Perangkat Kelistrikan Data Center

 

Makalah kali ini ditujukan untuk menjelaskan komponen sistem kelistrikan data center beserta diagramnya. Hal ini merupakan aspek utama dalam merancang sistem distribusi listrik data center yang efisien. Sistem dsitribusi listrik di data cener terus berkembang dari waktu ke waktu. Fokus kali ini untuk mendapatkan pemahaman mengenai definisi dan perbedaan komponen kelistrikan data center. Bagaimanapun praktiknya, tetap akan dibedakan antara arus searah (DC) dengan arus bolak-balik (AC). Disini kita fokus secara umum, sehingga perlu dipertimbangkan sendiri pemisahan arus DC dan AC.

Kategori dan Definisi Komponen Sistem Distribusi Listrik Data Center

Kategori dan Definisi Komponen Sistem Distribusi Listrik Data Center

Berikut kategori dan komponen akan dijelaskan pada masing-masing bagian dari makalah ini. Setiap bagian kategori / komponen akan berisi gambaran dari bagian tersebut, informasi umum tentang efisiensi, kemudian hal yang lebih rinci lagi (termasuk metrik efisiensi tertentu).

Sistem Kelistrikan End-to-End

Sistem daya listrik end-toend mencakup semua komponen yang merupakan bagian dari jalur distribusi listrik data center, yaitu jalan untuk memindahkan listrik dari fasilitas utilitas bangunan ke alokasi khusus untuk infrastruktur IT.

UPS

Uninteruptible Pwer Supply (UPS) mengkonversi kebutuhan listrik dadakan secara cepat dan berdurasi singkat. Bertujuan untuk mendukung kebutuhan listrik pada infrastruktur IT kritis sehingga dapat tetap berjalan tanpa gangguan. UPS berisi sistem penyimpanan energi, seperti baterai powerbank, yang memasok listrik ketika listrik tidak tersedia dari sumber utama kelistrikan. Diskusi ini mencakup konversi ganda UPS arus AC, baris interakif UPS AC, pengoperasian UPS AC dalam mode ekonomis, dan UPS arus DC.

Perhatikan bahwa meskipun data center umumnya memiliki beberapa UPS, mereka dimodelkan sebagai blok tunggal. DC UPS juga dimodelkan sebagai satu blok, meskipun mereka mungkin benar-benar terdiri dari beberapa modul rectifier dan baterai secara terpisah. Apabila diperlukan, isolasi ditunjukkan dalam diagram blok. Tegangan-mengkonversi AC UPS mungkin sebagai alternatif dapat menggabungkan autotransformer yang memotong atau jalur output. Untuk detail lebih lanjut tentang jenis UPS, lihat IEC 62040-31.

Transformer

Transformator isolasi adalah perangkat elektromagnetik dengan beberapa gulungan per fase yang mengubah tegangan AC menjadi tegangan AC yang lain dan sekaligus memberikan isolasi galvanik dengan transmisi energi antara gulungan melalui kopling induktif magnetik (induksi). Ukuran gulungan trafo dan jenis dipilih untuk:

  • Memberikan tingkat transformasi tegangan yang diperlukan dan juga dapat memberikan manfaat sekunder termasuk kinerja keamanan grounding yang lebih baik
  • Isolasi AC-DC (baterai)
  • Pembatalan harmonis melalui pergeseran fase
    Pengurangan tegangan transient melalui grounding.

Autotransformer memilki kesamaan dalam material dan fungsi. Namun secara fisik lebih kecil dan lebhi murah dari transformator isolasi. Ini merubah tegangan, tetapi tidak memiliki karakteristik kualitas daya ynag lebih, seperti isolasi galvanik dan pembatalan harmonis, yang ditemukan di transformer isolasi tersebut.

PDU

Unit Distribusi Listrik (PDU, Power Distribution Units) adalah kabinet distribusi listrik, berdiri bebas atau rak-mount. Fungsi utamanya adalah untuk memberikan titik yang diperlukan untuk distribusi listrik. Pemutus rumah sirkuit PDU yang digunakan untuk membuat beberapa sirkuit cabang dari sirkuit pengumpan tunggal. Juga dapat berisi transformer, papan panel listrik, perangkat perlindungan arus, dan pemantauan daya / kontrol. PDU ini sangat berguna pada tiap data center, baik data center perusahaan, fasilitas colocation server di Indonesia, maupun pada disaster recovery center.

ICTE PSU

Sebuah unit catu daya khas (PSU, Power Suply Unit) untuk Teknologi Informasi dan Peralatan Komunikasi (ICT Eequipment) dirancang untuk mengkonversi (memperbaiki) tegangan alternating current (AC) dari pasokan listrik ke beberapa tegangan langsung (DC). Baik positif maupun negatif, biasanya + 12V, 12V, + 5V, + 5V standby dan + 3.3V. Modus peralihan pasokan listrik (SMP, Switch Mode Power Supplies) merupakan bentuk dominan. Beberapa model PSU tersedia dengan DC input.

Karena hasil output tegangan beragam jenisnya pada bermacam-macam persyaratan menarik saat ini, sebagian besar pasokan listrik komputer modern sebenarnya terdiri dari beberapa modus pengalihan pasokan listrik. Masing-masing menghasilkan hanya satu komponen tegangan dan masing-masing output dapat bervariasi berdasarkan kebutuhan daya tiap komponen. Semua dihubungkan bersama untuk dapat dimatikan secara terkelompok saat terjadi kondisi kegagalan.

