BAB II KAJIAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II KAJIAN PUSTAKA Pada bab dua ini akan dibahas mengenai definisi dan konsep dari three tier architecture, replikasi, transaksi pada database, TCP, dan JDBC. Landasan teori ini akan memberikan pemahaman yang lebih mendalam mengenai topik-topik yang disebutkan sehingga akan mempermudah proses analisis penyelesaian masalah pada bab selanjutnya. 2.1 Three tier architecture Arsitektur software three tier mulai berkembang pada tahun 1990 untuk mengatasi keterbatasan dari arsitektur dua tier (client server). Tier ketiga (middle tier server) ditambahkan diantara user interface (client) dan data management tier (server). Middle tier ini menyediakan process management dimana business logic dieksekusi. Selain itu, middle tier dapat mengakomodasi lebih banyak user dibandingkan dengan menggunakan two tier architecture dengan menyediakan fungsionalitas seperti queueing, application execution, dan database staging. Arsitektur tiga tier ini digunakan ketika aplikasi client/server membutuhkan tambahan performance, flexibility, reusability, dan scalability. Arsitektur three tier ini terdiri dari user system interface (top tier) yang menyediakan semua layanan yang berhubungan dengan user seperti session, text input, dialog, dan display management. Third tier menyediakan fungsionalitas manajemen basis data. Tier ini memastikan kekonsistenan data dengan menggunakan fitur-fitur seperti data locking, consistency, dan replication. Middle tier menyediakan layanan process management seperti process development, process enactment, process monitoring, dan process resourcing yang akan digunakan bersama oleh banyak aplikasi. Middle tier server (juga dikenal dengan sebutan application server) dapat meningkatkan performa, fleksibilitas, kemudahan perawatan, penggunaan ulang, dan skalabilitas dengan cara mensentralisasi process logic. Sentralisasi process logic membuat administrasi dan manajemen perubahan menjadi lebih mudah dengan cara melokalisasi fungsionalitas sistem sehingga II-1

2 II-2 perubahan hanya perlu dilakukan di middle tier. Process management pada middle tier juga mengkontrol transaksi dan menyediakan antrian yang asinkron untuk memastikan transaksi yang reliable. 2.2 Replikasi Replikasi merupakan suatu cara untuk menyediakan layanan dengan peningkatan performa, tingkat availabilitas yang tinggi dan fault tolerance dalam sistem terdistribusi [COU01] Peningkatan Performa Caching data pada client dan server merupakan salah satu cara untuk meningkatkan performance pada sistem terdistribusi. Contohnya adalah browser dan proxy server melakukan caching daripada web resources untuk menghindari latency pengambilan data dari server. Server yang tereplikasi juga dapat membagi beban (workload) diantaranya sehingga komputasi dapat terbagi yang menyebabkan peningkatan performa. Contoh pembagian beban adalah dengan melakukan binding semua IP server pada satu nama DNS situs sehingga apabila terjadi DNS lookup, maka akan dikembalikan beberapa alamat IP yang akan digilir secara round robin Peningkatan availabilitas User memerlukan layanan yang highly available. Maksudnya adalah proporsi waktu suatu layanan dapat diakses dengan waktu respon yang layak harus mendekati 100%. Faktor yang menghambat tingkat availabilitas yang tinggi yaitu : - Kegagalan pada server - Partisi jaringan dan terputusnya operasi. Pada kasus yang pertama, dapat diatasi dengan teknik replikasi. Jika data tereplikasi pada dua atau lebih server, maka client dapat mengakses data pada server alternatif jika server utama mengalami kegagalan. Untuk menghitung tingkat availabilitas dari server yang tereplikasi digunakan rumus berikut:

3 II-3 Tingkat availabilitas = 1 probabilitas(semua replika failed) = 1- p n P = probabilitas suatu server fail N = jumlah server yang tereplikasi Fault tolerance Fault tolerance merupakan properti dari sistem yang menyebabkan sistem dapat terus beroperasi apabila sebagian dari komponen sistem mengalami kegagalan. Fault tolerance mempunyai sifat correctness. Sifat correctness dari fault tolerance peduli terhadap freshness dari data yang disediakan oleh client dan akibat dari operasi oleh client terhadap data. Selain itu correctness juga peduli terhadap ketepatan waktu dari respon layanan. Data yang highly available tidak selalu harus data yang benar. Data tersebut mungkin saja out of date, atau dua user pada saat bersamaan merubah data dan menyebabkan konflik. Suatu layanan yang fault tolerant selalu menjamin dengan ketat kelakuan yang benar walaupun terjadi kesalahan/fault. Contohnya adalah pada sistem air traffic control dimana dibutuhkan data yang tepat dalam jangka waktu yang sangat singkat Strategi Replikasi Ada dua strategi dalam melakukan replikasi yaitu strategi primary-backup dimana client berkomunikasi dengan replika utama; dan strategi replikasi aktif dimana client berkomunikasi dengan beberapa replika yang bergabung dalam suatu grup[cou01].

4 II Primary-Backup Gambar II-1 Primary Backup Replication Salah satu strategi yang dapat diterapkan untuk membuat sistem yang fault tolerant adalah strategi replikasi primary-backup (Gambar II-1). Pada strategi ini dibutuhkan satu replica manager sebagai primary pada suatu waktu dan satu atau lebih replica manager sebagai backup. Client akan mengirimkan request melalui Front End kepada Primary replica manager yang bertugas untuk mengeksekusi operasi dan mengirimkan salinan dari data yang sudah di-update kepada backup replica manager. Jika primary mengalami crash, backup akan mengambil alih tanpa disadari oleh client. Langkah-langkah yang dilakukan dalam skema primary backup ketika client mengirimkan request adalah sebagai berikut: 1. Request : Front End mengirimkan request dengan identifier yang unik kepada primary replica manager. 2. Coordination : Primary akan menangani request secara atomic dan sesuai dengan urutan penerimaan. Identifier pada setiap request akan diperiksa. Jika ternyata request tersebut pernah dieksekusi sebelumnya, maka respond langsung dikirimkan tanpa harus dilakukan pemrosesan lebih lanjut. 3. Execution : Primary akan mengeksekusi request dan menyimpan respond. 4. Agreement: Jika request merupakan update, maka primary akan mengirimkan state yang telah di-update, respond dan identifier unik kepada semua backup-

5 II-5 nya. Backup akan mengirimkan acknowledgement yang menandakan message diterima atau tidak. 5. Response : Primary akan memberikan respond kepada front end, yang akan meneruskan respond kepada client Active Replication Strategi replikasi lain yang digunakan dalam membuat sistem yang fault tolerant adalah strategi Active Replication (Gambar II-2).Dalam model replikasi yang aktif, replica manager merupakan suatu state machine yang mempunyai peran yang ekuivalen dan diorganisasikan sebagai suatu grup. Front end melakukan multicast request kepada sekumpulan replica manager dan semua replica manager akan memproses request tersebut secara independen tetapi identikal kemudian me-reply request tersebut. Jika ada replica manager yang crash, maka kejadian tersebut tidak akan mempengaruhi performansi layanan karena sisa replica manager akan tetap merespon request. Gambar II-2 Active Replication Langkah langkah yang dilakukan ketika client melakukan request adalah sebagai berikut : 1. Request : Front end melakukan multicast request dengan identifier yang unik kepada sekumpulan replica manager. 2. Coordination : Group communication system akan mengirimkan request ke setiap replika manager dengan urutan yang sama

