BAB II - Teori Dasar

5/28/2018 BAB II - Teori Dasar

1/12

BAB II

DASAR TEORI

2.1.Pengenalan Sistem Operasi LinuxLinux adalah salah satu jenis sistem operasi yang sering dipakai oleh jutaan orang

di dunia. Linux pertama kali diciptakan oleh Linus Torvalds pada tahun 1991. Linux

merupakan sistem operasi yang mengadopsi dari unix maka linux sangat stabil sebagai

server. Dengan ketersediaan source codeLinuxmaupun program-program yang berlisensi

GPL (General Public Lisence), setiap orang memiliki keleluasaan tinggi untuk melakukan

optimisasi terhadap serverLinux yang dibuat sehingga tidak ada ketergantungan kepada

suatu vendor tertentu.

Berbagai aplikasi seperti web server,firewall,dan databasedapat berjalan dengan

baik di linux.Linux juga dapat dijadikan sebagai node pada sistem cluster. Sistem high-

availability(HA) yang hampir menjadi keharusan untuk perusahaan-perusahaan besar juga

telah tersedia perangkat lunaknya.

2.2.Dasar Sistem ClusterSaat ini dapat dikatakan bahwa sumber utama perubahan teknologi komputer

adalah Internet. Banyak sekali masalah yang terjadi dalam lingkup internet dan harus

dijawab dengan efisien dan efektif. Masalah utama yang terjadi bukan lagi cara transfer

data dalam jumlah besar, tetapi masalah utama yang terjadi adalah cara menganalisa dan

memproses data tersebut.

Terdapat beberapa metode untuk menjawab masalah untuk menganalisa dan

memproses data yang besar dengan optimal. Super komputer yang embedded seperti

BlueGene dan Sun Fire banyak sekali digunakan sebagai solusi, tetapi solusi tersebut

membutuhkan biaya yang tinggi. Clustering adalah solusi yang cukup ekonomis untuk

membuat sistem komputer yang digunakan untuk menganalisa dan memproses data dengan

optimal dan efisien.

Dalam dunia komputasi, clustering adalah gabungan dari beberapa komputer yang

bekerja sama untuk menghasilkan output dari masalah tertentu yang diberikan (input)

dimana developer sistem tersebut diharuskan membagi kerja ke setiap anggota gabungan

komputer secara manual.

Secara umum, salah satu karakteristik utama komputerclusteradalah konsepsingle

entity dimana kumpulan banyak komputer yang menjadi komputer cluster dipandang


2/12

BAB II DASAR TEORI

5

IMPLEMENTASI LOAD BALANCING WEB SERVER DAN

MYSQL CLUSTER UNTUK MENJAMIN HIGH

AVAILABILITY PADA WEBSITE

sebagai satu kesatuan sistem tunggal. Hal ini berarti bahwa developer tidak perlu lagi

mengatur pembagian proses yang diberikan untuk didistribusikan ke masing-masing mesin

dalam sistem clustertersebut, tetapi developercukup mendapatkan gambaran bahwa hasil

dari proses yang diberikan si user dikerjakan oleh single sistem. Bagaimana pun juga,

developerperlu mengetahui informasi pengolahan data oleh sistem clustertersebut.

Dari definisi umum di atas, banyak sekali macam konfigurasi untuk sistem cluster.

Berdasarkan konsep tersebut penulis dalam tugas akhir ini akan mengimplementasikan

load balancing dan MySQL Cluster

2.3.LoadBalancingLoad balancing adalah suatu metode untuk mendistribusikan beban kepada

beberapaserver sehingga beban kerja menjadi lebih ringan. Ini bertujuan agar waktu rata-

rata mengerjakan tugas akan rendah dan menaikkan utilitas prosesor.

Load balancing dapat diimplementasikan dengan hardware khusus, software

maupun gabungan keduanya. Konfigurasi standar yang ada memberi gambaran bahwa satu

mesin ditempatkan diantara client dan server, mesin ini disebut sebagai director karena

tugasnya adalah memberikan balancing pada requestdari clientkeserver.

