruhan halaman aplikasi web.
Prosedur Benchmark
Benchmark dilakukan secara sistematis, yaitu dengan mengkonfigurasi satu opsi dalam satu waktu, kemudian dibandingkan hasilnya. Tidak semua opsi diuji, hanya beberapa opsi yang dianggap mempengaruhi kinerja server saja. Jika ternyata hasil konfigurasi untuk opsi tersebut meningkatkan kinerja server, maka konfigurasi tersebut akan tetap dipertahankan. Tetapi jika tidak, konfigurasi pada opsi tersebut dikembalikan seperti semula. Diagram alur untuk prosedur benchmark untuk satu iterasi dapat dilihat pada Gambar 1.
Penjelasan dari langkah-langkah diagram alur pada Gambar 1 di atas adalah sebagai berikut:
• Tuning: mengkonfigurasi salah satu opsi pada aplikasi server.
• Benchmark: menjalankan program
benchmark untuk mengukur kinerja server.
• Faster?: membandingkan kinerja server setelah konfigurasi dengan yang sebelumnya. Kinerja server diukur dengan metrik transaction per second.
• Rollback: jika ternyata hasil konfigurasi tidak meningkatkan kinerja server, maka konfigurasi opsi tersebut dikembalikan seperti semula dan kembali melakukan
tuning.
Benchmark dilakukan pada setiap komponen aplikasi server. Urutan komponen server yang akan dikonfigurasi adalah PostgreSQL, Apache, PHP, dan MapServer. TileCache akan dicoba jika semua komponen di atas telah dikonfigurasi secara optimal.
Secara umum, program 'siege' digunakan
untuk mensimulasikan pengguna dalam waktu bersamaan (konkuren). Benchmark dilakukan pada tingkat konkurensi pengguna 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, dan 512. Jika benchmark pada tingkat konkurensi tertentu terjadi kegagalan transaksi lebih dari 1%, maka benchmark
dihentikan. Artinya, server tidak dapat melayani permintaan pada tingkat konkurensi tersebut dengan baik. Metrik yang dibandingkan dari hasil benchmark ini adalah nilai transaction per second.
Opsi benchmark dibedakan antara halaman peta dengan halaman indeks. Benchmark pada halaman peta hanya dilakukan sebanyak empat kali permintaan karena loading halaman ini cukup lama, sedangkan benchmark pada halaman indeks dilakukan selama 60 detik.
Benchmark dilakukan sebanyak tiga kali ulangan pada tiap tingkat konkurensi, kemudian diambil rataannya. Di antara tiap ulangan, diberikan jeda 30 detik agar jumlah proses anak server PostgreSQL dan Apache kembali normal. Server tidak di-restart supaya cache aplikasi web tetap ada. Jika cache hilang, kinerja server akan menurun dan mempengaruhi hasil
benchmark. Berikut adalah contoh skrip shell
untuk mengotomatisasi prosedur benchmark
seperti di atas.
#!/bin/bash
MAP="http://localhost/scibun/map.php" IDX="http://localhost/scibun/index.php" for c in 4 8 16 32 64 128 256 512; do echo "konkurensi = $c"
for i in 1 2 3; do prosesor dengan arsitektur 64-bit (x86-64). Jumlah RAM pada server ini adalah 2 GB.
Scale-up perlu dilakukan pada server untuk memanfaatkan jumlah RAM ini secara optimal. Berikut adalah spesifikasi server ini.
Name: Extron NetSystem E400
CPU: Intel Xeon E5606 Quad Core 2.13 GHz RAM: UDIMM DDR3 2 GB - 1333 ECC
Harddisk: SATA 500 GB, 7200 RPM Network: 2x Gigabit Ethernet NIC
Kecepatan tulis dan baca harddisk pada server adalah 88 MB/s dan 107 MB/s. Metode pengukuran kecepatan harddisk dilakukan menggunakan program 'dd' dengan perintah di bawah ini.
# dd if=/dev/zero of=bigfile bs=8k \ count=500000 && sync
# dd if=bigfile of=/dev/null bs=8k
Nilai count didapat dari jumlah total RAM dikalikan dua, kemudian dibagi dengan bs
(blocksize) sebesar 8 kB. Tujuan dari besar file
dua kali dari jumlah RAM adalah untuk menghindari disk caching ke RAM.
S
istem Operasi
Sistem operasi yang dipilih untuk server ini adalah Debian GNU/Linux 6.0, kernel 2.6.32-5-amd64. Debian merupakan distribusi GNU/Linux yang banyak digunakan sebagai server web. Menurut data survei bulan Juni 2011 dari W3Techs, 9.3% situs web tersibuk di dunia memakai Debian.
Perangkat lunak server memakai distribusi 64-bit. Keuntungan arsitektur 64-bit dari segi kinerja adalah kecepatan server akan meningkat. Kinerja server Apache meningkat 39.2% dengan menggunakan perangkat lunak 64-bit (Tonkikh 2006).
Server hanya diinstal perangkat lunak yang dibutuhkan. Semua paket aplikasi diunduh dari repositori resmi Debian dengan pilihan distribusi versi stable. Aplikasi server yang dipakai pada server ini antara lain:
• PostgreSQL 8.4.7
Nilai waktu eksekusi maksimum skrip PHP
default adalah 30 detik. Karena permintaan data spasial yang berukuran besar, maka waktu 30 detik ini terkadang tidak cukup, sehingga banyak permintaan yang terhenti di tengah jalan dan mengakibatkan kegagalan akses. Untuk mengatasinya, opsi waktu eksekusi maksimum ditambah menjadi 60 detik. Berikut adalah perintah untuk mengubah opsi ini.
Tabel 1. Konsumsi RAM per proses dapat dilihat pada Tabel 2. Server hanya mampu melayani permintaan halaman peta dengan baik sampai tingkat konkurensi 16. Kinerja server menurun drastis pada tingkat konkurensi 32. Adapun untuk halaman indeks, server masih mampu melayani permintaan untuk tingkat konkurensi yang lebih tinggi lagi.
Tabel 2. Kinerja server awal
Konkurensi Peta Indeks
Konfigurasi server PostgreSQL terletak pada
/etc/postgresql/8.4/main/postgresql.conf.
Penjelasan dari PostgreSQL Global Develop-ment Group (2009) mengenai opsi-opsi yang akan dikonfigurasi adalah sebagai berikut:
• shared_buffers: Opsi ini mengatur jumlah RAM yang dialokasikan sebagai shared buffer. Nilai yang disarankan adalah 25% dari jumlah RAM yang tersedia. Nilai awalnya adalah 24 MB.
• effective_cache_size: Opsi ini menunjuk-kan ukuran cache yang tersedia bagi query planner. Jika cache mencukupi, maka akan digunakan index scan daripada sequential scan biasa. Nilai awalnya adalah 128 MB.
• max_connections: Opsi ini mengatur jumlah koneksi maksimum yang dapat dilayani oleh server dalam satu waktu. Opsi ini digunakan untuk meminimalkan disk swapping. Nilai awalnya adalah 100.
• work_mem: Opsi ini mengatur jumlah RAM
yang dialokasikan untuk operasi sorting
internal. Nilai awalnya adalah 1 MB.