6 II-6 3. Execution : Setiap replica manager akan mengeksekusi request. Respon dari request tersebut akan mempunyai identifier dari request yang bersangkutan 4. Agreement : Tidak ada fase ini karena request dikirimkan secara multicast 5. Response : setiap replica manager mengirimkan respon kepada front end. 2.3 Database Tier Database tier merupakan salah satu tier terpenting dalam arsitektur tiga tier. Tier ini berurusan dengan tempat penyimpanan yang permanen seperti harddisk. Fitur-fitur seperti data locking, transaction, dan replication telah disediakan oleh tier ini untuk menjamin integritas dan tingkat availabilitas yang tinggi dari data. Subbab ini akan membahas mengenai bagaimana transaksi menjamin integritas data serta bagaimana middle tier membentuk koneksi dengan database tier menggunakan JDBC Transaction Transaksi adalah suatu unit dari eksekusi program yang mengakses dan/atau mengubah berbagai data. Suatu transaksi biasanya diawali dengan statement begin transaction dan diakhiri dengan end transaction. Diantara kedua statement tersebut berisi operasi-operasi dari suatu transaksi. Transaksi merupakan salah satu cara untuk menjamin properti fault tolerance di data management tier karena transaksi mempunyai properti ACID (Atomicity, Consistency, Isolation, dan Durability) yang menjamin integritas dari data. Sistem basis data bertugas untuk menjamin properti dari transaksi sebagai berikut : - Atomicity : Semua operasi dalam transaksi harus tereksekusi atau tidak sama sekali. - Consistency : Jika database konsisten sebelum transaksi, maka database juga harus konsisten setelah transaksi. - Isolation : Jika terjadi banyak transaksi yang berjalan secara konkuren, untuk sepasang transaksi T i dan T j ; Untuk T i akan terlihat salah satu dari T j selesai eksekusi sebelum T i mulai atau T j memulai eksekusi setelah T i selesai. Setiap transaksi tidak tahu perubahan apa yang dilakukan oleh transaksi yang lainnya.

7 II-7 - Durability : Setelah transaksi selesai, maka perubahan yang dilakukan oleh transaksi tersebut permanen walaupun terjadi kegagalan sistem. Gambar II-3 State diagram transaksi Pada state diagram di atas (Gambar II-3), setiap transaksi akan berada di salah satu state berikut : - Active : Keadaan awal, sebuah transaksi berada pada state ini ketika eksekusi - Partially Commited : State dimana operasi terakhir dari sebuah transaksi telah dieksekusi - Failed: ditemukan kegagalan pada transaksi - Aborted : Transaksi telah roll back dan basis data kembali ke kondisi sebelum dilakukan transaksi - Commited : Transaksi berhasil dan semua perubahan menjadi permanen JDBC JDBC (Java Database Connectivity) merupakan API (application programming interface) yang digunakan oleh program java untuk mengakses data yang relasional. Dengan menggunakan API JDBC, aplikasi java dapat mengeksekusi query sql, mendapatkan hasil, dan menyebarkan perubahan kembali kepada basis data yang

