Simulasi Pemantauan Sumberdaya Komputer Klaster Pada Model Antrian M/M/S Dan Antrian Fcfs
SIMULASI PEMANTAUAN SUMBERDAYA KOMPUTER
KLASTER PADA MODEL ANTRIAN M/M/S DAN
ANTRIAN FCFS
MUHAMMAD AL-MABRURI
DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Simulasi Pemantauan
Sumberdaya Komputer Klaster pada Model Antrian M/M/S dan Antrian FCFS
adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Februari 2016
Muhammad al-Mabruri
NIM G64110091
ABSTRAK
MUHAMMAD AL-MABRURI. Simulasi Pemantauan Sumberdaya Komputer
Klaster pada Model Antrian M/M/S dan Antrian FCFS. Dibimbing oleh HERU
SUKOCO.
Pertumbuhan teknologi yang cepat membuat kebutuhan terhadap
pemrosesan data semakin besar dan banyak. Hal ini membuat beban kerja dari
komputasi meningkat pesat. Pemroses dituntut untuk dapat melayani permintaan
pengguna dalam memproses suatu komputasi besar dengan cepat. Komputer klaster
dapat menjadi alternatif dalam memproses beban komputasi yang besar. Penelitian
ini melakukan pemantauan sumberdaya sebuah komputer klaster dalam melakukan
pemrosesan, sehingga dapat menginformasikan besar dari beban kerja dan
ketersediaan CPU sebuah komputer kluster. Model antrian yang digunakan dalam
penelitian ini adalah M/M/S dan FCFS. Berdasarkan simulasi yang dilakukan
sebanyak 100 kali pengulangan dapat diketahui bahwa model yang digunakan pada
penelitian ini berhasil menginformasikan jumlah job yang telah diselesaikan,
ketersediaan CPU, dan beban kerja.
Kata kunci: beban kerja, ketersediaan CPU, komputer klaster
ABSTRACT
MUHAMMAD AL-MABRURI. Cluster Computing Resource Monitoring
Simulation on Queuing Model M/M/S and FCFS Queue. Supervised by HERU
SUKOCO.
The rapid growth of technology makes the increasing need for data
processing. It makes the workload of computing is increasing rapidly. Processors
must serve user request to process a large computing quickly. Computer cluster can
be an alternative for processing large computational load. This research aim was to
monitor the resources of a computer cluster to do the processing, so as to inform of
the workload and the CPU availability of a computer cluster. The queuing model
that is used in this study is a M/M/S and FCFS. Based on the simulation 100 times
of repetition can be seen that the model used in this study successfully inform the
number of jobs that have been completed, CPU availability, and workload.
Keywords: CPU availability, computer cluster, workload
SIMULASI PEMANTAUAN SUMBERDAYA KOMPUTER
KLASTER PADA MODEL ANTRIAN M/M/S DAN
ANTRIAN FCFS
MUHAMMAD AL-MABRURI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Komputer
pada
Departemen Ilmu Komputer
DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
Penguji:
1 Dr Ir Sri Wahjuni, MT
2 Auriza Rahmad Akbar, SKomp MKom
Judul Skripsi
Nama
NIM
: Simulasi Pemantauan Sumberdaya Komputer Klaster pada Model
Antrian M/M/S dan Antrian FCFS
: Muhammad al-Mabruri
: G64110091
Disetujui oleh
DrEng Heru Sukoco, SSi MT
Pembimbing
Diketahui oleh
Dr Ir Agus Buono, MSi MKom
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Alhamdulillah, puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu
wa ta’ala atas limpahan rahmat dan segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini
berhasil diselesaikan.
Penyusunan dan penyelesaian tugas akhir ini tidak terlepas dari bantuan
berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada:
1 Bapak (Sumarno), Ibu (Ruli Yantine Dali), Syifa Fauzia dan Akmal lizal yang
selalu mendoakan penulis, memberikan dukungan, dan kasih sayang yang tak
terbalas.
2 Bapak DrEng Heru Sukoco, SSi MT selaku dosen pembimbing yang telah
dengan sabar, tulus dan ikhlas meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam
memberikan bimbingan serta nasehat selama pengerjaan tugas akhir.
3 Ibu Dr Ir Sri Wahjuni, MT dan Bapak Auriza Rahmad Akbar, SKomp MKom
selaku dosen penguji, terima kasih atas arahan, masukan, dan saran dalam
pengujian tugas akhir.
4 Herdi Agusthio PD, Dwi Agung Prastya, Hanif Bagus Guritno dan Tri Ardini
terima kasih untuk selalu mendukung, memotivasi, serta mendoakan dan setia
menemani proses, dan selalu memberikan masukan kepada penulis.
5 Agisha Mutiara Yoga A.S yang membantu dalam pembuatan abstrak, dan selalu
mengingatkan dan memotivasi penulis agar menyelesaikan tugas akhir ini.
6 Riko Ahmad M, Ahmad Fauzi dan rekan-rekan mahasiswa Lab NCC yang
bersama-sama dalam menyelesaikan tugas akhir.