Generator set

Sebuah generator terdiri dari mesin (dalam ukuran daya kilo Watt) yang memutar alternator (dalam ukuran daya kVA) untuk menghasilkan listrik AC. Beberapa generator set dapat dihubungkan untuk bekerja bersama-sama (secara paralel) untuk menyediakan daya yang dibutuhkan terhadap beban yang terhubung. Generator mungkin portabel atau terinstal tetap dan tersedia dalam berbagai ukuran mulai dari beberapa kW atau kVA ke beberapa MW atau MVA. Generator dapat dihubungkan ke sistem kelistrikan data center baik menggunakan switch transfer paralel switchgear, atau keduanya, tergantung pada kebutuhan dan desain instalasi.

Persyaratan Komponen Listrik

Sistem Distribusi Listrik End-to-End

Pembentukan desain sistem listrik spesifik dan terrinci adalah titik awal untuk membahas dampak komponen listrik data center terhadap keseluruhan efisiensi data center. Spesifikasi harus dapat menjadi solusi seperti pada keterbatasan kapasitas, kendala ruang, dan distribusi daya hulu serta hilir. Kapasitas sumber daya Data center (saat ini) dan konfigurasi (tegangan), serta persyaratan beban komputasi yang diharapkan (server, storage, jaringan, dll), harus didefinisikan dengan baik dan dipahami.

Diagram di bawah ini adalah untuk sistem AC. Sistem DC tidak ditampilkan dalam diagram, tetapi serupa. Biasanya perbedaannya terletak pada penghilangan inverter. Bypass statis dan bypass pemeliharaan juga akan dihapus dari diagram dan diganti dengan penyearah tambahan.

Gambaran umum yang dapat menjelaskan sistem distribusi listrik data center adalah diagram sistem listrik, sering disebut sebagai diagram satu garis dalam sistem AC tiga fase atau sistem DC. Lihat Gambar dibawah ini sebagai contoh sederhana. Kisaran input dan output tegangan juga tersedia, termasuk tegangan menengah.

diagram sitem kelistrikan data center

Setiap bagian dari peralatan listrik adalah sebuah blok bangunan fundamental dalam desain sistem daya yang lebih besar. Data center tergantung pada kinerja dan fitur tersebut. Ini adalah susunan blok ke sistem fungsional yang paling penting untuk tujuan kinerja data center dan persyaratan dari badan-badan tertentu seperti uptime institute.

Diagram sistem kelistrikan dapat digunakan untuk menunjukkan seluruh sistem listrik dari ujung ke ujung yang dapat dilihat gambaran keseluruhannya pada satu lembar ringkas. Pada salah satu ujung adalah sumber daya yang masuk. Di ujung lain adalah beban.

Diagram ini secara dasar kelistrikan, dapat memberikan informasi tentang sistem dan fungsi subsistem serta lokasi. Rincian fungsional disebut dalam diagram sistem kelistrikan yang mencakup sistem redundansi, jenis elemen penyimpanan energi, generator cadangan darurat, perangkat bypass pemeliharaan, perangkat perlindungan (pemutus sirkuit, panel pemutus, dan sekering), dan titik metering.

Sebuah diagram sistem kelistrikan juga dapat mencakup pemantauan dan pengukuran perangkat yang sangat penting untuk efisiensi data center. Diagram perlu didefinisikan dengan baik dan dipahami. Hal ini berlaku sama untuk data center yang baru akan dibuat ataupun yang sudah ada. Manajemen gedung atau aplikasi perangkat lunak sistem manajemen lainnya mengandung sebesar apa diagram sistem tenaga dengan pendinginan dan menghitung layout yang ada.

Ketersediaan dan Efisiensi

Untuk beban yang paling penting, ketersediaan operasional adalah tujuan utama untuk infrastruktur fisik. Semua desain sistem listrik data center didasarkan pada asumsi yang mendasari bahwa gangguan listrik seperti transien, fluktuasi tegangan, pemadaman, kelainan kualitas daya lainnya tidak dapat dihindari, baik yang berasal dari utilitas listrik atau dari dalam fasilitas. Kondisi ini dapat merusak peralatan dan / atau mengganggu operasi. Oleh karena itu peralatan untuk mengurangi gangguan tersebut dibangun ke dalam setiap desain.

Penambahan perangkat ini meningkatkan konsumsi listrik sehinga mengurangi faktor efisiensi. Sistem tata letak komponen listrik dan tingkat redundansi dapat mempengaruhi pengurangan dalam sumber daya listrik. Redundansi built-in diperlukan untuk mencapai ketersediaan maksimum. Untuk mencapai tingkat yang lebih besar dari redundansi, lebih banyak komponen yang digunakan untuk memberikan jumlah yang sama dari daya cadangan. Komponen tambahan, bahkan ketika beroperasi dalam mode standby, mengkonsumsi energi dan otomatis mengurangi efisiensi data center secara keseluruhan. Dalam perancangan data center harus menyadari trade-off antara redundansi / ketersediaan dan efisiensi.Juga harus mempertimbangkan solusi di mana sistem daya dapat dikonfigurasi ulang untuk memberikan tenaga yang dibutuhkan dan redundansi dalam waktu yang dibutuhkan, dan harus mengoperasikan peralatan siaga. Berikut beberapa konfigurasi umum.

