C11 · Desain Sistem dan Arsitektur

Merancang sistem yang tetap benar dan cepat ketika penggunanya naik seratus kali lipat: estimasi kasar yang jujur, caching, replikasi dan partisi, konsistensi, antrean, keandalan, keamanan, kapasitas, dan biaya, dengan setiap keputusan diuji lewat simulasi dan angka, bukan diagram saja.

Course inti jalur Full Stack Developer, sesudah C14. Satu proyek berjalan dari Modul 01 sampai proyek akhir: Tryout Nusantara, mesin try out nasional untuk 50.000 peserta (fiktif). Versi ini berupa Markdown yang bisa dibaca langsung di GitHub; di situs setiap modul tampil dalam mode langkah, latihannya diperiksa otomatis dan berjalan di peramban, dan latihan yang butuh sistem operasi sungguhan dikerjakan di laptop atau GitHub Codespaces.

---

Posisi course

Kenapa course ini ada

Agen AI kini bisa menggambar diagram arsitektur dan menulis kode layanan dalam hitungan menit. Yang tetap sulit, dan yang membedakan engineer senior, adalah memilih: kapan cache membantu dan kapan menyajikan data basi, replika baca mana yang aman dibaca sesudah menulis, berapa server yang dibutuhkan untuk lonjakan pukul 19.00, apa yang terjadi bila satu layanan lambat, dan berapa biayanya. Kesalahan di tingkat ini tidak terlihat di diagram; ia muncul sebagai 429 untuk semua pengguna, pool koneksi yang habis, atau tagihan yang berlipat.

C14 mengajarkan cara membangun satu aplikasi full stack yang benar. C11 mengajarkan apa yang berubah ketika aplikasi itu harus melayani puluhan ribu orang pada detik yang sama. Benang merahnya uji beban sebuah platform try out kecil (skenario rekaan yang dipakai di seluruh course): ember pembatas laju yang terbagi semua peserta karena proxy tidak meneruskan IP, pool koneksi yang habis ketika penyimpanan objek melambat 50 ms, dan egress basis data yang menghabiskan kuota bulanan dalam satu acara.

Cara klasik dan cara modern

Cara klasik di course ini: estimasi kasar (back-of-the-envelope) dan angka latensi, teori antrean (hukum Little, M/M/1, Erlang C), algoritma penyeimbang beban, kebijakan cache dan rasio hit, B-tree dan replikasi, consistent hashing (Karger dkk. 1997), kuorum dan jam vektor (Dynamo, DeCandia dkk. 2007), CAP dan PACELC, konsensus Raft (Ongaro & Ousterhout 2014), CRDT, pembatas laju, backoff dengan jitter, circuit breaker, matematika ketersediaan, struktur data probabilistik (Bloom, HyperLogLog, Count-Min), pola arsitektur (DDD, CQRS, event sourcing, saga), STRIDE, latensi ekor, dan aturan Smith untuk utang teknis. Semuanya ditulis sendiri dengan pustaka standar Python.

Cara modern: arsitektur cloud, serverless dan edge (misalnya Cloudflare Workers), Postgres terkelola, antrean dan log terkelola, WAF dan rate limit di edge, OpenTelemetry, infrastructure as code, FinOps, dan AI sebagai rekan desain yang setiap klaim kapasitasnya dihitung ulang dan setiap pola diuji dengan simulasi kegagalan.

Polanya sama di setiap modul: tulis polanya sendiri dan ukur, bandingkan dengan layanan terkelola padanannya, lalu periksa jawaban agen dengan angka.

Pemilik materi

C11 memiliki: estimasi dan SLO, antrean dan kapasitas, penyeimbang beban, cache dalam skala, replikasi dan partisi, konsistensi dan konsensus, antrean pesan dan idempotensi, pembatas laju terdistribusi, keandalan, pola arsitektur, struktur data probabilistik, sistem waktu nyata berskala, arsitektur cloud dan edge, model ancaman arsitektur, observabilitas dan latensi ekor, biaya dan migrasi. C11 menautkan, tidak mengajarkan ulang:

Untuk siapa dan prasyarat

Untuk calon Full Stack Developer yang sudah membangun satu aplikasi utuh di C14, dan developer backend yang ingin bisa mempertanggungjawabkan desain sistem dengan angka.