Scale-up
shared_buffers = 256MB effective_cache_size = 768MB max_connections = 32
Konfigurasi PostgreSQL perlu dilakukan
scale-up untuk memanfaatkan RAM pada server secara optimal. Alokasi RAM server dapat dilihat pada Gambar 2. Jumlah RAM yang dialokasikan untuk PostgreSQL dan sistem operasi adalah 1024 MB. Nilai shared_buffers
adalah 25%-nya, yaitu 256 MB. Nilai
effective_cache_size adalah 75%-nya, yaitu
768 MB (Smith 2010). Nilai max_connections
didapat dari jumlah alokasi RAM untuk PostgreSQL dibagi dengan rataan konsumsi RAM per proses PostgreSQL (Temme 2007). Jika tidak terjadi swapping, maka nilai ini dapat dinaikkan lagi.
koneksimax= alokasi RAM konsumsi RAM per proses
Dari rumus di atas, didapat nilai
max_connections: 768 MB / ((50+6)/2) MB = 768 / 28 ≈ 27. Setelah dilakukan benchmark, ternyata masih ada RAM yang tersisa, sehingga nilai max_connections dapat dinaikkan lagi. Pada saat max_connections 32, penggunaan
RAM sudah optimal tanpa terjadi swapping. Hasil konfigurasi ini dapat dilihat pada Tabel 3 dan Gambar 3. Kinerja server secara umum sama seperti kondisi awal. Akan tetapi, server sekarang mampu melayani permintaan halaman peta dengan baik sampai tingkat konkurensi 256. Artinya, konfigurasi scale-up
ini telah berhasil memperbaiki kemampuan server dalam melayani permintaan pada konkurensi yang lebih tinggi.
Tabel 3. Kinerja server setelah scale-up
PostgreSQL
Koneksi Maksimum menyebabkan swapping berlebihan. Akibatnya, server menjadi sangat lambat, karena prosesor harus berulang kali mengambil data dari swap disk.
Jadi, jumlah koneksi perlu dibatasi agar server tetap berjalan optimal. Jika permintaan melebihi jumlah koneksi, maka kelebihan permintaan tersebut langsung ditolak, sehingga tidak mengganggu jalannya permintaan lain server. Hal ini disebabkan query data geografis ke server PostgreSQL tidak terdapat operasi
sorting yang kompleks.
Apache
Konfigurasi utama server web Apache terletak pada /etc/apache2/apache2.conf. Penjelasan dari Apache Software Foundation (2008) mengenai opsi-opsi yang akan dikonfigurasi adalah sebagai berikut:
• MaxClients: Opsi ini mengatur jumlah koneksi maksimum yang dapat diproses
secara konkuren. Nilai ini juga menunjukkan jumlah proses anak maksimum yang dapat dibuat untuk melayani permintaan. Nilai awalnya adalah 100.
• KeepAliveTimeout: Opsi ini mengatur berapa detik server akan menunggu untuk melayani permintaan selanjutnya dari koneksi yang sama, sebelum koneksi tersebut diputus. Nilai awalnya adalah 15.
• DirectoryIndex: Opsi ini berisi urutan daftar berkas yang akan ditampilkan jika klien mengakses sebuah direktori. Urutan awalnya adalah: index.html, index.cgi, index.pl, klien maksimum ini didapat dari alokasi RAM untuk Apache dibagi dengan dengan konsumsi RAM per proses Apache (Temme 2007). Hasil perhitungan untuk jumlah klien maksimum adalah sebagai berikut: 1024 MB / 16 MB = 64.
Hasil scale-up dapat dilihat pada Tabel 4. Kinerja server meningkat secara signifikan pada tingkat konkurensi di atas 64. Kinerja halaman peta dan indeks masing-masing meningkat 5% dan 10%.
Tabel 4. Kinerja server setelah scale-up Apache
Konkurensi Peta Indeks
Penurunan waktu KeepAliveTimeout hanya
sedikit meningkatkan kinerja server. Hasilnya dapat dilihat pada Tabel 5. Kinerja halaman peta dan indeks masing-masing meningkat 2% dan 0.3% pada tingkat konkurensi 64 ke atas.
Hal ini dikarenakan benchmark server hanya dilakukan di localhost saja, sehingga efek jaringan tidak terlihat. KeepAlive sangat berguna bagi halaman yang memiliki banyak objek berukuran kecil dan bagi klien yang memiliki koneksi internet yang lambat.
Gambar 3. Kinerja server sebelum dan setelah
scale-up PostgreSQL untuk halaman peta.
Tabel 5. Kinerja server setelah menurunkan direktori saja, misalnya http://localhost/scibun/. Server kemudian melihat opsi ini untuk mencari berkas indeks yang akan ditampilkan. Karena langsung sebesar 0.4% pada tingkat konkurensi 128.
Mematikan Modul AutoIndex dan CGI
# a2dismod autoindex cgi
Modul Apache yang tidak digunakan sebaiknya dimatikan, karena modul ini akan menambah konsumsi RAM per proses Apache. Selain itu, modul AutoIndex juga dapat menjadi celah keamanan bagi server. Jika modul ini aktif, klien dapat menjelajahi isi direktori server dengan leluasa.
Hasil konfigurasi ini dapat dilihat pada Tabel 6. Kinerja halaman peta dan indeks masing-masing meningkat 5% dan 0.2% pada tingkat konkurensi 64 ke atas.
Tabel 6. Kinerja server setelah mematikan modul AutoIndex dan CGI Apache
Konkurensi Peta Indeks
meningkat setelah dilakukan beberapa konfigurasi di atas. Perbandingan kinerja server sebelum dan sesudah konfigurasi Apache untuk halaman peta dan indeks dapat dilihat masing-masing pada Gambar 4 dan 5. Kinerja server untuk halaman indeks juga menjadi lebih stabil pada tingkat konkurensi di atas 64.
PHP
Konfigurasi PHP secara umum dilakukan dengan cara mengubah kode sumber PHP Scibun. Pengubahan ini diusahakan seminimal mungkin tanpa mengubah fungsi aplikasi web. Selain itu juga ditambahkan modul caching
pada PHP untuk meningkatkan kinerja server. Gambar 4. Kinerja server setelah konfigurasi
Apache untuk halaman peta.
Perbaiki Pesan Peringatan melaporkan pesan peringatan. Potongan kode di bawah ini perlu ditambahkan pada bagian paling atas kode sumber PHP supaya hanya pesan kesalahan yang akan dilaporkan.
<?php
error_reporting(E_ERROR); ?>
Hasil perbaikan ini dapat dilihat pada Tabel 7. Kinerja halaman peta dan indeks masing-masing meningkat 1.6% dan 0.3% pada tingkat konkurensi 64 ke atas. Tapi perlu diingat bahwa solusi di atas adalah solusi sementara. Solusi yang ideal adalah dengan memperbaiki semua pesan peringatan sehingga kinerja dan keamanan aplikasi web meningkat.
Tabel 7. Kinerja server setelah memperbaiki pesan peringatan PHP
Setelah menelusuri system call Apache pada halaman indeks, ternyata ada satu include path
yang kurang tepat. Akibatnya PHP akan
Hasil perbaikan ini dapat dilihat pada Tabel 8. Kinerja halaman indeks meningkat 0.3% pada tingkat konkurensi 64 ke atas, sedangkan untuk halaman peta tidak ditemukan include path yang bermasalah.
Tabel 8. Kinerja server setelah memperbaiki
include path PHP
PHP adalah interpreted language. Skrip PHP dikompilasi menjadi opcode untuk kemudian dijalankan oleh interpreter PHP. Hasil kompilasi ini perlu disimpan ke dalam suatu cache, sehingga server tidak perlu melakukan kompilasi ulang setiap kali halaman web diakses.
Salah satu implementasi opcode cache untuk PHP adalah APC (Alternative PHP Cache). APC akan menyimpan opcode hasil kompilasi ke dalam shared memory secara otomatis. Kinerja aplikasi web PHP semakin meningkat karena opcode disimpan di dalam RAM.