Sebuah load balanceradalah perangkat jaringan yang dipasang diantara clientdan

server, bekerja sebagai gerbang untuk melayani request dari client. Load balancer

mengimplementasikan beberapa metode penjadwalan yang akan menentukan ke arah

servermana requestdari clientakan diteruskan.

Gambar 2.1 Skema Sistem Load balancing

Beberapa keuntungan yang diperoleh dari teknik load balancingsebagai berikut:

a. Flexibil ity :Server tidak lagi menjadi inti sistem dan resource utama, tetapi menjadibagian dari banyakserveryang membentuk cluster. Hal ini berarti bahwa performa per

unit dari cluster tidak terlalu diperhitungkan, tetapi performa cluster secara


3/12

BAB II DASAR TEORI

6




keseluruhan. Sedangkan untuk meningkatkan performa dari cluster, server atau unit

baru dapat ditambahkan tanpa mengganti unit yang lama.

b. Scalabil ity : Sistem tidak memerlukan desain ulang seluruh arsitektur sistem untukmengadaptasikan sistem tersebut ketika terjadi perubahan pada komponen sistem.

c. Secur ity : Untuk semua trafik yang melewati load balancer, aturan keamanan dapatdimplementasikan dengan mudah. Dengan private network digunakan untuk real

servers, alamatIPnya tidak akan diakses secara langsung dari luar sistem cluster.

d. High-availabil ity : Load balancerdapat mengetahui kondisi real serverdalam sistemsecara otomatis, jika terdapat real serveryang mati maka akan dihapus dari daftar real

server, dan jika real server tersebut kembali aktif maka akan dimasukkan ke dalam

daftar real server. Load balancer juga dapat dikonfigurasi redundant dengan load

balanceryang lain.

2.4.L inux Vir tual Server2.4.1. Pengertian Linux Vir tual Server

Linux virtual server (LVS) adalah alternatif utama open-source yang

menyediakan solusi untuk membuat sistem load balancing. Seperti yang ditulis

di home site linux virtual serverProject,Linux virtual server(LVS) adalah a

highly scalable and highly available server built on a cluster of realservers,

with the load balancer running on the Linux operating sistem

Maksud dari real servers adalah mesin komputer yang benar-benar

melayani requestyang ada.Real serverdapat dihubungkan menggunakan LAN

maupun WAN yang berkecepatan tinggi. Dan mesin yang menjadi ujung

tombak cluster server adalah director, yaitu berupa single server yang

menghubungkan real server dengan client dari intranet maupun internet

(sistem di luar cluster).2.4.2. Komponen L inux Vir tual Server

Linux virtual server terdiri dari tiga komponen utama yang

menyusunnya, yaitu

a. DirectorDalam tugas akhir ini terdapat dua komputer yang dijadikan directoryang

terdiri dari aktif directordan standby director. Directorberfungsi sebagai

load balancer. Dimana load balancer merupakan komputer paling depan


4/12

BAB II DASAR TEORI

7




pada sistem server cluster yang terhubung secara langsung dengan client.

Load balancer menjalankan IPVS yang mengimplementasikan teknik IP

load balancing di dalam kernel linux. Untuk menjamin high availability,

pada director harus diinstall aplikasi heartbeat. Heartbeat akan selalu

memonitor keadaan aktif director, ketika aktif director mengalami

kegagalan heartbeat akan langsung menggantikan aktif director dengan

standby director. Untuk dapat menambahkan layanan-layanan apa saja

yang mampu diberikan oleh sistem cluster dan meneruskan requestkepada

real server yang aktif pada director harus diinstall aplikasi IP Virtual

Server Administrator (IPVSADM). Director atau load balancer juga

berfungsi untuk memonitor keadaan real server sehingga bisa diketahui

status setiap real server sedang hidup atau mati. Untuk memonitor real

server tersebut aplikasi yang digunakan adalah ldirectord. Selain itu

ldirectord juga berfungsi untuk menentukan algoritma penjadwalan yang

digunakan oleh sistem cluster.

