MODEL ANTRIAN DALAM ANALISIS KINERJA SISTEM VIRTUAL MACHINE
TESIS
Oleh:
HAFNI 107038039/TINF
PROGRAM STUDI (S2) TEKNIK INFORMATIKA
FAKULTAS ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI INFORMASI UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2013
MODEL ANTRIAN DALAM ANALISIS KINERJA SISTEM VIRTUAL MACHINE
TESIS
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh ijazah Magister Teknik Informatika
Oleh:
HAFNI 107038039/TINF
PROGRAM STUDI MAGISTER (S2) TEKNIK INFORMATIKA FAKULTAS ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI INFORMASI
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2013
PENGESAHAN
Judul Tesis : MODEL ANTRIAN DALAM ANALISIS KINERJA SISTEM VIRTUAL MACHINE
Nama Mahasiswa : HAFNI Nomor Induk Mahasiwa : 107038039
Program Studi : Magister Teknik Informatika
Fakultas : Ilmu Komputer dan Teknologi Informasi Universitas Sumatera Utara
Komisi Pembimbing :
Pembimbing 2 Pembimbing 1
Dr. Benny Benyamin Nasution Prof. Dr. Opim Salim Sitompul
Diketahui/Disetujui Oleh
Program Studi Magister (S2) Teknik Informatika Ketua :
Prof. Dr. Muhammad Zarlis
Nip. 195707011986011003
Telah diuji pada
Tanggal : 19 Desember 1913
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua : Prof. Dr. Opim Salim Sitompul Anggota : 1. Dr. Benny Benyamin Nasution
2. Prof. Dr. Muhammad Zarlis 3. Prof. Dr. Herman Mawengkang 4. Prof. Dr. Drs. Iryanto, M.Si
KATA PENGANTAR
Pertama-tama penulis panjatkan puji syukur kepada ALLAH SWT, atas segala limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga tesis ini dapat diselesaikan tepat pada waktunya. Dengan selesainya tesis ini, perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar- besarnya kepada :
Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, M.Sc (CTM), Sp. A(K) atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister.
Dekan Fasilkom-TI (Fakultas Ilmu Komputer dan Teknologi Informasi) Universitas Sumatera Utara Prof. Dr. Muhammad Zarlis, atas kesempatan yang diberikan kepada penulis menjadi mahasiswa Program Magister pada Program Pascasarjana Fasilkom-TI Universitas Sumatera Utara.
Ketua Program Studi Magister (S2) Teknik Informatika, Prof. Dr. Muhammad Zarlis dan Sekretaris Program Studi M. Andri Budiman, S.T, M.Comp, M.E.M beserta seluruh staff pengajar pada Program Studi Magister (S2) Teknik Informatika Program Pascasarjana Fasilkom-TI Universitas Sumatera Utara, yang telah bersedia membimbing penulis sehingga dapat menyelesaikan pendidikan tepat pada waktunya.
Terima kasih yang tak terhingga dan penghargaan setinggi-tingginya penulis ucapkan kepada Prof. Dr. Opim Salim Sitompul selaku pembimbing utama dan kepada Dr. Benny Benyamin Nasution, selaku pembimbing Anggota yang dengan penuh kesabaran menuntun serta membimbing penulis hingga selesainya tesis ini dengan baik.
Terima kasih yang tak terhingga dan penghargaan setinggi-tingginya penulis ucapkan kepada Prof. Dr. Muhammad Zarlis, Prof. Dr. Drs. Iryanto,M.Si dan Prof. Dr Herman
Mawengkang, sebagai pembanding yang telah memberikan saran dan mutivasi serta arahan yang baik demi penyelesaian tesis ini.
Staff Pegawai dan Administrasi pada Program Studi Magister (S2) Teknik Informatika Program Pascasarjana Fasilkom-TI Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan dan pelayanan terbaik kapada penulis selama mengikuti perkuliahan hingga saat ini.
Kepada Ayahanda Alm. Bukhari Lubis, Ibunda Yunismah selaku orang tua, kepada A.
Sirait dan T. Manurung selaku mertua, kepada Istri tersayang Lenni Marlina br Sirait, Amd, dan kepada ketiga buah hati penulis Hanifah Khairunnisa br Lubis, Khaiyirah Rahmadani br Lubis dan Salsa Nuriah Sabila br Lubis, kepada abangda dan kakanda, yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, terima kasih atas segala pengorbanannya, baik moril maupun materil budi baik ini tidak dapat dibalas hanya diserahkan kepada ALLAH SWT.
Rekan mahasiswa/i Angkatan kedua tahun 2010 pada Program Pascasarjana Fakultas Fasilkom-TI Universitas Sumatera Utara yang telah banyak membantu penulis baik berupa dorongan semangat dan doa selama mengikuti perkuliahan.
Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu dalam tesis ini, terimakasih atas segala bantuan dan doa yang diberikan. Dengan segala kekurangan dan kerendahan hati, sekali lagi penulis mengucapkan terima kasih. Semoga kiranya ALLAH SWT yang membalas segala bantuan dan kebaikan yang telah diberikan.
Medan, 19 Desember 2013 Penulis,
HAFNI
NIM :107038039
ABSTRAK
Virtualisasi adalah suatu konsep yang digunakan untuk pembagian sumber daya, seperti sistem operasi, server, perangkat penyimpanan atau sumber daya jaringan. Dengan virtualisasi, beberapa sistem operasi dapat berjalan bersamaan dengan aman pada satu mesin.
Proses virtualisasi ditangani oleh satu kernel kecil yang disebut hypervisor atau virtual machine monitor (VMM), yang dapat membuat satu atau lebih virtual machine. Teknologi virtualisasi dapat mengurangi kompleksitas pengembangan perangkat keras dan perangkat lunak, distribusi pengujian dan pemeliharaan. Dari sisi sistem operasi, teknologi virtualisasi dapat menghindari ketidaksesuaian perangkat keras, menghemat waktu dan biaya pengujian, meminimalkan biaya upgrade serta menghilangkan masalah ketidaksesuaian perangkat lunak pada mesin.
Perangkat lunak VMware Workstation yang digunakan untuk membangun virtual machine, metode pengujian yang dilakukan dengan menjalankan beberapa model antrian seperti FCFS, SJF, round robin serta priority ke dalam virtual machine. Di dalam pengujian yang dilakukan dengan rata-rata waktu menunggu, rata-rata waktu respon dan rata-rata waktu turnaround serta mencatat waktu CPU memproses job, waktu CPU idle dan waktu CPU busy, dari parameter tesebut diharapkan tujuan penelitian adalah diketahuinya virtual machine yang lebih efesien dan optimal 60% dalam memproses job yang diuji dengan beberapa model antrian adalah sistem virtual machine 2. Penelitian lanjutan yang sangat berpotensi adalah dari pengembangan tesis ini membangun simulasi secara online.
Kata Kunci : Virtual Machine, Waktu Tunggu, Waktu Respon dan waktu turnaround, Sumber daya
i
QUEUE MODEL OF PERFORMANCE ANALYSIS VIRTUAL MACHINE SYSTEM
ABSTRACT
Virtualization is a concept that is used for the distribution of resources, such as operating systems, server, storage device or network resources. With virtualization, multiple operating systems can run concurrently on one machine safely. Virtualization process is handled by a small kernel called the hypervisor or virtual machine monitor ( VMM ) , which can create one or more virtual machines. Virtualization technology can reduce the complexity of development of hardware and software, testing and maintenance of distribution. In terms of operating systems, virtualization technology can avoid hardware incompatibility, saving time and cost of testing, minimizing costs and eliminating incompatibility issues upgrading the software on the machine
VMware Workstation software is used to build a virtual machine, the method of testing is done by running some queuing models such as FCFS, SJF, round robin and priority to the virtual machine. In the tests performed with an average wait time, average response time and average turnaround time and record the CPU time to process a job, the CPU idle time and CPU busy time, of parameters expected proficiency level is known study destination virtual machine more efficient and optimal 60% processing jobs that were tested with several models of queuing is virtual machine system 1. Advanced research potential of the development of this thesis is to build simulations online.
