Prosedur Standar dalam Menyelesaikan Persoalan Komputasi : 1, Prosedur dan Kinerja Komputasi. 2, Paralel Computing. 3, Protocol Komputasi Network File System (NFS). 4, Standar MPI (Message Passing Interface)

 TINJAUAN PUSTAKA

2.1 State of The Art Review

Penelitian mengenai komputasi paralel telah diteliti oleh banyak kalangan. 

Namun dari penelitian-penelitian tersebut, belum ada yang melakukan penelitian 

mengenai pemanfaatan kumputasi paralel untuk meningkatkan sumber daya 

komputasi dalam proses pencarian data pasien pada SIM RS. Beberapa referensi 

yang bisa dijadikan sebagai acuan dan tolak ukur dalam penelitian mengenai 

komputasi paralel ini adalah sebagai berikut :

1. Penelitian yang dilakukan oleh Nashar AIE (2011), dengan judul: Parallel 

Performance Of MPI Sorting Algorithms On Dual–Core Processor 

Windows-Based Systems. Dalam penelitian ini dibahas mengenai pengaruh 

jumlah proses paralel dan juga jumlah core pada kinerja MPI paralel untuk 

beberapa algoritma pengurutan berbasis Windows. Dari hasil penelitian 

didapat kesimpulan bahwa rasio perhitungan / komunikasi sangat 

mempengaruhi waktu eksekusi dari tiga algoritma pengurutan.

2. Penelitian yang dilakukan oleh Olmedo E, dkk, (2012), dengan judul: Point 

to point processing of digital images using parallel computing. Dalam 

penelitian ini dilakukan pengolahan gambar digital menggunakan 

komputasi paralel, terutama pada pengolahan gambar grayscale, cerah, 

gelap, thresholding dan perubahan kontras. Pendekatan yang digunakan 

adalah menggunkan CUDA sebagai alat pemrograman paralel pada GPU

untuk mengambil resources dari semua core yang tersedia. Hasil penelitian 

ini menunjukkan bahwa CUDA memperoleh hasil yang lebih baik di 

sebagian besar filter yang digunakan. Kecuali dalam filter negatif dengan 

resolusi yang lebih rendah gambar OpenCV diperoleh lebih baik, namun 

apabila menggunakan gambar dalam resolusi tinggi kinerja CUDA lebih 

baik.

3. Penelitian yang dilakukan oleh Arta Y (2013), dengan judul: Analisa 

Kinerja Paralel Computing Dengan Menggunakan Perhitungan Hukum 

Amdahl Berbasiskan Linux. Dalam penelitian ini dilakukan proses

rendering sebuah gambar sehingga terlihat speedup antara proses serial dan 

paralel. Dari hasil penelitian didapatkan bahwa keseluruhan cluster sudah 

bisa berjalan sesuai dengan yang diinginkan, namun hasil kecepatan yang 

diperoleh antara peningkatan speedup paralel terhadap serial tidak berbeda 

secara signifikan.

4. Penelitian yang dilakukan oleh Hua, dkk (2013), dengan judul: Comparison 

and Analysis of Parallel Computing Performance Using OpenMP and MPI. 

Dalam penelitian ini dilakukan analisis perbandingan kemampuan 

komputasi paralel antara OpenMP dan MPI. Dilakukan pengklasifikasian 

kinerja antara (a) Program sekuensial (b) OpenMP paralelisasi dan (c) MPI

paralelisasi. OpenMP mendukung pelaksanaan dan memberikan kinerja 

yang baik dalam shared memory system. Sedangkan MPI cocok digunakan 

dalam model pemrograman paralel untuk sistem besar dengan jangka waktu 

processing yang panjang.

Komputasi Paralel

Komputasi Paralel merupakan metode komputasi yang membagi beban 

komputasi ke dalam beberapa bagian kecil sub proses komputasi, dimana sub 

komputasi tersebut dijalankan pada processor yang berbeda secara bersamaan dan 

saling berinteraksi satu sama lain dalam menyelesaikan satu permasalahan 

komputasi. Komputasi paralel telah dipergunakan selama lebih dari 40 tahun.

Gagasan dasar dari pemrosesan paralel adalah memiliki lebih dari satu pemroses 

yang semuanya memiliki kemampuan untuk bekerja dalam saat yang bersamaan. 