Pengaruh opcode cache pada Scibun dapat dilihat pada Tabel 9. Kinerja halaman peta dan indeks meningkat masing-masing 2% dan 76% pada tingkat konkurensi 64 sampai 256. Kinerja halaman peta hanya meningkat sedikit karena waktu prosesor lebih banyak digunakan untuk menggambar peta.
Tabel 9. Kinerja server setelah instalasi APC
Konkurensi Peta Indeks dari cache, sehingga kinerja server meningkat. Ekstensi PHP 'XDebug' dapat digunakan untuk mengidentifikasi bagian kode yang menjadi
kode PHP untuk mengambil daftar provinsi dari
database yang telah ditambahkan dengan fungsi APC.
public function getProvinsiList() { $result = apc_fetch('provinsi_list'); if ($result === FALSE) {
$sql = 'SELECT * FROM provinsi'; $result = $this->db->getAll($sql); apc_store('provinsi_list', $result); } masuknya query dari klien. Jadi teknik caching
peta ini hanya berlaku untuk gambar peta awal, tidak untuk keseluruhan halaman peta. Berikut adalah contoh potongan kode PHP untuk menggambar peta.
if ($this->gbShowQueryResults) { $img = $this->map->drawQuery(); $url = $img->saveWebImage(); } else {
$url = apc_fetch('initial_map_url'); if ($url === FALSE or
!file_exists($WEBROOT.$url)) { $img = $this->map->draw(); $url = $img->saveWebImage(); apc_store('initial_map_url', $url); }
}
Hasil implementasi data cache ini dapat dilihat pada Tabel 10. Kinerja rata-rata halaman peta meningkat tajam sebesar 128 kali lipat. Akan tetapi peningkatan kinerja ini hanya berlaku untuk halaman peta awal saja, yaitu peta administrasi. Teknik caching peta lainnya perlu dicari untuk mengatasi kekurangan tersebut.
Tabel 10. Kinerja server setelah implementasi
data cache
Pernyataan include_once dan require_once
akan memeriksa dulu apakah berkas sudah pernah disertakan sebelumnya atau tidak. Pernyataan ini sebaiknya diganti dengan pernyataan include biasa. Ekstensi PHP 'inclued' dapat digunakan untuk menelusuri hierarki include aplikasi web PHP.
Hasil penggantian include_once menjadi
include dapat dilihat pada Tabel 11. Kinerja halaman peta dan indeks meningkat masing-masing 0.3% dan 0.9%.
Tabel 11. Kinerja server setelah penggantian
include_once
Fungsi untuk mengambil data dari database
kebanyakan memakai parameter untuk memilih data yang diinginkan. Parameter tersebut dipakai dalam klausa WHERE pada query. Hasil dari fungsi ini dapat disimpan dalam
cache dengan teknik data cache parametrik. Berikut contoh fungsi PHP untuk mengambil daftar kabupaten dari database berdasarkan parameter provinsi. Nama parameter ditambahkan pada nama cache APC untuk membedakannya dari cache yang berjenis sama tetapi dengan parameter yang berbeda.
public function getKabupatenList($idprov) { $result = apc_fetch('kab_list'.$idprov); if ($result === FALSE) {
$sql = 'SELECT * FROM kabupaten '. 'WHERE idprov = '.$idprov; $result = $this->db->getAll($sql); apc_store('kab_list'.$idprov, $result); }
return $result; }
Tabel 12. Kinerja server setelah implementasi
APC sangat bermanfaat untuk meningkatkan kinerja server pada aplikasi web PHP. Pemakaian APC sebagai opcode dan data cache
dapat meningkatkan kinerja aplikasi web PHP
Prosedur benchmark MapServer berbeda dari prosedur sebelumnya. Benchmark
MapServer menggunakan program 'shp2img'
untuk menguji kinerja mapfile. Program ini dijalankan dalam mode debug sebanyak lima kali ulangan. Berikut adalah contoh penggunaan program ini serta keluarannya.
$ shp2img -m administrasi.map \ -map_debug 3 -c 5 -o out.png We will draw 5 times...
msDrawMap(): Layer 0 (provinsi), 4.858s msDrawMap(): Layer 1 (kabupaten), 0.558s msDrawMap(): Layer 2 (jalan), 5.106s msDrawMap(): Drawing Label Cache, 0.000s msDrawMap() total time: 10.524s
msSaveImage() total time: 0.056s ...
Opsi-opsi mapfile yang akan dikonfigurasi dijelaskan pada daftar berikut ini (MapServer Team 2011).
• PROCESSING "CLOSE_CONNECTION=DEFER": Jika opsi ini aktif, maka koneksi database Proyeksi dapat ditentukan dengan kata kunci PROJ.4 atau melalui kode EPSG.
• MAXSCALEDENOM: Jika penyebut skala peta melebihi nilai opsi ini, maka layer tidak akan digambar. Opsi ini dapat digunakan di dalam objek layer dan class.
Koneksi Database
Data geografis mapfile pada tiap layer
diambil dari database yang sama. Opsi
PROCESSING "CLOSE_CONNECTION=DEFER" harus
diaktifkan supaya koneksi database tidak langsung ditutup jika MapServer telah selesai menggambar satu layer. Koneksi ini dapat dimanfaatkan ulang, sehingga layer selanjutnya tidak perlu membuat koneksi baru ke database
yang sama. Berikut adalah contoh penulisan opsi ini pada mapfile.
Gambar 7. Kinerja server setelah konfigurasi PHP untuk halaman indeks.
LAYER ...
CONNECTIONTYPE POSTGIS DATA "the_geom FROM provinsi" PROCESSING "CLOSE_CONNECTION=DEFER" mengambil kata kunci PROJ.4 yang bersesuaian dengan kode EPSG. Jadi, kedua proyeksi tersebut pada dasarnya sama. Berikut adalah contoh dua cara penulisan objek proyeksi.
PROJECTION EPSG menambah waktu yang dibutuhkan oleh MapServer untuk menggambar peta sebesar 0.1%, dari 10.45 detik menjadi 10.47 detik. Jadi, penulisan objek proyeksi sebaiknya langsung memakai kata kunci PROJ.4.
Level of Detail (LOD)
Opsi MAXSCALEDENOM digunakan untuk mengimplementasikan LOD pada mapfile. Selain meningkatkan kinerja, LOD juga berfungsi untuk mengurangi kerumitan pada tampilan peta. Berikut adalah contoh penulisan opsi ini pada mapfile. Opsi ini dapat digunakan untuk objek layer maupun class. digambar, layer 'kabupaten' akan digambar jika skala peta melebihi 1:4 000 000, sedangkan
layer 'jalan' akan digambar jika skala peta melebihi 1:1 000 000.
Implementasi LOD mengurangi waktu yang diperlukan oleh MapServer untuk menggambar peta awal sebesar 54%, dari 10.45 detik menjadi 4.86 detik.
Indeks GiST
GiST (Generalized Search Tree) menyedia- kan indeks spasial untuk kolom geometris pada PostGIS. Indeks GiST bermanfaat untuk mempercepat pencarian data spasial. Berikut adalah contoh perintah SQL untuk membuat indeks GiST pada sebuah kolom geometris di tabel 'jalan' (PostGIS Team 2010).
# CREATE INDEX jalan_the_geom ON jalan USING GIST (the_geom);
# VACUUM ANALYZE jalan;
Benchmark pada mapfile dilakukan pada
extent peta tertentu. Hal ini dilakukan agar pengaruh indeks GiST terlihat. Jika seluruh peta yang digambar, maka indeks tidak akan dipakai. Berikut adalah perintah yang dipakai untuk menggambar peta pada extent tertentu saja. Hasil gambar peta dengan extent ini dapat dilihat pada Gambar 10.