Keywords : Virtual Machine , Virtualization , Wait Time , Time Services , Resources
ii
Halaman DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL PENGESAHAN
PERNYATAAN ORISINALITAS
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI PANITIA PENGUJI
RIWAYAT HIDUP KATA PENGANTAR
ABSTRAK i
ABSTRACT ii
DAFTAR ISI iii
DAFTAR TABEL vii
DAFTAR GAMBAR viii
DAFTAR LAMPIRAN ix
BAB 1 PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Perumusan Masalah 3
1.3 Batasan Masalah 3
iii
1.4 Tujuan Penelitian 4
1.5 Manfaat Penelitian 4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 5
2.1 Virtual Machine 5
2.1.1 Kelebihan Virtual Machine (VM) 6 2.1.2 Kekurangan Virtual Machine (VM) 7
2.2 Jenis–Jenis Virtual Machine 7
2.2.1 Sistem Virtual Machine 7
2.2.2 Proses Virtual Machine 8
2.2.3 Virtualisasi Penuh 8
2.2.4 Virtualisasi Paruh 9
2.2.5 Virtualisasi Asli 9
2.3 VMware Workstation Versi 9. 9
2.4 Model Antrian 9
2.4.1 Komponen Dasar Dalam Sistem Antrian 10
2.4.2 Proses Markov 13
2.4.3 Notasi Kendall 14
2.4.4 Kondisi Stabil 16
2.4.4.1 Jumlah Dalam Sistem vs Jumlah Dalam Antrian 16
2.4.4.2 Jumlah vs Waktu 16
2.4.4.3 Waktu Dalam Sistem vs Waktu DAlam Antrian 17 2.4.5 Antrian Pada Jaringan (Network of queue) 17
iv
2.4.6 Jaringan Terbuka 18 2.4.8 Jenis-Jenis Bentuk Antrian 20
2.4.7 Teori Jackson 20
2.4.9 Waktu Perhitungan 22
2.5 Penelitian Terkait 23
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN 25
3.1 Waktu Penelitian 25
3.2 Bagan Alir Penelitian 25
3.2.1 Data (job) 26
3.2.2 Analisa dan Rancangan Penelitian 26 3.2.3 Arsitektur Virtual Machine Dengan Klien 27
3.2.4 Menentukan Model Antrian 28
3.2.5 Menentukan Virtual Machine 28
3.2.5.1 Proses Antrian Pada Virtual Machine 1 28 3.2.5.2 Proses Antrian Pada Virtual Machine 2 29 3.2.5.3 Proses Antrian Pada Virtual Machine 1 dan Virtual
Machine 2 29
3.3 Simulasi 30
3.3.1 FCFS ( First Come Fisrt Served) 30
3.3.2 Shortest Job First ( SJF) 31
3.3.2.1 SJF Non-Preemptive 31
3.3.2.2 SJF Preemptive : 33
v
3.3.3 Round Robin 34
3.3.4 Prioritas 36
3.3.4.1 Priority Preemptive 36
3.3.4.2 Priority Non Preemptive 37
BAB 4 HASIL DAN ANALISIS 39
4.1 Pengujian Antara Client Dengan Server Pada Virtual Machine 39 4.2 Aktivitas UML Login Dari Client Dengan Server Pada
Virtual Machine 40
4.3 Aktivitas Program Menggunakan UML Pada Virtual Machine 1 (Windows 7 Ultimate) dan Virtual Machine 2
(Linux Fedora Core 17) 41
4.4 Hasil Pengujian Pada Virtual Machine Dengan Beberapa
Model Antrian 42
4.4.1 Hasil Pengujian Client 1 Pada Virtual Machine 1 43 4.4.2 Hasil Pengujian Client 2 Pada Virtual Machine 2 44
4.5. Hasil Pengujian Client 1 dan Client 2 Kecepatan
Pada Virtual Machine. 45
4.6 Hasil Pengujian Client 1 dan Client 2 CPU
Dalam Virtual Machine 1 dan Virtual Machine 2. 46 4.7 Analisis Kinerja Sistem Virtual Machine. 48 4.7.1 Analisis Nilai Minimum Waktu Tunggu, Nilai Minimum
Waktu Respon dan Nilai Minimum Waktu Turnaround. 48 4.7.2 Analisis Nilai Maksimum Waktu Tunggu, Nilai Maksimum Waktu Respon dan Nilai Maksimum Waktu Turnaround. 48 4.7.3 Analisis Nilai Rata-rata Waktu Tunggu, Nilai Rata-rata
Waktu Respon dan Nilai Rata-rata Waktu Turnaround. 49
vi
4.8 Analisis Berdasarkan Pengujian Kecepatan Masing-masing
Sistem Virtual Machine. 49
4.9 Analisis Kinerja Sistem Virtual Machine Berdasarkan CPU Time,
CPU Idle dan CPU Busy 49
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 51
5.1 Kesimpulan 51
5.2 Saran-Saran 51
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR PUBLIKASI ILMIAH PENULIS TESIS
vii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 3.1 : Perhitungan Pada FCFS 30
Tabel 3.2 : Perhitungan Pada SJF Non Preemptive 32
Tabel 3.3 : Perhitungan Pada SJF Preemptive 33
Tabel 3.4 : Perhitungan Pada Round Robin 35
Tabel 3.5 : Perhitungan Pada Priority 36
Tabel 4.1 : Hasil Pengujian Client 1Wait, Respon Dan Turnaround
Virtual Machine 1 43
Tabel 4.2 : Hasil Pengujian Client 2 Wait, Respon dan Turnaround
Virtual Machine 2 44
Tabel 4.3 : Hasil Pengujian Kecepatan Memproses job Pada
Virtual Machine 45
Tabel 4.4 : Hasil Pengujian Kecepatan CPU Virtual Machine 1
Dan Virtual Machine 2 47
viii
ix
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 : Struktur Virtual Machine 5
Gambar 2.2 : Masalah Antrian 10
Gambar 2.3 : Komponen Dasar Antrian 11
Gambar 2.4 : State Proses Markov 14
Gambar 2.5 ; Variabel Yang digunakan Dalam Manganlisa Antrian 15 Gambar 2.6 : Feedforward (tandem) Antrian Jaringan 19
Gambar 2.7 : Acyclic Jaringan 19
Gambar 2.8 : Jaringan Tertutup 20
Gambar 2.9 : Antrian Tunggal Banyak Server Dalam Paralel 20 Gambar 2.10 : Antrian Tunggal Server Antrian 20
Gambar 2.11 : Antrian Tunggal Satu Server 21
Gambar 2.12 : Banyak Antrian, Banyak Server Dalam Paralel 21 Gamabr 2.13 : Banyak Antrian, Banyak Server 21
Gambar 3.1 : Bagan Alir Penelitian 25
Gambar 3.2 : Arsitektur VMware Workstation dan Klien 27 Gambar 3.3 : Proses Antrian Pada Virtual Machine 1 (server) dengan
Klien 28
Gambar 3.4 : Proses Antrian Pada Virtual Machine 2 (server) dengan
Klien 29
Gambar 3.5 : Proses Antrian Pada Kedua Virtual Machine 1 dan
Virtual Machine 2 (server ) dan Klien 32
Gambar 3.6 : Simulasi Model Antrian 30
Gambar 4.1 : Komunikasi Client Dengan Server Dalam Virtual Machine 39 Gambar 4.2 : Login Client Dengan Server Dalam Virtual Machine 40 Gambar 4.3 : Aktivitas Program Model Antrian Dalam Virtual Machine 41
ABSTRAK
Virtualisasi adalah suatu konsep yang digunakan untuk pembagian sumber daya, seperti sistem operasi, server, perangkat penyimpanan atau sumber daya jaringan. Dengan virtualisasi, beberapa sistem operasi dapat berjalan bersamaan dengan aman pada satu mesin.
Proses virtualisasi ditangani oleh satu kernel kecil yang disebut hypervisor atau virtual machine monitor (VMM), yang dapat membuat satu atau lebih virtual machine. Teknologi virtualisasi dapat mengurangi kompleksitas pengembangan perangkat keras dan perangkat lunak, distribusi pengujian dan pemeliharaan. Dari sisi sistem operasi, teknologi virtualisasi dapat menghindari ketidaksesuaian perangkat keras, menghemat waktu dan biaya pengujian, meminimalkan biaya upgrade serta menghilangkan masalah ketidaksesuaian perangkat lunak pada mesin.
Perangkat lunak VMware Workstation yang digunakan untuk membangun virtual machine, metode pengujian yang dilakukan dengan menjalankan beberapa model antrian seperti FCFS, SJF, round robin serta priority ke dalam virtual machine. Di dalam pengujian yang dilakukan dengan rata-rata waktu menunggu, rata-rata waktu respon dan rata-rata waktu turnaround serta mencatat waktu CPU memproses job, waktu CPU idle dan waktu CPU busy, dari parameter tesebut diharapkan tujuan penelitian adalah diketahuinya virtual machine yang lebih efesien dan optimal 60% dalam memproses job yang diuji dengan beberapa model antrian adalah sistem virtual machine 2. Penelitian lanjutan yang sangat berpotensi adalah dari pengembangan tesis ini membangun simulasi secara online.
