Virtual Cluster on Demand Berbasis Diskless Remote Boot in Linux (DRBL) Hendy Cahyanofa 1), Mochamad Hariadi 2) 1) Jurusan Teknik Elektro ITS Surabaya (hendy_theg@elect-eng.its.ac.id) 2) Jurusan Teknik Elektro ITS Surabaya (mochar@ee.its.ac.id) Ringkasan Grid computing is a system used to manage computer clusters in the world, who handled many kind of computer cluster. The underlying idea of Grid Computing is to use undedicated cluster or clusters on demand, which many in the world. This type of cluster is used to work for morning and afternoon,only in the evening can be used as workers of the cluster. This causes low efisiensiya, difficult in the management and the process can not run optimally. Therefore, people tend to use a dedicated cluster of high costs for using a special computer that is used as a cluster.virtual Clusters on Demand, by adding the Virtual Technology feature to Cluster on Demand that can improve the quality of the cluster on demand. A high efficiency, easy in the management and maintenance, and able to improve the process. And the most important cost is low because of using existing resources. Index Terms Cluster on demand, Grid Computing, Virtual cluster on demand, DRBL I. PENDAHULUAN G rid Computing adalah infrastruktur perangkat keras dan perangkat lunak yang menyediakan diandalkan, konsisten, menyeluruh, dan murah dalam mengakses computasi dengan kemampuan high-end[1]. Grid Computing menawarkan system manajemen Cluster yang dapat dimanfaatkan dengan murah, dengan menggunakan undedicated cluster atau cluster on demand yang banyak terdapat didunia hal ini mungkin dilakukan. Cluster jenis ini digunakan bekerja untuk pagi dan siang hari, pada malam harinya baru dapat digunakan sebagai worker dari cluster. Hal tersebut menyebabkan efisiensiya rendah, sulit dalam managemen, serta proses tidak dapat berjalan optimal. Sehingga pengguna cenderung menggunakan dedicated cluster yang biayanya tinggi, karena menggunakan komputer khusus untuk digunakan sebagai cluster. Pada Penelitian ini diimplementasikan Virtual Cluster on Demand, yaitu dengan menambahkan teknologi Virtual pada Cluster on Demand sehingga dapat meningkatkan kualitas dari cluster on demand. Efisiensinya menjadi tinggi, mudah dalam managemen dan perawatan, serta mampu meningkatkan proses. Dan yang terpenting biaya yang digunakan tetap rendah karena menggunakan sumber daya yang ada. Maka sumberdaya komputer untuk komputasi besar tidak lagi menjadi kendala. A. Cluster Computer II. DASAR TEORI Cluster Computer adalah sekelompok komputer yang terdiri dari headnode dan beberapa node eksekusi yang saling terkoneksi melalui jaringan lokal berkecepatan tinggi dan didesain untuk digunakan sebagai sumber daya komputasi yang terintegrasi [1]. Ada bebrapa karakteristik umum dari suatu cluster computer antara lain: Terdiri dari beberapa mesin yang sejenis (homogen). Terhubung dalam satu jaringan dengan koneksi yang bersifat dedicated. Semua mesin berbagi resource yang sama, misalnya dengan NFS. Saling percaya satu sama lain, sehingga koneksi ssh maupun rsh tanpa membutuhkan password. Harus mempunyai software seperti MPI untuk memungkinkan program dijalankan secara paralel disetiap mesin. B. Diskless Remote Boot in Linux (DRBL) DRBL (Diskless Remote Boot in Linux) adalah sebuah software gratis, open source solusi untuk memanage system operasi linux pada banyak klien. Dengan