$ shp2img -m administrasi.map \ -map_debug 3 -c 5 -o out.png \
-e 105.32259 -1.73887 105.66626 -1.56686
Gambar 8. Peta sebelum implementasi LOD.
Hasil pemakaian indeks GiST ini mengurangi waktu yang diperlukan oleh MapServer untuk menggambar peta sebesar 23%, dari 0.49 detik menjadi 0.38 detik.
Hasil Keseluruhan
Implementasi LOD mampu mengurangi waktu yang dibutuhkan MapServer untuk menggambar peta lebih dari 50%. Perbandingan kecepatan MapServer sebelum dan sesudah konfigurasi ditunjukkan pada Gambar 11.
Waktu loading halaman peta awal (tanpa menggunakan cache peta) berkurang dari 10 detik lebih menjadi 6 detik. Penggunaan indeks GiST juga mempercepat loading halaman peta saat di-zoom pada extent tertentu. Konfigurasi LOD dan indeks GiST ini sangat penting dalam meningkatkan kinerja MapServer.
TileCache
Pada pembahasan sebelumnya, metode
caching peta dengan APC masih memiliki kekurangan yang mendasar, yaitu tidak semua peta dapat dibuat cache-nya. TileCache adalah alternatif caching peta yang akan digunakan untuk mengatasi kekurangan tersebut.
Implementasi
Implementasi TileCache memerlukan arsitektur web GIS yang baru. Arsitektur lama dengan PHP MapScript sudah sulit untuk ditingkatkan lagi kinerjanya. Arsitektur baru ini semuanya mengimplementasikan standar OGC, yaitu server WMS MapServer, server WMS-C TileCache, dan klien WMS OpenLayers. Arsitektur web GIS ditunjukkan pada Gambar 12. Garis putus-putus menunjukkan arsitektur TileCache yang baru.
Server TileCache menggunakan modul CGI Apache. Program CGI MapServer juga perlu diinstal untuk menyediakan server WMS.
Mapfile juga harus ditambahkan dukungan untuk WMS. Selain itu ruang harddisk untuk menyimpan tile peta juga perlu dipersiapkan.
Cara Kerja
Jika TileCache sudah berjalan, maka semua
tile peta yang pernah diminta oleh klien akan disimpan ke dalam cache.
Seeding dan Pemrosesan Citra
Cache tile peta dapat dibangkitkan secara otomatis dengan program 'tilecache_seed'. Arsitektur TileCache pada Gambar 12 menggunakan metode ini. TileCache tidak perlu meminta tile peta ke server WMS, karena tile
peta sampai level zoom tertentu sudah ada semua di dalam cache.
Tile peta di dalam cache yang dihasilkan oleh proses seeding dapat diproses lebih lanjut. Program 'optipng' akan digunakan untuk klien dengan koneksi yang lambat.
Berikut adalah contoh perintah untuk
seeding dan optimisasi citra PNG. Gambar 10. Peta pada extent tertentu.
Gambar 12. Perbandingan arsitektur web GIS.
# tilecache_seed \
"http://localhost/cgi/tilecache.cgi?" \ administrasi 0 9 \
"95.0111,-12.267,141.007,6.0777" # cd /var/www/tilecache/
# chown -R www-data:www-data *
# find -name "*png" | nice xargs optipng -q
Metode Benchmark
Benchmark TileCache dilakukan dengan dua cara. Cara pertama: memakai ekstensi 'Firebug' untuk Firefox. Metrik yang dibandingkan adalah waktu loading halaman peta pada OpenLayers. Program siege tidak dapat dipakai karena OpenLayers menggunakan Ajax untuk meminta tile peta dari server, sehingga output
program siege menjadi tidak valid.
Cara kedua: program siege akan dipakai
dalam benchmark untuk satu permintaan tile
peta langsung ke server WMS MapServer dan TileCache. Metrik yang dibandingkan adalah nilai transaction per second.
Berikut adalah alamat WMS untuk tile peta tersebut. Alamat pertama akan meminta gambar peta dari server WMS MapServer. Alamat kedua akan meminta tile peta dari TileCache. Kedua alamat tersebut memiliki parameter yang sama, sehingga tile yang dihasilkan adalah sama. Skala tile peta ini adalah 1:28 000 000.
Tile peta yang digunakan sebagai objek
benchmark kedua ditunjukkan pada Gambar 13.
http://localhost/cgi-bin/administrasi
Konfigurasi server TileCache terletak pada
/etc/tilecache.cfg. Konfigurasi untuk layer
'administrasi' di atas adalah sebagai berikut.
[cache]
Konfigurasi OpenLayers yang digunakan dalam benchmark pertama yaitu:
• ukuran viewport: 1000 × 500 piksel
• ukuran tile: 256 × 256 piksel
• buffer: 0
Hasil Benchmark
Waktu yang diperlukan OpenLayers untuk menampilkan peta dari server WMS MapServer dan TileCache masing-masing adalah 5.04 detik dan 0.66 detik. TileCache mengurangi waktu
loading peta sebesar 87%.
Perbandingan kinerja TileCache dengan server WMS MapServer dalam melayani permintaan satu tile peta ditunjukkan pada Tabel 13 dan Gambar 14. Kinerja TileCache unggul 100 kali lipat dari server WMS pada tingkat konkurensi di bawah 32. Kinerja TileCache sangat stabil di setiap tingkat konkurensi.
Tabel 13. Perbandingan kinerja server WMS MapServer dengan TileCache
KESIMPULAN DAN SARAN
sesuai dengan jumlah RAM server.
2. Instalasi APC sebagai opcode dan data
Jika setelah mengikuti langkah-langkah di atas kinerja server masih kurang memuaskan, maka TileCache dapat digunakan sebagai alternatif. TileCache mampu meningkatkan kinerja (transaction per second) server WMS hingga 100 kali lipat. Akan tetapi, implementasi TileCache memerlukan arsitektur yang berbeda, sehingga solusi TileCache ini tidak bisa langsung ditambahkan ke dalam aplikasi web GIS berbasis PHP MapScript yang lama.
Saran
Kode sumber PHP perlu dikaji ulang untuk meningkatkan kinerja aplikasi web. Penggunaan pustaka PHP dan JavaScript yang berlebihan akan memperlambat kinerja aplikasi web. Selain itu perlu diterapkan frontend engineering
untuk meningkatkan responsivitas aplikasi web pada sisi klien. Documentation: Release 5.6.6. http://mapserver.org/MapServer-56.pdf
OpenLayers. 2011. OpenLayers: Free Maps for The Web. http://openlayers.org/ [29 Juni 2011]
PostGIS Team. 2010. PostGIS 1.5.1 Manual. http://postgis.refractions.net/download/postg is-1.5.1.pdf
PostgreSQL Global Development Group. 2009.
PostgreSQL 8.4.6 Documentation. http://www.postgresql.org/files/documentati on/pdf/8.4/postgresql-8.4.6-A4.pdf
Smith G. 2010. Server Configuration Tuning in PostgreSQL.
Caching. http://tilecache.org/ [29 Juni 2011] Tonkikh A. 2006. Benchmarks: AMD64 in 32bit
mode vs 64bit mode.