Sistem A-B ( “Dual Bus”)

Arsitektur sistem listrik ini dikonfigurasi dengan dua sisi, A dan B, masing-masing beroperasi pada beban kurang dari 50 persen. Masing-masing pihak dapat mencakup beberapa UPS. Kedua sisi dapat menangani 100 persen dari beban sistem. Jika salah satu sisi memiliki masalah, beban terhubung atau beralih ke sisi operasional lainnya. Ikatan dari kedua belah pihak membutuhkan kombinasi perangkat dan sinkronisasi semua komponen hilir untuk peralihan UPS. Switch dapat berada di hulu UPS untuk tujuan pemeliharaan isolasi. Gambar dibawah menunjukkan contoh sistem redundansi AC, dirancang untuk memungkinkan sistem tingkat ketersediaan tinggi bahkan selama pemeliharaan atau kegagalan komponen. Redundansi Ekstra pada wilayah strategis di dalam sistem listrik dapat memberikan ketersediaan yang lebih tinggi.

diagram sistem kelistrikan data center dua jalur

Titik pengikatan dapat dari jenis terus menerus atau sesaat dimana pendekatan sesaat merupakan pendekatan yang lebih khas. Sistem A-B dapat diimplementasikan baik dengan modul pemutusan pusat atau sistem distribusi bypass. Modul bypass terpusat menggunakan pasokan listrik terputus tanpa fungsi pemutusan internal. Distribusu bypass memiliki bypass terintegrasi dengan UPS paralel (individual). Distribusi bypass masih kurang umum pada instalasi data center saat ini, tetapi mulai semakin banyak digunakan. Perhatikan bahwa meskipun penjelasain ini menggambarkan sistem listrik dual jalur, lebih dari dua jalur diperbolehkan.

Sistem Redundant terisolasi

Juga dikenal sebagai sistem penangkap, konfigurasi ini dapat mencakup sejumlah UPS dan termasuk stand-by UPS untuk cadangan UPS utama. Redundansi disediakan berdasarkan transfer ke sisi tangkapan.

Salah satu metode adalah dengan menggunakan stand-by UPS untuk daya bypass statis pada setiap UPS yang terhubung, seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah. Cara lain adalah dengan menempatkan static switch transfer antara output dari masing-masing UPS dan beban, sehingga dapat memberikan informasi titik kegagalan. Stand-by UPS harus mampu seketika mengambil beban sistem satu atau lebih UPS yang down, yang dapat mengakibatkan langkah beban potensial dari nol menjadi lebih 100 persen dari kapasitas. Dalam skenario kedua, stand-by UPS berjalan dalam posisi idle, ini memakan energi tetapi menyediakan perlindungan yang dibutuhkan terhadap hal tidak terduga.

Sistem kelistrikan Redundansi terisolasi

Perkembangan Sistem Kelistrikan Data Center

Di luar sistem yang dijelaskan di atas, teknologi lainnya muncul dan dapat memberikan solusi utama di masa depan. Jenis sistem, yang paling kondusif untuk teknologi cloud, redundansi bergerak dari garis distribusi daya dan ke daerah lain, seperti perangkat lunak atau data center cadangan.Keandalan mungkin akan terpengaruh dari sudut pandang sistem kelistrikan tetapi ditujukan ke tempat lain dalam gambaran data center untuk perusahan yang lebih besar.

Fungsi backup baterai dapat dipindahkan dari lokasi UPS pusat dalam setiap server. waktu backup dapat dikurangi menjadi kurang dari 5 menit. Hal ini dapat mengurangi overhead untuk UPS yang sudah full, tapi bisa menyebabkan masalah ketika berhadapan dengan baterai yang perlu diganti sebelum akhir hidup sebuah server.

Kombinasi antara keduanya tersedia: pada tingkat power supply, input AC utama bisa datang langsung dari utilitas ( “efisiensi masukan”), dengan input kedua PSU dari cadangan baterai DC (yang “ketersediaan masukan”), di mana baterai ditempatkan dekat unit ITE.

Teknologi penyimpanan energi baru, baterai asam timbal adalah yang paling umum saat ini, tapi baterai kimia lainnya (seperti lithium-ion) mungkin dapat membuat lebih efisien, keandalan, atau penyimpanan ekonomis. Teknologi lainnya seperti superkapasitor (atau ultracapacitors) atau flywheel bisa membantu dalam pergantian baterai secara serempak.

Akurasi dalam pengukuran

Saat ini, setiap tingkat akurasi dapat diukur. Namun, untuk mengukur dengan akurasi yang tinggi cukup mahal. Komponen meteran built-in biasanya tidak cukup akurat untuk pengukuran PUE (sekitar 95 hingga 98 persen akurat), tetapi tersedia baut secara eksternal pada jenis meteran ini yang dapat dilampirkan untuk mendapatkan tingkat akurasi yang diinginkan. Namun, karena biaya, akurasi metering bukanlah praktek umum pada komponen di fasilitas instalasi data center.

Akurasi dalam pengukuran bervariasi sesuai penggunan. Jika pengukuran yang digunakan untuk melacak perubahan pada kinerja dalam fasilitas, yang dibangun dalam meteran umumnya cukup akurat. Jika sertifikasi diperlukan, meteran tambahan yang lebih akurat harus dipasang pada titik-titik yang tepat di jalur listrik.

Pedoman Teknik Oversubscribing Dalam Lingkungan Virtualisasi

Salah satu kegunaan utama dari virtualisasi adalah kemampuan untuk menjalankan berbagai beban kerja yang berbeda pada host server, sehingga dapat memaksimalkan pemanfaatan pada host server. Dalam hal tersebut, banyak organisai yang telah menemukan cara untuk memperbarui data center mereka.

Sedangkan data center pada sepuluh tahun lalu cenderung menjadi tempat penumpukan server, data center modern berkisar pada kebutuhan lini aplikasi bisnis dan memastikan bahwa aplikasi tersebut tetap dapat berjalan layanannya dan mampu bertahan jika terjadi kegagalan server.

Teknik Oversubscribing Dalam Lingkungan Virtual

Virtualisasi telah mengubah dinamika pada data center dalam banyak hal. Beban kerja digunakan terbatas untuk hardware yang mereka pasang, di sebuah data center modern, beban kerja mencair; mereka mengalir dari host ke host berdasarkan set aturan yang ditentukan administrator serta reaksi terhadap perubahan lingkungan
host.

