Sistem komputer yang toleran terhadap kesalahan, juga dikenal sebagai sistem yang toleran terhadap kesalahan atau hanya sistem FT, adalah jenis arsitektur komputasi yang dirancang untuk memberikan ketersediaan dan keandalan tinggi dengan terus berfungsi dengan benar bahkan ketika beberapa komponennya rusak. Konsep toleransi kesalahan sudah ada sejak masa awal komputasi ketika menjadi jelas bahwa kegagalan pada komponen perangkat keras atau perangkat lunak tidak dapat dihindari. Untuk mengatasi tantangan tersebut, para peneliti dan insinyur mengembangkan teknik toleransi kesalahan untuk memastikan pengoperasian yang berkelanjutan dan mengurangi waktu henti.
Sejarah asal usul sistem komputer yang toleran terhadap kesalahan dan penyebutan pertama kali
Asal usul toleransi kesalahan dapat ditelusuri kembali ke tahun 1940an ketika komputer elektronik paling awal dikembangkan. Pada masa itu, sistem komputasi berukuran besar, lambat, dan rentan terhadap kegagalan karena sifat mekanisnya. Seiring kemajuan teknologi, gagasan toleransi kesalahan mendapatkan daya tarik, terutama dalam aplikasi penting seperti sistem kendali militer, ruang angkasa, dan industri. Penyebutan toleransi kesalahan pertama kali dalam literatur akademis dapat ditemukan dalam karya John von Neumann dan rekan-rekannya selama pengembangan Electronic Discrete Variable Automatic Computer (EDVAC) pada akhir tahun 1940-an.
Informasi terperinci tentang sistem komputer yang toleran terhadap kesalahan. Memperluas topik Sistem komputer yang toleran terhadap kesalahan.
Sistem komputer yang toleran terhadap kesalahan dibangun berdasarkan prinsip redundansi. Redundansi melibatkan penggabungan komponen duplikat atau rangkap tiga dalam sistem, memastikan bahwa jika satu komponen gagal, cadangan dapat mengambil alih dengan lancar. Toleransi kesalahan dicapai melalui berbagai teknik, yang mungkin mencakup perangkat keras redundan, mekanisme deteksi dan koreksi kesalahan, serta degradasi yang baik. Sistem ini sering kali dirancang dengan tujuan mencapai ketersediaan tinggi, pengoperasian berkelanjutan, dan kemampuan untuk pulih dengan cepat dari kegagalan.
Struktur internal sistem komputer yang toleran terhadap kesalahan. Bagaimana sistem komputer yang toleran terhadap kesalahan bekerja.
Struktur internal sistem komputer yang toleran terhadap kesalahan dapat bervariasi tergantung pada aplikasi spesifik dan tingkat redundansi yang diperlukan. Namun, beberapa komponen dan mekanisme umum sering kali muncul:
-
Perangkat Keras yang Berlebihan: Sistem yang toleran terhadap kesalahan menggunakan komponen perangkat keras duplikat atau rangkap tiga, seperti prosesor, modul memori, catu daya, dan perangkat penyimpanan. Elemen redundan ini sering kali saling berhubungan untuk beroperasi secara paralel, sehingga memungkinkan sistem beralih ke cadangan dengan lancar jika terdeteksi kegagalan.
-
Deteksi dan Koreksi Kesalahan: Berbagai teknik pendeteksi kesalahan, seperti checksum, bit paritas, dan pemeriksaan redundansi siklik (CRC), digunakan untuk mengidentifikasi dan memperbaiki kesalahan dalam data dan instruksi. Dengan mendeteksi kesalahan sejak dini, sistem dapat mengambil tindakan yang tepat untuk menghindari penyebaran kesalahan dan menjaga integritasnya.
-
Mekanisme Pemungutan Suara: Dalam sistem dengan komponen rangkap tiga, mekanisme pemungutan suara dapat digunakan untuk menentukan keluaran yang benar. Proses ini melibatkan perbandingan hasil dari setiap komponen yang berlebihan dan memilih keluaran yang cocok dengan mayoritas. Jika salah satu komponen memberikan hasil yang salah, proses pemungutan suara memastikan bahwa data yang digunakan benar.
-
Kegagalan dan Pemulihan: Ketika kesalahan terdeteksi, sistem memulai proses failover untuk beralih ke komponen redundan. Selain itu, sistem yang toleran terhadap kesalahan sering kali memiliki mekanisme pemulihan kesalahan, di mana komponen yang rusak diisolasi dan diperbaiki atau diganti sementara sistem terus beroperasi.
Analisis fitur utama sistem komputer yang toleran terhadap kesalahan
Fitur utama dari sistem komputer yang toleran terhadap kesalahan adalah:
-
Ketersediaan Tinggi: Sistem toleransi kesalahan dirancang untuk meminimalkan waktu henti (downtime) dan menyediakan pengoperasian yang berkelanjutan, memastikan bahwa layanan penting tetap tersedia bahkan ketika terjadi kegagalan.
