Ringkasan Tugas Akhir
PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI
SISTEM HIGH AVAILABILITY DENGAN VIRTUALISASI
William
13204161
Kelompok Keilmuan Teknik Telekomunikasi
Program Studi Teknik Elektro
Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Institut Teknologi Bandung
Dosen Pembimbing: Dr. Ir. Harry Santoso
Abstrak
Tugas akhir ini membahas penggunaan virtualisasi untuk menyediakan layanan high availability. Virtualisasi bertujuan untuk menggunakan resource hardware seefisien mungkin untuk menyediakan layanan. Setiap layanan akan dijalankan pada mesin virtual yang dapat dimigrasikan antar node secara cepat untuk mencapai availability yang tinggi.
Hal ini dilakukan dengan menggunakan software Xen untuk membuat mesin virtual dan Heartbeat untuk menyediakan layanan high availability. Untuk dapat melakukan fungsinya diatas, tiap-tiap mesin virtual harus menyimpan konfigurasinya pada sebuah shared storage yang dapat diakses setiap node.
Kata kunci : virtualisasi, high availability
1. TINJAUAN PUSTAKA
High availability, sesuai etimologinya,
adalah kemampuan sistem komputer untuk menyediakan suatu layanan tanpa gangguan.
Availability berhubungan dengan kemampuan user untuk mengakses sistem tanpa gangguan.
Availability adalah perbandingan antara waktu uptime dengan waktu total waktu pengukuran, waktu uptime dan waktu downtime. Dengan persamaan matematis sebagai berikut:
Downtime, yang biasa disebut outage,
adalah periode waktu dimana sebuah sistem tidak tersedia atau offline. Hal ini umumnya terjadi karena gangguan pada sistem yang disebabkan oleh kerusakan, maintenance, atau
upgrade pada sistem.
Virtualisasi umumnya digunakan ketika akan melakukan sesuatu yang tidak mungkin dilakukan pada kenyataan. Pada virtualisasi, komputer menjalankan mesin virtual secara terpisah dan berkomunikasi menggunakan protokol IP. Keuntungan menggunakan sistem ini adalah jika salah satu mesin virtual mengalami gangguan, yang lainnya tidak akan terpengaruh. Dengan menjalankan satu layanan untuk tiap mesin virtual, resiko gangguan yang disebabkan pengaruh dari suatu layanan terhadap layanan lain dapat diminimalkan.
Penggunaan metode ini tanpa menggunakan virtualisasi membutuhkan biaya yang besar karena dibutuhkan lebih banyak
hardware dan biaya perawatan yang tinggi.
Dengan menggunakan virtualisasi, layanan dapat dijalankan pada mesin virtual tertentu yang bekerja pada suatu node.
kelebih high av • Fl be ko m • Av be se ma • Sc ata • Ut m op • Ke pe Kekura • Ov pe vir ka • SP m m ha pa ga He dikemb (Linux-layanan digunak (mati), jaringan Xe dikemb Compu open so dimodif virtual komput Virtualisasi han yang dapat
vailability. Anta leksibilitas. Ses eberapa opera omputer, me igrasi mesin vi vailability. M erjalan ketika ebagai contoh aintenance har calability. Mu au memindahk tilisasi hardw eningkat ket perating system eamanan. Ha emisahan layan angan dari virtu
verhead. Men erforma yan rtualisasi. Pe arena fleksibilit POF (single po esin virtual esin virtual ardware agar ada hardwar angguan pada m earbeat adala bangkan oleh -HA) untuk n high avai
kan untuk men komunikasi a n. [1,7] en adalah too bangkan Uni uter Laborator
ource dan gra
fikasi. Denga dapat bekerj ter tanpa saling
memiliki dimanfaatkan ara lain: seorang dapat ating system p emungkinkan irtual ke komp Mesin virtual a node fisik h ketika up rdware. udah untuk m kan node fisik.