b. Real ServerReal serveradalah beberapa server aktual yang menjalankan layanan pada

sistem cluster. Dalam tugas akhir ini diimplementasikan dua real server

dengan layanan yang diberikan adalah http. Aplikasi yang harus diinstall

pada kedua real server adalah webserver. Webserver berfungsi untuk

melayani http requestdari client. Jumlah komputer pada real server dapat

ditambah sesuai dengan kebutuhan.

c. Shared StorageAda dua metode penyimpanan data pada sistem cluster. Metode shared

disk clusterdan metode shared nothing cluster. Pada metode shared diskclusterdata disimpan pada hard diskyang sama. Sedangkan pada metode

shared nothing cluster data disimpan pada masing-masing real server

dimana kedua node melakukan sinkronisasi. Untuk metode shared disk

cluster aplikasi yang bisa digunakan adalah NFS (Network Filesystem

Sharing). Aplikasi yang dapat digunakan untuk metode shared nothing

cluster adalah MySQL Cluster.


5/12

BAB II DASAR TEORI

8




2.4.3. Cara Kerja Li nux Vir tual Server

Gambar 2.2 Skema Sistem L inux Vir tual Server

Saat requestA datang dari clientke director, request tersebut akan di

teruskan ke salah satu real-server tertentu. Dan semua paket yang ada

hubungan dengan request A akan diproses oleh virtual server sampai

sinkronisasi FIN dari koneksi TCP atau connection timeout, tergantung pada

idle time maksimum untuk sebuah koneksi. Pemilihan real server untuk

melayani requestbaru dari clientditentukan oleh aturan yang diterapkan dan

algoritma penjadwalan yang ada.

Perangkat lunak LVS diimplementasikan di kernelLinux yang sudah

ter-patchpada mesin yang akan dijadikan directoruntuk memperoleh performa

yang optimal. Walaupun patch dilakukan, LVS akan berfungsi jika dikompilasi

ulang dalam kernel maupun dikompilasi sebagai modul kernel.

Directoryang digunakan umumnya adalah sebuah routerdengan table

routing yang diatur khusus untuk kegunaan LVS. Tabel routing tersebut

mengijinkan request dari banyak client untuk mengakses layanan yang

disediakan oleh LVS dan meneruskan request tersebut ke real server. Perlu

diketahui bahwa directortidak memilikisocket listener untukserviceportyang

berasosiasi dengan layanan yang diredirect ke real server.

2.5.NetworkAddressTranslationPengalamatan menggunakan IPv4 yang terbatas menjadi permasalahan dalam

jaringan internet. Apabila setiap orang masuk pada jaringan internet dan setiap orang


6/12

BAB II DASAR TEORI

9




memiliki lebih dari satu buah perangkat yang dapat digunakan seperti telepon genggam,

PC, maupun laptop. Masing-masing perangkat tersebut membutuhkan identitas atau alamat

yang unik. Sehingga dengan perkembangan internet yang sangat pesat, tidak mustahil

dalam waktu dekat alokasi alamatIPv4akan habis. Salah satu cara sementara yang dapat

digunakan untuk mengatasi masalah tersebut yaitu dengan menerapkan teknologi NAT

(NetworkAddressTranslation).

NAT merupakan suatu mekanisme translasi yang memetakan satu alamat IP

publik menjadi beberapa alamatIPlokal, sehingga meski terdapat banyak perangkat dalam

jaringan lokal tetapi akan tampak sebagai satu alamat IP publik. Untuk itu perlu suatu

gatewayyang akan menghubungkan jaringan lokal dengan jaringan internet.