Kata Kunci : Virtual Machine, Waktu Tunggu, Waktu Respon dan waktu turnaround, Sumber daya
i
QUEUE MODEL OF PERFORMANCE ANALYSIS VIRTUAL MACHINE SYSTEM
ABSTRACT
Virtualization is a concept that is used for the distribution of resources, such as operating systems, server, storage device or network resources. With virtualization, multiple operating systems can run concurrently on one machine safely. Virtualization process is handled by a small kernel called the hypervisor or virtual machine monitor ( VMM ) , which can create one or more virtual machines. Virtualization technology can reduce the complexity of development of hardware and software, testing and maintenance of distribution. In terms of operating systems, virtualization technology can avoid hardware incompatibility, saving time and cost of testing, minimizing costs and eliminating incompatibility issues upgrading the software on the machine
VMware Workstation software is used to build a virtual machine, the method of testing is done by running some queuing models such as FCFS, SJF, round robin and priority to the virtual machine. In the tests performed with an average wait time, average response time and average turnaround time and record the CPU time to process a job, the CPU idle time and CPU busy time, of parameters expected proficiency level is known study destination virtual machine more efficient and optimal 60% processing jobs that were tested with several models of queuing is virtual machine system 1. Advanced research potential of the development of this thesis is to build simulations online.
Keywords : Virtual Machine , Virtualization , Wait Time , Time Services , Resources
ii
1 BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Virtualisasi adalah suatu konsep yang digunakan untuk pembagian sumber daya, seperti sistem operasi, server, perangkat penyimpanan atau sumber daya jaringan (Maclsaac. et al.
2008). Dengan virtualisasi, beberapa sistem operasi dapat berjalan bersamaan dengan aman pada satu mesin. Proses virtualisasi ditangani oleh satu kernel kecil yang disebut hypervisor atau virtual machine monitor (VMM), yang dapat membuat satu atau lebih virtual machine.
Teknologi virtualisasi dapat mengurangi kompleksitas pengembangan perangkat keras dan perangkat lunak, distribusi pengujian dan pemeliharaan. Dari sisi sistem operasi, teknologi virtualisasi dapat menghindari ketidaksesuaian perangkat keras, menghemat waktu dan biaya pengujian, meminimalkan biaya upgrade serta menghilangkan masalah ketidaksesuaian perangkat lunak pada mesin.
Dalam beberapa tahun terakhir teknologi virtualisasi semakin penting disebabkan oleh kecenderungan yang meningkat akan penggunaan cloud computing, Green IT dan konsolidasi server. Teknologi ini juga memungkinkan berbagi sumber daya server sesuai dengan permintaan, menghemat biaya dan menciptakan peluang bisnis baru.
2
Contoh sederhana dari virtualisasi adalah saat satu hard drive di partisi secara logis menjadi dua bagian, sehingga terlihat sebagai dua harddisk yang terpisah. Virtualisasi dapat diterapkan menurut Ruest and Ruest (2009) pada 3 (tiga) bidang yaitu :
1) Virtualisasi Jaringan
Virtualisasi bidang ini menggabungkan sumber daya yang tersedia di jaringan dengan membagi bandwidth menjadi beberapa bagian, dimana masing-masing bandwidth bersifat independen dan dapat diberikan ke server atau perangkat tertentu secara langsung (real time).
2) Virtualisasi Penyimpanan
Virtualisasi penyimpanan adalah penyatuan perangkat penyimpanan beberapa jaringan ke perangkat penyimpanan tunggal yang dikelola dari central console storage. Virtualisasi jenis ini umumnya digunakan pada Storage Area Network (SAN).
3) Virtualisasi server
Virtualisasi server merupakan pembagian sumber daya server seperti prosesor, memori, harddisk, ke masing-masing pengguna server. Tujuannya untuk memaksimalkan pemanfaatan sumber daya server yang terbatas.
Dalam tesis ini akan diteliti tentang virtualisasi server, salah satu implementasi yang akan diuji adalah virtual machine. Virtual machine pada mulanya didefinisikan oleh Popek dan Goldberg (1974) sebagai duplikasi dari mesin asli yang masing-masing mesin hasil duplikasi terisolasi satu dengan lainnya.
Penggunaan satu sumber daya fisik seperti memori, network card, processor pada virtual machine merupakan masalah yang menarik untuk dianalisa, diantaranya bagaimana cara meningkatkan kestabilan kinerja suatu aplikasi pada teknologi virtualisasi. Permasalahan kinerja ini terbagi atas dua bagian (Nathuji. et al. 2010):
3 1) Permasalahan Sisi Jaringan
Berapa jumlah data maksimal yang dapat dialirkan melalui satu perangkat fisik jaringan. yang secara bersamaan digunakan oleh beberapa virtual machine.
2) Permasalahan Sisi Komputasi
a. Berapa maksimal jumlah virtual machine yang dapat berjalan secara bersamaan menggunakan satu processor dan satu media penyimpanan.
b. Berapa jumlah aliran data maksimal yang dapat didukung oleh mesin saat masing- masing virtual machine melakukan akses ke media penyimpanan secara bersamaan.
Permasalahan di atas dapat diselesaikan dengan cara memberikan permintaan layanan ke masing-masing virtual machine melalui jaringan dengan model antrian. Antrian adalah suatu keadaan dimana job dari client menuju ke server virtual machine untuk dilayani. Proses pelayanan terhadap job-job yang datang dilakukan dengan menggunakan sistem jaringan yang terhubung melalui jaringan komunikasi dengan protocol standar TCP/IP. Dengan demikian pengujian kinerja virtual machine dapat dilakukan dengan cara mengakses sumber daya yang beragam dari virtual machine.
Permintaan layanan job dari client ke server virtual machine dijadwalkan sesuai dengan antrian yang dipilih, kemudian diproses sampai selesai, dengan tujuan untuk meminimalkan dan mengefisienkan waktu tunggu, waktu pelayanan serta sumber daya dari sistem virtual machine.
Sistem virtual machine perlu diuji kecepatannya dalam melayani job yang dibebankan.
Saat pengujian kecepatan pelayanan tersebut ada beberapa kegiatan yang akan dilakukan yaitu:
1) Mencatat waktu pelayanan masing-masing virtual machine dalam melayani job.
2) Mencatat waktu minimal job saat menunggu untuk diproses dalam antrian.
3) Menghitung waktu penyelesaikan proses pelayanan dalam antrian dengan menggunakan model antrian.
4
Parameter-parameter pada sistem virtual machine yang akan diteliti adalah pola kedatangan, pola waktu layanan, jumlah server virtual machine, kapasitas sistem dan besar populasi.
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan penjelasan pada latar belakang, maka dapat dirumuskan masalah yaitu bagaimana membangun model antrian yang dapat digunakan untuk mengefisienkan sumber daya tanpa menurunkan kinerja virtual machine.
1.3 Batasan Masalah
Rumusan masalah di atas, dibatasi pada beberapa hal berikut :
1. Perangkat Lunak yang digunakan membuat virtual machine adalah VMware Workstation versi 9.
2. Menggunakan dua sistem operasi yaitu windows 7 ultimate dengan Linux Fedora Core 17 32 bit i386 iso.
3. Perangkat keras untuk Server digunakan adalah Intel Core I3, memori 4 GB RAM, Nerwork Card Gigabyte Ethernet
4. Perangkat keras untuk Klien digunakan adalah Intel Core I3, windows 7 ultimate 5. Model antrian yang digunakan adalah Single Channel Server.
6. Bentuk jaringan yang digunakan adalah topologi bus
7. Dalam menganalisis kinerja sistem virtual machine metode yang digunakan tidak dibandingkan dengan metode lain.
8. Dalam manganalisis kinerja sistem virtual machine tidak membahas pembuatan jaringannya.
5 1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah untuk menentukan virtual machine manakah yang lebih efisien apabila dilakukan pengujian dengan beberapa model antrian.
1.5 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut :
1. Mengetahui kemampuan kinerja sistem virtual machine apabila dilakukan pengiriman job dengan beberapa model antrian.
2. Mengetahui perbandingan kecepatan kedua sistem operasi dalam sebuah virtual machine apabila dilakukan pemasukan job dengan menggunakan pendekatan model antrian.
3. Membantu mengetahui kecepatan pelayanan ke 2 (dua) buah virtual machine terhadap job dengan model antrian.
4. Memberikan masukan bagi pengembangan ilmu pengetahuan khususnya virtual machine.
6 BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Virtual Machine
Pengertian virtual machine yang telah disebutkan pada BAB I adalah merupakan sebuah mesin yang mempunyai dasar logika yang menggunakan pendekatan lapisan-lapisan (layers) dari sistem komputer. Menurut Fiuczynski (2009) “Virtual machine adalah sebuah perangkat lunak yang mengimplementasikan sistem komputer dan menjalankan beberapa intruksi fisik mesin”.