ware. Utilisas tika melayan m secara bersam al ini diseb nan. ualisasi: ngakibatkan b ng disebab erforma akan tas ditingkatka oint of failure) terpisah dari tetap bergan dapat bekerja re dapat m mesin virtual. h salah satu Linux High mendukung lability. Hear ndeteksi node antar node da ol untuk virtu iversity of ry. Xen adal
atis untuk dig an Xen, bebe ja bersama p g mempengaruh beberapa n pada sistem menjalankan pada sebuah terjadinya puter lainnya. tetap dapat dimatikan, pgrade dan menambahkan si hardware ni beberapa ma. abkan oleh berkurangnya bkan oleh n berkurang an. e). Walaupun i hardware, ntung pada a. Kerusakan menyebabkan u tool yang Availability kebutuhan rbeat dapat yang offline an mengatur ualisasi yang Cambridge ah software gunakan dan erapa mesin pada sebuah hi. 2. PE IMPLE 2.1. P T ini dit Design khusus failure, karena sistem mempe dengan G 2.2. Im D jaringa setiap ganggu dilakuk mengal dan ke dilakuk yang te D disimpa mesin node. S mesin v bersam akan m image ERANCANG EMENTASI erancangan opologi yang tunjukkan pad n tersebut mem nya dalam m , tetapi hal ini
penelitian ini ketika suatu erhitungkan ke n redundansi ha Gambar 1. Top mpelementasi Daemon pada an untuk mengk waktu. Ketik uan, proses m kan ke node l lami gangguan embali hidup, kan untuk men elah dimigrasik
Disk image d
an pada share
virtual dapat
Salah satu mas
virtual yang sa
maan pada lebi menyebabkan m mesin virtu GAN DAN digunakan pad da gambar d miliki banyak masalah sing tidak akan di akan membah layanan mat esalahan yang ardware.
pologi pada pen
Heartbeat b komunikasikan ka suatu node migrasi mesin lainnya. Ketik n tersebut suda , proses migr ngembalikan m kan ke node asa
dari tiap m
ed storage, me
t dijalankan salah dari siste ama dapat dijal ih dari satu n masalah pada in ual tersebut da penelitian dibawah ini. k kekurangan gle point of perhitungkan has kestabilan ti, dan tidak
berhubungan nelitian bekerja pada n status node e mengalami virtual akan a node yang ah diperbaiki rasi kembali mesin virtual alnya. mesin virtual embuat setiap pada semua em ini adalah lankan secara
node. Hal ini
ntegritas dari akan rusak.
Berbaga ini. Du Heartbe STONI Head). Pa STONI mengiri node memast Pada pe bahwa Heartbe dengan storage dijalank Ko mengat scripts status. membe layanan Ke disimul menyal mesin v lainnya memati dan dija tidak memati kembal dilakuk menghi untuk m 3. PE Un sebuah topolog LAN. untuk dilakuk terhada ai tool tersedia ua teknik yan eat dinamaka TH (Shoot T ada penelitian TH. Ketika im Heartbeat tersebut men tikan bahwa enelitian ini ST node yang
eat tidak menj cara mematik e sehingga m kan. onfigurasi p tur layanan de menggunakan Ini dilakukan rhentikan Hea n yang sedang b egagalan pada lasikan den akan mesin v
virtual dari sua
a dapat disi ikan mesin vir alankan pada n berjalan pad ikan mesin i di node kan dengan p idupkan mesin mematikan mes ENGUKURAN ntuk penelitia komputer y gi yang digunak Komputer ini melakukan b kan untuk p ap topologi yan a untuk menga ng dapat digu an node fe The Other No n ini digunak suatu nod yang menyat nyala, STON node tersebut TONITH akan g berhenti m jalankan mesi kan akses terh mesin virtual
pada Heartbe engan menggu n perintah sta n untuk menj artbeat dan jug
berjalan. a suatu hard ngan memat virtual. Terjadi atu hardware k imulasikan d
rtual pada sala node lainnya. M a selang w virtual dan lainnya. Hal perintah xm c n virtual dan x sin virtual. N DAN ANAL an ini akan yang terhubu kan mengguna i berguna se berbagai perco pengukuran d ng digunakan. atasi masalah unakan pada encing dan ode In The kan metode de berhenti takan bahwa NITH akan telah mati. memastikan mengirimkan in virtualnya hadap shared tidak dapat eat adalah unakan init.d rt, stop dan alankan dan a memeriksa dware dapat tikan dan inya migrasi ke hardware dengan cara ah satu node Mesin virtual aktu antara menyalakan ini dapat create untuk xm shutdown LISIS n digunakan ung dengan akan jaringan bagai client obaan yang dan analisis G 3.1. P Ja Pe menget waktu. menget yang m mengil terhada akan d 100 pa akan dinyata yang melaku 0.01 vm trip tim dinyata ganggu perinta tersebu perinta node y digunak node1, Perinta yang mengas Gambar 2. Topo engaruh Mig aringan engukuran tahui dampak Hal ini pe tahui dampak membutuhkan la Round trip ustrasikan dam ap latency jari dikirimkan 100 ket setiap detik
berlangsung akan dalam sum
digunakan p ukan percobaan
m01.