Proses pertukaran data antara jaringan lokal dan jaringan internet pada metode

NAT dapat dilihat pada ilustrasi berikut :

Client dalam jaringan lokal

membuat koneksi dengan host

B yang berada di jaringan

internet.

Gateway akan menerima data

dari clientkemudian mengecek

translasi alamat publik/global

pada tabel NAT. Jika terdapat

beberapa client yang datang

bersamaan maka masing-

masing akan ditranslasikanpada alamat global yang sama

tetapi berbeda alamat port.


7/12

BAB II DASAR TEORI

10




Gateway akan mengganti

alamat IP client lokal, misal

10.1.1.1 menjadi alamat IP

global 192.168.2.2 dan

meneruskan paket kepada

tujuan, yakniHostB.

Host B pada jaringan internet

menerima paket dan merespon

client dengan alamat yang

diketahui yaitu 192.168.2.2

Ketika paket balasan kembali

diterima oleh gateway, lalu

akan dicari pada tabel NAT

alamat IP global dan alamat

port yang sesuai dengan

catatan saat pengiriman paket.

Kemudian gateway akan

mentranslasikan alamat IP

global tersebut menjadi alamatIPlokal, misal 10.1.1.1, sesuai

dengan catatan pada tabel NAT,

dan meneruskan paket kepada

client. Client akan menerima

paket dan memprosesnya.

Hal-hal sebagai pertimbangan dalam implementasi NAT yaitu keuntungan dan

kerugian metode NAT yang dapat dilihat pada Tabel 2.2berikut.


8/12

BAB II DASAR TEORI

11




Tabel 2.1 Keuntungan dan Kerugian Menggunakan NAT

Keuntungan Kerugian

Menghemat alamatIPglobal yang legal Translasi memerlukan delay switching

Meminimalisir terjadinya bentrok alamatIP Aplikasi tertentu tidak dapat berjalan

Meningkatkan fleksibilitas Tidak dapat dilacak end-to-endIP

Menghindari proses readdressingsaat terjadi

perubahan jaringan

2.6.Algoritma PenjadwalanBeberapa jenis algoritma penjadwalan yang dapat diterapkan pada sistem linux

virtual serverpada proses distribusi requestkepada real server, antara lain yaitu :

1. Round Robin (rr), yaitu algoritma penjadwalan yang memperlakukan semua realserversama menurut jumlah koneksi atau waktu respon.

2. Weighted Round Robin(wrr), penjadwalan ini memperlakukan real serverdengankapasitas proses yang berbeda. Masing-masing real server dapat diberi bobot

bilangan integeryang menunjukkan kapasitas proses, dimana bobot awal adalah 1.

3. Least Connection (lc), merupakan algoritma penjadwalan yang mengarahkankoneksi jaringan pada server aktif dengan jumlah koneksi yang paling sedikit.

Penjadwalan ini termasuk salah satu algoritma penjadwalan dinamik, karena

memerlukan perhitungan koneksi aktif untuk masing-masing real server secara

dinamik. Metode penjadwalan ini baik digunakan untuk melancarkan

pendistribusian ketika requestyang datang banyak.

4. Weighted Least Connection (wlc), merupakan sekumpulan penjadwalan leastconnectiondimana dapat ditentukan bobot kinerja pada masing-masing real server.

Serverdengan nilai bobot yang lebih tinggi akan menerima persentase yang lebih

besar dari koneksi-koneksi aktif pada satu waktu. Bobot pada masing-masing real

serverdapat ditentukan dan koneksi jaringan dijadwalkan pada masing-masing real

serverdengan persentase jumlah koneksi aktif untuk masing-masing server sesuai

dengan perbandingan bobotnya (bobot awal adalah 1).

5. Locality Based Least Connection (lblc), metode penjadwalan yang akanmendistribusikan lebih banyak requestkepada real serveryang memiliki koneksi


9/12

BAB II DASAR TEORI

12




kurang aktif. Algoritma ini akan meneruskan semua request kepada real server

yang memiliki koneksi kurang aktif tersebut sampai kapasitasnya terpenuhi.