PENDAHULUAN Latar Belakang
Aplikasi web GIS (Geographic Information System) 'Scibun' yang dikembangkan oleh PT. Sucofindo untuk Kementerian Pertanian memiliki data geografis yang besar, yaitu hampir 600 MB dalam bentuk teks SQL. Data geografis tersebut merupakan data perkebunan kelapa sawit, karet, dan kakao di hampir seluruh provinsi di Indonesia. Dengan data sebesar itu, waktu yang diperlukan oleh Scibun untuk menggambar peta sangat lama, bisa lebih dari 10 detik.
Oleh karena itu, perlu dilakukan konfigurasi untuk meningkatkan kinerja server. Scibun menggunakan PostgreSQL untuk menyimpan data geografis dan MapServer (PHP MapScript) untuk menggambar peta.
Tujuan
Penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan kinerja server sehingga aplikasi web GIS
2. Konfigurasi server difokuskan pada aplikasi server PostgreSQL, Apache, PHP, dan MapServer.
3. TileCache dan OpenLayers akan dicoba sebagai aplikasi web GIS alternatif.
4. Benchmark dilakukan pada jaringan
loopback.
TINJAUAN PUSTAKA PostgreSQL
PostgreSQL adalah ORDBMS (Object Relational Database Management System) open source dengan reputasi yang baik dalam kehandalan, integritas data, dan correctness. PostgreSQL dapat berjalan pada sistem operasi Linux, UNIX, maupun Windows. PostgreSQL mendukung penuh ACID (atomicity, consistency, isolation, durability) dan sebagian besar standar ANSI SQL 92/2003. PostgreSQL juga menyediakan antarmuka pemrograman
untuk berbagai bahasa serta dokumentasi yang lengkap. PostgreSQL sangat scalable, mampu menangani kuantitas data yang besar dan mengakomodasi banyak pengguna secara konkuren (PostgreSQL Global Development Group 2009).
PostGIS
PostGIS menambahkan dukungan untuk objek geografis pada PostgreSQL. PostGIS menjadikan server PostgreSQL dapat digunakan sebagai database spasial untuk sistem informasi geografis. PostGIS mendukung standar fungsi, tipe data, dan operasi database spasial dari OGC (Open Geospatial Consortium) (PostGIS Team 2010).
MapServer
MapServer adalah program penggambar data geografis open source yang ditulis dalam bahasa C. MapServer mendukung berbagai dikembangkan oleh MetaCarta. TileCache hanya membutuhkan akses tulis ke harddisk, kemampuan menjalankan skrip CGI Python, dan WMS yang akan di-cache untuk dapat membuat cache dari server WMS apapun. Hasilnya kemudian dapat ditampilkan pada klien yang mendukung WMS-C, seperti OpenLayers (TileCache 2010).
OpenLayers
OpenLayers adalah pustaka JavaScript open source untuk menampilkan data peta pada web browser modern. OpenLayers menyediakan API JavaScript untuk membuat aplikasi web GIS yang interaktif seperti Google Maps (OpenLayers 2011).
Scale-up
PENDAHULUAN Latar Belakang
Aplikasi web GIS (Geographic Information System) 'Scibun' yang dikembangkan oleh PT. Sucofindo untuk Kementerian Pertanian memiliki data geografis yang besar, yaitu hampir 600 MB dalam bentuk teks SQL. Data geografis tersebut merupakan data perkebunan kelapa sawit, karet, dan kakao di hampir seluruh provinsi di Indonesia. Dengan data sebesar itu, waktu yang diperlukan oleh Scibun untuk menggambar peta sangat lama, bisa lebih dari 10 detik.
Oleh karena itu, perlu dilakukan konfigurasi untuk meningkatkan kinerja server. Scibun menggunakan PostgreSQL untuk menyimpan data geografis dan MapServer (PHP MapScript) untuk menggambar peta.
Tujuan
Penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan kinerja server sehingga aplikasi web GIS
2. Konfigurasi server difokuskan pada aplikasi server PostgreSQL, Apache, PHP, dan MapServer.
3. TileCache dan OpenLayers akan dicoba sebagai aplikasi web GIS alternatif.
4. Benchmark dilakukan pada jaringan
loopback.
TINJAUAN PUSTAKA PostgreSQL
PostgreSQL adalah ORDBMS (Object Relational Database Management System) open source dengan reputasi yang baik dalam kehandalan, integritas data, dan correctness. PostgreSQL dapat berjalan pada sistem operasi Linux, UNIX, maupun Windows. PostgreSQL mendukung penuh ACID (atomicity, consistency, isolation, durability) dan sebagian besar standar ANSI SQL 92/2003. PostgreSQL juga menyediakan antarmuka pemrograman
untuk berbagai bahasa serta dokumentasi yang lengkap. PostgreSQL sangat scalable, mampu menangani kuantitas data yang besar dan mengakomodasi banyak pengguna secara konkuren (PostgreSQL Global Development Group 2009).
PostGIS
PostGIS menambahkan dukungan untuk objek geografis pada PostgreSQL. PostGIS menjadikan server PostgreSQL dapat digunakan sebagai database spasial untuk sistem informasi geografis. PostGIS mendukung standar fungsi, tipe data, dan operasi database spasial dari OGC (Open Geospatial Consortium) (PostGIS Team 2010).
MapServer
MapServer adalah program penggambar data geografis open source yang ditulis dalam bahasa C. MapServer mendukung berbagai dikembangkan oleh MetaCarta. TileCache hanya membutuhkan akses tulis ke harddisk, kemampuan menjalankan skrip CGI Python, dan WMS yang akan di-cache untuk dapat membuat cache dari server WMS apapun. Hasilnya kemudian dapat ditampilkan pada klien yang mendukung WMS-C, seperti OpenLayers (TileCache 2010).
OpenLayers
OpenLayers adalah pustaka JavaScript open source untuk menampilkan data peta pada web browser modern. OpenLayers menyediakan API JavaScript untuk membuat aplikasi web GIS yang interaktif seperti Google Maps (OpenLayers 2011).
Scale-up
Benchmarking
Meskipun sering dikritik, benchmark adalah cara yang efektif dan terjangkau dalam menjalankan eksperimen. Intinya, benchmark
adalah sebuah sampel dari suatu domain tugas; sampel ini kemudian dieksekusi oleh komputer. Pengukuran kinerja dilakukan selama proses eksekusi. Sebuah benchmark menyediakan medan yang setara untuk ide-ide yang saling berlawanan, dan jika benchmark tersebut cukup representatif, benchmark dapat menghasilkan perbandingan yang dapat diulang dan objektif. Paling tidak, benchmark dapat menyingkirkan pendekatan yang keliru dan klaim yang berlebihan (Tichy 1997).
METODOLOGI PENELITIAN Aplikasi Web GIS dan Data Geografis
Aplikasi web GIS Scibun digunakan untuk menguji kinerja server. Scibun ditulis dalam bahasa PHP dan menggunakan ekstensi PHP MapScript untuk menggambar peta.
Data geografis yang digunakan adalah hasil survey perkebunan oleh PT. Sucofindo. Namun, halaman peta yang diuji hanya peta awal, yaitu peta administrasi yang terdiri dari tiga layer
data geografis, yaitu provinsi, kabupaten, dan jalan. Hal ini dilakukan karena pada saat penelitian, data pada layer perkebunan belum lengkap seluruhnya.
Selain halaman peta, halaman awal (indeks) Scibun juga digunakan untuk menguji kinerja server. Hal ini dilakukan supaya tidak hanya halaman peta saja yang menjadi lebih cepat, tetapi juga untuk keseluruhan halaman aplikasi web.