Output dari
me dari setiap p
akan dalam sum uan terkontrol ah ping terseb ut disimulasik ah untuk men yang menjalan kan pada node adalah /e
ah tersebut aka dikirimkan sumsikan nod
ologi untuk per grasi Terhad ini dilakuk migrasi terha enting dilaku migrasi terha atency rendah. p time digun
mpak dari liv ingan. pada p 00 paket denga
k dari client. P selama 10 mbu x pada gra pada sisi c n ini adalah pin
perintah ping paket. Round tr mbu y pada gr disimulasika but dijalankan kan dengan m nghentikan He nkan vm01. P e yang menjal etc/init.d/Hear an menghentik oleh n
de1 telah off
rcobaan dap Latency kan untuk adap dimensi ukan untung adap layanan . nakan untuk ve migration percobaan ini an kecepatan Percobaan ini detik dan afik. Perintah client untuk ng –c 1000 –i adalah round
rip time akan
rafik. Sebuah an pada saat n. Gangguan menggunakan eartbeat pada erintah yang ankan vm01, rtbeat stop. kan Heartbeat node1 dan ffline (mati).
Mesin virtual yang dijalankan oleh node1 akan dimigrasikan ke node2.
Gambar 3. Grafik round trip time paket saat terjadi gangguan terkontrol.
Grafik diatas menunjukkan bahwa migrasi mesin virtual terjadi pada jangka waktu 3,8 detik dan 5,7 detik. Grafik tersebut juga menunjukkan bahwa pada saat migrasi, outage yang dihasilkan sangat kecil dikarenakan paket tetap diterima ketika migrasi terjadi. Paket ping yang hilang pada percobaan ini adalah antara 8 hingga 17 paket untuk satu kali gangguan.
3.2. Paket yang Hilang
Untuk mengukur downtime yang terjadi dapat dilakukan dengan mengirimkan sejumlah paket setiap detiknya kemudian dihitung jumlah paket yang hilang ketika terjadi satu kali gangguan. Hal ini penting untuk trafik UDP (connectionless), dan dapat digunakan untuk menghitung outage berdasarkan jumlah paket per detik dan jumlah paket yang hilang untuk satu kali gangguan.
Pada percobaan ini akan digunakan ZNI IP
Traffic Test and Measurement. Software ini
digunakan sebagai generator paket. Fitur-fitur yang terdapat pada software ini antara lain menentukan protokol yang digunakan (TCP atau UDP), besar paket, jumlah paket yang dikirimkan tiap detik, dll. Software ini digunakan untuk mensimulasikan trafik yang terjadi pada jaringan.
Maka didapatkan tabel sebagai berikut untuk memperhitungkan waktu downtime ketika terjadi sebuah gangguan.
Kecepatan Paket Downtime dengan gangguan Downtime dengan migrasi Xen 10 pps 0,37 0,38 50 pps 0,496 0,427 100 pps 0,5245 0,481
Tabel 1. Waktu downtime (dalam detik) karena gangguan dan live migration.
Dengan hasil diatas didapatkan bahwa waktu downtime sistem akan meningkat ketika kecepatan pengiriman paket bertambah. Hal ini disebabkan karena kecepatan pengiriman paket akan mempengaruhi kinerja sistem dan jaringan sehingga proses migrasi akan berjalan lebih lambat. Hal ini menyebabkan waktu downtime pada sistem yang menerima paket dengan kecepatan tinggi menjadi lebih lama.
Berdasarkan tabel diatas, waktu downtime karena live migration lebih rendah daripada
downtime ketika terjadi gangguan, yang
disimulasikan dengan mematikan Heartbeat pada node yang bersangkutan. Hal ini disebabkan karena jaringan akan mengkomunikasikan Heartbeat terlebih dahulu ketika terjadi gangguan dan hal tersebut akan menambah trafik pada jaringan sehingga waktu downtime akan lebih lama.
3.3. Dampak pada Transfer File
Transfer file menggunakan protokol TCP
yang bersifat connection-oriented. Pada protokol TCP, jika sebuah paket tidak terkirim akan dilakukan retransmisi hingga penerima menyatakan bahwa paket telah diterima.
File yang akan digunakan pada percobaan
ini adalah file ISO image dari Ubuntu, ubuntu-7.10-desktop-i386.iso. Besar file tersebut adalah 729.608.192 bytes, ≈ 695 MB. ansfer tersebut menggunakan perintah: scp vm02@vm02:/ubuntu-7.10-desktop-i386.iso ubuntu-7.10-desktop-i386.iso. 0 0.5 1 1.5 2 0 5 10 ro und tr ip ti me pa ke t waktu
Gambar 4. Grafik waktu yang dibutuhkan untuk transfer file.