menggunakan DRBL dapat menghemat banyak waktu yang dihabiskan untuk menjalankan banyak klien. Cukup dengan menginstall pada satu server maka dapat mengkonfigurasi seluruh klien. DRBL Menyediakan lingkungan tanpa harddisk atau tanpa system bagi mesin klien. DRBL dapat bekerja pada debian, Ubuntu, Mandriva, Red Hat, Fedora, CentOS dan SuSE. DRBL menggunakan PXE/etherboot, NFS dan NIS untuk menyediakan servis pada mesin kliensehingga tidak diperlukan untuk menginstall linux pada hard drive klien masing-masing [2]. Pada saat server dapat dijadikan DRBL server, mesin klien dapat dihidupkan melalui PXE/etherboot. DRBL tidak menggunakan Hard drive sehingga system operasi yang lain (misalkan windows xp) yang terinstall pada mesin klien tidak akan terpengaruh. Hal ini sungguh sangat berguna ketika pengguna masih
menginginkan ada system operasi yang lain yang terinstall di mesin klien sehingga masih ada pilihan untuk booting. 1). Desain jaringannya sebagaimana terlihat pada gambar 2. C. Pre-boot execution Environment (PXE) Pre-boot execution Environment (PXE) didefiniskan sebuah dasar dari Standar Industri Protokol Internet dan service-service yang secara luas digunakan di industri, yaitu TCP/IP, DHCP, dan TFTP. Standarisasi ini dalam bentuk interaksi server dan klien[3]. PXE dikenalkan sebagai bagian dari susunan wired for management oleh intel dan telah dideskripsikan dalam spesifikasi (versi 2.1) yang dipublish oleh intel dan sistemsoft pada 20 september 1999. PXE menggunakan beberapa protocol jaringan seperti Internet protocol(ip), User Datagram Protokol (UDP), Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) dan Trivial File Transfer Protokol (TFTP) dan konsepkonsep seperti Globally Unique Identifier (GUID), Universally Unique Identifier (UUID) dan Universal Network Device Interface dan perluasan firmware dari PXE client dengan menggunakan standar Application Programming Interfaces (APIs) Dengan ketentuan klien PXE hanya hanya mengacu dalam peran sebagai mesin yang melakukan boot proses. Klien PXE dapat sebagai server, desktop, laptop atau semua jenis mesin yang lain yang dilengkapi dengan boot code dari PXE. Gambar 1. Hirarki DNS III. DESAIN DAN IMPLEMENTASI SISTEM Pada penelitian ini diimplementasikan DRBL sebagai Virtual Server pada Cluster on Demand untuk mengoptimalkan kinerja dari cluster on demand dalam sebagai salah satu jenis komputer cluster yang ada. Dalam menjalankan fungsinya, DRBL server berperan ganda sebagai DNS, NTP, NFS, DHCP dan PXE server. Ada tiga cluster yang akan dipakai sebagai sumber daya grid, yaitu : bagong cluster, petruk cluster, dan semar cluster. bagong cluster dan petruk cluster merupakan dedicated cluster sedangkan semar cluster merupakan undedicated cluster (digunakan untuk kegiatan akademik pada siang hari). Pada Cluster undedicated cluster atau Cluster on demand inilah DRBL diimplementasikan.l. A. Desain Sistem DRBL berada pada salah satu komputer yang difungsikan sebagai server, dengan hostname drbl. drbl.grid.computer.ee.its.ac.id dan alamat IP 10.122. 