7 Keluarga Ilmu Komputer 48 terima kasih untuk persaudaraan yang terjalin
selama ini.
Semoga segala bimbingan, motivasi, masukan dan kebaikan-kebaikan yang
telah diberikan kepada penulis akan dilipat gandakan oleh Allah subhanahu wa
ta’ala.
Akhirnya, semoga penulisan karya ilmiah ini dapat bermanfaat bagi kita
semua.
Bogor, Februari 2016
Muhammad al-Mabruri
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
1
Tujuan Penelitian
1
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
TINJAUAN PUSTAKA
2
Komputer Klaster dan Pemrograman Paralel
2
First Come First Served (FCFS)
3
Notasi Kendall
3
Distribusi Eksponensial
4
METODE PENELITIAN
4
Tahapan Penelitian
4
Analisis Masalah
4
Membuat Model
4
Membuat Simulasi
5
Analisis Hasil Simulasi
5
Lingkungan Pengembangan
5
HASIL DAN PEMBAHASAN
5
Analisis Masalah
5
Pembuatan Model
5
Simulasi
Analisis Hasil Simulasi
8
10
Job Selesai
10
CPU Available
13
Beban Kerja
15
SIMPULAN DAN SARAN
18
Simpulan
18
Saran
18
DAFTAR PUSTAKA
19
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
Model Sistem Antrian M/M/S
Tahapan penelitian
model antrian M/M/S (Bloomers 1996)
Alur simulasi
Ilustrasi model tahap ke-1
Ilustrasi model tahap ke-2
Ilustrasi model tahap ke-3
Ilustrasi model tahap ke-4
Hasil rata-rata simulasi jumlah job 1000
Hasil rata-rata simulasi dengan jumlah job 2000
Hasil rata-rata simulasi jumlah job 5000
Hasil rata-rata simulasi jumlah job 7000
Hasil rata-rata simulasi jumlah job 10 000
Hasil rata-rata CPU available dengan jumlah job 1000
Hasil rata-rata CPU available dengan jumlah job 2000
Hasil rata-rata CPU available dengan jumlah job 5000
Hasil rata-rata CPU available dengan jumlah job 7000
Hasil rata-rata CPU available dengan jumlah job 10 000
Hasil rata-rata beban kerja dengan jumlah job 1000
Hasil rata-rata beban kerja dengan jumlah job 2000
Hasil rata-rata beban kerja dengan jumlah job 5000
Hasil rata-rata beban kerja dengan jumlah job 7000
Hasil rata-rata beban kerja dengan jumlah job 10 000
3
4
6
9
9
9
10
10
11
11
12
12
13
13
14
14
15
15
16
16
17
17
18
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pesatnya pertumbuhan teknologi informasi di dunia saat ini menuntut semua
proses agar dapat dikerjakan dengan cepat. Menurut Kemkominfo (2014)
menyebutkan bahwa pada tahun 2014 kemkoninfo melakukan survey penggunaan
TIK. Pada penggunaan komputer terjadi perbedaan persentase pada setiap sektor.
Pada sektor rumah tangga sebesar 25.20% dengan 22.20% memiliki akses internet,
pada sektor perusahaan yang menggunakan komputer sebesar 61.76% dengan
85.35% memiliki akses internet. Bersamaan dengan pertumbuhan teknologi yang
cepat, kebutuhan terhadap pemrosesan data yang besar dan cepat sangat banyak.
Berbagai teknologi alternatif hadir untuk memenuhi kebutuhan tersebut. Salah satu
cara untuk mempercepat proses tersebut adalah membuat komputer klaster.
Komputer klaster merupakan penggabungan beberapa komputer yang di
dalamnya terdapat beberapa prosesor dan diprogram menjadi satu kesatuan
komputasi (Kunkel 2013). Berbagai perbedaan spesifikasi dari prosesor yang
terdapat pada suatu komputer klaster memungkinkan adanya perbedaan alokasi
beban pemrosesan job yang diterima pada setiap prosesor. Adanya keterbatasan
kemampuan dari masing-masing prosesor akan menyebabkan terjadinya suatu
antrian.
Teori antrian pertama kali diperkenalkan oleh Erlang pada awal abad ke 20,
di dalam suatu antrian terjadi proses waiting and response time (Sztrik 2012).
Sistem antrian terdiri atas dua jenis, yaitu single server dan multiserver. Single
server adalah sistem antrian dengan satu server, sedangkan multiserver adalah
sistem antrian dengan lebih dari satu server. Adanya perbedaan kapasitas dari setiap
prosesor dalam mengerjakan job, sangat memungkinkan untuk dilakukan
pemantauan aktivitas yang dilakukan komputer klaster tersebut, sehingga dapat
diketahui informasi mengenai banyaknya job yang dikerjakan oleh masing-masing
prosesor.