Konsep dasar dari virtual machine ini tidak jauh berbeda dengan pendekatan berlapis, hanya saja konsep ini memberikan sedikit tambahan berupa antarmuka yang menghubungkan perangkat keras dengan kernel untuk tiap-tiap proses, gambar 2.1 menunjukkan konsep tersebut. Virtual machine menyediakan antarmuka yang identik untuk perangkat keras yang ada. Sistem operasi dapat membuat untuk beberapa proses, masing-masing mengeksekusi processor masing-masing untuk memori masing-masing.
7
Gambar 2.1 Struktur Virtual Machine
Teknologi virtual machine memiliki banyak kegunaan seperti memungkinkan konsolidasi perangkat keras, memudahkan recovery sistem, dan menjalankan perangkat lunak terdahulu.
Salah satu penerapan penting dari teknologi virtual machine adalah integrasi lintas platform, beberapa penerapan adalah sebagai berikut :
1. Konsolidasi server.
Jika beberapa server menjalankan aplikasi yang hanya menggunakan beberapa sumber daya virtual machine dapat digunakan untuk menggabungkan aplikasi tersebut sehingga berjalan pada satu server, walaupun aplikasi tersebut memerlukan sistem operasi yang berbeda-beda.
2. Otomasi dan Konsolidasi Lingkungan Pengembangan Dan Testing.
Setiap virtual machine berperan sebagai lingkungan yang berbeda, ini memudahkan pengembangan sehingga tidak perlu menyediakan lingkungan secara fisik.
8 3. Menjalankan Perangkat Punak Terdahulu.
Sistem operasi dan perangkat lunak terdahulu dapat dijalankan pada sistem yang lebih baru.
4. Memudahkan Recovery Sistem.
Solusi virtualisasi dapat dipakai untuk rencana recovery sistem yang memerlukan probabilitas dan fleksibilitas antar platform.
5. Demonstrasi Perangkat Lunak.
Dengan teknologi virtual machine, sistem operasi yang bersih dan konfigurasinya dapat disediakan secara cepat.
2.1.1 Kelebihan Virtual Machine (VM)
Teknologi virtual machine memiliki beberapa kelebihan, antara lain:
1. Keamanan
Virtual machine memiliki perlingdungan yang lengkap berbagi sumber daya yaitu meniadakan pembagian sumber daya secara langsung, sehingga tidak ada masalah proteksi dalam virtual machine. Sistem virtual machine adalah teknik yang sempurna untuk penelitian dan pengembangan sistem operasi. Dengan virtual machine, jika terdapat suatu perubahan pada satu bagian dari mesin, maka dijamin tidak akan mengubah komponen lainnya.
2. Memungkinkan Untuk Mendefinikan Suatu Jaringan dari Virtual Machine
Setiap pengiriman informasi melalui jaringan komunikasi virtual machine, satu jaringan dapat dimodelkan setelah komunikasi fisik jaringan diimplementasikan pada perangkat lunak.
9 2.1.2 Kekurangan Virtual Machine (VM)
Beberapa kekurangan utama dari konsep virtual machine, diantaranya adalah:
1. Sistem Penyimpanan
Sebagai contoh kesulitan dalam sistem penyimpanan adalah sebagai berikut, satu mesin yang memiliki 3 disk drive untuk mendukung 7 virtual machine. Keadaan ini jelas tidak memungkinkan untuk dapat mengalokasikan setiap disk drive untuk tiap virtual machine, karena perangkat lunak untuk virtual machine sendiri akan membutuhkan ruang disk secara substansial untuk menyediakan memori virtual dan spooling.
2. Pengimplementasian Sulit.
Meski konsep virtual machine cukup baik, namun virtual machine sulit diimplementasikan.
2.2 Jenis–Jenis Virtual Machine
Adapun jenis-jenis dari virtual machine adalah sebagai berikut : 2.2.1 Sistem Virtual Machine
Sistem virtual machine memungkinkan pembagian sumber daya perangkat keras yang ada ke dalam virtual machine yang berbeda, masing-masing menjalankan sistem operasinya sendiri. Lapisan perangkat lunak yang menyediakan virtualisasi disebut virtual machine monitor atau hypervisor. Sebuah hypervisor bisa berjalan pada perangkat keras (native virtual machine) atau di atas sebuah sistem operasi (hosted virtual machine).
Keunggulan utama dan virtual machine sistem adalah:
10
1. Berbagai lingkungan sistem operasi dapat berjalan pada komputer yang sama, dalam isolasi antara lingkungan yang kuat.
2. Virtual machine dapat menyediakan instruction set architecture (ISA) yang berbeda dengan yang ada pada perangkat keras.
Sistem operasi guest (berjalan diatas virtual machine) tidak harus merupakan sistem operasi yang sama. Penggunaan virtual machine untuk mendukung berbagai sistem operasi yang berbeda menjadi populer pada embedded system, dimana sistem operasi real time digunakan bersamaan dengan sistem operasi high level seperti Linux atau Windows.
Kegunaan lainnya adalah untuk men-sandbox (mengisolasi perubahan kode-kode yang masih belum terpercaya) dari OS yang belum bisa dipercaya, karena masih dalam tahap pengembangan. Virtual machine memiliki manfaat lain pada pengembangan sistem operasi seperti akses debugging yang lebih baik dan reboot yang lebih cepat.
2.2.2 Proses Virtual Machine
Proses suatu virtual machine, kadang disebut application virtual machine, berjalan sebagai aplikasi normal di dalam sebuah sistem operasi dan mendukung satu proses. Proses virtual machine diciptakan saat proses tersebut dimulai dan dihancurkan (destroyed) ketika prosesnya exit. Tujuannya adalah menyediakan environment pemrograman yang platform- independent yang mengabstraksi detail perangkat lunak atau sistem operasi, dan mengizinkan suatu program tereksekusi dengan cara yang sama pada platform manapun.
2.2.3 Virtualisasi Penuh
Virtualisasi penuh dalam ilmu komputer ialah teknik virtualisasi yang digunakan untuk implementasi pada berbagai macam lingkungan virtual machine, dimana pada virtualisasi penuh menyediakan simulasi lengkap dari perangkat keras. Simulasi lengkap ini
11
menyebabkan semua perangkat lunak yang bisa dieksekusi langsung pada perangkat keras dieksekusi juga pada virtual machine, termasuk semua sistem operasi.
2.2.4 Virtualisasi Paruh
Virtualisasi paruh dalam ilmu komputer ialah teknik virtualisasi yang digunakan untuk pengimplementasian pada berbagai macam lingkungan virtual machine, yang mana pada virtualisasi paruh ini lingkungan virtual machine hanya menyediakan simulasi perangkat keras secara sebagian saja. Tidak semua fitur perangkat keras disimulasikan sehingga tidak semua perangkat lunak dapat berjalan tanpa di modifikasi terlebih dahulu.
2.2.5 Virtualisasi Asli
Virtualisasi asli adalah teknik virtual machine ini digunakan untuk mensimulasikan suatu environment perangkat keras lengkap supaya sistem operasi yang tidak dimodifikasi dapat dijalankan untuk tipe CPU yang sama terisolasi lengkap di dalam wadah virtual machine.
Native virtualization memanfaatkan kemampuan bantuan perangkat keras yang tersedia di dalam prosesor-prosesor termutakhir dari Intel (Intel VT) dan Advanced Micro Devices (AMD-V) untuk menyediakan kinerja yang mendekati sistem aslinya.
2.3 VMware Workstation Versi 9.
VMware Workstation merupakan software yang digunakan untuk membuat virtual machine, dan software ini juga bisa membangun bentuk jaringan yaitu LAN (Lokal Are Network) yang tidak membutuhkan perangkat yang banyak. VMware ini adalah solusi virtualisasi untuk linux hardware x86 yang extensi virtualisasi (Intel VT atau AMD-V).
12
Menggunakan VMware Workstation, dapat menjalankan beberapa sistem operasi secara bersamaan. Setiap virtual machine akan memiliki virtual hardware tersendiri (kartu jaringan, disk, kartu grafis, dll).
2.4 Model Antrian
Antrian adalah suatu keadaan job untuk dilakukan proses pelayanan. Sifat fundamental masalah antrian mencakup suatu keseimbangan antara waktu menunggu dan waktu pelayanan, terdapat pada grafik di bawah ini:
Gambar 2.2 Masalah Antrian
2.4.1 Komponen Dasar Dalam Sistem Antrian Komponen yang mempengaruhi sistem antrian :
1. Input
13
Distribusi jumlah kedatangan per satuan waktu, jumlah antrian yang dimungkinkan, maksimal panjang antrian, maksimal jumlah job.
2. Proses Layanan
Distribusi waktu pelayanan pelanggan, jumlah server, konstruksi (paralel/seri).