Dari hasil yang didapat diketahui bahwa gangguan pada sistem tidak akan menyebabkan terputusnya transfer file. transfer file akan tetap berjalan walaupun mesin virtual mengalami gangguan, hal ini disimulasikan dengan mematikan Heartbeat pada node yang bersangkutan.
Waktu yang dibutuhkan untuk transfer file pada mesin virtual membutuhkan waktu lebih lama dibandingkan dengan transfer file antar komputer. Hal ini diakibatkan karena penggunaan sistem shared storage yang harus mengkomunikasikan proses yang sedang dilakukan pada node lainnya. Hal ini menyebabkan trafik pada sistem menjadi lebih besar.
Waktu yang dibutuhkan untuk transfer file dari komputer ke mesin virtual dengan gangguan lebih lama dibandingkan dengan tanpa gangguan. Hal ini dikarenakan downtime yang terjadi karena migrasi mesin virtual.
Downtime yang terjadi saat terjadi gangguan
ketika transfer file ini sekitar 3,7 detik.
Hasil yang didapat cukup baik untuk menyediakan layanan transfer file karena koneksi transfer tidak terputus saat terjadi gangguan dan waktu yang dibutuhkan untuk
transfer tidak meningkat terlalu signifikan jika
dibandingkan dengan waktu untuk transfer tanpa gangguan.
BAB 5. KESIMPULAN
1. Teknik virtualisasi dapat digunakan untuk menyediakan layanan high
availability. Dengan virtualisasi
perancangan sistem high availability membutuhkan hardware lebih sedikit, penggunaan resource hardware lebih efisien dibandingkan dengan metode klasik.
2. Perancangan dan implementasi yang digunakan pada penelitian ini berjalan dengan baik dengan melihat dan menganalisis hasil yang didapat pada bab 4. Metode ini berjalan baik untuk menyediakan layanan high availability dengan meminimalkan waktu
downtime suatu sistem.
3. Akibat dari gangguan yang disengaja diukur dengan menggunakan paket ICMP, trafik TCP (transfer file) dan UDP. Hasil yang didapat menunjukkan waktu downtime yang cepat dan status koneksi tetap terjaga ketika terjadi migrasi.
4. Availability pada percobaan diatas cukup kecil dengan nilai antara 95 dan 98 persen. Hal ini dikarenakan waktu total uptime sistem, berdasarkan waktu yang dibutuhkan untuk melakukan sebuah percobaan, cukup kecil. Hasil yang didapat dari percobaan ini cukup baik untuk satu kali gangguan.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Alan Robertson, “Linux-HA Release 2 Tutorial”, Linux.conf.au, 2007.
http://www.linux-ha.org/HeartbeatTutorials.
[2] Andi Mann, “Virtualization 101: Technologies, Benefits, and Challenges”, Enterprise Management Associates, 2006.
whitepapers.techrepublic.com.com/abs tract.aspx?docid=254502
[3] Bryan Clark, Todd Deshane, Eli Dow, Stephen Evanchik, Matthew Finlayson, Jason Herne, dan Jeanna Neefe Matthews. “Xen and the Art of 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 komputer ‐ komputer komputer ‐ mesin virtual komputer ‐ mesin virtual dengan gangguan
Virtualization”, USENIX Annual Technical Conference, FREENIX Track, USENIX, 2004.
research.microsoft.com/~tharris/paper s/2003-sosp.pdf
[4] Christopher Clark, “Xen User’s Manual”, 2002.
bits.xensource.com/Xen/docs/user.pdf
[5] Oracle Cluster File System (OCFS2) User’s Manual.
http://oss.oracle.com/projects/ocfs2/ [6] Philipp Reisner, “DRBD v8 -
Replicated Storage with Shared Disk Semantics”, Proceedings of the 12th International Linux System Technology Conference October 11-14, 2005 at University of Hamburg, Germany. edited, revised 2007.
www.drbd.org/fileadmin/drbd/publicati ons/drbd8.pdf
[7] Robertson, A.L., “Programming for Linux-HA”, UKUUG LISA/Winter Conference High Availability and Reliability, Bournemouth, UK, 25-26 February, 2004.
http://www.linux-ha.org/HeartbeatTutorials
[8] Singh, Amit. “An Introduction to Virtualization”, 2003.
www.kernelthread.com/publications/vir tualization/