6. Destination Hashing (dh), merupakan algortima penjadwalan statik yang dapatmeneruskan request dari client kepada satu real server tertentu sesuai dengan

layanan yang diminta. Terdapat suatu tabel hashberisi alamat tujuan dari masing-

masing real serverbeserta layanan yang tersedia pada setiap real server.

7. Source Hashing (sh), hampir sama dengan metode destination hashingtetapi padametode ini tabel berisi mengenai informasi alamat asal paket yang dikirimkan oleh

client.

Menurut Yong Meng Teo dan Rassul Ayani dalam jurnalnya yang berjudul

Comparation of Load Balancing Strategies on Cluster-based Web Servers diantara

algoritma penjadwalan tersebut yang memiliki kemampuan paling optimal untuk beban

menengah ke atas adalah weight least connetion. Selain itu algoritma weight least

connection lebih cepat dibanding round robindan relatif lebih mudah diimplementasikan.

2.7.Database ClusterDatabase adalah sebuah koleksi dari data yang saling berelasi, dimana data tersebut

disimpan pada komputer sedemikian hingga sebuah program komputer dapat berinteraksi

dan menggunakan data yang disimpan tersebut untuk menyelesaikan masalah ataupun

menjawab pertanyaan (Elmasri 1994). Data perlu disimpan dalam suatu database untuk

keperluan penyediaan informasi lebih lanjut. Data didalam database perlu diorganisasikan

sedemikian rupa sehingga informasi yang terkandung didalamnya mudah diakses.

Database merupakan komponen utama sistem informasi karena semua informasi

untuk pengambilan keputusan berasal dari data di database. Pengelolaan database yang

buruk dapat mengakibatkan ketidaktersediaan data penting yang digunakan untukmenghasilkan informasi yang diperlukan dalam pengambilan keputusan.

Database clustering adalah kumpulan dari beberapa server yang berdiri sendiri

yang kemudian bekerjasama sebagai suatu sistem tunggal (Hodges, 2007). Saat ini aplikasi

database semakin berkembang, baik dalam hal kegunaan, ukuran, maupun kompleksitas.

Hal ini secara langsung berdampak pada server database sebagai penyedia layanan

terhadap akses database, konsekuensi dari semua itu adalah beban database server akan

semakin bertambah berat dan mengakibatkan kurang optimalnya kinerja dari server


10/12

BAB II DASAR TEORI

13




tersebut. Oleh karena itu diperlukan perancangan yang tepat dan handal dalam membangun

database server. Database pada masa sekarang ini dituntut agar dapat berjalan dengan

cepat, mempunyai kehandalan dan keseterdiaan yang tinggi, dengan clustering database

yang disimpan dapat terbagi ke beberapa mesin dan pada saat aplikasi berjalan, semua

mesin yang menyimpan data tersebutdianggap sebagai satu kesatuan. Metode clustering

seperti ini sangat baik untuk load-balancing dan penanganan system failure karena

kemampuan tiap mesin akan digunakan dan jika ada salah satu mesin yang mengalami

failure maka sistem tidak akan langsung terganggu karena mesin lain akan menggantikan

fungsi mesin tersebut. Kemampuan clusteringmemungkinkan sebuah database tetap hidup

dalam waktu yang lama. Berikut ini contoh dari arsitektur database cluster.

a. Shared Di sk Clusters

Arsitektur shared disk clusters menggunakan server-server independent dan

berbagi sebuah sistem penyimpanan tunggal. Setiap server mempunyai prosesor dan

memori sendiri, tetapi berbagi disk resources. Implementasi utama dari shared-disk

clustering adalah bukan untuk scalability. Shared-disk clustering ini diimplementasikan untuk

availability dan menambah node cadangan sebagaifailover node.