Penggunaan beberapa pemrosesan ini tentu menyebabkan munculnya persyaratan 

tambahan, seperti kemampuan penggunaan data bersama-sama dan kemampuan 

untuk berkomunikasi antar pemroses. Dengan demikian, dapat dipahami bahwa 

algoritma untuk pemrosesan paralel umumnya lebih kompleks dari algoritma 

sekuensial. Komputasi paralel umumnya diterapkan untuk permasalahan yang 

secara sekuensial tidak mampu diselesaikan dalam jangka waktu yang pantas , 

misalnya peramalan cuaca global, dan pemodelan struktur DNA. Untuk

meramalkan cuaca pada 10 hari kedepan dengan interval 10 menit, suatu komputer 

yang beroperasi pada 100 Mflops akan membutuhkan waktu 107, atau lebih dari 

100 hari.Sedangkan dengan menggunakan komputer paralel permasalahan ini dapat 

diselesaikan dalam jangka waktu yang lebih cepat. 

Pada umumnya koneksi client pada sistem cluster ada dua macam yaitu 

diskless client dan non-diskless client . Pengertian diskless client adalah 

memungkinkan client yang tidak dilengkapi dengan media penyimpanan dapat 

mengaktifkan sistem operasi (LINUX), arsitektur pada diskless client dapat 

diilustrasikan pada Gambar 2.5. Dalam konfigurasi diskless client, server 

menyediakan segala jenis file yang dibutuhkan oleh client. Keuntungan utama dari 

sistem diskless client ini adalah fleksibilitas untuk menambah beberapa node baru 

dan mengatur administrasi cluster. Karena pada node client tidak terdapat informasi 

local apapun, ketika menambah node baru hanya memodifikasi beberapa file pada 

server atau menjalankan script.

Komputer diskless umumnya berjalan di atas sistem operasi linux. Contoh 

software package untuk sistem diskless adalah Fully Automatic Installation (FAI) 

dan Linux Terminal Server Project (LTSP). Pada tahap awal, komputer yang 

diskless akan mencari IP address dan nama file boot image dari BOOTP server, 

kemudian dengan menggunakan TFTP untuk mendownload boot image dari server 

yang mungkin saja berbeda-beda dan memulai prosesnya dari server yang telah 

ditemukan tersebut. 

Karena selanjutnya BOOTP berkembang menjadi DHCP maka proses 

pemerolehan bootable image dari server adalah hanya terjadi dalam dua tahap besar 

yaitu tahap pertama adalah proses booting menggunakan network booting boot 

loader didownload dan dijalankan dan kemudian tahap kedua adalah proses 

download dari file image kernel (umumnya memiliki nama vmlinuz) dan 

selanjutnya sistem operasi pada komputer diskless dapat mulai dijalankan. Untuk 

sebuah komputer/CPU , bagian yang signifikan adalah Network Interface Card 

(NIC) harus mampu mengidentifikasi dirinya sebagai bootable device dan terdaftar 

di motherboard BIOS. Dan apabila telah ditentukan bahwa NIC tersebut sebagai 

boot device maka NIC tersebut harus mampu untuk melakukan download boot 

loader dan menjalankannya. Agar hal tersebut dapat terjadi maka harus memilih 

NIC yang telah memiliki boot ROM built-in atau memasukkan sendiri boot ROM 

yang sesuai ke dalam NIC tersebut. Bisa juga, proses boot dimulai dari floppy atau 

lokal hard disk yang telah mengandung boot ROM image. Namun, pada umumnya 

untuk sebuah sistem yang diskless tidak mendukung berbagai bentuk tempat 

penyimpanan lokal (local persistent storage), termasuk diantaranya: hard disk

drives, floppies, dan CD-ROM. Hal ini mengakibatkan bahwa hanya pilihan 

menggunakan network booting adalah satu-satunya yang tersisa sebagai alternatif 

untuk proses boot pada komputer yang diskless. Image kernel dapat diperoleh oleh 

komputer client dengan menggunakan TFTP server. Setelah suatu NIC dari 

komputer client pada tahap network booting berhasil menemukan komputer server 

maka proses download image kernel dilakukan. Selanjutnya komputer client 

melakukan mounting file system dan melakukan semua proses inisialisasi sebuah 

sistem operasi yang diperlukan dan akhirnya terbentuklah sebuah sistem operasi 

yang serupa (homogen) dengan komputer server pada komputer client. Sistem 

operasi yang terbentuk tersebut sebenarnya merupakan sistem operasi komputer 

server dengan display yang dialihkan ke komputer client. Agar hal tersebut dapat 

berjalan maka file system, serta konfigurasi yang diperlukan untuk sebuah sistem 

operasi harus dapat diperoleh oleh komputer client dari komputer server dengan 

memanfaatkan fasilitas NFS server, yaitu server telah membuka permission bagi 

komputer lain untuk menggunakannya suatu file system miliknya. 