Sifat fluidic dari data center modern telah menambahkan tantangan baru untuk alokasi sumber daya, tetapi selama bertahun-tahun, baik peralatan yang gratis dan berbayar telah diperkenalkan ke pasar dimaksudkan untuk membantu para administrator dalam upaya perencanaan sumber daya mereka.

Namun, munculnya virtualisasi juga memungkinkan penggunaan hardware dengan cara yang tidak pernah dibayangkan sebelumnya. Sekarang ini, para administrator melakukan pembelian server sesuai kapasitas untuk mendukung beban puncak suatu aplikasi dan termasuk prediksi kebutuhan kdepannya.

Karena banyak server dikerahkan hanya dengan satu aplikasi, hal ini membuat perencanaan sumber daya yang relatif sederhana. Dalam lingkungan data center modern tervirtualisasi, perencanaan sumber daya mengambil kompleksitas baru karena faktanya adalah beragam I/O dapat berada pada sebuah hardware. Administrator harus mendapatkan wawasan tentang bagaimana aplikasi individu berinteraksi dengan seluruh lingkungan.

Keaneka ragaman I/O di lingkungan virtualisasi yang kompleks juga telah menciptakan peluang yang sangat besar untuk efisiensi di data center. Sedangkan administrator menggunakan server berdasarkan kebutuhan aplikasi, sifat campuran I/O dalam lingkungan virtual memungkinkan berbagi sumber daya dengan kebutuhan puncak yang berbeda. Artinya, ada peluang bagi administrator untuk mendapatkan efisiensi melalui berbagi sumber daya host antar aplikasi yang berbeda.

Selain itu, penting untuk diingat bahwa, bahkan dengan virtualisasi, terkadang masih memungkinkan terjadinya overprovision (alokasi berlebihan) terhadap sumber daya perangkat dan mesin virtual dalam memenuhi permintaan puncak. Dengan demikian, sering ada sumber daya yang tidak digunakan dalam mesin virtual.

vSphere dari VMware menyediakan sejumlah metode yang akan digunakan untuk berbagi sumber daya idle dengan beban kerja yang berjalan lainnya. Bahkan, selain dapat berbagi sumber daya idle, untuk memaksimalkan jumlah beban kerja yang dapat berjalan pada host, administrator dapat oversubscribe sumber daya fisik yang ada pada host. Dengan kata lain, administrator memiliki kemampuan untuk menetapkan agregat untuk sumber daya mesin virtual lebih dari yang sebenarnya tersedia pada host.

Misalnya, sebuah host memiliki RAM fisik 96 GB . Dalam situasi yang tepat, administrator dapat menetapkan 128 GB RAM untuk semua mesin virtual yang berjalan pada host tersebut. Tapi seberapa jauh kelebihan permintaan ini bisa diambil? Pada kenyataannya, batasan tersebut tergantung pada sejumlah faktor.

Makalah ini membahas Overprovisioning pada umumnya, pro dan kontra dari kelebihan permintaan dan, berdasarkan sejumlah diskusi di dunia nyata, mengusulkan beberapa ide tentang titik di mana kelebihan permintaan dapat menjadi berbahaya.

Manajemen Sumber Saya dan Oversubscription

Kelebihan permintaan (oversubscription) di vSphere mengacu pada berbagai metode yang lebih banyak alokasi sumber daya dari yang tersedia pada host fisik dapat ditugaskan pada server virtual yang didukung oleh host tersebut. Secara umum, administrator memiliki kemampuan untuk mengolah oversubscribe pada processor, memori dan penyimpanan di mesin virtual.

Administrator yang berbeda memiliki pendapat yang berbeda tentang kebijaksanaan oversubscribing sumber daya fisik. Banyak administrator lebih memilih untuk menetapkan hanya sumber daya yang tersedia secara fisik untuk mendukung semua beban kerja berjalan. Ini adalah pilihan yang paling aman karena memastikan bahwa, secara umum, semua mesin virtual yang berjalan akan selalu memiliki sumber daya yang mereka butuhkan.

Namun, mengingat kondisi server fisik secara umum, tidak jarang ditemukan bahwa server fisik jarang memanfaatkan semua sumber daya yang ada. Dari sudut pandang prosesor, pemanfaatan rata-rata hanya 5% sampai 15%, yang berarti bahwa secara keseluruhan masih terdapat banyak ruang untuk peningkatan.

Sementara mesin virtual pada umumnya lebih benar pada ukuran dari pada perangkat fisik di masa lalu, masih ada ruang untuk tumbuh-bangun terutama ketika beban kerja tertentu ada yang idle (menganggur). Banyak administrator melihat ini sebagai kesempatan untuk memanfaatkan sumber daya idel untuk memaksimalkan kepadatan mesin virtual pada host.

Namun, dengan kelebihan permintaan, administrator pada dasarnya menugaskan ke sumber mesin virtual lebih dari yang sebenarnya tersedia pada host. Dengan kata lain, jika semua mesin virtual tiba-tiba meminta akses ke semua sumber daya dimana mereka dialokasikan, maka host tidak akan memiliki sumber daya yang cukup untuk melayani kebutuhan.

Sumber daya yang mengalami kelebihan permintaan, sementara meningkatkan kepadatan mesin virtual, disertai dengan beberapa risiko. Setelah sumber daya tertentu akhirnya tidak cukup masalah stabilitas dapat terjadi dan masalah kinerja utama dapat mempengaruhi semua beban kerja yang berjalan pada server host.