Ahadi (2013) telah membuat penelitian mengenai pengembangan sistem
pengukur indeks beban pada komputer klaster paralel. Dalam penelitian tersebut
dilakukan pengindeksan beban pada sumberdaya untuk digunakan pada algoritme
load balancing yang dapat meningkatkan kinerja sebuah sistem paralel. Pada
penelitian ini algoritme yang digunakan dalam manajemen proses adalah first come
first server (FCFS).
Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas, perumusan masalah dalam penelitian ini
adalah berapa banyak job yang dapat dikerjakan oleh setiap prosesor dan
ketersediaan sumberdaya komputer klaster dalam waktu pemantauan.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah membuat sebuah model pemantauan komputer
klaster untuk melihat kemampuan setiap prosesor dalam mengerjakan job, dan
2
menginformasikan ketersediaan sumberdaya komputer klaster yang dapat
digunakan kepada seluruh pengguna.
Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah administrator dan pengguna komputer klaster
dapat mengetahui kinerja dari prosesor dalam mengerjakan beban kerja suatu job
dan menginformasikan ketersediaan sumberdaya klaster kepada pengguna.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup penelitian ini, yaitu:
1 Penelitian menggunakan pemodelan antrian pada klaster dengan notasi Kendall
M/M/S.
2 Penelitian melakukan model simulasi percobaan menggunakan bahasa
pemrograman R.
3 Algoritme manajemen proses yang digunakan pada komputer klaster adalah
FCFS.
TINJAUAN PUSTAKA
Komputer Klaster dan Pemrograman Paralel
Pemrograman paralel adalah program yang dibuat untuk menggunakan
sumber daya perangkat keras dan diharapkan dapat mengefisiensi penggunaan
prosesor multicore. Pemrograman paralel dapat digunakan baik pada komputer
multicore dan komputer klaster, perhitungan yang akan dilkakukan harus dipartisi
menjadi beberapa bagian terlebih dahulu. Sebuah model sederhana diberikan oleh
Flynn taksonomi. Taksonomi ini mencirikan komputer paralel sesuai dengan
kontrol global dan aliran arus data yang dihasilkan (Rauber dan Ringer 2010).
Kategori komputer paralel dibedakan menjadi empat (Rauber dan Ringer
2010):
1 Single-instruction, single-data (SISD)
Kategori ini hanya terjadi satu proses dan merupakan komputer sekuensial
tradisional menurut Von Neumann.
2 Multiple-instruction, single-data (MISD)
Kategori ini memiliki banyak proses tetapi hanya ada satu akses data global.
Membuat model kategori ini sangat terbatas dan tidak ada komputer paralel
komersial jenis ini yang pernah dibangun.
3 Single-instruction, multiple-data (SIMD)
Kategori ini memiliki beberapa pengolahan data yang bisa diakses tetapi hanya
memiliki satu proses yang dapat dilakukan, untuk aplikasi tertentu SIMD bisa
sangat efisien. Contohnya aplikasi multimedia atau komputer algoritme grafis.
4 Multiple-instruction, multiple-data (MIMD)
Kategori ini memiliki beberapa pengolahan data yang masing-masing memiliki
instruksi yang berbeda. Pengolahan data bekerja secara asynchronous satu
3
dengan yang lain. Prosesor multicore atau sistem komputer klaster adalah contoh
untuk model MIMD.
Komputer klaster merupakan kumpulan dari komputer dengan jaringan
interkoneksi yang berdedikasi. Komputer klaster biasanya terdiri dari komputer
standar bahkan topologi jaringan standar dan diprogram menjadi satu kesatuan
komputasi.
First Come First Served (FCFS)
Sejauh ini FCFS merupakan algoritme CPU scheduling yang paling
sederhana dan mudah di pahami. Dengan skema, proses yang meminta untuk
dilayani oleh CPU pertama kali akan dilayani pertama. Implementasi FCFS mudah
dikelola dengan antrian first in fisrt out (FIFO). Sisi negatif dari FCFS yaitu waktu
tunggu yang cukup panjang (Silberschatz et al. 2012).
Notasi Kendall
Kendall memperkenalkan notasi singkat untuk mengkarakterisasi berbagai
model-model antrian. Yaitu dengan kode a/b/c. Huruf pertama menentukan
distribusi antar waktu kedatangan. Huruf kedua untuk distribusi waktu pelayanan.
Contohnya untuk notasi umum menggunakan huruf G, M untuk distribusi
eksponensial dan D untuk deterministik, dan huruf ketiga adalah untuk menentukan
jumlah server (Adan dan Resing 2015).
Pada penelitian ini menggunakan notasi kendall M/M/S karena menggunakan
rata-rata laju kedatangan dan rata-rata laju pelayanan secara eksponensial dan
jumlah server yang dapat ditentukan sejumlah S. Gambar 1 merupakan model
sistem antrian M/M/S secara umum.