67.15. Selain berfungsi sebagai DRBL server, juga berfungsi sebagai DNS, NTP, NFS, DHCP dan PXE server. Servis-servis tambahan tersebut diperlukana untuk menunjang DRBL server dalam menjalankan tugasnya sebagai virtual server. Mesin client berada pada domain drbl.grid.computer.ee.its.ac.id (Gambar Gambar 2. Desain jaringan drbl Tabel I ALOKASI ALAMAT IP drbl cluster Hostname IP Address Keterangan drbl 10.122.100.1 Server node0-110 10.122.100.10 Client node0-111 10.122.100.11 Client node0-112 10.122.100.12 Client node0-113 10.122.100.13 Client node0-114 10.122.100.14 Client node0-115 10.122.100.15 Client node0-116 10.122.100.16 Client node0-117 10.122.100.17 Client node0-118 10.122.100.18 Client node0-119 10.122.100.19 Client node0-120 10.122.100.20 Client node0-121 10.122.100.21 Client node0-122 10.122.100.22 Client node0-123 10.122.100.23 Client node0-124 10.122.100.24 Client node0-125 10.122.100.25 Client node0-126 10.122.100.26 Client Untuk menjalankan DRBL server, user terlebih
dahulu login ke mesin Server dimana DRBL Server berada dengan menggunakan ssh dan sistem otentikasi yang dipakai adalah NIS/YP. Parameter yang dipakai dalam proses otentikasi tersebut adalah username dan password Agar klien-klien dapat memiliki konfigurasi sendiri, data-data tersebut disimpan di server NFS sehingga bisa dilakukan penyimpanan konfigurasi masing-masing klien pada server. Network Time Protokol (NTP) digunakan untuk melakukan sinkronisasi waktu setiap mesin. Sinkronisasi waktu ini penting untuk mengetahui berapa lama waktu yang dibutuhkan klien untuk mengeksekusi perintah server. Alokasi alamat IP dari drbl cluster ditunjukkan pada tabel I. Gambar 4. Jaringan DRBL B. Implementasi Sistem Virtual Cluster on Demand adalah gabungan antara teknologi Cluster on Demand atau undedicated Cluster dengan teknologi Virtual sehingga mampu meningkatkan kekurangan keduanya. seperti pada Gambar3 Gambar 3. Virtual Cluster on Demand[4], [5] Beberapa software untuk mengimplementasikan Virtual Cluster on Demand pada sistem Grid yang telah ada di Jurusan Teknik Elektro ITS antara lain adalah : DRBL sebagai virtual server, Bind9 sebagai implementasi dari DNS, dhcp3 untuk DHCP nfs-kernel-server dan nfs-common yang merupakan implementasi dari Network File System (NFS), ntp server dan ntpdate sebagai implementasi dari Network Time Protocol (NTP), apache2 dan Php5 sebagai web server dan ganglia dipergunakan sebagai monitoring tool. 1) User Interface : Interface DRBL dengan user dilakukan melalui command line. DRBL mempunyai perintah-perintah dasar yang dijalankan server pada folder /opt/drbl/sbin/ dan ada perintah yang dieksekusikan ke seluruh klien pada folder /opt/drbl/bin/. misalkan ketika akan menjalankan perintah pada seluruh klien untuk melakukan sesuatu dengan /opt/drbl/bin/drbl-do-it (perintah yang akan dijalankan) atau untuk menampilkan TUI environment pada server seperti pada Gambar 5 dengan menjalankan /opt/drbl/sbin/dcs maka akan ditampilkan TUI environment pada server untuk memanage klien. sehingga mampu menghasilkan komputer Cluster yang : Tidak Menggunakan Komputer Khusus Biaya rendah Proses Berjalan lebih maksimal (dari Cluster on Demand atau Virtual Cluster) Mudah dalam Pemeliharaan dan Perawatan Efisiensi dalam Manjemen Tinggi Bentuk jaringan Virtual Cluster yang berhasil diimplementasikan dan sesuai jaringan laboratorium common computing adalah seperti Gambar 4 Gambar 5. TUI environment 2) Alur Proses Menjalankan Klien: Pada saat dijalankan DRBL klien melalui server maka