3. Disiplin Antrian
FIFO, LIFO, random, seleksi prioritas Komponen dasar model antrian sistem komputer :
1. Server secara umum digunakan sebagai model resource yang diminta oleh suatu job tertentu.
2. Job sudah berada dalam model antrian sejak awal.
3. Setiap server dapat melayani terbatas pada maksimum jumlah job yang dapat dilayaninya dalam waktu yang bersamaan. Ini sering disebut jumlah channel server.
Job yang mendapatkan server sedang sibuk akan menunggu dalam antrian sampai giliranya tiba. Setiap server memiliki paling tidak satu antrian, istilah pusat layanan sering digunakan untuk mengidentifikasikan server dan antriannya. Dalam beberapa kasus, pusat layanan terdiri dari beberapa server. Job secara umum permintaan dari server untuk sejumlah waktu tertentu (service time) dan bergabung dalam pusat layanan secara instan yang disebut waktu kedatangan job dalam pusat layanan tersebut.
14
Gambar 2.3 Komponen dasar Antrian Keterangan gambar 2.3 adalah :
a. 1 adalah populasi job b. 2 adalah waktu kedatangan c. 3 adalah waktu menunggu d. 4 adalah disiplin pelayanan
e. 5 adalah distribusi waktu pelanayan f. 6 adalah jumlah server
Model antrian didefinisikan oleh :
1. Sumber
2. Pusat layanan (service center)
3. Interkoneksi.
Menetapkan path tertentu tempat suatu job diizinkan melewatinya dari pusat layanan ke pusat layanan lain.
Karakteristik sumber :
15
1. Tipenya adalah terbatas atau tidak terbatas. Jika sumber terbatas, maksimum jumlah job yang dibuat oleh source dalam suatu model mengandung batas atas tertentu.
2. Distribusi interval masing-masing job yang berturut-turut (waktu interarrival).
3. Permintaan setiap job untuk dilayani oleh setiap pusat layanan terdapat dalam model, jika setiap tipe permintaan didistribusi secara bersamaan untuk semua job perlu dipertimbangkan permintaan itu menjadi salah satu karakteristik hubungan antara pusat layanan.
Karakteristik Pusat Layanan :
1. Jumlah dan kapasitas dalam antrian, kapasitas antrian adalah jumlah maksimum job yang dapat ditampung.
2. Jumlah server dan jumlah channel pada setiap server tersebut.
3. Kecepatan server, jika permintaan suatu job d diberikan dalam unit layanan, dan v adalah kecepatan server dalam memberikan layanan per waktu unit, maka waktu layanan ts = d/v. Mean rate layanan server pada periode waktu yang telah lewat didefinisikan sebagai 1/mean ts, dimana mean (ts) adalah mean waktu layanan yang telah lewat (terdapat dalam pemrosesan job per unit waktu, ketika kecepatan server ditetapkan dan permintaan layanan didistribusikan untuk semua job atau ke setiap kelas job tertentu), dapat mempertimbangkan distribusi waktu layanan sebagai salah satu karakteristik server.
4. Tertib layanan yang akan terlihat dalam kondisi server mengakhiri layanan suatu job, bagaimana job selanjutnya yang akan dilayani dipilih dari antrian di pusat layanan dan bagaimana untuk job yang tidak lengkap misalnya.
Karakteristik elemen dalam menganalisa sistem antrian :
1. Proses kedatangan (Arrival Process). Jika waktu kedatangan job t1, t2, ... tj, variabel random tauj = tj - t j-1 dinyatakan sebagai waktu interarrival. Ini secara umum
16
diasumsikan sebagai waktu interval dari urutan yang tidak tergantung dan terdistribusi secara identik (IID) oleh variabel random.
2. Distribusi waktu layanan (Service Time Distribution). Waktu layanan adalah waktu yang dipakai pada server. Ini juga mengasumsikan suatu variabel random IID.
Distribusi yang banyak digunakan adalah eksponensial, Erlang, hipereksponensial dan distribusi umum yang dapat diaplikasikan untuk semua layanan distribusi waktu.
3. Jumlah Server, adalah jumlah server yang melayani sistem antrian. Ini diasumsikan identik ketika server itu menjadi bagian dari suatu sistem antrian. Jika server tersebut tidak identik, biasanya dikelompokkan berdasarkan kesamaannya masing-masing.
Dalam kasus ini berarti setiap kelompok merupakan sistem antrian tersendiri.
4. Kapasitas Sistem. Menyatakan jumlah maksimum job yang dapat berada dalam antrian, atau menunjukkan area yang tersedia dalam jaringan dan tentu akan menghindari waktu tunggu yang lama. Dalam sebagian besar sistem, nilai ini terbatas.
Namun jika nilainya sangat besar, maka dapat diasumsikan sebagai nilai yang tidak terbatas.
5. Besar Populasi adalah total jumlah job yang dapat datang ke server. Pada kebanyakan sistem nyata, nilai besar populasi ini terbatas, agar lebih mudah dianalisa, dibandingkan nilai yang tidak terbatas .
6. Disiplin antrian. Parameter ini menjelaskan bagaimana perlakuan terhadap pemesanan job yang dilayani tersebut.
2.4.2 Proses Markov
Rantai Markov, merupakan state diskrit proses Markov, adalah proses stochastic X(t) dengan state S0, S1, ... pada waktu probabilitas, tk+1 pada state Si hanya tergantung pada waktu state tk untuk setiap rangkaian waktu instan t1, t2, ... , tk+1 di mana t1 < t2 < ... < tk+1,
17
Proses dalam state Shi pada waktu t1 jika X(t1) = hi, hi menjadi integer, seperti gambar di bawah ini :
Gambar 2.4 State Proses Markov 2.4.3 Notasi Kendall
Notasi Kendall ini digunakan untuk menspesifikasikan model antrian menurut Jain R (2008), notasinya adalah A/S/m/B/K/SD, dimana A adalah waktu distribusi, S adalah distribusi waktu layanan, m adalah jumlah server, B adalah jumlah buffer (kapasitas sistem), K adalah besar populasi, SD adalah tertib layanan (service disciplin), A dan S biasanya dinyatakan dalam satu simbol huruf tertentu:
a. M adalah eksponensial. Untuk properti memoryless, jika waktu interval terdistribusi secara eksponensial dengan mean 1/L, waktu yang diharapkan kedataangan
18
selanjutnya selalu 1/L dan tidak dianggap kedatangan terakhir. Disebut distribusi memorylees.
b. Ek adalah Erlang dengan parameter k
c. Hk adalah Hiper-eksponensial dengan parameter k
d. D adalah deterministik. Distribusi ini menyatakan waktu konstan, tidak ada variasi waktu.
e. G adalah hal yang umum (general). Distribusi yang tidak dikhususkan dan hasilnya tetap valid untuk semua jenis distribusi.
Jika tidak dikhususkan, antrian diasumsikan memiliki kapasitas buffer dan jumlah populasi yang tidak terbatas, dan tertib layanan FCFS (First Come First Served).
19
Gambar 2.5 Variabel yang digunakan dalam Menganalisa Antrian
Keterangan gambar 2.5 adalah : a. t adalah waktu datang b. λ adalah waktu tunggu c. s adalah waktu pelayanan d. µ adalah akhir pelayanan e. n adalah jumlah job
f. nq adalah jumlah job sedang menunggu
g. ns adalah jumlah job yang menerima layanan
h. r adalah waktu dalam sistem i. w adalah waktu menunggu j. m adalah jumlah server
Semua variabel di atas kecuali λ dan µ adalah variabel acak (random), sebagai besar model semua variabel akan mengalami beberapa kondisi sebagai berikut :
2.4.4 Kondisi Stabil
Untuk mendapatkan kondisi ini, mean rate kedatangan harus lebih rendah dengan mean rate pelayanan :
𝜆 < 𝑚µ
Sistem akan tidak stabil, jika job bertambah secara kontinyu dan menjadi kondisi tak hingga.
Kondisi ini tidak dapat diterapkan pada populasi yang terbatas dan untuk buffer yang terbatas. Dalam populasi sistem yang terbatas, panjang antrian juga terbatas, dengan
20
demikian sistem tidak mungkin menjadi stabil. Dan jika sistem buffer yang terbatas selalu stabil sejak kedatangan selesai, ketika jumlah job dalam sistem melebihi jumlah buffer, contoh suatu kapasitas sistem.
