VIRTUALISASI

 

A. Konsep Dasar Virtualisasi

• Virtualisasi = sebuah teknologi untuk mengubah/membuat/mengganti suatu hal/sistem yang berbentuk fisik menjadi bentuk mayanya sehingga serupa/meniru hal/sistem.
• Contoh: virtual memory, virtual private network, virtual machine (ex: Java), virtual storage, system virtualization (VMware, Xen)
• Pengelompokkan Virtualisasi:
  1. Virtualisasi Sistem (System Virtualization)
     • Virtualisasi pada peralatan/perangkat keras (peralatan jaringan, CPU, memori, GUI, I/O)
     • Perangkat lunaknya yaitu VMM (Virtual Machine Monitor)/hypervisor
  2. Virtualisasi Proses (Process Virtualization)
     • Virtualisasi pada platform virtual yang mengeksekusi proses
     • Ex: pada sistem write once, run everywhere, contoh: JVM membaca kode byte/program dan mengimplementasikannya ke format sistem native

 

B. Mesin Virtual/Virtual Machine (VM)

• VM = bentuk duplikat dari sistem mesin fisik/nyata (hardware/software)
• Mesin Fisik/Physical Machine terdiri dari:
  • Perangkat keras fisik: prosesor, memori (RAM), chipset (NIC/Network Interface Card), I/O perangkat (disk), dll
  • Perangkat lunak: tertanam di perangkat keras (sistem operasi, aplikasi, dll)
• Mesin Virtual terdiri dari:
  • Hardware-level abstraction (Abstraksi perangkat keras): prosesor, memori (RAM), chipset (NIC/Network Interface Card), I/O perangkat (disk) => dalam bentuk virtual
  • Virtualisasi perangkat lunak: terdapat tambahan berupa lapisan virtualisasi yang memisahkan SO dengan hardware, terdapat beberapa mesin virtual yang terdiri dari virtual hardware dan software (VM isolation)
    
• Kelebihan VM isolation: keamanan terjamin saat multiplexing (menjalankan beberapa VM pada satu host) karena sudah diatur prosesor ; error yang terjadi pada satu VM tidak akan mempengaruhi VM lain
• VM Encapsulation: pengibaratan seluruh VM adalah file (OS, aplikasi, data) yang disimpan pada memori dan status perangkat. Sistem akan menangkap dan menduplikat VM dengan cepat dan dapat disebarkan dengan mudah
• VM Compatibility: perangkat keras fisik yang diekspos ke VM tersembunyi pada lapisan virtualisasi. Dalam implementasi create once, run enywhere, tidak ada masalah dalam konfigurasi. VM dapat dimigrasi ke host/komputer lain. SO lama dapat dijalankan ke platform baru.
• Istilah-istilah:
  • Hypervisor/Virtualizer: sebutan untuk perangkat lunak yang digunakan untuk memvirtualisasi sistem & monitoring sumber daya komputasi
  • Host: server fisik (komputer) yang dihubungkan hypervisor
  • Guest: beberapa sistem virtual yang berjalan di atas virtualization system (lapisan virtualisasi)
  • Emulasi: teknik merubah perintah melalui software. (emulasi mengakibatkan overhead sehingga jika semakin banyak perintah yang diemulasikan/diubah, maka semakin besar dampak overhead)
  • Emulator: perangkat lunak yang melakukan emulasi (ePSXe, Qemu, Bochs, DOSbox, Dynamips/Dynagen)

 

C. Sejarah

• Pada 1964, IBM’s Cambridge Scientific Center mengembangkan CP-40 dalam rangka membuat virtualisasi penuh. Pada 1970, IBM mengumumkan sistem /370 tanpa memori virtual. Pada 1972, ditambahkan memori virtual pada sistem /370.
• Pada 1997, dirilisnya versi pertama dari virtual PC untuk platform Machintos. Pada 1999, VMware memperkenalkan platform virtual VMware.
• Pada 2003, Microsoft mengakuisisi teknologi virtualisasi. Pada 2005, VMware merilis VMware Player (pemutar gratis mesin virtual). Pada 2008, VMWare merilis VMWare Workstation 6.5 beta untuk Windows dan Linux.