Gambar 2.3Shared Disk Clusters

b. Shared Nothing Cluster

Dalam arsitetur shared nothing cluster, tiap server dalam cluster menangani

prosesor, memori, storage, record locks dan transaksi yang terpisah dan melakukan

koordinasi dengan server lain melalui jaringan dengan menggunakan highspeed, low-


11/12

BAB II DASAR TEORI

14




latency interconnect technology. Dalam proses permintaan data suatu node harus

mengirimkan pesan ke node yang lain yang memiliki data yang diakses. Hal ini juga

dilakukan saat koordinasi data yang dilakukan pada node yang lain seperti insert, select,

update dan delete. Berbeda dengan shared disk, shared nothing didisain untuk high

availability danscalability.

Gambar 2.4 Shared Nothing

2.8.MySQL ClusterMySQL Cluster merupakan sebuah tipe basis data (database) yang dapat

beroperasi dalam ukuran data yang besar. MySQL Cluster adalah sebuah teknologi baru

untuk memungkinkan clustering di dalam memory database dalam sebuah sistem share-

nothing. Arsitektur share-nothing mengijinkan sistem dapat bekerja dengan

hardware/perangkat keras yang sangat murah, dan tidak membutuhkan perangkat keras dan

lunak dengan spesifikasi khusus. Arsitektur tersebut juga handal karena masing-masing

komponen mempunyai memory dan disk tersendiri. MySQL Cluster menggabungkan

MySQL Server biasa dengan sebuah mesin penyimpanan in-memory tercluster yang

dinamakan NDB. NDB berarti bagian dari suatu rangkaian yang dikhususkan sebagai

mesin penyimpanan, sedangkan MySQL Cluster diartikan sebagai kombinasi atau

gabungan dari MySQL dan mesin penyimpanan yang baru tersebut. Sebuah MySQL

Cluster terdiri dari sekumpulan komputer, masing-masing menjalankan sejumlah proses

mencakup beberapa MySQL server, node-nodepenyimpanan untuk cluster NDB, server-

server manajemen dan program-program pengakses data yang khusus. Semua program-

program tersebut bekerja bersama-sama untuk membentuk MySQL Cluster. Ketika data

disimpan di dalam mesin penyimpan media NDB Cluster, tabel-tabel disimpan didalam

node-node penyimpanan pada NDB Cluster. Tabel-tabel seperti itu dapat diakses secara

langsung dari semua MySQL server yang lain di dalam cluster tersebut. Data yang

disimpan di dalam node-node penyimpanan pada MySQL Cluster dapat di mirror

(dicerminkan), cluster tersebut dapat menangani kegagalan dari node-node penyimpanan


12/12

BAB II DASAR TEORI

15




individual dengan tidak ada dampak lain dari sejumlah transaksi dihentikan karena

kegagalan proses transaksi.

Di dalam konfigurasi mysql cluster itu sendiri terdapat tiga node cluster, ketiga

node cluster itu adalah:

a. Management node (ndb_mgmd process)

b. Data node (ndbd process)

c. SQL node (mysqld process)

Ketiga node tersebut dapat dilihat di gambar berikut

Gambar 2.5Node dalam MySQL Cluster

2.9. High Availability dan Scalability

High availability dapat diartikan sebuah sistem, komponen atau layanan yang

bersifat kontinu dalam jangka waktu panjang dengan kemampuan untuk menjaga stabilitas

proses dalam sistem ketika salah satu komponen dari sistem rusak. Inti dari high

availability adalah mengeliminasi kesalahan sistem. Sedangkan sistem dengan high

scalability tidak memerlukan desain ulang seluruh arsitektur sistem untuk

mengadaptasikan sistem tersebut ketika terjadi perubahan pada komponen sistem.

Berdasarkan definisi tersebut, maka tidak mungkin ada sistem yang hanya

memiliki karakter high availability maupun high scalability. Dua-duanya digunakan pada

sistem load balancinguntuk mendapatkan kualitas yang baik.

BAB II - Teori Dasar

Documents

Transcript of BAB II - Teori Dasar