2.4.4.1 Jumlah Dalam Sistem vs Jumlah Dalam Antrian
Jumlah job dalam sistem :
𝑁𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚 = 𝑁𝑞𝑢𝑒𝑢𝑒 + 𝑁𝑠𝑒𝑟𝑣𝑖𝑐𝑒
Jika rate layanan pada setiap server tidak tergantung pada jumlah antrian, dan mendapatkan : 𝐶𝑜𝑣 (𝑁𝑞𝑢𝑒𝑢𝑒, 𝑁𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚) = 0
dan
𝑉𝑎𝑟[𝑛] = 𝑉𝑎𝑟[𝑁𝑞𝑢𝑒𝑢𝑒] + 𝑉𝑎𝑟[𝑁𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚]
2.4.4.2 Jumlah vs Waktu
Jika job tidak hilang akibat kekurangan tempat di buffer, mean jumlah job dalam sistem berhubungan dengan mean waktu respon pada persamaan :
𝑁𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚 = 𝜆𝑡𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚
Bernilai sama dengan :
𝑁𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚 = 𝜆𝑡𝑞𝑢𝑒𝑢𝑒
21
Pernyataan ini dikenal dengan hukum Little. Dalam buffer sistem yang terbatas, hukum ini dapat digunakan untuk mendapatkan rate kedatangan yang efektif, suatu rate dari job yang secara aktual masuk ke dalam sistem dan menerima layanan sistem.
2.4.4.3 Waktu Dalam Sistem vs Waktu Dalam Antrian
Waktu yang dikeluarkan job dalam antrian sama dengan penjumlahan waktu menunggu dalam antrian dan waktu menerima layanan sistem.
𝑡𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚 = 𝑡𝑞𝑢𝑒𝑢𝑒 + 𝑡𝑠𝑒𝑟𝑣𝑖𝑐𝑒
Jika rate layanan tidak tergantung pada jumlah job dalam antrian, maka : 𝐶𝑜𝑣 (𝑡𝑠𝑒𝑟𝑣𝑖𝑐𝑒, 𝑡𝑞𝑢𝑒𝑢𝑒) = 0
dan
𝑉𝑎𝑟[𝑟] = 𝑉𝑎𝑟[𝑡𝑞𝑢𝑒𝑢𝑒] + 𝑉𝑎𝑟[𝑡𝑠𝑒𝑟𝑣𝑖𝑐𝑒]
Menurut hukum Little :
λ = 𝐴 =𝑁𝑇 atau 𝑁 = 𝜆 𝑡 2.4.5 Antrian Pada Jaringan (Network of queue)
Dengan mempertimbangkan model jaringan yang ditandai oleh label 1,2,.. N. Akan diasumsikan aturan rute yang ditempuh secara random, ketika meninggalkan suatu node, job node selanjutnya akan datang, atau memilih meninggalkan jaringan dengan pemilihan cara secara acak. Job meninggalkan node i menuju ke node j dengan probabilitas qij, dan meninggalkan jaringan dengan probabilitas qj0. Tentu probabilitas pemilihan rute haruslah didapat dari penjumlahan pada :
22
� 𝑞µ = 1 𝑞𝑖 = 1,2, … . 𝑁)
𝑁
𝑖=1
Probabilitas transisi internal dikumpulkan secara bersamaan dalam matrik rute 𝑄 = {𝑞µ; 1 ≤ 𝑖𝑗 ≤ 𝑁}
Asumsi kedua, node ke- i (i = 1, 2, ... N) mengandung ri yang identik dengan server yang berkerja secara paralel, di mana waktu layanan tidak tergantung pada penyebaran variabel acak dengan mean waktu layanan Si; Setiap waktu job dimasukkan kembali, permintaan layanan dipilih kembali dengan suatu mekanisme pengambilan sampel secara acak.
Banyaknya rate kedatangan ke dalam node dinyatakan dalam λi. Semua model diasumsikan konstan, ini adalah waktu invariant.
Terdapat 2 Tipe jaringan, yaitu :
1. Jaringan terbuka (Open Network), dalam model ini job masuk ke jaringan dari kelompok tak hingga di luar sistem tersebut. Misalnya γi >0 untuk node ke-i, dan setiap job yang pada saat itu keluar, misalnya dari setiap node menjalani satu rute di jaringan menuju j dimana qj 0>0.
2. Jaringan Tertutup (Closed Network). Model ini memiliki nilai tetap K dari job yang selalu bersikulasi dari suatu node ke node lainnya. Kemudian job lain tidak ada yang masuk ke dalam jaringan dan tidak ada yang keluar. Dalam sistem ini γi=qi, 0=0 untuk semua i.
2.4.6 Jaringan Terbuka
23
Aliran input node i disusun pola aliran eksogen, kedatangan rate γi dan dalam ukuran yang jelas bagi setiap aliran kedatangan dari node 1, 2,...n. Jika throughput node i adalah λi, dan tidak akan ada peningkatan job ada setiap node, rumus untuk semua rate kedatangan pada node i :
𝜆𝑖 = γ𝑖 + � 𝜆𝑓𝑞𝑓𝑖
𝑁 𝑓=1
𝑖 = 1,2, … … , 𝑁
Kemudian untuk setiap node dalam network yang stabil, persamaan ini dikenal dengan persamaan trafik. Untuk menghubungkan mean rate kedatangan dan mean rate keberangkatan :
𝑣 � γ𝑖 = � 𝜆𝑗𝑞𝑓𝑖 = 𝜆
𝑁 𝑓=1 𝑁
𝑖=1
Dalam notasi matrik :
𝜆 = [𝜆1, 𝜆2, … … 𝜆𝑛]
γ = [ γ1, γ2, … . . γ𝑁]
Jika jaringan terbuka, dan matrik I-Q merupakan invers, persamaan trafik memiliki solusi yang unik, yang dapat ditulis dengan :
λ = γ(I − Q)
24
Kumpulan sistem antrian dari antrian jaringan (queueing network (QN)).
Jackson Queueing Network, dalam model ini dapat diasumsikan antrian didahulukan pada setiap server. Output antrian akan diberikan pada antrian lainnya, setelah menerima layanan tertentu. Model ini dapat menganalisis dengan menggunakan birth-death multidimensional.
Gambar 2.6 Feedforward (tandem) Antrian jaringan
25
Gambar 2.7 Acyclic Jaringan 2.4.7 Teori Jackson
Jika persamaan dalam sistem menyeimbangkan aliran transaksi yang masuk dan meninggalkan prosesor sebagai suatu hasil tertentu, jika hasil tersebut dalam keadaan yang stabil, maka produk tersebut baik.
Gambar 2.8 Jaringan Tertutup 2.4.8 Jenis-jenis Bentuk Antrian
- Antrian tunggal, banyak server dalam paralel :
26
Gambar 2.9 Antrian tunggal, banyak server dalam paralel - Antrian tunggal, server tunggal :
Gambar 2.10 Antrian tunggal, server tunggal
- Antrian tunggal, Satu server :
27
Gambar 2.11 Antrian tunggal, satu server
- Antrian banyak, server banyak dalam paralel :
Gambar 2.12 Banyak Antrian, Banyak Server dalam paralel - Antrian banyak, server banyak dalam seri :
28
Gambar 2.13 Banyak Antrian, Banyak Server 2.4.9 Waktu Perhitungan
Dalam menganalisis kinerja waktu sistem, akan menghitung waktu untuk menyelesaikan job, pelayanan dan antrian pada sistem tersebut.
waktu dalam sistem :
𝑇𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚 =𝑁𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚 𝜆
Waktu yang dibutuhkan paket dalam antrian :
𝑇𝑎𝑛𝑡𝑟𝑖𝑎𝑛 = 𝑇𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚 − 𝑇𝑙𝑎𝑦𝑎𝑛𝑎𝑛 (2)
Nilai job dalam antrian dapat dihitung :
(1)
29
𝑁𝑎𝑛𝑡𝑟𝑖𝑎𝑛 = � (𝑛 − 𝑚)𝑝𝑚
∞
𝑛=𝑚+1
Nilai job yang dilayani yang diharapkan :
𝑁𝑙𝑎𝑦𝑎𝑛𝑎𝑛 = � 𝑛𝑝𝑚 + � 𝑚 𝑝𝑛
∞ 𝑛−𝑚 𝑚−1
𝑚−1
Kemudian jumlah job dalam sistem adalah :
𝑁𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚 = 𝑁𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚 + 𝑁𝑙𝑎𝑦𝑎𝑛𝑎𝑛 (5)
Total waktu sibuk (busy time) dari m server untuk melayani job tersebut :
𝑇𝑏𝑢𝑠𝑖 =𝜆𝑇 𝜇 mean waktu respon dapat dihitung :
𝑇𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚 =𝑁𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚 𝜆
waktu tunggu (waiting time) paket dalam antrian :
(3)
(4)
(6)
(7)
30
𝑇𝑎𝑡𝑟𝑖𝑎𝑛 =𝑁𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚 𝜆
Waktu total yang dibutuhkan mengeluarkan paket dari dalam sistem :
𝑇𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚 = 𝑡𝑎𝑛𝑡𝑟𝑖𝑎𝑛 +1 𝜇
2.5 Penelitian Terkait
Penjadawalan CPU dan I/O pada lingkungan suatu kinerja virtualisasi, terutama dalam
sistem virtualisasi berdasarkan xen hypervisor. Informasi di bawah ini semua mempertimbangkan setup xen dan memperkirakan CPU overhead yang disebabkan virtualisasi I/O dengan menggunakan satu kumpulan berbasis HTTP. Dalam (Chadha. et al.
