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.

kelebihhigh av Fl

bekom

Avbesema

Scata

Utmop

Kepe

Kekura Ov

pevirka

SPmmhapaga

Hedikemb(Linux-layanandigunak(mati), jaringan XedikembCompuopen sodimodifvirtual komput

Virtualisasi han yang dapat vailability. Antaleksibilitas. Seseberapa operaomputer, meigrasi mesin vivailability. Merjalan ketikaebagai contohaintenance harcalability. Muau memindahktilisasi hardweningkat ket

perating systemeamanan. Haemisahan layan

angan dari virtuverhead. Menerforma yanrtualisasi. Pe

arena fleksibilitPOF (single poesin virtual esin virtual

ardware agar ada hardwarangguan pada m

earbeat adalabangkan oleh -HA) untuk n high avaikan untuk men

komunikasi an. [1,7] en adalah too

bangkan Uniuter Laboratorource dan grafikasi. Denga

dapat bekerjter tanpa saling

memiliki dimanfaatkan

ara lain: seorang dapat

ating system pemungkinkan irtual ke komp

Mesin virtual a node fisik h ketika uprdware.

udah untuk mkan node fisik. ware. Utilisastika melayanm secara bersamal ini disebnan.

ualisasi: ngakibatkan bng disebaberforma akantas ditingkatkaoint of failure)terpisah daritetap bergan

dapat bekerjare dapat mmesin virtual.

h salah satuLinux High mendukung

lability. Hearndeteksi node antar node da

ol untuk virtuiversity of ry. Xen adalatis untuk dig

an Xen, bebeja bersama pg 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. PEIMPLE 2.1. P

Tini ditDesignkhususfailure,karena sistem mempedengan

G 2.2. Im

Djaringasetiap ganggudilakukmengaldan kedilakukyang te

Ddisimpamesin node. Smesin vbersamakan mimage

ERANCANGEMENTASI

erancangan

opologi yang tunjukkan pad

n tersebut memnya dalam m, tetapi hal ini penelitian ini ketika suatu

erhitungkan ken redundansi ha

Gambar 1. Top

mpelementasi

Daemon pada an untuk mengk

waktu. Ketikuan, proses mkan ke node llami gangguanembali hidup,kan untuk menelah dimigrasik

Disk image dan pada sharevirtual dapat

Salah satu masvirtual yang sa

maan pada lebimenyebabkan m

mesin virtu

GAN DAN

digunakan padda gambar dmiliki banyakmasalah singtidak akan diakan membahlayanan mat

esalahan yang ardware.

pologi pada pen

Heartbeat bkomunikasikan

ka suatu nodemigrasi mesin lainnya. Ketikn tersebut suda, proses migrngembalikan mkan ke node asadari tiap m

ed storage, met dijalankan salah dari sisteama dapat dijalih dari satu n

masalah pada inual 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.

Berbagaini. DuHeartbeSTONIHead).

PaSTONImengirinode memastPada pebahwa Heartbedengan storagedijalank

Komengatscripts status. membelayanan

Kedisimulmenyalmesin vlainnyamematidan dijatidak mematikembaldilakukmenghiuntuk m 3. PE

Unsebuah topologLAN. untuk dilakukterhada

ai tool tersediaua teknik yaneat dinamakaTH (Shoot T

ada penelitianTH. Ketika im Heartbeat tersebut men

tikan bahwa enelitian ini ST

node yangeat tidak menj

cara mematike sehingga mkan. onfigurasi ptur layanan de

menggunakanIni dilakukanrhentikan Hea

n yang sedang begagalan padalasikan denakan mesin vvirtual dari suaa dapat disiikan mesin viralankan pada nberjalan pad

ikan mesin i di node

kan dengan pidupkan mesinmematikan mes

ENGUKURAN

ntuk penelitiakomputer y

gi yang digunakKomputer inimelakukan b

kan untuk pap topologi yan

a untuk mengang dapat diguan node feThe Other No

n ini digunaksuatu nod

yang menyatnyala, STONnode tersebut TONITH akan g berhenti mjalankan mesikan akses terh

mesin virtual

pada Heartbeengan menggun perintah stan untuk menjartbeat dan jugberjalan. a suatu hard

ngan mematvirtual. Terjadiatu hardware kimulasikan drtual pada salanode lainnya. Ma selang wvirtual dan lainnya. Hal

perintah xm cn virtual dan xsin virtual.

N DAN ANAL

an ini akanyang terhubukan menggunai berguna se

berbagai percopengukuran dng 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. PJa

Pemengetwaktu. mengetyang m

mengilterhadaakan d100 paakan dinyatayang melaku0.01 vm

trip timdinyatagangguperintatersebuperintanode ydigunaknode1, Perintayang mengas

Gambar 2. Topo

engaruh Migaringan

engukuran tahui dampak

Hal ini petahui dampak

membutuhkan laRound trip

ustrasikan damap latency jaridikirimkan 100ket setiap detikberlangsung

akan dalam sumdigunakan p

ukan percobaanm01.

Output dari me dari setiap pakan dalam sumuan terkontrolah ping tersebut disimulasikah untuk menyang menjalankan pada node

adalah /eah tersebut aka

dikirimkan sumsikan nod

ologi untuk per

grasi Terhad

ini dilakukmigrasi terha

enting dilakumigrasi terha

atency rendah.p time digunmpak dari livingan. pada p

00 paket dengak dari client. P

selama 10 mbu x pada grapada sisi cn ini adalah pin

perintah ping paket. Round trmbu y pada gr disimulasikabut dijalankan

kan dengan mnghentikan Henkan vm01. Pe yang menjaletc/init.d/Hearan menghentik

oleh nde1 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

roun

dtrip

timepa

ket

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/abstract.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

0.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0090.00

komputerkomputer

komputermesinvirtual

komputermesinvirtualdengangangguan

Virtualization, USENIX Annual Technical Conference, FREENIX Track, USENIX, 2004. research.microsoft.com/~tharris/papers/2003-sosp.pdf

[4] Christopher Clark, Xen Users Manual, 2002. bits.xensource.com/Xen/docs/user.pdf

[5] Oracle Cluster File System (OCFS2) Users 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/publications/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/virtualization/