Apa itu komputasi terdistribusi?

Sistem komputasi terdistribusi membuat hal-hal terjadi secara besar-besaran. Pikirkan tentang hal itu lain kali Anda memainkan game online multipemain masif (MMO). Untuk mengelola MMO secara efektif, dibutuhkan seluruh sistem yang bersatu dan bekerja sama untuk memberikan pengalaman online yang mulus yang secara bersamaan digunakan oleh ribuan pemain dalam lingkungan waktu nyata.

Komputasi terdistribusi membantu penyedia layanan untuk mengerahkan sinkronisasi terkoordinasi dan kekuatan pemrosesan komputer untuk mencapai tujuan bersama.

Dan itu hanyalah salah satu contoh dari banyak aplikasi luas untuk layanan komputasi terdistribusi yang sekarang digunakan, termasuk membuat grafik 3D yang jelas untuk animasi video, melatih neural networks yang meniru fungsi otak manusia, dan memecahkan persamaan yang sangat kompleks terkait dengan kimia dan fisika.

Biasanya, model komputasi terdistribusi mengambil tugas komputasi dan beban kerja yang paling intensif dan menangani tantangan komputasi yang paling serius, itulah sebabnya ia memerlukan penggunaan beberapa komponen dan memori bersama.

Komputasi terdistribusi menyatukan beberapa komputer, server, dan jaringan untuk menyelesaikan tugas komputasi dengan ukuran dan tujuan yang sangat bervariasi. Pada sistem komputasi kecil yang terdistribusi dengan komponen yang saling berdekatan, komponen-komponen ini dapat dihubungkan melalui jaringan area lokal (LAN).

Dalam sistem terdistribusi yang lebih besar yang komponen-komponennya dipisahkan oleh geografi, komponen-komponen dihubungkan melalui jaringan area luas (WAN). Komponen dalam sistem terdistribusi berbagi informasi melalui jenis jaringan apa pun yang digunakan. Contoh sistem terdistribusi yang paling terkenal adalah Internet. Mungkin contoh paling kontroversial dari sistem terdistribusi belakangan ini adalah mata uang kripto.

Dari perspektif komputasi, dalam hal jumlah komponen yang biasanya terlibat, bahkan bentuk komputasi terdistribusi yang paling dasar pun biasanya mengandung tiga komponen dasar:

• Pengontrol sistem utama

• Penyimpanan data sistem

• Basis data

Akan tetapi, tidak ada aturan pasti yang membatasi apa yang menjadi kondisi komputasi terdistribusi atau berapa banyak komponen perangkat lunak yang dibutuhkan untuk menjalankan fungsinya. Mungkin ada beberapa komponen yang bekerja dalam rantai (atau jaringan) tersebut, atau instansi tersebut dapat menggabungkan lebih banyak lagi.

Ini adalah salah satu keuntungan besar dalam menggunakan sistem komputasi terdistribusi; sistem dapat diperluas dengan menambahkan lebih banyak mesin. Keuntungan signifikan lainnya adalah peningkatan redundansi, jadi jika satu komputer di jaringan gagal karena alasan apa pun, pekerjaan sistem lanjutkan, meskipun titik kegagalan itu.

Konsep redundansi tambahan ini berjalan seiring dengan penekanan pada toleransi kesalahan. Toleransi kesalahan adalah proses korektif yang memungkinkan OS untuk merespons dan memperbaiki kegagalan dalam perangkat lunak atau perangkat keras sementara sistem terus beroperasi. Toleransi kesalahan telah digunakan sebagai ukuran umum untuk kelangsungan bisnis yang sedang berjalan dalam menghadapi kegagalan yang mengganggu.

Jadi sistem komputasi terdistribusi tidak terikat oleh batasan jumlah komponen. Juga tidak ada persyaratan bahwa komponen-komponen tersebut secara fisik terletak berdekatan satu sama lain dan terhubung dengan jaringan area lokal. Berkat kemampuan jaringan area luas yang diperluas, komputer-komputer dalam sistem komputasi terdistribusi dapat dipisahkan oleh benua-benua sambil tetap mempertahankan operabilitasnya.

Tujuan dari sistem komputasi terdistribusi adalah membuat jaringan komputasi terdistribusi itu — tidak peduli seberapa besar dan di mana pun komponennya berada — berfungsi seolah-olah itu adalah satu komputer. Koordinasi ini dicapai melalui sistem penyampaian pesan yang rumit antara berbagai komponen.

Protokol komunikasi mengatur pertukaran pesan bolak-balik dan menciptakan bentuk hubungan yang ada di antara komponen-komponen ini. Hubungan ini dikenal sebagai “kopling”, yang biasanya dinyatakan dalam salah satu dari dua bentuk:

• Sambungan longgar: Sambungan antara dua komponen yang disambungkan secara longgar cukup lemah sehingga perubahan pada satu komponen tidak akan berdampak pada komponen lainnya.

• Kopling erat: Tingkat sinkronisasi dan paralelisme sangat tinggi pada komponen yang dikopling erat sehingga proses yang disebut “klaster” menggunakan komponen redundan untuk memastikan kelangsungan sistem.