Gambar 1 Model sistem antrian M/M/S
Keterangan:
λ = rata-rata laju kedatangan (job/detik)
µ = rata-rata laju pelayanan (job/detik)
4
Distribusi Eksponensial
Distribusi eksponensial merupakan distribusi yang banyak digunakan secara
luas dan sudah banyak dikenal. Distribusi eksponensial dapat menggambarkan
jumlah percobaan diskrit pada setiap perubahan statusnya, distribusi eksponensial
menggambarkan waktu untuk proses yang berkesinambungan (Walck 2007).
Berikut fungsi distribusi eksponensial
�
=
− � −��
(1)
METODE PENELITIAN
Tahapan Penelitian
Tahapan yang dilakukan pada penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 2.
Mulai
Analisis masalah
Membuat model
Selesai
Analisis hasil
simulasi
Membuat simulasi
Gambar 2 Tahapan penelitian
Analisis Masalah
Pada tahap ini dilakukan analisis masalah yang ada pada sistem komputer
klaster. Analisis masalah tersebut, yaitu jumlah kinerja dari setiap sumber daya
yang ada pada suatu komputer klaster dapat dilihat baik dari sisi pengguna
komputer klaster maupun dari sisi pengembang komputer klaster.
Membuat Model
Model merupakan abstraksi dari sistem, artinya hanya mewakili fitur dan
karakteristik yang dipilih sementara dari sistem. Oleh karena itu model yang
diperoleh merupakan representasi yang lebih kecil dari sistem yang
dipertimbangkan berdasarkan penyederhanaan dan asumsi.(Wehrle et al. 2010).
Model antrian yang digunakan pada penelitian ini adalah model antrian dengan
notasi Kendall M/M/S.
5
Membuat Simulasi
Pada tahap ini dilakukan penerapan model pada tahap sebelumnya dalam
bentuk simulasi. Untuk mendapatkan hasil yang valid dan benar dalam
memprediksi perilaku sistem yang nyata, semua efek yang relevan harus digunakan
dalam model simulasi (Wehrle et al. 2010). Pada penelitian ini digunakan simulasi
yang dilakukan dengan bahasa pemrograman R dan perangkat lunak Rstudio untuk
implementasi simulasi.
Analisis Hasil Simulasi
Pada tahap terakhir ini dilakukan analisis hasil simulasi dari model yang
digunakan dengan membuat sebuah skenario simulasi untuk mendapatkan hasil
beserta gambaran dari kinerja model yang dipakai.
Lingkungan Pengembangan
Spesifikasi perangkat keras dan perangkat lunak yang digunakan untuk
penelitian ini adalah sebagai berikut:
Perangkat lunak:
1 Sistem operasi Windows 10
2 Bahasa pemrograman R versi 3.1.1
3 RStudio versi 0.98.1062
4 Notepad++ digunakan untuk catatan program
Perangkat keras:
1 Processor Intel Core i7-3632QM 2.20 GHz
2 RAM 8 GB
3 Harddisk berkapasitas 500 GB
HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisis Masalah
Komputer klaster memiliki S jumlah komputer yang saling terhubung dan
pengguna yang dapat mengakses suatu komputer klaster, akan ada N job yang akan
diproses pada setiap komputer klaster. Dengan jumlah job yang sejumlah N serta
keterbatasan kapasitas suatu komputer klaster maka dapat dilakukan prediksi
lamanya waktu pemrosesan yang terjadi dalam suatu komputer klaster.
Pembuatan Model
Model simulasi adalah model yang dibuat dengan teori antrian M/M/S dan
algoritme FCFS, Untuk lebih jelas bisa dilihat pada Gambar 3 yang merupakan
implementasi model dari Gambar 1.
6
Gambar 3 Model antrian M/M/S (Bloomers 1996)
Keterangan (Bloomers 1996):
IAT
= inter arrival time
JQAT = join queue at time
TSIQ = time spent in queue
GSAT = get server at time
LSAT = leave server at time
TSIS = time spent in system
ST
= service time
IAT merupakan perbedaan waktu kedatangan antarjob yang datang kedalam
sistem, ST merupakan waktu proses yang dibutuhkan oleh suatu job, IAT dan ST
dibangkitkan secara eksponensial. Nilai IAT dan ST diinvers dari fungsi
eksponensial sehingga digunakan logaritma natural dan dibagi oleh rata-rata laju
kedatangan job dan rata-rata laju pelayanan prosesor, untuk lebih jelas dapat dilihat
pada Persamaan 2 dan 3.
Gambar 4 Fungsi eksponensial
7
− � −�.�
=
�−�. =
� =
=
ln
−
−�
−ln random . −
λ
�−µ. =
=
(2)
− � −µ.�
=
=
−
ln
−
−
−µ
−ln random . −
µ
(3)
JQAT merupakan waktu awal job masuk ke dalam antrian, JQAT diperoleh
dengan mengakumulasikan nilai IAT, untuk lebih jelas dapat dilihat pada
Persamaan 4.
�� = �� + �
(4)
GSAT merupakan waktu pada saat job mendapatkan service, LSAT
merupakan waktu pada saat job sudah selesai diproses dan meninggalkan server,
berikut pseudocode untuk mendapatkan nilai GSAT dan LSAT.