-
Keandalan: Sistem ini dibangun dengan komponen redundan dan mekanisme deteksi kesalahan untuk meningkatkan keandalan dan mengurangi kemungkinan kegagalan sistem.
-
Deteksi dan Pemulihan Kesalahan: Sistem yang toleran terhadap kesalahan dapat mendeteksi kesalahan secara proaktif dan memulai proses pemulihan, memastikan bahwa sistem tetap berfungsi dan tangguh.
-
Degradasi yang Anggun: Dalam beberapa kasus, ketika redundansi tidak cukup untuk menangani kegagalan, sistem toleransi kesalahan dirancang untuk menurunkan kinerjanya dengan baik, memastikan bahwa fungsi-fungsi yang tidak kritis dapat dinonaktifkan sementara untuk mempertahankan operasi penting.
-
Skalabilitas: Beberapa sistem toleransi kesalahan dirancang untuk diskalakan secara horizontal dengan menambahkan lebih banyak komponen redundan untuk mengakomodasi peningkatan beban kerja dan meningkatkan ketahanan sistem.
-
Koreksi kesalahan: Mekanisme deteksi dan koreksi kesalahan menjamin integritas data, mengurangi risiko kerusakan data karena kesalahan sementara.
-
Isolasi kesalahan: Sistem yang toleran terhadap kesalahan sering kali dilengkapi untuk mengisolasi komponen yang rusak, mencegah penyebaran kesalahan ke bagian sistem yang tidak terpengaruh.
Jenis sistem komputer yang toleran terhadap kesalahan
Sistem komputer yang toleran terhadap kesalahan dapat dikategorikan berdasarkan tingkat redundansinya dan teknik yang digunakan. Berikut beberapa tipe yang umum:
1. Redundansi Perangkat Keras:
| Jenis | Keterangan |
|---|---|
| Redundansi N-modular | Modul perangkat keras rangkap tiga atau lebih yang menjalankan tugas yang sama, dengan mekanisme pemungutan suara untuk memutuskan keluaran yang benar. |
| Redundansi unit cadangan | Komponen perangkat keras cadangan yang dapat diaktifkan ketika komponen utama gagal. |
| Redundansi Modular Ganda (DMR) | Dua modul redundan bekerja secara paralel dengan pemungutan suara untuk mendeteksi dan memulihkan kesalahan. |
2. Redundansi Perangkat Lunak:
| Jenis | Keterangan |
|---|---|
| Pengembalian Perangkat Lunak | Jika terjadi kegagalan, sistem akan kembali ke kondisi stabil yang diketahui sebelumnya, sehingga memastikan pengoperasian yang berkelanjutan. |
| Pemrograman versi-N | Beberapa versi perangkat lunak yang sama dijalankan secara paralel, dan hasilnya dibandingkan untuk mengidentifikasi kesalahan. |
| Blok pemulihan | Komponen berbasis perangkat lunak yang dapat memulihkan sistem dari kesalahan dan kegagalan tanpa mengganggu pengoperasian. |
3. Redundansi informasi:
| Jenis | Keterangan |
|---|---|
| Replikasi Data | Menyimpan banyak salinan data di lokasi berbeda untuk memastikan akses jika terjadi kehilangan data. |
| RAID (Array Redundan dari Disk Independen) | Data didistribusikan ke beberapa disk dengan informasi paritas untuk toleransi kesalahan. |
Penerapan sistem komputer yang toleran terhadap kesalahan sangat luas dan umumnya ditemukan di:
-
Infrastruktur Kritis: Sistem toleransi kesalahan banyak digunakan dalam infrastruktur penting seperti pembangkit listrik, sistem transportasi, dan perangkat medis untuk memastikan pengoperasian tidak terganggu.
-
Luar angkasa: Pesawat luar angkasa, satelit, dan pesawat terbang menggunakan sistem toleransi kesalahan untuk tahan terhadap kondisi luar angkasa yang keras serta menjaga komunikasi dan kontrol yang andal.
-
Keuangan dan Perbankan: Lembaga keuangan mengandalkan sistem yang toleran terhadap kesalahan untuk memastikan pemrosesan transaksi yang berkelanjutan dan integritas data.
-
Telekomunikasi: Jaringan telekomunikasi menggunakan sistem toleransi kesalahan untuk menjaga konektivitas tanpa batas dan mencegah gangguan layanan.
-
Pusat Data: Toleransi kesalahan sangat penting di pusat data untuk mencegah downtime dan menjaga ketersediaan layanan online.
Tantangan terkait penggunaan sistem toleransi kesalahan meliputi:
-
Biaya: Menerapkan mekanisme redundansi dan toleransi kesalahan bisa memakan biaya yang mahal, terutama untuk aplikasi skala kecil.
-
Kompleksitas: Sistem yang toleran terhadap kesalahan bisa jadi rumit untuk dirancang, diuji, dan dipelihara, sehingga memerlukan pengetahuan dan keahlian khusus.