 

D. Jenis Virtualisasi Perangkat Keras (Mesin)

1. Partial Virtualization
   • Tidak semua bagian dari hardware pada masing-masing guest divirtualisasikan, sehingga perlunya modifikasi sebagian pada SO dan software guest.
   • Ex: Compatible Time-Sharing System (CTTS) pada IBM M44/44X.
2. Full Virtualization
   • Virtualisasi sepenuhnya pada hardware pada setiap guest yang dikelola oleh hypervisor
   • Ex: Desktop, Parallels, virtualbox, VMware
   • Menggunakan arsitektur virtualizable
3. Paravirtualization
   • Pemvirtualisasian dilakukan sesuai permintaan dari guest (SO) sehingga meniru sistem hardware yang berbeda.
   • Ex: Xen
   • DomO: guest OS utama yang diberi tugas oleh host untuk mengelola dan melayani guest lain. DomO diberi hak istimewa yaitu dapat mengakses langsung hardware pada host
   • DomU: guest OS yang dikelola oleh DomO. DomU mengakses hardware melalui para API pada DomO

 

E. Perangkat Lunak Virtualisasi (Hypervisor)

1. Virtualisasi Desktop/Workstation
   • Sistem virtualisasi dihubungkan ke SO host (beserta tools), lalu dapat mengontrol sumber daya komputasi bersama SO host.
   • Pengelolaan sistem & mesin virtual dilakukan melalui tool pada SO host.
   • Ex: Desktop, Xen, Parallels Desktop, VMware Workstation
2. Virtualisasi Server/Enterprise
   • Hypervisor yang memvirtualisasikan pada perangkat server fisik & memiliki kontrol penuh dalam pengelolaan & pemetaan sumber daya komputasi.
   • Pengelolaan sistem & mesin virtual dilakukan melalui tool dasar pada hypervisor/ tool lengkap pada komputer/server lain menggunakan jaringan komputer
   • Ex: Xen Server, VMware ESX/vSphere

 

F. Hardware Assisted Virtualizatation

• Hardware assisted Virtualization = metode dalam mengakses virtualisasi penuh dengan bantuan perangkat keras khusus pada host.
• Ex: IntelVT-x/AMD-V, Intel VT-d
• Proses:
  • Perangkat keras server menyadari virtualisasi
  • Hypervisor & VMM load di Ring 1
  • Hapus kemacetan emulasi CPU
  • Memori virtualisasi datang di quad core AMD dan Intel CPU
  • Guest SO dijalankan di Ring 0
  • VMM menggunakan prosesor untuk mencegat & meniru operasi istimewa di server tamu
  • Hardware assisted Virtualization menghapus banyak masalah yang menyebabkan penulisan VMM menjadi tantangan
  • VMM dijanlankan lebih dari Ring 0, ring -1 terbentuk virtual

 

G. Perbandingan antara Full Virtualization dengan Paralization

1. Full Virtualization
   • Definisi: perangkat keras yang tepat diekspos ke sistem operasi
   • Tingkat keefektifan eksekusi: eksekusi yang efisien
   • Sifat sistem operasi: sistem operasi yang berjalan tidak diubah
   • Arsitektur: membutuhkan arsitektur virtualizable
   • Contoh: VMWare
   • Ilustrasi:
     
2. Paravirtualization
   • Definisi: sistem operasi dimodifikasi untuk dijalankan di bawah VMM (Virtual Machine Monitor)
   • Tingkat keefektifan eksekusi: eksekusi overhead
   • Sifat sistem operasi: membutuhkan kode OS porting
   • Arsitektur: diperlukan untuk beberapa arsitektur (contoh: x86)
   • Contoh: Xen
   • Ilustrasi:
     

 

H. Perbedaan Intel VT-x/AMD-V dengan Intel VT-d/AMD-VI

Prosesor AMD-V merupakan prosesor pertama yang mendukung virtualisasi, sedangkan untuk Intel prosesor dengan teknologi virtualisasi mulanya dikenal dengan Intel VT-x. Sedangkan pada prosesor Intel VT-d atau AMD-VI memperluas teknologi virtualisasi dengan bantuan perangkat keras terutama perangkat I/O. Pada Intel VT-x/AMD-V, perlu adanya pengaktifan BIOS terlebih dahulu sebelum aplikasi dapat memanfaatkannya.