akan melalui beberapa tahapan samapi klien dapat menjalankan sistem operasinya sendiri dan menjalankan proses yang lain. Tahapan yang dilalui klien seperti yang terlihat pada Gambar 6 a) Prosesor : Intel(R) Pentium(R) 4 CPU 2.40GHz b) Memori : 512 MB c) Alamat IP : 10.122.100.10 s.d 110.122.100.28 d) Sistem operasi : Debian GNU/Linux lenny Untuk menguji virtual cluster dalam memanajemen cluster on demand, dilakukan pengujian berdasarkan rata-rata waktu booting dan optimasi beban jaringan yang diperbolehkan yang nantinya didapatkan optimasi dari virtual cluster Pengujian akan dilakukan pada undedicated cluster yang telah ada di Jurusan Teknik Elektro ITS, semar cluster. Gambar 6. Tahapan Booting Tahapan-tahapan tersebut sebagai berikut 1) Client mencari DHCP server 2) DHCP server mengirim informasi network 3) Client meminta file boot loader PXE linux 4) Server Mengirim paket yang diminta 5) Client meminta kernel linux untuk booting 6) Server mengirim paket yang diminta 7) Hubungan NFS antara Server dan Client dilakukan Penjelasan dari tahapan diatas adalah setelah client booting, maka akan memulai proses DHCP dimana client meminta informasi network dan diberikan oleh server DHCP sehingga diketahuilah informasi jaringan yang dibutuhkan, seperti IP-Address. Proses selanjutnya adalah proses dari TFTP servis dimana Client meminta image atau kernel linux untuk dijalankan dan dikirimkan paket yang diminta oleh TFTP server kepada Client. Kedua proses dari DHCP dan TFTP tersebut disebut dengan proses PXE. setelah proses itu selesai maka akan dijalin hubungan Server dan Client dengan NFS sehingga Client yang Diskless dapat mempunyai konfigurasi sendiri yang tersimpan di Server A. Pengujian Waktu Booting Pengujian ini dilakukan dengan mematikan dan menghidupkan klien dari server virtual dengan jumlah klien yang ditentukan dimulai dari 1 sampai dengan 12 klien. masing- masing jumlah dilakukan pengujian sebanyak 10 kali sehingga didapatkan waktu booting rata-rata untuk masing-masing jumlah node yang diuji Tabel II TIME BOOTING RATA-RATA NODE Jumlah Node Waktu Booting Rata-Rata(s) 1 25 2 34 3 36 4 50 5 57 6 60 7 57 8 62 9 58 10 59 11 61 12 60 IV. PENGUJIAN SISTEM Pada pengujian ini, spesifikasi sumber daya yang dipakai adalah sebagai berikut : 1) Mesin Server : a) Prosesor : Intel(R) Pentium(R) 4 CPU 2.40GHz b) Memori : 512 MB c) IP-Address : 10.122.67.15 dan 10.122.100.1 d) Sistem operasi : Debian GNU/Linux lenny 2) Drbl cluster : Gambar 7. Diagram Batang Rata-rata Waktu Boot Pada percobaan pertama didapatkan data sesuai Tabel II dan digambarkan dalam Gambar 7 Dapat dilihat pada TabelII Ataupun Gambar 7maka waktu boot rata-rata, tiap ujicoba akan mengalami kenaikan sampai dengan 60 sekon. Berapapun jumlah node client yang diuji, penunjukan waktu cenderung tetap pada angka 60 sekon setelah pengujian menggunakan 6 node. Dan mengalami naik turun yang relatif kecil.
Hasil kedua yang didapatkan adalah waktu Booting rata-rata sebuah PC untuk setiap uji coba yang dilakukan Tabel III TIME BOOTING RATA-RATA 1 PC Percobaan Waktu Booting Rata-Rata 1 PC(s) 1 25.00 2 17.00 3 12,41 4 13,51 5 12,12 6 10,9 7 9,19 8 8,73 9 7,34 10 6,78 11 6,70 12 6,12 Gambar 9. Diagram Beban Jaringan Dari statistik jaringan pada Table IV dan Gambar 9diperoleh analisa bahwa Beban jaringan naik seiring bertambahnya node yang diuji, kenaikan hampir mengalami kondisi stabil diangka 7Mbps. Hasil Kedua dari pengujian didapatkan data beban rata-rata sebuah PC dalam percobaan Tabel V BEBAN JARINGAN TIAP PC Gambar 8. Diagram Batang Rata-rata Waktu Boot 1 PC Dapat dilihat pada TabelIII Ataupun Gambar 8maka waktu boot rata-rata sebuah pc tiap