2007), penulisan overhead pada virtualisasi jaringan di xen menggunakan simulasi sistem lengkap, dengan cara ini mampu memperkirakan dampak arsitektur hardware pada kinerja virtualisasi tumpukan. Untuk meningkatkan pengontrolan pada virtualisasi I/O, berbagai solusi yang diusulkan, ada beberapa penjadwalan CPU untuk mengisolasi virtual machine dari kinerja perspektif. Dalam (Gupta. et al. 2006), penulis mengusulkan untuk menambah xen hypervisor dengan seperangkat mekanisme untuk memperhitungkan dan mengontrol waktu CPU yang dihabiskan pada virtual machine dalam melakukan I/O. Dalam (Ongaro. et al. 2008) mengusulkan perluasan ke basis penjadwalan xen untuk memperbaiki cara yang berbeda dengan aplikasi beban kerja I/O, memprioritaskan I/O yang terkait. Serta
(8)
(9)
31
memodifikasi arsitektur penjadwalan jaringan CPU untuk meningkatkan kinerja virtual I/O pada 10 Gbps Ethernet.
Solusi yang sudah ada mendukung Qos, seperti open vswitch (Pfaff. et al. 2009), atau VMWare vNetwork, cendrung terbatas pada domain jaringan dan menegakkan Qos dan membentuk lalu lintas jaringan sesuai dengan kebijakan user-defaned. Beberapa alat yang digunakan pada virtualisasi jaringan seperti VDE yang menggunakan kemampuan Linux untuk mencapai hasil yang sama. Pekerjaan ini berbeda dari pendekatan yang terakhir akan mencoba untuk memperhitungkan isolasi dan efek penjadwalan CPU pada kinerja I/O.
Pekerjaan CPU real-time mendukung jaminan ketepatan waktu yang sesuai untuk aplikasi virtual secara bersamaan dijalankan pada virtual machine yang berbeda digunakan pada CPU yang sama. Namun dalam karya-karya investigasi terbatas pada CPU-bound beban kerja, sementara dalam tulisan ini perlu pertimbangan juga pengaruh terhadap I/O intensif beban kerja (Cucinotta. at al. 2009).
32 BAB 3
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu Penelitian
Penelitian ini telah dilakukan selama lebih kurang empat bulan. Proses penelitian ini mengumpulkan dan menelaah berbagai sumber yang mendukung dalam penyelesaian masalah yang diteliti meliputi jurnal, hasil penelitian, buku teks maupun sumber yang terkait.
3.2 Bagan Alir Penelitian
33
Tahapan proses dan kegiatan yang lakukan dalam penelitian dapat dilihat pada bagian berikut ini:
Gambar 3.1 Bagan Alir Penelitian
Keterangan gambar 3.1 adalah sebagai berikut : 3.2.1 Data (job)
Pada tahap ini job akan dimasukkan ke dalam proses antrian, kemudian dilakukan proses untuk menentukan disiplin layanan yang akan digunakan, dimana data (job) yang diproses sebanyak 50 job.
Adapun variabel yang diamati dalam penelitian adalah :
34
a. Jumlah kedatangan per unit digambarkan oleh distribusi poisson dengan λ= rata- rata kecepatan kedatangan
b. Waktu pelayanan eksponensial dengan µ= rata-rata kecepatan pelayanan c. Disiplin pelayanan
d. Panjang waktu tunggu tak terhingga e. Populasi layanan.
f. Rata-rata kedatangan lebih kecil dari rata-rata waktu pelayanan g. Proses kedatangan (Arrival Process).
h. Distribusi waktu layanan (Service Time Distribution).
i. Jumlah Server, adalah jumlah server yang melayani sistem antrian.
j. Kapasitas Sistem.
k. Besar Populasi adalah total jumlah job yang datang ke server.
l. Tertib Layanan. Parameter ini menjelaskan bagaimana perlakuan terhadap order job yang dilayani.
3.2.2 Analisa dan Rancangan Penelitian
Menganalisa dan menginplementasikan beberapa model antrian di dalam virtual machine. Proses penelitian ini mengimplementasikan beberapa disiplin pelayanan dalam model antrian. Displin pelayanan tersebut diterapkan pada simulasi jaringan perangkat lunak virtual machine, dengan terlebih dahulu mengambil beberapa sampel job data untuk diujikan ke masing-masing virtual machine, data tersebut selanjutnya akan dimasukkan dengan menggunakan beberapa disiplin pelayanan. Kemudian dilakukan simulasi memasukkan job- job dengan disiplin pelayanan dalam model antrian ke virtual machine, setelah itu dilakukan pengamatan dan analisis pada masing-masing job yang dimasukkan, serta untuk mengetahui pengaruh disiplin pelayanan yang diterapkan dalam menguji kenerja virtual machine.
Adapun perangkat keras dan perangkat lunak yang digunakan adalah sebagai berikut :
35 a. Linux Fedora core 17 32 bit i386 b. Windows 7 ultimate
c. VMware Workstation Versi 9 d. Intel Core i3
e. Memori 4 GB RAM
f. Network Card Gigabyte Ethernet g. Netbeans versi 6.0.1
h. Single channel server ( Model Antrian) i. Topologi jaringan Bus
3.2.3 Arsitektur virtual machine dengan Klien
Adapun analisis dan rancangan penelitian adalah sebagai berikut :
Gambar 3.2 Arsitektur VMware Workstation dan Klien
36
Gambar 3.2 menjelaskan tentang bentuk arsitektur dari virtual machine yang akan dilakukan penelitian tesis ini dengan menggunakan VMware Workstation, virtual machine yang buat adalah virtual machine 1 dan virtual machine 2, dimana pada virtual machine 1 dan virtual machine 2 akan lakukan pemasukan job dari klien sesuai dengan job yang telah ditentukan.
3.2.4 Menentukan Model Antrian
Adapun Model antrian yang digunakan adalah :
1. FCFS ( fisrt come first served )
2. RR ( round robin )
3. Priority
4. SJF (Shortest Job First ) 3.2.5 Menentukan Virtual Machine
Penentuan virtual machine adalah pemilihan virtual machine yang diaktifkan untuk dijalankan pengujian seperti di bawah ini :
3.2.5.1 Proses Antrian Pada Virtual Machine 1
Adapun gambar proses antrian dengan mengaktifkan virtual machine 1 adalah sebagai berikut :
Gambar 3.3 Proses Antrian Pada Virtual Machine 1 (server) dengan Klien
37
Gambar 3.3 merupakan tahapan–tahapan yang akan dilakukan proses memasukan job terhadap virtual machine 1 dari klien, sedangkan virtual machine 2 tidak dilakukan proses antrian job.
3.2.5.2 Proses Antrian Pada Virtual Machine 2
Adapun gambar proses antrian dengan mengaktifkan virtual machine 2 adalah sebagai berikut :
Gambar 3.4 Proses Antrian Pada Virtual Machine 2 (server) Dengan Klien Gambar 3.4 tahapan–tahapan yang dilakukan proses antrian tehadap virtual machine 2, sedangkan virtual machine 1 untuk sementara tidak dilakukan proses antrian.
3.2.5.3 Proses Antrian Pada Virtual Machine 1 dan Virtual Machine 2
Adapun gambar proses antrian dengan mengaktifkan virtual machine 1 dan virtual machine 2 adalah sebagai berikut :
38
Gambar 3.5 Proses Antrian Pada Kedua Virtual machine 1 dan Virtual Machine 2 (server) dengan Klien
Gambar 3.5 ini menjelaskan akan dilakukan proses antrian terhadap virtual machine 1 dan virtual machine 2, yang melakukan dengan jadwal yang bersamaan dari klien.
3.3 Simulasi
Model antrian yang telah ditetapkan dan diujikan dalam bentuk simulasi pada virtual machine seperti gambar di bawah ini :
Gambar 3.6 Simulasi Model Antrian
39
Gambar 3.6 menjelaskan simulasi untuk menggunakan model antrian dalam virtual machine.
Adapun contoh perhitungan disiplin pelayanan tersebut adalah sebagai berikut :
3.3.1 FCFS ( First Come Fisrt Served)
Model antrian ini adalah merupakan layanan terhadap job yang pertama datang akan diproses terlebih dahulu.