Prosedur Benchmark
Benchmark dilakukan secara sistematis, yaitu dengan mengkonfigurasi satu opsi dalam satu waktu, kemudian dibandingkan hasilnya. Tidak semua opsi diuji, hanya beberapa opsi yang dianggap mempengaruhi kinerja server saja. Jika ternyata hasil konfigurasi untuk opsi tersebut meningkatkan kinerja server, maka konfigurasi tersebut akan tetap dipertahankan. Tetapi jika tidak, konfigurasi pada opsi tersebut dikembalikan seperti semula. Diagram alur untuk prosedur benchmark untuk satu iterasi dapat dilihat pada Gambar 1.
Penjelasan dari langkah-langkah diagram alur pada Gambar 1 di atas adalah sebagai berikut:
• Tuning: mengkonfigurasi salah satu opsi pada aplikasi server.
• Benchmark: menjalankan program
benchmark untuk mengukur kinerja server.
• Faster?: membandingkan kinerja server setelah konfigurasi dengan yang sebelumnya. Kinerja server diukur dengan metrik transaction per second.
• Rollback: jika ternyata hasil konfigurasi tidak meningkatkan kinerja server, maka konfigurasi opsi tersebut dikembalikan seperti semula dan kembali melakukan
tuning.
Benchmark dilakukan pada setiap komponen aplikasi server. Urutan komponen server yang akan dikonfigurasi adalah PostgreSQL, Apache, PHP, dan MapServer. TileCache akan dicoba jika semua komponen di atas telah dikonfigurasi secara optimal.
Secara umum, program 'siege' digunakan
untuk mensimulasikan pengguna dalam waktu bersamaan (konkuren). Benchmark dilakukan pada tingkat konkurensi pengguna 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, dan 512. Jika benchmark pada tingkat konkurensi tertentu terjadi kegagalan transaksi lebih dari 1%, maka benchmark
dihentikan. Artinya, server tidak dapat melayani permintaan pada tingkat konkurensi tersebut dengan baik. Metrik yang dibandingkan dari hasil benchmark ini adalah nilai transaction per second.
Benchmarking
Meskipun sering dikritik, benchmark adalah cara yang efektif dan terjangkau dalam menjalankan eksperimen. Intinya, benchmark
adalah sebuah sampel dari suatu domain tugas; sampel ini kemudian dieksekusi oleh komputer. Pengukuran kinerja dilakukan selama proses eksekusi. Sebuah benchmark menyediakan medan yang setara untuk ide-ide yang saling berlawanan, dan jika benchmark tersebut cukup representatif, benchmark dapat menghasilkan perbandingan yang dapat diulang dan objektif. Paling tidak, benchmark dapat menyingkirkan pendekatan yang keliru dan klaim yang berlebihan (Tichy 1997).
METODOLOGI PENELITIAN Aplikasi Web GIS dan Data Geografis
Aplikasi web GIS Scibun digunakan untuk menguji kinerja server. Scibun ditulis dalam bahasa PHP dan menggunakan ekstensi PHP MapScript untuk menggambar peta.
Data geografis yang digunakan adalah hasil survey perkebunan oleh PT. Sucofindo. Namun, halaman peta yang diuji hanya peta awal, yaitu peta administrasi yang terdiri dari tiga layer
data geografis, yaitu provinsi, kabupaten, dan jalan. Hal ini dilakukan karena pada saat penelitian, data pada layer perkebunan belum lengkap seluruhnya.
Selain halaman peta, halaman awal (indeks) Scibun juga digunakan untuk menguji kinerja server. Hal ini dilakukan supaya tidak hanya halaman peta saja yang menjadi lebih cepat, tetapi juga untuk keseluruhan halaman aplikasi web.
Prosedur Benchmark
Benchmark dilakukan secara sistematis, yaitu dengan mengkonfigurasi satu opsi dalam satu waktu, kemudian dibandingkan hasilnya. Tidak semua opsi diuji, hanya beberapa opsi yang dianggap mempengaruhi kinerja server saja. Jika ternyata hasil konfigurasi untuk opsi tersebut meningkatkan kinerja server, maka konfigurasi tersebut akan tetap dipertahankan. Tetapi jika tidak, konfigurasi pada opsi tersebut dikembalikan seperti semula. Diagram alur untuk prosedur benchmark untuk satu iterasi dapat dilihat pada Gambar 1.
Penjelasan dari langkah-langkah diagram alur pada Gambar 1 di atas adalah sebagai berikut:
• Tuning: mengkonfigurasi salah satu opsi pada aplikasi server.
• Benchmark: menjalankan program
benchmark untuk mengukur kinerja server.
• Faster?: membandingkan kinerja server setelah konfigurasi dengan yang sebelumnya. Kinerja server diukur dengan metrik transaction per second.
• Rollback: jika ternyata hasil konfigurasi tidak meningkatkan kinerja server, maka konfigurasi opsi tersebut dikembalikan seperti semula dan kembali melakukan
tuning.
Benchmark dilakukan pada setiap komponen aplikasi server. Urutan komponen server yang akan dikonfigurasi adalah PostgreSQL, Apache, PHP, dan MapServer. TileCache akan dicoba jika semua komponen di atas telah dikonfigurasi secara optimal.
Secara umum, program 'siege' digunakan
untuk mensimulasikan pengguna dalam waktu bersamaan (konkuren). Benchmark dilakukan pada tingkat konkurensi pengguna 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, dan 512. Jika benchmark pada tingkat konkurensi tertentu terjadi kegagalan transaksi lebih dari 1%, maka benchmark
dihentikan. Artinya, server tidak dapat melayani permintaan pada tingkat konkurensi tersebut dengan baik. Metrik yang dibandingkan dari hasil benchmark ini adalah nilai transaction per second.
Opsi benchmark dibedakan antara halaman peta dengan halaman indeks. Benchmark pada halaman peta hanya dilakukan sebanyak empat kali permintaan karena loading halaman ini cukup lama, sedangkan benchmark pada halaman indeks dilakukan selama 60 detik.
Benchmark dilakukan sebanyak tiga kali ulangan pada tiap tingkat konkurensi, kemudian diambil rataannya. Di antara tiap ulangan, diberikan jeda 30 detik agar jumlah proses anak server PostgreSQL dan Apache kembali normal. Server tidak di-restart supaya cache aplikasi web tetap ada. Jika cache hilang, kinerja server akan menurun dan mempengaruhi hasil
benchmark. Berikut adalah contoh skrip shell
untuk mengotomatisasi prosedur benchmark
seperti di atas.
#!/bin/bash
MAP="http://localhost/scibun/map.php" IDX="http://localhost/scibun/index.php" for c in 4 8 16 32 64 128 256 512; do echo "konkurensi = $c"
for i in 1 2 3; do prosesor dengan arsitektur 64-bit (x86-64). Jumlah RAM pada server ini adalah 2 GB.
Scale-up perlu dilakukan pada server untuk memanfaatkan jumlah RAM ini secara optimal. Berikut adalah spesifikasi server ini.
Name: Extron NetSystem E400
CPU: Intel Xeon E5606 Quad Core 2.13 GHz RAM: UDIMM DDR3 2 GB - 1333 ECC
Harddisk: SATA 500 GB, 7200 RPM Network: 2x Gigabit Ethernet NIC
Kecepatan tulis dan baca harddisk pada server adalah 88 MB/s dan 107 MB/s. Metode pengukuran kecepatan harddisk dilakukan menggunakan program 'dd' dengan perintah di bawah ini.
# dd if=/dev/zero of=bigfile bs=8k \ count=500000 && sync
# dd if=bigfile of=/dev/null bs=8k
Nilai count didapat dari jumlah total RAM dikalikan dua, kemudian dibagi dengan bs
(blocksize) sebesar 8 kB. Tujuan dari besar file
dua kali dari jumlah RAM adalah untuk menghindari disk caching ke RAM.