-
Atas: Mekanisme redundansi dan koreksi kesalahan dapat menimbulkan beberapa overhead kinerja, yang memengaruhi kecepatan dan efisiensi sistem.
Solusi untuk mengatasi tantangan ini melibatkan analisis biaya-manfaat yang cermat, penggunaan alat deteksi kesalahan otomatis, dan penggunaan arsitektur toleransi kesalahan yang dapat diskalakan.
Ciri-ciri utama dan perbandingan lain dengan istilah serupa
| Ciri | Sistem Komputer yang toleran terhadap kesalahan | Sistem Ketersediaan Tinggi | Sistem Redundan |
|---|---|---|---|
| Tujuan | Untuk memastikan pengoperasian yang berkesinambungan dan meminimalkan waktu henti jika terjadi kegagalan. | Untuk menjaga layanan tetap tersedia dan berfungsi dengan gangguan minimal. | Untuk memastikan komponen cadangan atau duplikat tersedia untuk menangani kegagalan. |
| Fokus | Ketahanan dan pemulihan dari kegagalan. | Ketersediaan layanan berkelanjutan. | Duplikasi komponen penting. |
| Komponen | Perangkat keras yang berlebihan, deteksi kesalahan, mekanisme pemulihan. | Perangkat keras yang berlebihan, penyeimbangan beban, mekanisme failover. | Perangkat keras duplikat, peralihan otomatis. |
| Aplikasi | Sistem kritis, ruang angkasa, kontrol industri. | Layanan web, komputasi awan, pusat data. | Proses industri, sistem yang kritis terhadap keselamatan. |
Seiring kemajuan teknologi, sistem komputer yang toleran terhadap kesalahan diharapkan menjadi lebih canggih dan mumpuni. Beberapa perspektif dan teknologi masa depan di bidang ini meliputi:
-
Deteksi Kesalahan Otonom: Sistem penyembuhan mandiri yang mampu mendeteksi dan memulihkan kesalahan secara otomatis tanpa campur tangan manusia.
-
Koreksi Kesalahan Kuantum: Memanfaatkan prinsip komputasi kuantum untuk mengembangkan komputer kuantum yang toleran terhadap kesalahan dengan kode koreksi kesalahan.
-
Integrasi Pembelajaran Mesin: Memanfaatkan algoritme pembelajaran mesin untuk memprediksi dan mencegah potensi kegagalan, meningkatkan toleransi kesalahan proaktif.
-
Toleransi Kesalahan Terdistribusi: Mengembangkan sistem toleransi kesalahan dengan komponen terdistribusi untuk meningkatkan skalabilitas dan isolasi kesalahan.
-
Desain Bersama Perangkat Keras-Perangkat Lunak: Pendekatan desain kolaboratif yang mengoptimalkan komponen perangkat keras dan perangkat lunak untuk toleransi kesalahan.
Bagaimana server proxy dapat digunakan atau dikaitkan dengan sistem komputer yang toleran terhadap kesalahan
Server proxy dapat memainkan peran penting dalam meningkatkan toleransi kesalahan untuk berbagai aplikasi. Dengan bertindak sebagai perantara antara klien dan server, server proxy dapat:
-
Penyeimbang beban: Server proxy mendistribusikan permintaan klien ke beberapa server backend, memastikan pemanfaatan sumber daya yang merata dan mencegah kelebihan beban.
-
Deteksi kesalahan: Server proxy dapat memantau kesehatan dan respons server backend, mendeteksi kesalahan, dan secara otomatis mengarahkan permintaan keluar dari server yang terpengaruh.
-
cache: Menyimpan data yang sering diminta dalam cache di server proxy mengurangi beban pada server backend dan meningkatkan kinerja sistem secara keseluruhan.
-
Dukungan Kegagalan: Sehubungan dengan sistem toleransi kesalahan, server proxy dapat membantu dalam failover otomatis ke komponen redundan ketika kegagalan terdeteksi.
-
Keamanan: Server proxy dapat bertindak sebagai lapisan keamanan tambahan, melindungi server backend dari paparan langsung ke internet dan mengurangi potensi serangan.
Tautan yang berhubungan
Untuk informasi selengkapnya tentang sistem komputer yang toleran terhadap kesalahan, Anda dapat menjelajahi sumber daya berikut:
- Toleransi Kesalahan – Wikipedia
- Pengantar Sistem Toleransi Kesalahan – Universitas Texas
- Pengantar Toleransi Kesalahan dan Redundansi – Oracle
Ingat, toleransi kesalahan adalah aspek penting dari sistem komputasi modern, yang memastikan bahwa layanan penting tetap tersedia dan dapat diandalkan bahkan ketika terjadi kegagalan. Menerapkan teknik toleransi kesalahan dan memanfaatkan server proxy dapat meningkatkan ketahanan dan kinerja sistem secara signifikan, menjadikannya pertimbangan penting bagi organisasi mana pun.