Contoh:
Tabel 3.1 Perhitungan Pada FCFS
Proses Burst time Arrival Wait Start Finish Turnaround
P1 8 0 0 0 8 8
P2 7 2 6 8 15 15
P3 10 7 8 15 25 25
P4 6 11 14 25 31 31
Gantt chart dari table di atas adalah :
Keterangan gantt chart di atas adalah :
Ketika CPU keadaan posisi 0 sebuah job datang untuk diproses yaitu P1 dimana P1 membutuhkan waktu pelayanannya adalah 8 ms. Model antrian fcfs melakukan proses pertama datang pertama diproses dalam antrian, maka proses selanjutnya akan dikerjakan setelah proses yang berada didepannya selesai untuk dikerjakan. Proses P1 selesai dikerjakan
40
di 8, sementara itu ada P2, P3, dan P4 yang sedang menunggu untuk dikerjakan selanjutnya.
Ketika P1 selesai dikerjakan di 8, maka akan dilanjutkan dengan memproses P2 yang memiliki waktu pelayanan sebesar 7 ms, sehingga proses P2 akan selesai dikerjakan pada posisi 15. P1 dan P2 sudah selesai dikerjakan, sekarang proses selanjutnya yang sedang menunggu pengerjaan proses P3 dan P4. Dan selanjutnya sampai proses P4 selesai untuk diproses. Dalam proses FCFS tidak mengizinkan sebuah penyelaan dari segi apapun, walaupun proses yang menunggu memiliki prioritas yang lebih tinggi.
Waktu tunggu : P1=0, P2=6, P3=8, P4=14 Rata-rata waktu tunggu = (0+6+8+14)=28/4 =7,
Rata-rata Waktu Turnaround=(8+15+25+30)79/4=19.75
3.3.2 Shortest Job First ( SJF)
Model antrian ini adalah memproses job yang terpendek waktu prosesnya untuk eksekusi terlebih dahulu, model antrian terdiri dari dua skema yaitu :
3.3.2.1 SJF Non-Preemptive
Adapun tabel perhitungan pada model antrian SJF Non Preemptive adalah sebagai berikut :
Tabel 3.2 Perhitungan Pada SJF Non Preemptive
Proses Burst time Arrival Wait Start Finish Turnaround
P1 8 0 0 0 8 8
P2 7 2 6 8 15 7
P3 10 7 14 21 31 10
P4 6 11 4 15 21 14
41 Gantt Chart dari tabel di atas adalah :
Ketika CPU tidak melakukan aktifitas apapun, datang sebuah proses yang bernama P1 untuk diproses yaitu pada titik 0. Pada saat itu P1 membutuhkan waktu proses sejumlah 8. Ketika baru berjalan selama 2 ms, proses P2 datang untuk diproses, tapi hal ini tidak akan diizinkan oleh CPU karena dalam sjf tidak diizinkan sebuah penyelaan, proses yang sudah diproses akan dikerjakan hingga selesai. Maka dengan itu P1 akan diproses sampai selesai pada titik 8.
Pada titik 8, sudah terlihat bahwa P2 dan P3 sedang menunggu untuk diproses. Pada saat ini CPU kembali memeriksa jumlah waktu tunggu dari ke dua proses tersebut. dan dapat dilihat bahwa P2 memiliki waktu pengerjaan lebih sedikit dibandingkan dengan P3. Maka proses P2 yang dikerjakan terlebih dahulu. Begitu seterusnya, setiap CPU menyelesaikan proses CPU akan melakukan pemeriksaan dari waktu tunggu proses yang sedang menunggu, yang terkecil akan diproses lebih awal.
42 Waktu tunggu : P1 =0, P2 =6, P3 =14, P4 =4 Rata-rata waktu tunggu = (0+6+14+4)=(24)/4 =6
Rata-rata waktu turnaround = (8+15+21+31)=75/4=18.75
3.3.2.2 SJF Preemptive :
Adapun tabel perhitungan pada model antrian SJF Preemptive adalah sebagai berikut : Tabel 3.3 Perhitungan Pada SJF Preemptive
Proses Burst time Arrival Wait Start Finish Turnaround
P1 10 0 6 10 16 6
P2 6 3 0 9 9 0
P3 12 7 23 22 30 8
P4 8 9 13 30 32 2
P5 6 11 6 16 22 6
Gantt Chart dari tabel di atas adalah :
43 Penjelasan:
Ketika CPU tidak melakukan apa-apa datang P1 untuk meminta diproses. Dimana P1 membutuhkan waktu 10 ms untuk menyelesaikan seluruh prosesnya. Tetapi, P1 baru dikerjakan sejumlah 3 ms sudah datang P2 yang ingin diproses. P2 membutuhkan waktu pengerjaan seluruh prosesnya sejumlah 6 ms. Karena P2 memiliki waktu proses yang lebih sedikit dibandingkan dengan P1 maka P2 akan diproses terlebih dahulu.
Pada saat P2 sedang diproses, pada titik ke 7 datang P3 yang mempunyai waktu penyelesaian seluruh prosesnya sejumlah 12. Pada waktu yang bersamaan P1 yang berjumlah 7 dan P2 yang berjumlah 2 sedang menunggu. CPU kemudian melakukan pemeriksaan terhadap ke tiga proses tersebut. Proses yang memiliki waktu tunggu yang paling sedikit yaitu P2, maka P2 akan dikerjakan sampai selesai yaitu pada titik 9. Di titik 9 P2 sudah selesai diproses, maka pada saat ini CPU akan melakukan pemeriksaan kembali terhadap proses yang akan dikerjakan. Pada titik 9 sudah ada P1 yang mempunyai waktu pengerjaan 7 dan P3 yang mempunyai waktu pelayanan 12. Namun pada saat yang bersamaan datang P4 yang mempunyai waktu pemrosesan 8.
Setelah melakukan pemeriksaan dari tiga proses tersebut, CPU memutuskan bahwa yang akan dikerjakan pada titik 9 yaitu P1, hal ini karena P1 memiliki waktu proses paling sedikit dibandingkan ketiga proses. Pada saat P1 dikerjakan di titik 10 datang P5 yang membutuhkan waktu pelayanan sejumlah 6. Proses yang masih terdapat pada antrian yaitu proses P3(12), P4(8). Jika dilihat P1 dan P5 memiliki waktu pelayanan proses sejumlah 6, sama seperti SJF Non Preemptive, jika ada proses yang memiliki kesamaan waktu pelayanan, maka proses yang lebih awal datang akan dilayani terlebih dahulu. Disini CPU memilih P1 untuk dikerjakan hingga berakhir pada titik 16. Di titik 16 saat P1 selesai diproses oleh CPU, CPU
44
kembali melakukan pemeriksaan terhadap proses-proses yang sedang menunggu. Pada saat itu CPU memilih P5 yang lebih awal untuk diproses.
Waktu tunggu : P1 =6, P2=0, P3=23, P4 =13,P5=6 Rata-rata waktu tunggu = (6+0+23+13+6)=(48)/5 =9.5ms Rata-rata waktu turnaround = (6+0+8+2+6)=22/5=4.4ms 3.3.3 Round Robin
Model antrian ini adalah merupakan layanan untuk memproses job pertama berdasarkan kuantum waktu, kemudian melanjutkan sisa burst time job pertama yang diproses.
Kuantum(q=5)
Tabel 3.4 Perhitungan Pada Round Robin
Proses Burst time Arrival Priority Wait Start Finish Turnaround
P1 11 0 3 33 0 44 33
P2 8 3 2 22 30 38 30
P3 10 5 3 23 33 43 33
P4 5 7 1 8 14 28 23
P5 10 12 2 21 31 41 31
Gantt chart dari tabel di atas adalah :
45 Keterangan gantt chart di atas adalah sebagai berikut :
Model antrian proses round robin, proses akan diberikan waktu pelayanan yang sama dari tiap-tiap prosesnya. Algoritma round robin ini disebut dengan algoritma yang adil. Gantt chart di atas terlihat bahwa setiap proses dikerjakan menurut waktu yaitu setiap proses diproses sebesar 5. Awalnya P1 akan dikerjakan sebanyak 5 langkah, kemudian, P2 sebanyak 5 langkah, dan begitulah selanjutnya hingga P5. Proses yang sudah diproses menurut waktu yang diberikan akan kembali menunggu dan berada paling belakang dari antrian proses yang ada.Contohnya P1 dikerjakan di awal, kemudian ada P2, P3,P4,dan P5 yang mengantri di belakangnya. Jika P1 selesai diproses menurut waktunya maka P1 akan di pindahkan ke belakang, sehingga urutannya menjadi P2, P3, P4, P4, P1.
Waktu tunggu : P1 =33, P2 =22, P3 =23, P4 =8, p5=21