8 II-8 bersangkutan. JDBC API juga dapat digunakan untuk berinteraksi dengan banyak sumber data di lingkungan yang terdistribusi dan heterogen. Agar suatu program java yang menggunakan JDBC dapat berkomunikasi dengan basis data diperlukan suatu driver yang berfungsi untuk mengubah request dari program java menjadi format yang sesuai dengan protokol yang dimengerti oleh basis data. Ada beberapa kemungkinan dalam mengimplementasikan suatu driver JDBC. Kemungkinan-kemungkinan tersebut dapat dikategorikan sebagai berikut : - Tipe 1: Driver tipe ini mengimplementasikan JDBC API sebagai pemetaan terhadap API lain seperti ODBC. Driver jenis ini umumnya tergantung terhadap library yang native yang membatasi portabilitasnya. Contoh : JDBC- ODBC bridge. - Tipe 2 : Driver jenis ini sebagian ditulis dengan menggunakan bahasa java dan sebagian lagi ditulis dengan kode yang native. Driver ini menggunakan native library client yang spesifik terhadap sumber data yang terkoneksi. - Tipe 3 : Driver jenis ini ditulis sepenuhnya dengan menggunakan bahasa java dan berkomunikasi dengan middleware server dengan menggunakan protokol yang independen terhadap basis data. Middleware server kemudian akan meneruskan client request kepada sumber data. - Tipe 4 : Driver jenis ini ditulis sepenuhnya dengan menggunakan bahasa Java dan client berkoneksi langsung dengan sumber data. 2.4 TCP TCP (Transmission Control Protocol) merupakan protokol yang ditujukan untuk menyediakan koneksi yang reliable antar host dalam jaringan komputer yang berbasis packet-switched. Layanan TCP didapatkan oleh sender dan receiver dengan cara membuat end-point yang dikenal dengan istilah socket. Setiap socket di TCP mempunyai nomor socket yang terdiri dari alamat IP dari host dan angka 16-bit yang lokal terhadap host yang disebut port. Untuk memulai layanan tersebut diperlukan koneksi antara socket pada sender dan socket pada receiver. Koneksi pada TCP akan bersifat full duplex dan point-to-point. Full duplex berarti traffic dapat berlangsung

9 II-9 dua arah pada saat yang bersamaan. Point-to-point berarti setiap koneksi mempunyai tepat 2 end point. Koneksi didirikan dalam TCP dengan cara three way handshake. Gambar II-4(a) menunjukkan contoh three way handshake yang paling sederhana dimana satu sisi dalam hal ini server akan melakukan passive wait terhadap request koneksi dengan mengeksekusi system call LISTEN dan ACCEPT. Sisi yang lain dalam hal ini client akan mengeksekusi system call CONNECT dengan menspesifikasikan alamat IP tujuan, port tujuan, ukuran segmen TCP maksimum dan user data yang opsional (contoh: password). System call CONNECT akan mengirimkan paket SYN dan menunggu response. Ketika paket tersebut sampai ke tujuan, entitas TCP di sana akan melakukan pengecekan untuk melihat apakah ada proses yang melakukan LISTEN sesuai dengan field Destination port. Jika tidak, maka akan direspon dengan mengirimkan paket RST. Jika suatu proses melakukan listen di port tersebut, entitas TCP di server akan mengirimkan paket SYN+ACK yang akan direspon oleh client dengan mengirimkan paket ACK yang menandai terjadinya koneksi. Gambar II-4(b) menunjukkan contoh inisiasi koneksi yang dilakukan secara bersamaan (kedua host melakukan active open) pada dua socket yang sama. Apabila terjadi hal tersebut maka tetap akan terbentuk satu koneksi (bukan dua) karena koneksi diidentifikasikan berdasarkan socket. Gambar II-4 Pembentukan koneksi TCP Pemutusan koneksi TCP berarti memberikan pernyataan bahwa tidak ada data lagi untuk dikirimkan. Walaupun koneksi TCP bersifat full duplex, untuk lebih mudah

10 II-10 memahami bagaimana pemutusan koneksi lebih mudah jika TCP dianggap sebagai sepasang koneksi yang simplex. Setiap koneksi simplex dilepaskan secara independen dari pasangannya. Untuk memutuskan koneksi, kedua belah pihak harus mengirimkan paket FIN yang menandakan tidak ada data lagi yang akan dikirim. Ketika pengirim paket FIN menerima respon paket ACK, tidak ada data yang dapat dikirim dan diterima pada arah tersebut (shutdown). Jika kedua arah tersebut telah mencapai kondisi shutdown, koneksi TCP akan dilepaskan. Jika respon terhadap paket FIN tidak diterima selama dua kali umur paket, pengirim dari paket FIN akan langsung melepas koneksi secara sepihak. Sisi yang lain akan menyadari bahwa tidak ada yang mendengarkan koneksi sehingga akan memutus koneksi karena time out.