Sebelum membahas lebih lanjut tentang kelebihan permintaan, penting untuk memahami fitur manajemen sumber daya yang dibangun ke vSphere.

Manajemen Sumber Daya Prosesor (CPU)

Dalam vSphere, administrator terbiasa menugaskan CPU untuk mesin virtual dalam mendukung kebutuhan beban kerja pada mesin virtual individu. Proses sumber daya virtual ini menarik sumber daya fisik CPU pada host yang tersedia. Jumlah CPU fisik yang hadir dalam host tergantung pada beberapa faktor.

Dalam rangka membangun pemahaman dasar manajemen prosesor fisik dan virtual, Anda harus memahami bahwa di vSphere, CPU fisik (sering disingkat pCPU) mengacu pada:

  • Bila HyperThreading tidak berjalan atau diaktifkan: Sebuah single fisik CPU core.
  • Ketika HyperThreading hadir dan aktif: Sebuah single logical core CPU.

Berikut adalah beberapa contoh:

  • Jika host memiliki prosesor dua delapan core dan HyperThreading tidak didukung atau tidak diaktifkan, bahwa host memiliki enam belas CPU fisik (8 core x 2 prosesor).
  • Jika host memiliki dua delapan core dan HyperThreading diaktifkan, maka host memiliki tiga puluh dua CPU fisik (8 core x 2 prosesor x 2 thread per core).

Dengan pemahaman tentang bagaimana sumber daya fisik diwakili pada host vSphere, diskusi berubah menjadi bagaimana sumber daya pengolahan disajikan untuk mesin virtual.

Dalam mesin virtual, prosesor disebut CPU sebagai virtual (vCPU). Ketika  administrator menambahkan vCPU ke mesin virtual, masing-masing vCPU ditugaskan untuk pCPU, meskipun pCPU mungkin sebenarnya tidak selalu sama. Harus ada cukup pCPU tersedia untuk mendukung jumlah vCPU yang ditugaskan untuk masing- masing mesin virtual atau yang mesin virtual tidak akan boot.

Namun, itu tidak berarti bahwa administrator dibatasi dalam jumlah pCPU pada host. Sebaliknya, tidak ada rasio 1: 1 antara jumlah vCPU yang dapat ditugaskan untuk mesin virtual dan jumlah CPU fisik (pCPU) dalam host tersebut. Bahkan pada vSphere 5.0, ada maksimum 25 vCPU per core fisik yang dapat dialokasikan para administrator, bahkan hingga 2048 vCPU untuk mesin virtual pada sebuah host.

Manajemen Sumber Daya Memori

vSphere menggunakan sejumlah teknik untuk memaksimalkan penggunaan RAM dalam lingkungan virtual. Berikut adalah daftar teknik dan deskripsi singkat :

  • Transparant pages sharing (TPS) – Hampir pada semua lingkungan virtual, administrator menjalankan banyak salinan dari sistem operasi yang sama. Dalam kasus ini, ada banyak duplikasi halaman memori di memori host. TPS pada dasarnya adalah sebuah bentuk deduplication memori di mana vSphere menggabungkan beberapa
    halaman memori sejenis menjadi hanya satu dan membebaskan sisa halaman untuk kegunaan lain. Dari perspektif dampak kinerja, TPS memiliki dampak hampir tak terlihat pada host.
  • Memory ballooning – Ketika VMware Tools diinstal dalam mesin virtual yang terhubung pada host, driver memori balon diinstal bersama dengan komponen alat lainnya. Driver ini bertindak sebagai proses Windows, yang memungkinkan OS untuk menggunakan teknik manajemen memori normal untuk menetapkan / halaman memori yang tidak terpakai tetap siaga untuk digunakan. Driver balon kemudian menge”pin” halaman tersebut dan laporannya dimuat kembali ke hypervisor (monitoring mesin virtual). Jika host mengelami kerendahan pada memori fisik, halaman memori guest ditugaskan untuk driver balon ini. Setelah tugas itu berlangsung, host kemudian dapat mengambil kembali halaman memori itu untuk memenuhi kebutuhan mesin virtual lain yang mungkin perlu RAM. Dengan cara ini, ketika sebuah mesin virtual tertentu memiliki RAM yang lowong, berbagi RAM dengan mesin virtual lain pada host yang sama dapat dilakukan, memungkinkan host untuk mencapai tingkat kepadatan mesin virtual yang lebih tinggi. Sedangkan TPS adalah teknik memori deduplication, proses balon membawa RAM kepada semacam kemampuan thin provisioning. Proses balon idak memerlukan beberapa pemrosesan overhead, yang biasanya tak terlihat dalam kinerja guest dan host. Namun, dalam kasus yang ekstrim, balon dapat menyebabkan swapping dalam OS.
  • Kompresi Memori – Dalam vSphere 4.1, VMware memperkenalkan konsep kompresi memori, yang dalam beberapa kasus dapat menggantikan proses swapping yang mahal. Dengan teknik ini, daripada swapping halaman memori ke disk pada basis per-VM, halaman memori dikompresi dan ditempatkan ke cache kompresi pada disk. Ketika kebutuhan muncul untuk swap dan kembali ke halaman RAM yang telah bertukar, memori bukan diambil dari cache dan tidak-terkompresi. Sementara proses ini lebih murah dibandingkan swapping ke disk.
  • Swapping ke disk – Menukar ke disk adalah upaya terakhir hypervisor untuk mengambil RAM fisik yang cukup untuk memenuhi kebutuhan beban kerja yang berjalan pada host. Karena teknik manajemen memori lain vSphere ini begitu baik, pertukaran biasanya terjadi hanya pada host overcommitted secara serius, meskipun swapping juga dapat disebabkan oleh kendala sumber daya atau karena batas memori yang dikonfigurasikan pada mesin virtual. Demikian juga, jika VM tidak memiliki VMware Tools yang diinstal atau VMware Tools tidak berjalan, proses balon akan melewatkan sepenuhnya dan sistem akan langsung ke swapping. Swapping adalah proses dimana hypervisor bergerak halaman memori paling sedikit digunakan untuk disk. Halaman memori masih dapat diakses, namun jika diperlukan, harus diambil dari disk. Dalam hal kinerja, swapping memiliki biaya yang sangat tinggi dan akan menurunkan keseluruhan kinerja host.