Komputasi terdistribusi juga menangani efek positif dan negatif dari konkurensi, yang merupakan eksekusi simultan dari beberapa urutan instruksi operasi. Di antara kualitas positifnya adalah fakta bahwa konkurensi memungkinkan komputasi paralel dari beberapa thread proses. (Komputasi paralel tidak boleh disamakan dengan pemrosesan paralel, yang merupakan proses yang memecah tugas-tugas waktu proses menjadi beberapa tugas yang lebih kecil).

Negatif yang terkait dengan konkurensi sering kali mencakup peningkatan latensi dan bahkan hambatan ketika lalu lintas hampir terhenti karena membebani sistem komputasi terdistribusi dengan jumlah permintaan komponen yang berlebihan.

Konkurensi berbeda dari konsep multithreading, yang memungkinkan satu program tetap berjalan sementara tugas lain sedang dilakukan di latar belakang. Konkurensi mewakili pengurasan sumber daya yang lebih besar karena beberapa utas berjalan secara bersamaan dan mengakses sumber daya bersama secara bersamaan.

Jenis komputasi terdistribusi diklasifikasikan menurut arsitektur komputasi terdistribusi yang digunakan masing-masing.

Sistem klien-server menggunakan arsitektur klien-server yang memungkinkannya digunakan dengan lebih dari satu sistem. Di dalamnya, klien akan mengarahkan input ke server dalam bentuk permintaan. Komunikasi ini biasanya melibatkan perintah agar tugas tertentu dilakukan atau permintaan tambahan untuk sumber daya komputasi. Server kemudian bekerja untuk memenuhi tugas itu atau mengalokasikan sumber daya yang diminta. Setelah selesai, server merespons klien dengan pesan mengenai tindakan yang diambil.

Sementara sistem terpusat menggunakan arsitektur client-server, sistem peer bergantung pada arsitektur peer (sering disebut arsitektur peer-to-peer). Sistem peer menggunakan node, yang secara efektif dapat berfungsi sebagai klien atau server—baik mengidentifikasi kebutuhan dan mengeluarkan permintaan atau bekerja untuk memenuhi kebutuhan tersebut dan melaporkan kembali operasi. Seperti namanya, tidak ada hierarki dalam sistem peer, sehingga program yang beroperasi dalam sistem peer-to-peer dapat berkomunikasi secara bebas satu sama lain dan mentransfer data melalui jaringan peer.

Middleware dapat dianggap sebagai jenis “perantara” yang beroperasi antara dua aplikasi yang berbeda, yang berarti bahwa middleware itu sendiri adalah aplikasi yang berada di antara dua aplikasi dan menyediakan layanan untuk keduanya. Middleware juga memiliki aspek interpretatif. Ini berfungsi sebagai penerjemah antara berbagai aplikasi interoperabilitas yang sedang dijalankan pada sistem yang berbeda dan memungkinkan aplikasi-aplikasi tersebut untuk bertukar data secara bebas.

Sistem tiga tingkat dinamakan demikian karena jumlah lapisan yang digunakan untuk mewakili fungsionalitas program. Berbeda dengan arsitektur client-server biasa yang menempatkan data dalam sistem klien, sistem tiga tingkat menyimpan data yang disimpan di lapisan tengahnya, yang disebut Lapisan Data. Lapisan Aplikasi mengelilingi Lapisan Data di salah satu sisinya, sedangkan Lapisan Presentasi mengelilingi Lapisan Data di sisi lain. Sistem tiga tingkat secara rutin digunakan di berbagai aplikasi web.

Kadang-kadang disebut sebagai sistem terdistribusi bertingkat, sistem N-tier memiliki kapasitas tak terbatas untuk fungsi-fungsi jaringan, yang dirutekan ke aplikasi lain untuk diproses. Arsitektur sistem N-tier seperti yang ditemukan dalam sistem tiga tingkat. Sistem N-tier sering digunakan sebagai dasar arsitektur untuk berbagai layanan web dan sistem data.

Komputasi terdistribusi memungkinkan penggunaan paradigma pemrograman yang berbeda (yang dapat dianggap sebagai gaya pemrograman):

• Blockchain: Blockchain adalah sejenis database atau buku besar terdistribusi yang direplikasi dan disinkronkan pada berbagai komputer yang membentuk jaringan. Blockchain memastikan salah satu tujuan utama komputasi terdistribusi—redundansi—karena setiap komputer dalam rantai menyimpan salinan buku besar sumber asli, sehingga data tidak dapat hilang karena satu titik kegagalan.

• Komputasi grid: Komputasi grid adalah jenis komputasi terdistribusi yang menangani beban kerja non-interaktif, biasanya melibatkan kombinasi kerangka kerja grid dan perangkat lunak middleware. Kisi-kisi yang dapat diskalakan yang diakses melalui antarmuka pengguna berfungsi seperti sistem file berukuran besar.

• Layanan mikro: Layanan mikro adalah bentuk lain dari komputasi terdistribusi yang memecah aplikasi menjadi komponen yang jauh lebih kecil, yang sering disebut "layanan". Kerangka kerja layanan disatukan oleh antarmuka program aplikasi (API), yang memungkinkan interaksi antar komponen.