If jumlah job = LSAT(job sebelumnya)
Counter
KLASTER PADA MODEL ANTRIAN M/M/S DAN
ANTRIAN FCFS
MUHAMMAD AL-MABRURI
DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Simulasi Pemantauan
Sumberdaya Komputer Klaster pada Model Antrian M/M/S dan Antrian FCFS
adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Februari 2016
Muhammad al-Mabruri
NIM G64110091
ABSTRAK
MUHAMMAD AL-MABRURI. Simulasi Pemantauan Sumberdaya Komputer
Klaster pada Model Antrian M/M/S dan Antrian FCFS. Dibimbing oleh HERU
SUKOCO.
Pertumbuhan teknologi yang cepat membuat kebutuhan terhadap
pemrosesan data semakin besar dan banyak. Hal ini membuat beban kerja dari
komputasi meningkat pesat. Pemroses dituntut untuk dapat melayani permintaan
pengguna dalam memproses suatu komputasi besar dengan cepat. Komputer klaster
dapat menjadi alternatif dalam memproses beban komputasi yang besar. Penelitian
ini melakukan pemantauan sumberdaya sebuah komputer klaster dalam melakukan
pemrosesan, sehingga dapat menginformasikan besar dari beban kerja dan
ketersediaan CPU sebuah komputer kluster. Model antrian yang digunakan dalam
penelitian ini adalah M/M/S dan FCFS. Berdasarkan simulasi yang dilakukan
sebanyak 100 kali pengulangan dapat diketahui bahwa model yang digunakan pada
penelitian ini berhasil menginformasikan jumlah job yang telah diselesaikan,
ketersediaan CPU, dan beban kerja.
Kata kunci: beban kerja, ketersediaan CPU, komputer klaster
ABSTRACT
MUHAMMAD AL-MABRURI. Cluster Computing Resource Monitoring
Simulation on Queuing Model M/M/S and FCFS Queue. Supervised by HERU
SUKOCO.
The rapid growth of technology makes the increasing need for data
processing. It makes the workload of computing is increasing rapidly. Processors
must serve user request to process a large computing quickly. Computer cluster can
be an alternative for processing large computational load. This research aim was to
monitor the resources of a computer cluster to do the processing, so as to inform of
the workload and the CPU availability of a computer cluster. The queuing model
that is used in this study is a M/M/S and FCFS. Based on the simulation 100 times
of repetition can be seen that the model used in this study successfully inform the
number of jobs that have been completed, CPU availability, and workload.
Keywords: CPU availability, computer cluster, workload
SIMULASI PEMANTAUAN SUMBERDAYA KOMPUTER
KLASTER PADA MODEL ANTRIAN M/M/S DAN
ANTRIAN FCFS
MUHAMMAD AL-MABRURI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Komputer
pada
Departemen Ilmu Komputer
DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
Penguji:
1 Dr Ir Sri Wahjuni, MT
2 Auriza Rahmad Akbar, SKomp MKom
Judul Skripsi
Nama
NIM
: Simulasi Pemantauan Sumberdaya Komputer Klaster pada Model
Antrian M/M/S dan Antrian FCFS
: Muhammad al-Mabruri
: G64110091
Disetujui oleh
DrEng Heru Sukoco, SSi MT
Pembimbing
Diketahui oleh
Dr Ir Agus Buono, MSi MKom
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Alhamdulillah, puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu
wa ta’ala atas limpahan rahmat dan segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini
berhasil diselesaikan.
Penyusunan dan penyelesaian tugas akhir ini tidak terlepas dari bantuan
berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada:
1 Bapak (Sumarno), Ibu (Ruli Yantine Dali), Syifa Fauzia dan Akmal lizal yang
selalu mendoakan penulis, memberikan dukungan, dan kasih sayang yang tak
terbalas.
2 Bapak DrEng Heru Sukoco, SSi MT selaku dosen pembimbing yang telah
dengan sabar, tulus dan ikhlas meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam
memberikan bimbingan serta nasehat selama pengerjaan tugas akhir.
3 Ibu Dr Ir Sri Wahjuni, MT dan Bapak Auriza Rahmad Akbar, SKomp MKom
selaku dosen penguji, terima kasih atas arahan, masukan, dan saran dalam
pengujian tugas akhir.
4 Herdi Agusthio PD, Dwi Agung Prastya, Hanif Bagus Guritno dan Tri Ardini
terima kasih untuk selalu mendukung, memotivasi, serta mendoakan dan setia
menemani proses, dan selalu memberikan masukan kepada penulis.
5 Agisha Mutiara Yoga A.S yang membantu dalam pembuatan abstrak, dan selalu
mengingatkan dan memotivasi penulis agar menyelesaikan tugas akhir ini.
6 Riko Ahmad M, Ahmad Fauzi dan rekan-rekan mahasiswa Lab NCC yang
bersama-sama dalam menyelesaikan tugas akhir.