Perlu dicatat bahwa baik swapping atau kompresi berlangsung kecuali ada isu masalah memori pada host, atau dalam situasi yang berkaitan dengan swapping. Dalam kebanyakan lingkungan, masalah perebutan memori yang mengakibatkan swapping atau kompresi harus dihindari karena situasi ini berarti bahwa dasarnya host telah kehabisan RAM (pRAM).

Manajemen Sumber Daya penyimpanan

Penyimpanan adalah bagian ketiga dari teka-teki sumber daya di lingkungan vSphere dan juga disertai dengan kemampuan untuk mengalami kelebihan permintaan melalui apa yang telah menjadi teknik alokasi sumber daya yang sangat umum.

Teknik yang paling umum di mana penyimpanan dapat overprovisioned adalah melalui proses yang dikenal sebagai thin provisioning. Dalam banyak kasus, ketika administrator mengalokasikan penyimpanan untuk mesin virtual, penyimpanan melebihi dari yang perlu dialokasikan.

Setelah semua itu, cukup masuk akal untuk mengharapkan bahwa mesin virtual akan terus membutuhkan ruang disk tambahan seiring waktu. Thin provisioning beroperasi sebagai berikut: Ketika administrator menentukan total ruang disk untuk mesin virtual, VM yang memiliki akses ke keseluruhan terhadap ruang yang dialokasikan. Pada kenyataannya, bagaimanapun, vSphere hanya memberikan ruang yang benar-benar akan dipakai pada mesin virtual.

Jadi, jika administrator mengalokasikan 200 GB untuk mesin virtual baru, tapi jika mesin virtual hanya menggunakan 40 GB, 160 GB yang tersisa tetap tersedia untuk alokasi mesin virtual lainnya. Sebagaimana mesin virtual membutuhkan lebih banyak ruang, vSphere memberikan pembagian ruangan tambahan untuk mesin virtual hingga pada kapasitaa disk yang dialokasikan di awal.

Dengan menggunakan thin provisioning, administrator dapat membuat mesin virtual dengan disk virtual sesuai kebutuhan dalam jangka panjang tanpa harus terburu-buru menetapkan total ruang disk yang diperlukan untuk mendukung pengalokasian. Dalam banyak percobaan, thin provisioning hanya sangat sedikit dampak pada kinerja.
Dengan demikian, thin provisioning telah menjadi metode umum, dapat diterima dan sering direkomendasikan untuk mengelola kapasitas penyimpanan.

Perhatikan juga bahwa beberapa perangkat penyimpanan memiliki fitur tambahan yang memungkinkan untuk tambahan kelebihan permintaan. Fitur tersebut meliputi kompresi data dan deduplication. Untuk keperluan makalah ini, fokusnya adalah pada hypervisor, sehingga hanya thin provisioning yang akan dibahas.

Over Komitmen Terhadap Sumberdaya

vOPS Server Explorer dari DellDengan pemahaman bagaimana sumber daya dikelola di lingkungan vSphere, diskusi berlanjut ke sumber daya oversubscribe. Untuk keperluan makalah ini, kita memakai asumsi bahwa kelebihan permintaan adalah praktek yang dapat diterima. Dalam rangka untuk menentukan apakah ada atau tidak sumber daya overcommitted, perlu menggunakan alat monitoring. Disni alat vOPS Server Explorer dari Dell yang digunakan.

Alat ini memiliki beberapa utilitas built-in, Lingkungan Explorer yang ditampilkan di sebelah kiri adalah salah satu utilitas di vOPS Server Explorer yang menyediakan administrasi dengan tampilan tingkat tinggi pada penggunaan sumber daya di lingkungan. Seperti yang ditunjukkan pada gambar, pemanfaatan sumber daya sebagai persentase dari sumber yang sebenarnya ditampilkan pada fisik , membuat Environment Explorer cocok untuk menjelajahi isu pengalokasian sumber daya yang berlebih-lebihan (resource overcommitment).

Manajemen Oversubscribing Prosesor

Seperti disebutkan sebelumnya, di vSphere 5, setiap inti prosesor fisik dapat mendukung hingga 25 vCPU. Namun, untuk setiap beban kerja tambahan di luar 1: 1 vCPU untuk rasio pCPU, vSphere hypervisor perlu penjadwalan prosesor untuk mendistribusikan waktu yang dibutukan prosesor untuk mesin virtual yang membutuhkannya. Jadi, jika administrator telah membuat 5: 1 vCPU untuk rasio pCPU, maka setiap prosesor mendukung lima vCPUs.