Kelebihan yang dimiliki oleh sistem diskless tersebut terkadang 

digabungkan dengan pengembangan sebuah sistem cluster. Khususnya pada cluster 

yang ditujukan untuk komputasi ilmu pengetahuan. Pada komputasi ilmu 

pengetahuan, umumnya komputasi yang dijalankan hanya membutuhkan kinerja 

CPU yang tinggi dan dengan didukung oleh ketersediaan memory yang memadai. 

Peranan tempat penyimpanan yang permanen untuk masing-masing node sungguh 

sangat kecil, diperlukan pun umumnya hanya satu atau dua buah persistent storage 

untuk node tertentu saja. Hal tersebut menyebabkan para pengembang sistem

cluster memilih memanfaatkan kelebihan sistem diskless dengan alasan untuk 

mengurangi overhead dari biaya yang dikeluarkan dan bahkan lebih 

menguntungkan karena sama sekali tidak mengganggu kinerja dari sistem cluster 

sendiri. Biaya yang dikeluarkan kecil karena sistem diskless terbentuk hanya 

dengan melakukan instalasi software package saja tanpa memerlukan device 

tambahan.

MPI (Message Passing Interface)

Pada dasarnya suatu komputer dapat membentuk suatu kelompok berupa

berupa workstation, multiprocessor, specialized grapich engine sampai dengan 

vector supercomputer yang dihubungkan dengan jaringan. Model message passing 

dengan library MPI memungkinkan eksekusi program pada setiap mesin dapat 

dikendalikan oleh user dan menjadi lingkungan komputasi yang powerfull. 

MPI merupakan protokol untuk program paralel yang dikembangkan dalam 

skema distributed memory (Prajapati dan Vij 2011). MPI mengijinkan pertukaran 

data (message) antara processor yang diilustrasikan pada Gambar 2.9. Library MPI 

dapat berjalan di dalam bahasa pemrograman C, C++ dan Fortran. Processor dapat 

berkomunikasi satu dengan lainnya melalui fungsi komunikasi yang ada pada MPI. 

MPI menyediakan sebuah grup proses (communicator) untuk tempat 

berkomunikasi processor yang tergabung di dalam arsitektur paralel. Informasi 

mengenai communicator ini disimpan di dalam variabel dengan tipe MPI_Comm. 

Communicator standar dari MPI yaitu MPI_Comm_World. Tipe komunikasi pada 

MPI yaitu point-to-point communication dan collective communication. Point-to-

point communication adalah komunikasi yang melibatkan sepasang processor

untuk saling bertukar data. Library MPI menyediakan MPI_Send dan MPI_Recv 

untuk melakukan point-to point communication. Collective communication pada 

MPI melibatkan komunikasi antara semua processor yang terlibat di dalam 

communicator. Collective communication memiliki keuntungan dibandingkan 

point-to-point communication yaitu kompleksitas komunikasi yang lebih sederhana 

(Grama dkk, 2003).

MPI dikembangkan pada tahun 1993-1994 oleh sekelompok peneliti yang 

berasal dari kalangan pemerintahan, industri dan akademia. MPI merupakan salah 

satu standar pertama untuk menjalankan program paralel processor, dan 

merupakan pelopor dalam basic message parsing. Dilihat dari jenis topologi dan 

trasmisi yang digunakan terdapat dua implementasi MPI yaitu GridMPI yang dibuat 

Gambar 2.9 Message passing antar processor

(Quinn 2004)

Processor

MEMORY

Processor

MEMORY

Processor

MEMORY

Processor

MEMORY

Processor

MEMORY

Processor

MEMORY

Processor

MEMORY

Processor

MEMORY

INTERCONNECTIO

N

NETWORK

oleh National Institute of Advanced Industrial Science and Technology dan 

MPICH-G2 yang dibuat oleh Argonne National La boratory dan GridMPI adalah 

implementasi MPI untuk jarak antar komputer sampai dengan 500 mil yang 

terkoneksi dengan jaringan berkecepatan 1 sampai dengan 10 Gbps sedangkan 

MPICH-G2 adalah implementasi MPI dengan menggunakan Globus Toolkit 

(standar middleware komputasi grid) dalam lingkungan Wide Area Network (Arta 

Y 2013).