 

I. Teknologi Pendukung Virtualisasi

Pada proses virtualisasi dibutuhkan suatu teknologi pendukung virtualisasi yang fungsinya untuk menghubungkan komunikasi dan instruksi antara komunitas virtual dengan sumber daya fisiknya atau yang disebut Hypervisor. Hypervisor adalah sebutan untuk perangkat lunak yang digunakan untuk memvirtualisasi sistem & monitoring sumber daya komputasi. Teknologi pendukung virtualisasi tersebut berbentuk aplikasi (software). Contoh dari teknologi pendukung tersebut atau hypervisor yaitu Vmware Workstation, Virtual Box, Microsoft Virtual PC, Mac-On Linux, Parallels Workstation, Qemu, Hercules, dll.

 

J. Arsitektur untuk Virtualisasi

Arsitektur virtualisasi adalah model pengaturan infrasturktur atau mengelola sumber daya fisik (perangkat keras), jaringan (modem, kabel jaringan, dll), virtualisasi (hypervisor), dan penyimpanan agar masing-masing memiliki keterkaitan dan pengelolaan yang baik. Terdapat dua jenis arsitektur virtualisasi yaitu arsitektur host dan arsitektur bare-metal.

 

K. Cara Membangun Virtualisasi

Cara membangun infrastruktur atau arsitektur virtualisasi terdapat dua cara yaitu host dan bare-metal. Arsitektur host yaitu virtualisasi yang dihosting atau arsitektur yang berjalan pada sistem operasi tersebut untuk menjalankan dan mengatur beberapa mesin virtual di dalamya, sedangkan arsitektur bare-metal yaitu hypervisor yang dipasang langsung pada perangkat keras dengan sistem operasi yang mendasarinya. Pada arsitektur host, sistem operasi diinstal terlebih dahulu pada perangkat keras, kemudian menginstal hypervisor dan dijalankan pada mesin virtual. Contoh hosted hypervisor yaitu VMware Server dan Parallels Desktop. Sedangkan pada arsitektur bare-metal, hypervisor dipasang langsung pada perangkat keras atau hypervisor bisa mengakses langsung perangkat keras tanpa melewati sistem operasi. Lalu mesin virtual dan aplikasinya diinstal langsung pada hypervisor tersebut. Contoh bare-metal hypervisor yaitu VMware ESXi, Citrix XenServer, serta Microsoft Hyper-V Hypervisor.

 

L. Green IT dengan Virtualisasi

Green IT adalah penggunaan sumber daya IT dengan cara efisien, efektif, dan ekonomis dengan memerhatikan lingkungan. Dengan menerapkan konsep virtualisasi berarti menerapkan konsep green IT juga karena konsep virtualisasi yaitu menggabungkan beberapa sistem atau perangkat fisik ke suatu sistem maya tanpa mengurangi keunggulan dari sebelumnya. Dari penjelasan konsep virtualisasi, maka virtualisasi dapat mengurangi perangkat fisik yang diproduksi, mengurangi konsumsi listrik yang dipakai hardware, dan juga mengurangi energi panas dari hardware yang bekerja sehingga dapat mengurangi dampak dari pemanasan global.

 

M. Keuntungan dan Kerugian Virtualisasi

1. Keuntungan
   • Mengurangi biaya untuk pembelian perangkat keras karena bisa divirtualisasikan
   • Bisa meningkatkan efisiensi fungsi dari perangkat keras dengan menerapkan konsep virtualisasi
   • Mengurangi infrastruktur IT dan juga menghemat biaya listrik
   • Proses backup berjalan aman karena jika terdapat data yang rusak dapat dibaca dan digunakan lagi
   • Ruangan menjadi tidak mudah panas karena sedikitnya hardware yang digunakan
2. Kerugian
   • Padatnya saluran jaringan karena banyaknya mesin virtual yang disambungkan ke satu perangkat fisik
   • Memerlukan waktu yang banyak untuk debug dan perancangan infrastruktur mesin yang kompleks
   • Jika terdapat satu titik kesalahan pada server induk, maka mesin virtual pada server induk tersebut tidak bisa digunakan