S
istem Operasi
Sistem operasi yang dipilih untuk server ini adalah Debian GNU/Linux 6.0, kernel 2.6.32-5-amd64. Debian merupakan distribusi GNU/Linux yang banyak digunakan sebagai server web. Menurut data survei bulan Juni 2011 dari W3Techs, 9.3% situs web tersibuk di dunia memakai Debian.
Perangkat lunak server memakai distribusi 64-bit. Keuntungan arsitektur 64-bit dari segi kinerja adalah kecepatan server akan meningkat. Kinerja server Apache meningkat 39.2% dengan menggunakan perangkat lunak 64-bit (Tonkikh 2006).
Server hanya diinstal perangkat lunak yang dibutuhkan. Semua paket aplikasi diunduh dari repositori resmi Debian dengan pilihan distribusi versi stable. Aplikasi server yang dipakai pada server ini antara lain:
• PostgreSQL 8.4.7
Nilai waktu eksekusi maksimum skrip PHP
default adalah 30 detik. Karena permintaan data spasial yang berukuran besar, maka waktu 30 detik ini terkadang tidak cukup, sehingga banyak permintaan yang terhenti di tengah jalan dan mengakibatkan kegagalan akses. Untuk mengatasinya, opsi waktu eksekusi maksimum ditambah menjadi 60 detik. Berikut adalah perintah untuk mengubah opsi ini.
Opsi benchmark dibedakan antara halaman peta dengan halaman indeks. Benchmark pada halaman peta hanya dilakukan sebanyak empat kali permintaan karena loading halaman ini cukup lama, sedangkan benchmark pada halaman indeks dilakukan selama 60 detik.
Benchmark dilakukan sebanyak tiga kali ulangan pada tiap tingkat konkurensi, kemudian diambil rataannya. Di antara tiap ulangan, diberikan jeda 30 detik agar jumlah proses anak server PostgreSQL dan Apache kembali normal. Server tidak di-restart supaya cache aplikasi web tetap ada. Jika cache hilang, kinerja server akan menurun dan mempengaruhi hasil
benchmark. Berikut adalah contoh skrip shell
untuk mengotomatisasi prosedur benchmark
seperti di atas.
#!/bin/bash
MAP="http://localhost/scibun/map.php" IDX="http://localhost/scibun/index.php" for c in 4 8 16 32 64 128 256 512; do echo "konkurensi = $c"
for i in 1 2 3; do prosesor dengan arsitektur 64-bit (x86-64). Jumlah RAM pada server ini adalah 2 GB.
Scale-up perlu dilakukan pada server untuk memanfaatkan jumlah RAM ini secara optimal. Berikut adalah spesifikasi server ini.
Name: Extron NetSystem E400
CPU: Intel Xeon E5606 Quad Core 2.13 GHz RAM: UDIMM DDR3 2 GB - 1333 ECC
Harddisk: SATA 500 GB, 7200 RPM Network: 2x Gigabit Ethernet NIC
Kecepatan tulis dan baca harddisk pada server adalah 88 MB/s dan 107 MB/s. Metode pengukuran kecepatan harddisk dilakukan menggunakan program 'dd' dengan perintah di bawah ini.
# dd if=/dev/zero of=bigfile bs=8k \ count=500000 && sync
# dd if=bigfile of=/dev/null bs=8k
Nilai count didapat dari jumlah total RAM dikalikan dua, kemudian dibagi dengan bs
(blocksize) sebesar 8 kB. Tujuan dari besar file
dua kali dari jumlah RAM adalah untuk menghindari disk caching ke RAM.
S
istem Operasi
Sistem operasi yang dipilih untuk server ini adalah Debian GNU/Linux 6.0, kernel 2.6.32-5-amd64. Debian merupakan distribusi GNU/Linux yang banyak digunakan sebagai server web. Menurut data survei bulan Juni 2011 dari W3Techs, 9.3% situs web tersibuk di dunia memakai Debian.
Perangkat lunak server memakai distribusi 64-bit. Keuntungan arsitektur 64-bit dari segi kinerja adalah kecepatan server akan meningkat. Kinerja server Apache meningkat 39.2% dengan menggunakan perangkat lunak 64-bit (Tonkikh 2006).
Server hanya diinstal perangkat lunak yang dibutuhkan. Semua paket aplikasi diunduh dari repositori resmi Debian dengan pilihan distribusi versi stable. Aplikasi server yang dipakai pada server ini antara lain:
• PostgreSQL 8.4.7
Nilai waktu eksekusi maksimum skrip PHP
default adalah 30 detik. Karena permintaan data spasial yang berukuran besar, maka waktu 30 detik ini terkadang tidak cukup, sehingga banyak permintaan yang terhenti di tengah jalan dan mengakibatkan kegagalan akses. Untuk mengatasinya, opsi waktu eksekusi maksimum ditambah menjadi 60 detik. Berikut adalah perintah untuk mengubah opsi ini.
Tabel 1. Konsumsi RAM per proses dapat dilihat pada Tabel 2. Server hanya mampu melayani permintaan halaman peta dengan baik sampai tingkat konkurensi 16. Kinerja server menurun drastis pada tingkat konkurensi 32. Adapun untuk halaman indeks, server masih mampu melayani permintaan untuk tingkat konkurensi yang lebih tinggi lagi.
Tabel 2. Kinerja server awal
Konkurensi Peta Indeks
Konfigurasi server PostgreSQL terletak pada
/etc/postgresql/8.4/main/postgresql.conf.
Penjelasan dari PostgreSQL Global Develop-ment Group (2009) mengenai opsi-opsi yang akan dikonfigurasi adalah sebagai berikut:
• shared_buffers: Opsi ini mengatur jumlah RAM yang dialokasikan sebagai shared buffer. Nilai yang disarankan adalah 25% dari jumlah RAM yang tersedia. Nilai awalnya adalah 24 MB.
• effective_cache_size: Opsi ini menunjuk-kan ukuran cache yang tersedia bagi query planner. Jika cache mencukupi, maka akan digunakan index scan daripada sequential scan biasa. Nilai awalnya adalah 128 MB.
• max_connections: Opsi ini mengatur jumlah koneksi maksimum yang dapat dilayani oleh server dalam satu waktu. Opsi ini digunakan untuk meminimalkan disk swapping. Nilai awalnya adalah 100.
• work_mem: Opsi ini mengatur jumlah RAM
yang dialokasikan untuk operasi sorting
internal. Nilai awalnya adalah 1 MB.
Scale-up
shared_buffers = 256MB effective_cache_size = 768MB max_connections = 32
Konfigurasi PostgreSQL perlu dilakukan
scale-up untuk memanfaatkan RAM pada server secara optimal. Alokasi RAM server dapat dilihat pada Gambar 2. Jumlah RAM yang dialokasikan untuk PostgreSQL dan sistem operasi adalah 1024 MB. Nilai shared_buffers
adalah 25%-nya, yaitu 256 MB. Nilai
effective_cache_size adalah 75%-nya, yaitu
768 MB (Smith 2010). Nilai max_connections
didapat dari jumlah alokasi RAM untuk PostgreSQL dibagi dengan rataan konsumsi RAM per proses PostgreSQL (Temme 2007). Jika tidak terjadi swapping, maka nilai ini dapat dinaikkan lagi.
koneksimax= alokasi RAM konsumsi RAM per proses
Dari rumus di atas, didapat nilai
max_connections: 768 MB / ((50+6)/2) MB = 768 / 28 ≈ 27. Setelah dilakukan benchmark, ternyata masih ada RAM yang tersisa, sehingga nilai max_connections dapat dinaikkan lagi. Pada saat max_connections 32, penggunaan
RAM sudah optimal tanpa terjadi swapping. Hasil konfigurasi ini dapat dilihat pada Tabel 3 dan Gambar 3. Kinerja server secara umum sama seperti kondisi awal. Akan tetapi, server sekarang mampu melayani permintaan halaman peta dengan baik sampai tingkat konkurensi 256. Artinya, konfigurasi scale-up
ini telah berhasil memperbaiki kemampuan server dalam melayani permintaan pada konkurensi yang lebih tinggi.