uji coba akan mengalami penurunan menuju angka 6 sekon dan mendekati ambang kestabilan. Percobaan Beban Jaringan Tiap PC (Mbps) 1 0.890 2 0.810 3 0.850 4 0.924 5 0.872 6 0.821 7 0.790 8 0.830 9 0.650 10 0.800 11 0.780 12 0.700 B. Pengujian Beban Jaringan Pengujian ini dilakukan dengan mematikan dan menghidupkan klien dari server virtual dengan jumlah klien yang ditentukan dimulai dari 1 sampai dengan 12 klien. masing-masing jumlah dilakukan pengujian sebanyak 10 kali sehingga didapatkan data beban jaringan yang dilewatkan. Tabel IV BEBAN JARINGAN Jumlah Node Beban Jaringan Maksimum (Mbps) 1 0.89 2 1.62 3 2.49 4 3.42 5 4.10 6 4.52 7 4.89 8 5.79 9 5.19 10 7.02 11 7.12 12 6.79 Gambar 10. Diagram Beban Jaringan Tiap PC Dari data diatas dapat dianalisa bahwa beban jaringan rata-rata sebuah pc adalah 0,8 Mbps C. Prosentase Keberhasilan Setelah dilakukan uji coba terhadap 12 Client node didapatkan data keberhasilan dilakukan booting via jaringan
Tabel VI PROSENTASE KEBERHASILAN BOOTING OVER NETWORK Percobaan Prosentase keberhasilan (%) 1 100 2 100 3 90 4 70 5 70 6 50 7 40 8 40 9 40 10 20 11 0 12 0 Gambar 12. Prosentase keberhasilan Booting Over Network 1 PC Dari data Kedua diketahui bahwa penurunan tingkat keberhasilan sebuah PC tidak terlalu signifikan bila dibandingkan dengan keberhasilan percobaan, belum tentu sebuah PC dikatakan gagal booting apabila percobaan tersebut gagal. Penyebab Kegagalan tersebut diakibatkan oleh beberapa Faktor diantaranya : PC mengalami kerusakan Hardware seperti Power Supply dan NIC Kabel Jaringan tidak terhubung Switch gagal mengirimkan paket Gambar 11. Prosentase Keberhasilan Percobaan Dari data yang didapatkan dapat diketahui bahwa prosentase keberhasilan percobaan secara keseluruhan mengalami penurunan sampai tingkat terendah pada uji coba dengan menggunakan 11 node Client Tabel VII PROSENTASE KEBERHASILAN BOOTING OVER NETWORK 1 PC Percobaan Jumlah PC gagal Boot Prosentase 1 PC (%) 1 0 dari 10 100 2 0 dari 20 100 3 1 dari 30 96.67 4 3 dari 40 92.5 5 3 dari 50 91.67 6 4 dari 60 88.57 7 8 dari 70 88.75 8 9 dari 80 87.78 9 11 dari 90 87 10 13 dari 100 87 11 19 dari 110 82.73 12 22 dari 120 81.67 A. Kesimpulan V. PENUTUP Dari percobaan yang telah dilakukan didapatkan bahwa Virtual Cluster on Demand telah berhasil diimplementasi kan pada Cluster on Demand yang ada di Jurusan Teknik Elektro ITS, dari hasil pengujian yang dilakukan sampai saat ini tercatat bahwa untuk menjalankan virtual cluster on demand membutuhkan waktu yang relatif lebih kecil yaitu antara 25 sekon sampai 6 sekon dibandingkan dengan cara konvensional yang memakan waktu 30 sekon tiap Klien. Untuk menghidupkan sebuah Klien rata-rata makan membebani jaringan sebesar 0,8 Mbps. Dan prosentase keberhasilan dalam menghidupkan sebuah Klien diatas 80 % bisa sampai 100% dengan cara hanya mengidupkan 1 sampai 2 klien sekaligus. Sistem ini masih dalam tahap pengembangan, masih ada beberapa kekurangan yang dapat ditingkatkan. DAFTAR PUSTAKA [1] I. Foster dan C. Kesselman, 2004. The Grid : Blueprint for a Future Computing Infrastructure. Morgan Kaufmann Publishers. [2] Steven Shiau, dkk, 2009. Diskless Remote Boot in Linux (DRBL). http://drbl.sourceforge.net/ [3] SYSTEMSOFT, 1999. Preboot Execution Environment (PXE) Specification. Intel Corporation, [4] http://www.techwarelabs.com/articles/editorials/virtual_double [5] http://www4.uwm.edu/enderis_tech/enderis_labs/