7 Keluarga Ilmu Komputer 48 terima kasih untuk persaudaraan yang terjalin
selama ini.
Semoga segala bimbingan, motivasi, masukan dan kebaikan-kebaikan yang
telah diberikan kepada penulis akan dilipat gandakan oleh Allah subhanahu wa
ta’ala.
Akhirnya, semoga penulisan karya ilmiah ini dapat bermanfaat bagi kita
semua.
Bogor, Februari 2016
Muhammad al-Mabruri
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
1
Tujuan Penelitian
1
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
TINJAUAN PUSTAKA
2
Komputer Klaster dan Pemrograman Paralel
2
First Come First Served (FCFS)
3
Notasi Kendall
3
Distribusi Eksponensial
4
METODE PENELITIAN
4
Tahapan Penelitian
4
Analisis Masalah
4
Membuat Model
4
Membuat Simulasi
5
Analisis Hasil Simulasi
5
Lingkungan Pengembangan
5
HASIL DAN PEMBAHASAN
5
Analisis Masalah
5
Pembuatan Model
5
Simulasi
Analisis Hasil Simulasi
8
10
Job Selesai
10
CPU Available
13
Beban Kerja
15
SIMPULAN DAN SARAN
18
Simpulan
18
Saran
18
DAFTAR PUSTAKA
19
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
Model Sistem Antrian M/M/S
Tahapan penelitian
model antrian M/M/S (Bloomers 1996)
Alur simulasi
Ilustrasi model tahap ke-1
Ilustrasi model tahap ke-2
Ilustrasi model tahap ke-3
Ilustrasi model tahap ke-4
Hasil rata-rata simulasi jumlah job 1000
Hasil rata-rata simulasi dengan jumlah job 2000
Hasil rata-rata simulasi jumlah job 5000
Hasil rata-rata simulasi jumlah job 7000
Hasil rata-rata simulasi jumlah job 10 000
Hasil rata-rata CPU available dengan jumlah job 1000
Hasil rata-rata CPU available dengan jumlah job 2000
Hasil rata-rata CPU available dengan jumlah job 5000
Hasil rata-rata CPU available dengan jumlah job 7000
Hasil rata-rata CPU available dengan jumlah job 10 000
Hasil rata-rata beban kerja dengan jumlah job 1000
Hasil rata-rata beban kerja dengan jumlah job 2000
Hasil rata-rata beban kerja dengan jumlah job 5000
Hasil rata-rata beban kerja dengan jumlah job 7000
Hasil rata-rata beban kerja dengan jumlah job 10 000
3
4
6
9
9
9
10
10
11
11
12
12
13
13
14
14
15
15
16
16
17
17
18
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pesatnya pertumbuhan teknologi informasi di dunia saat ini menuntut semua
proses agar dapat dikerjakan dengan cepat. Menurut Kemkominfo (2014)
menyebutkan bahwa pada tahun 2014 kemkoninfo melakukan survey penggunaan
TIK. Pada penggunaan komputer terjadi perbedaan persentase pada setiap sektor.
Pada sektor rumah tangga sebesar 25.20% dengan 22.20% memiliki akses internet,
pada sektor perusahaan yang menggunakan komputer sebesar 61.76% dengan
85.35% memiliki akses internet. Bersamaan dengan pertumbuhan teknologi yang
cepat, kebutuhan terhadap pemrosesan data yang besar dan cepat sangat banyak.
Berbagai teknologi alternatif hadir untuk memenuhi kebutuhan tersebut. Salah satu
cara untuk mempercepat proses tersebut adalah membuat komputer klaster.
Komputer klaster merupakan penggabungan beberapa komputer yang di
dalamnya terdapat beberapa prosesor dan diprogram menjadi satu kesatuan
komputasi (Kunkel 2013). Berbagai perbedaan spesifikasi dari prosesor yang
terdapat pada suatu komputer klaster memungkinkan adanya perbedaan alokasi
beban pemrosesan job yang diterima pada setiap prosesor. Adanya keterbatasan
kemampuan dari masing-masing prosesor akan menyebabkan terjadinya suatu
antrian.
Teori antrian pertama kali diperkenalkan oleh Erlang pada awal abad ke 20,
di dalam suatu antrian terjadi proses waiting and response time (Sztrik 2012).
Sistem antrian terdiri atas dua jenis, yaitu single server dan multiserver. Single
server adalah sistem antrian dengan satu server, sedangkan multiserver adalah
sistem antrian dengan lebih dari satu server. Adanya perbedaan kapasitas dari setiap
prosesor dalam mengerjakan job, sangat memungkinkan untuk dilakukan
pemantauan aktivitas yang dilakukan komputer klaster tersebut, sehingga dapat
diketahui informasi mengenai banyaknya job yang dikerjakan oleh masing-masing
prosesor.
Ahadi (2013) telah membuat penelitian mengenai pengembangan sistem
pengukur indeks beban pada komputer klaster paralel. Dalam penelitian tersebut
dilakukan pengindeksan beban pada sumberdaya untuk digunakan pada algoritme
load balancing yang dapat meningkatkan kinerja sebuah sistem paralel. Pada
penelitian ini algoritme yang digunakan dalam manajemen proses adalah first come
first server (FCFS).
Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas, perumusan masalah dalam penelitian ini
adalah berapa banyak job yang dapat dikerjakan oleh setiap prosesor dan
ketersediaan sumberdaya komputer klaster dalam waktu pemantauan.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah membuat sebuah model pemantauan komputer
klaster untuk melihat kemampuan setiap prosesor dalam mengerjakan job, dan
2
menginformasikan ketersediaan sumberdaya komputer klaster yang dapat
digunakan kepada seluruh pengguna.
Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah administrator dan pengguna komputer klaster
dapat mengetahui kinerja dari prosesor dalam mengerjakan beban kerja suatu job
dan menginformasikan ketersediaan sumberdaya klaster kepada pengguna.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup penelitian ini, yaitu:
1 Penelitian menggunakan pemodelan antrian pada klaster dengan notasi Kendall
M/M/S.
2 Penelitian melakukan model simulasi percobaan menggunakan bahasa
pemrograman R.
3 Algoritme manajemen proses yang digunakan pada komputer klaster adalah
FCFS.
TINJAUAN PUSTAKA
Komputer Klaster dan Pemrograman Paralel
Pemrograman paralel adalah program yang dibuat untuk menggunakan
sumber daya perangkat keras dan diharapkan dapat mengefisiensi penggunaan
prosesor multicore. Pemrograman paralel dapat digunakan baik pada komputer
multicore dan komputer klaster, perhitungan yang akan dilkakukan harus dipartisi
menjadi beberapa bagian terlebih dahulu. Sebuah model sederhana diberikan oleh
Flynn taksonomi. Taksonomi ini mencirikan komputer paralel sesuai dengan
kontrol global dan aliran arus data yang dihasilkan (Rauber dan Ringer 2010).
Kategori komputer paralel dibedakan menjadi empat (Rauber dan Ringer
2010):
1 Single-instruction, single-data (SISD)
Kategori ini hanya terjadi satu proses dan merupakan komputer sekuensial
tradisional menurut Von Neumann.
2 Multiple-instruction, single-data (MISD)
Kategori ini memiliki banyak proses tetapi hanya ada satu akses data global.
Membuat model kategori ini sangat terbatas dan tidak ada komputer paralel
komersial jenis ini yang pernah dibangun.
3 Single-instruction, multiple-data (SIMD)
Kategori ini memiliki beberapa pengolahan data yang bisa diakses tetapi hanya
memiliki satu proses yang dapat dilakukan, untuk aplikasi tertentu SIMD bisa
sangat efisien. Contohnya aplikasi multimedia atau komputer algoritme grafis.
4 Multiple-instruction, multiple-data (MIMD)
Kategori ini memiliki beberapa pengolahan data yang masing-masing memiliki
instruksi yang berbeda. Pengolahan data bekerja secara asynchronous satu
3
dengan yang lain. Prosesor multicore atau sistem komputer klaster adalah contoh
untuk model MIMD.
Komputer klaster merupakan kumpulan dari komputer dengan jaringan
interkoneksi yang berdedikasi. Komputer klaster biasanya terdiri dari komputer
standar bahkan topologi jaringan standar dan diprogram menjadi satu kesatuan
komputasi.
First Come First Served (FCFS)
Sejauh ini FCFS merupakan algoritme CPU scheduling yang paling
sederhana dan mudah di pahami. Dengan skema, proses yang meminta untuk
dilayani oleh CPU pertama kali akan dilayani pertama. Implementasi FCFS mudah
dikelola dengan antrian first in fisrt out (FIFO). Sisi negatif dari FCFS yaitu waktu
tunggu yang cukup panjang (Silberschatz et al. 2012).
Notasi Kendall
Kendall memperkenalkan notasi singkat untuk mengkarakterisasi berbagai
model-model antrian. Yaitu dengan kode a/b/c. Huruf pertama menentukan
distribusi antar waktu kedatangan. Huruf kedua untuk distribusi waktu pelayanan.
Contohnya untuk notasi umum menggunakan huruf G, M untuk distribusi
eksponensial dan D untuk deterministik, dan huruf ketiga adalah untuk menentukan
jumlah server (Adan dan Resing 2015).
Pada penelitian ini menggunakan notasi kendall M/M/S karena menggunakan
rata-rata laju kedatangan dan rata-rata laju pelayanan secara eksponensial dan
jumlah server yang dapat ditentukan sejumlah S. Gambar 1 merupakan model
sistem antrian M/M/S secara umum.
Gambar 1 Model sistem antrian M/M/S
Keterangan:
λ = rata-rata laju kedatangan (job/detik)
µ = rata-rata laju pelayanan (job/detik)
4
Distribusi Eksponensial
Distribusi eksponensial merupakan distribusi yang banyak digunakan secara
luas dan sudah banyak dikenal. Distribusi eksponensial dapat menggambarkan
jumlah percobaan diskrit pada setiap perubahan statusnya, distribusi eksponensial
menggambarkan waktu untuk proses yang berkesinambungan (Walck 2007).