Tabel 3. Kinerja server setelah scale-up
PostgreSQL
Koneksi Maksimum menyebabkan swapping berlebihan. Akibatnya, server menjadi sangat lambat, karena prosesor harus berulang kali mengambil data dari swap disk.
Jadi, jumlah koneksi perlu dibatasi agar server tetap berjalan optimal. Jika permintaan melebihi jumlah koneksi, maka kelebihan permintaan tersebut langsung ditolak, sehingga tidak mengganggu jalannya permintaan lain server. Hal ini disebabkan query data geografis ke server PostgreSQL tidak terdapat operasi
sorting yang kompleks.
Apache
Konfigurasi utama server web Apache terletak pada /etc/apache2/apache2.conf. Penjelasan dari Apache Software Foundation (2008) mengenai opsi-opsi yang akan dikonfigurasi adalah sebagai berikut:
• MaxClients: Opsi ini mengatur jumlah koneksi maksimum yang dapat diproses
secara konkuren. Nilai ini juga menunjukkan jumlah proses anak maksimum yang dapat dibuat untuk melayani permintaan. Nilai awalnya adalah 100.
• KeepAliveTimeout: Opsi ini mengatur berapa detik server akan menunggu untuk melayani permintaan selanjutnya dari koneksi yang sama, sebelum koneksi tersebut diputus. Nilai awalnya adalah 15.
• DirectoryIndex: Opsi ini berisi urutan daftar berkas yang akan ditampilkan jika klien mengakses sebuah direktori. Urutan awalnya adalah: index.html, index.cgi, index.pl, klien maksimum ini didapat dari alokasi RAM untuk Apache dibagi dengan dengan konsumsi RAM per proses Apache (Temme 2007). Hasil perhitungan untuk jumlah klien maksimum adalah sebagai berikut: 1024 MB / 16 MB = 64.
Hasil scale-up dapat dilihat pada Tabel 4. Kinerja server meningkat secara signifikan pada tingkat konkurensi di atas 64. Kinerja halaman peta dan indeks masing-masing meningkat 5% dan 10%.
Tabel 4. Kinerja server setelah scale-up Apache
Konkurensi Peta Indeks
Penurunan waktu KeepAliveTimeout hanya
sedikit meningkatkan kinerja server. Hasilnya dapat dilihat pada Tabel 5. Kinerja halaman peta dan indeks masing-masing meningkat 2% dan 0.3% pada tingkat konkurensi 64 ke atas.
Hal ini dikarenakan benchmark server hanya dilakukan di localhost saja, sehingga efek jaringan tidak terlihat. KeepAlive sangat berguna bagi halaman yang memiliki banyak objek berukuran kecil dan bagi klien yang memiliki koneksi internet yang lambat.
Gambar 3. Kinerja server sebelum dan setelah
scale-up PostgreSQL untuk halaman peta.
Tabel 5. Kinerja server setelah menurunkan direktori saja, misalnya http://localhost/scibun/. Server kemudian melihat opsi ini untuk mencari berkas indeks yang akan ditampilkan. Karena langsung sebesar 0.4% pada tingkat konkurensi 128.
Mematikan Modul AutoIndex dan CGI
# a2dismod autoindex cgi
Modul Apache yang tidak digunakan sebaiknya dimatikan, karena modul ini akan menambah konsumsi RAM per proses Apache. Selain itu, modul AutoIndex juga dapat menjadi celah keamanan bagi server. Jika modul ini aktif, klien dapat menjelajahi isi direktori server dengan leluasa.
Hasil konfigurasi ini dapat dilihat pada Tabel 6. Kinerja halaman peta dan indeks masing-masing meningkat 5% dan 0.2% pada tingkat konkurensi 64 ke atas.
Tabel 6. Kinerja server setelah mematikan modul AutoIndex dan CGI Apache
Konkurensi Peta Indeks
meningkat setelah dilakukan beberapa konfigurasi di atas. Perbandingan kinerja server sebelum dan sesudah konfigurasi Apache untuk halaman peta dan indeks dapat dilihat masing-masing pada Gambar 4 dan 5. Kinerja server untuk halaman indeks juga menjadi lebih stabil pada tingkat konkurensi di atas 64.
PHP
Konfigurasi PHP secara umum dilakukan dengan cara mengubah kode sumber PHP Scibun. Pengubahan ini diusahakan seminimal mungkin tanpa mengubah fungsi aplikasi web. Selain itu juga ditambahkan modul caching
pada PHP untuk meningkatkan kinerja server. Gambar 4. Kinerja server setelah konfigurasi
Apache untuk halaman peta.
Perbaiki Pesan Peringatan melaporkan pesan peringatan. Potongan kode di bawah ini perlu ditambahkan pada bagian paling atas kode sumber PHP supaya hanya pesan kesalahan yang akan dilaporkan.
<?php
error_reporting(E_ERROR); ?>
Hasil perbaikan ini dapat dilihat pada Tabel 7. Kinerja halaman peta dan indeks masing-masing meningkat 1.6% dan 0.3% pada tingkat konkurensi 64 ke atas. Tapi perlu diingat bahwa solusi di atas adalah solusi sementara. Solusi yang ideal adalah dengan memperbaiki semua pesan peringatan sehingga kinerja dan keamanan aplikasi web meningkat.
Tabel 7. Kinerja server setelah memperbaiki pesan peringatan PHP
Setelah menelusuri system call Apache pada halaman indeks, ternyata ada satu include path
yang kurang tepat. Akibatnya PHP akan
Hasil perbaikan ini dapat dilihat pada Tabel 8. Kinerja halaman indeks meningkat 0.3% pada tingkat konkurensi 64 ke atas, sedangkan untuk halaman peta tidak ditemukan include path yang bermasalah.
Tabel 8. Kinerja server setelah memperbaiki
include path PHP
PHP adalah interpreted language. Skrip PHP dikompilasi menjadi opcode untuk kemudian dijalankan oleh interpreter PHP. Hasil kompilasi ini perlu disimpan ke dalam suatu cache, sehingga server tidak perlu melakukan kompilasi ulang setiap kali halaman web diakses.
Salah satu implementasi opcode cache untuk PHP adalah APC (Alternative PHP Cache). APC akan menyimpan opcode hasil kompilasi ke dalam shared memory secara otomatis. Kinerja aplikasi web PHP semakin meningkat karena opcode disimpan di dalam RAM.
Pengaruh opcode cache pada Scibun dapat dilihat pada Tabel 9. Kinerja halaman peta dan indeks meningkat masing-masing 2% dan 76% pada tingkat konkurensi 64 sampai 256. Kinerja halaman peta hanya meningkat sedikit karena waktu prosesor lebih banyak digunakan untuk menggambar peta.
Tabel 9. Kinerja server setelah instalasi APC
Konkurensi Peta Indeks dari cache, sehingga kinerja server meningkat. Ekstensi PHP 'XDebug' dapat digunakan untuk mengidentifikasi bagian kode yang menjadi