Dalam meninjau pedoman makalah ini, ada perbedaan jelas terhadap aturan praktis ketika menangani vCPU rasio pCPU. Ada dua hal yang disetujui oleh banyak praktisi:

  • Mulailah dengan 1 vCPU per mesin virtual. Kebanyakan ahli setuju bahwa, saat membuat mesin virtual baru, administrator harus membuat bahwa mesin virtual dengan hanya satu vCPU dan, sebagai pemenuhan kebutuhan permulaan, baru kemudian menambahkan vCPUs virtual. Saat vCPUs ditambahkan, mesin virtual terkait membutuhkan waktu prosesor dari host. Setiap kali mesin virtual perlu melakukan operasi, ia harus menunggu sejumlah CPU fisik yang sama dengan jumlah yang ditetapkan untuk kebutuhan vCPUs. Menambahkan vCPUs ke mesin virtual, ada peningkatan risiko penurunan kinerja secara keseluruhan.
  • Rasio vCPU untuk pCPU adalah beban kerja yang tergantung pengalokasian. Sementara dengan rasio 1:1 vCPU ke pCPU kadang-kadang dianjurkan, namun merupakan hal umum untuk membuat rasio yang berbeda. Meskipun vSphere 5 mendukung rasio hingga 25: 1, kemampuan untuk mencapai rasio tinggi sangat tergantung pada jenis beban kerja yang dapat didukung. Jika host mendukung banyak mesin virtual, masing-masing dengan kebutuhan pengolahan hanya sedikit, maka rasio vCPU ke pCPU bisa cukup tinggi. Namun, jika host berjalan pada sejumlah beban kerja prosesor intensif, rasio vCPU ke pCPU mungkin jauh lebih kecil.

Pemantauan Metrik

Ada sejumlah metrik untuk memantau CPU yang akan membantu para administrator menjaga kestabilan rasio vCPU untuk pCPU yang dapat membuat penggunaan sumber daya menjadi lebih efisien sementara masih memungkinkan beban kerja berjalan lancar.

  • Di dalam mesin virtual
    • CPU Utilization – Metrik ini memungkinkan administrator untuk membuat penentuan tentang kapan saatnya untuk menambahkan vCPU tambahan untuk mesin virtual. Waktu untuk menambahkan vCPU tambahan untuk mesin virtual adalah ketika rata-rata penggunaan CPU tetap berjalan pada tingkat yang tinggi.
  • Pada host
    • CPU Ready – Dari sudut pandang kesehatan host secara keseluruhan berkaitan dengan CPU, metrik ini merupakan alat ukur yang paling penting. CPU Ready adalah metrik yang digunakan untuk menentukan lamanya waktu menunggu yang dibutuhkan mesin virtual untuk prosesor fisik yang tersedia untuk memenuhi kebutuhan dari mesin virtual. Jika mesin virtual dialokasikan pada empat vCPUs, metrik ini akan menunjukkan lamanya waktu menunggu yang dibutuhkan mesin virtual untuk empat pCPUs hingga tersedia pada waktu yang sama.
    • CPU Utilization – Penggunaan CPU secara keseluruhan pada server host juga penting karena memungkinkan administrator untuk memahami betapa banyak pekerjaan yang dilakukan oleh host server.

Pengamatan Langsung

observasi monitoring prosesor VMBerbagai forum tentang Virtualisasi dipenuhi dengan pertanyaan para pengguna mengenai wawasan vCPU rasio pCPU yang dapat diterima dalam lingkungan praktik nyata. Sementara beberapa tanggapan terus mengemukakan untuk rasio 1: 1, dari sudut pandang murni, 1: 1 harus dianggap sebagai skenario terburuk. Dalam diagram ke kiri, perhatikan bahwa uji coba khusus ini memiliki rasio lancar 2: 1. Beberapa responden menunjukkan bahwa mereka telah menemukan bahwa sebaiknya tidak lebih dari 1,5 : 1 untuk rasio vCPU ke pCPU, tapi para ahli industri menunjukkan bahwa vSphere “di dunia nyata” berada di 10: 1 sampai 15: 1. Yang lain menunjukkan bahwa VMware sendiri telah merekomendasikan rasio 6: 1 sampai 8: 1.

Berikut pedoman pCPU ditetapkan:

  • 1: 1 sampai 3: 1 tidak ada masalah
  • 3: 1 sampai 5: 1 mungkin mulai menyebabkan penurunan kinerja
  • 6: 1 atau lebih besar sering kemungkinan akan menyebabkan masalah

Panduan tambahan menunjukkan bahwa menjaga metrik CPU Ready kurang 5% dianggap sebagai praktek terbaik.

Pencapaian rasio dalam lingkungan tertentu akan tergantung pada sejumlah faktor:

  • Versi vSphere – vSphere CPU scheduler selalu ditingkatkan. Versi terbaru vSphere
    semakin memberikan kemampuan konsolidasi sebisa mungkin.
  • Processor Age – Prosesor terbaru jauh lebih kuat dari yang lebih lama dan, organisasi harus mampu mencapai rasio prosesor yang lebih tinggi.
  • Jenis Beban Kerja Jenis – Berbagai jenis beban kerja pada host akan menghasilkan rasio yang mungkin berbeda.

vScope Explorer adalah utilitas lain yang termasuk dalam vOPS Server Explorer yang dapat membantu melihat masalah kinerja, termasuk CPU Ready, di kedua host dan tingkat mesin virtual untuk membantu mengidentifikasi jika rasio vCPU untuk pCPU terlalu tinggi.

Selanjutnya, Lingkungan Explorer mengidentifikasi di mana sumber daya host prosesor yang overcommitted, memberikan administrator ruang untuk melakukan analisis tambahan untuk menentukan overkomitmen yang mana yang jadi penyebab masalah kinerja saat ini. Sebagai persentase core yang sebenarnya, metrik akan menunjukan diatas 500%, administrator harus lebih hati-hati memantau CPU Ready dan kinerja beban kerja umum untuk memastikan bahwa kebutuhan bisnis dapat terpenuhi.

Oversubscribing Sumber Daya Memory

Oversubscribing RAM, mungkin sebagai salah satu hal yang lebih kontroversial mengenai pilihan permintaan berlebih terhadap sumber daya fisk. Sedangkan CPU dan sumber daya penyimpanan sering overcommitted, tampaknya ada beberapa konservatisme ketika mengelola overkomitmen pada RAM.