Berikut fungsi distribusi eksponensial
�
=
− � −��
(1)
METODE PENELITIAN
Tahapan Penelitian
Tahapan yang dilakukan pada penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 2.
Mulai
Analisis masalah
Membuat model
Selesai
Analisis hasil
simulasi
Membuat simulasi
Gambar 2 Tahapan penelitian
Analisis Masalah
Pada tahap ini dilakukan analisis masalah yang ada pada sistem komputer
klaster. Analisis masalah tersebut, yaitu jumlah kinerja dari setiap sumber daya
yang ada pada suatu komputer klaster dapat dilihat baik dari sisi pengguna
komputer klaster maupun dari sisi pengembang komputer klaster.
Membuat Model
Model merupakan abstraksi dari sistem, artinya hanya mewakili fitur dan
karakteristik yang dipilih sementara dari sistem. Oleh karena itu model yang
diperoleh merupakan representasi yang lebih kecil dari sistem yang
dipertimbangkan berdasarkan penyederhanaan dan asumsi.(Wehrle et al. 2010).
Model antrian yang digunakan pada penelitian ini adalah model antrian dengan
notasi Kendall M/M/S.
5
Membuat Simulasi
Pada tahap ini dilakukan penerapan model pada tahap sebelumnya dalam
bentuk simulasi. Untuk mendapatkan hasil yang valid dan benar dalam
memprediksi perilaku sistem yang nyata, semua efek yang relevan harus digunakan
dalam model simulasi (Wehrle et al. 2010). Pada penelitian ini digunakan simulasi
yang dilakukan dengan bahasa pemrograman R dan perangkat lunak Rstudio untuk
implementasi simulasi.
Analisis Hasil Simulasi
Pada tahap terakhir ini dilakukan analisis hasil simulasi dari model yang
digunakan dengan membuat sebuah skenario simulasi untuk mendapatkan hasil
beserta gambaran dari kinerja model yang dipakai.
Lingkungan Pengembangan
Spesifikasi perangkat keras dan perangkat lunak yang digunakan untuk
penelitian ini adalah sebagai berikut:
Perangkat lunak:
1 Sistem operasi Windows 10
2 Bahasa pemrograman R versi 3.1.1
3 RStudio versi 0.98.1062
4 Notepad++ digunakan untuk catatan program
Perangkat keras:
1 Processor Intel Core i7-3632QM 2.20 GHz
2 RAM 8 GB
3 Harddisk berkapasitas 500 GB
HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisis Masalah
Komputer klaster memiliki S jumlah komputer yang saling terhubung dan
pengguna yang dapat mengakses suatu komputer klaster, akan ada N job yang akan
diproses pada setiap komputer klaster. Dengan jumlah job yang sejumlah N serta
keterbatasan kapasitas suatu komputer klaster maka dapat dilakukan prediksi
lamanya waktu pemrosesan yang terjadi dalam suatu komputer klaster.
Pembuatan Model
Model simulasi adalah model yang dibuat dengan teori antrian M/M/S dan
algoritme FCFS, Untuk lebih jelas bisa dilihat pada Gambar 3 yang merupakan
implementasi model dari Gambar 1.
6
Gambar 3 Model antrian M/M/S (Bloomers 1996)
Keterangan (Bloomers 1996):
IAT
= inter arrival time
JQAT = join queue at time
TSIQ = time spent in queue
GSAT = get server at time
LSAT = leave server at time
TSIS = time spent in system
ST
= service time
IAT merupakan perbedaan waktu kedatangan antarjob yang datang kedalam
sistem, ST merupakan waktu proses yang dibutuhkan oleh suatu job, IAT dan ST
dibangkitkan secara eksponensial. Nilai IAT dan ST diinvers dari fungsi
eksponensial sehingga digunakan logaritma natural dan dibagi oleh rata-rata laju
kedatangan job dan rata-rata laju pelayanan prosesor, untuk lebih jelas dapat dilihat
pada Persamaan 2 dan 3.
Gambar 4 Fungsi eksponensial
7
− � −�.�
=
�−�. =
� =
=
ln
−
−�
−ln random . −
λ
�−µ. =
=
(2)
− � −µ.�
=
=
−
ln
−
−
−µ
−ln random . −
µ
(3)
JQAT merupakan waktu awal job masuk ke dalam antrian, JQAT diperoleh
dengan mengakumulasikan nilai IAT, untuk lebih jelas dapat dilihat pada
Persamaan 4.
�� = �� + �
(4)
GSAT merupakan waktu pada saat job mendapatkan service, LSAT
merupakan waktu pada saat job sudah selesai diproses dan meninggalkan server,
berikut pseudocode untuk mendapatkan nilai GSAT dan LSAT.
If jumlah job = LSAT(job sebelumnya)
Counter