Pemantauan Metrik

Pada server host, administrator perlu untuk memantau jumlah RAM yang sebenarnya digunakan oleh mesin virtual. Ketika RAM yang sebenarnya digunakan mendekati 100%, RAM perlu ditambahkan ke server atau beban kerja perlu bermigrasi ke host yang memiliki RAM yang dapat tersedia.

Pengamatan Langsung

observasi monitoring RAM di VMDi Lingkungan Explorer, penggunaan RAM yang ditunjunkan dalam metrik “% fisik”, menampilkan jumlah penggunaan RAM yang sebenarnya yang ditetapkan untuk masing-masing mesin virtual lebih baik dari pada menampilkan jumlah RAM yang digunakan oleh mesin virtual dimana semua teknik manajemen memori vSphere telah dipertimbangkan. Sangat penting untuk memantau penggunaan memori yang sebenarnya untuk memaksimalkan kepadatan VM dan memastikan bahwa lingkungan tetap ber-operasi.

Tingkatan over komitmen dapat bergantung pada satu faktor utama: Berapa banyak deduplikasi memori dapat dilakukan berdasarkan fakta bahwa ada banyak beban kerja yang berjalan pada host yang sama ? Semakin besar tingkat perbedaan antara beban kerja berjalan, semakin kurang konsolidasi memori yang dapat dilakukan dan
pemanfaatan kepadatan bisa berkurang juga.

Dalam meninjau rekomendasi terbaik berkaitan dengan over komitmen memori:

  • Banyak administrator menolak untuk oversubscribe RAM.
  • Beberapa administrator memilih untuk tidak melebihi 125% dari fisik, jika lebih maka dapat membawa risiko yang tidak dapat diterima (down time).
  • Jika setiap beban kerja pada server identik, tingkat komitmen yang dapat dilakukan mungkin dapat jauh lebih tinggi.
  • Banyak administrator lain hanya memeriksa penggunaan host memori, tapi tidak secara teratur memindai tingkat over komitmen.

Oversubscribing Sumber Daya Penyimpanan

Pengalokasian sumber daya penyimpanan berlebihan sudah merupakan praktek umum yang dilakukan melalui penggunaan thin provisioning. Tentu saja, oversubscription disertai dengan sejumlah pro dan kontra. Item utama dalam kolom pro adalah kemampuan administrator untuk memaksimalkan penggunaan kapasitas penyimpanan organisasi. Selanjutnya, thin provisioning memberikan administrator sebuah cara untuk mengalokasikan semua penyimpanan pada mesin virtual tanpa merasa perlu harus terus-menerus memantu apakah perlu lebih banyak ruang. Selain itu, thin provisioning bisa mengurangi konflik pada tim IT. Pemilik aplikasi dapat meminta semua penyimpanan yang mereka sukai berikut dengan administrasi penyimpanan, dengan mengetahui jika ada permintaan yang terlalu tinggi, administrator dapat menyetuji permintaan tanpa khawatir tentang pemborosan terhadap permintaan blok penyimpanan.

Namun, thin provisioning juga disertai dengan beberapa tantangan, sementara dapat membuat hidup lebih mudah setiap hari, bukan berarti hal tersebut tidak dapat menambahkan beberapa kompleksitas. Pertama dan terpenting, jika administrator tidak hati-hati, mereka dapat membuat masalah ketersediaan utama.

Jika penyimpanan mengalami kelebihan permintaan dalam volume penyimpanan yang tidak tersedia lagi, VM akan berpikir mereka memiliki ruang disk yang tersedia untuk digunakan, tetapi tidak ada ruang yang tersedia. Hal ini dapat menyebabkan gangguan serius dengan kehilangan data dan pemulihan yang mahal sebagai hasilnya jika anda tidak memantau dengan cermat.

Pemantauan Metrik

Untuk mengurangi masalah ini, administrator menggunakan thin provisioning untuk tetap dapat menutup mata pada jumlah ruang bebas pada datastore. Ketika ruang datastore semakin rendah ketersediannya, administrator perlu proaktif menambahkan ruang untuk datastore atau menggunakan Storage vMotion untuk memindahkan salah satu mesin virtual ke datastore yang berbeda yang memiliki kapasitas cukup yang tersedia untuk melayani kebutuhan beban kerja.

Pengamatan Langsung

observasi monitoring penyimpanan di VMDi Lingkungan Explorer, thin provisioning juga dapat terpantau, meskipun itu hanya ditampilkan dalam bentuk agregat. Sebagai contoh, dari kapasitas penyimpanan 195 GB yang tersedia untuk digunakan oleh mesin virtual, hanya 26,8 GB saat ini yang sedang digunakan. Pada kenyataannya, lebih dari yang ditetapkan untuk tiga mesin virtual yang dihidupkan. Ketiga administrator memantau Lingkungan Explorer dan metrik “% dari yang ditetapkan” mendekati 100%, perawatan harus dilakukan untuk memastikan bahwa sumber daya tambahan fisik dapat tersedia.

Kesimpulan

Virtualisasi memungkinkan fleksibilitas yang besar dan kemampuan untuk memaksimalkan pemanfaatan sumber daya pada server host melalui Overprovisioning dan kelebihan permintaan (oversubscribing). Melalui berbagai metode dan kemungkinan di dunia nyata, para administrator dapat memiliki praktik terbaik yang dibutuhkan untuk memanfaatkan kelebihan permintaan dari CPU, memori dan penyimpanan untuk memaksimalkan pemanfaatan dan tetap menjaga kinerja infrastruktur IT.