Konsep jaringan dan sistem operasi yang dibutuhkan (TLS, proses, socket) dijelaskan seperlunya di tempat. Sapaan "kamu", sama dengan course lain.

Cara belajar dan lingkungan lab

Di situs, setiap modul tampil dalam mode langkah: satu layar satu ide, contoh yang bisa diubah dan dijalankan, pertanyaan dengan umpan balik, animasi dengan jeda tebak, playground bermisi, dan latihan yang diperiksa langsung di peramban. Tombol Baca penuh menampilkan semua layar dalam satu halaman.

Keacakan selalu berbenih dan jam selalu disuntikkan, sehingga simulasi memberi angka yang sama di peramban, di laptop, dan di pemeriksa. Harga penyedia dicek di dokumentasi resmi dengan tanggal, atau diberi label ILUSTRASI.

Waktu: ±6 jam per modul dan ±8 jam untuk Modul 16, total ±98 jam, di luar bagian pendalaman.

Silabus (16 modul)

Proyek: Tryout Nusantara

Platform try out kecil di awal course melayani puluhan sampai ratusan peserta bersamaan, dan uji bebannya menunjukkan batasnya dengan angka. Proyek course ini merancang penerusnya untuk skala nasional: 50.000 peserta mulai ujian 100 menit pada pukul 19.00, dengan autosave setiap jawaban, timer yang tidak bisa dicurangi, penilaian, persentil dan papan peringkat, pembayaran, dan pengumuman. Data di data/ (dibuat deterministik oleh data/buat_data.py): beban per detik per endpoint selama satu Try Out (termasuk lonjakan tombol mulai dan lonjakan kumpul otomatis) dan jejak akses cache dengan pergeseran himpunan kerja. Setiap modul menambah satu bagian dokumen desain beserta fungsi dan simulasi yang diperiksa mesin; Modul 16 menyatukannya menjadi dokumen desain yang semua angkanya dibangkitkan kode. Kontrak: proyek-tryout.md.

Kerangka setiap modul

Modul ditulis dalam mode langkah (satu layar satu ide, setiap layar berakhir dengan interaksi), dengan bagian:

# Modul NN · Judul

> **Hasil belajar:** 3–5 kemampuan yang bisa diamati
> **Prasyarat:** modul sebelumnya dan modul course lain (bertaut, dengan topiknya)
> **Waktu:** ± X jam
> **Hasil lab:** bagian dokumen desain Tryout Nusantara

## Intinya                          (3–5 butir)
## 1..N. Bagian per konsep           (contoh dulu, lalu penjelasan singkat; cek, animasi, playground, latihan)
##       Di balik layar              (algoritma atau matematika di balik pola; dipakai latihan)
## N+1. Proyek: Tryout Nusantara     (lab kode dan dokumen; "Selesai bila:")
## N+2. Belajar bersama AI           (memeriksa jawaban agen dengan angka; tugas tanpa AI)
## N+3. Pendalaman (opsional)        (studi kasus rekaan, di skala enterprise, red flag dan daftar periksa)
## Rangkuman                         (3–7 butir)
## Sumber                            (dokumentasi resmi + rujukan klasik, bertanggal)

Aturan isi:

• Angka, bukan kata sifat. Setiap klaim desain ("cukup cepat", "bisa menahan lonjakan") diganti angka yang dihitung atau disimulasikan di contoh yang diperiksa mesin.
• Latihan memeriksa perilaku sistem, bukan bentuk: rasio hit cache yang benar pada jejak kontrak, kunci yang berpindah saat simpul ditambah ≈ 1/n, kuorum yang menjamin membaca tulisan terakhir, pemimpin Raft tunggal per term, pembatas laju yang tidak bocor di batas jendela, circuit breaker yang membuka dan pulih, peluang positif palsu Bloom sesuai rumus. Kode awal yang naif (modulo sebagai partisi, coba ulang tanpa jitter, cache tanpa single-flight) harus gagal.
• Keacakan berbenih (random.Random(42)); simulasi dibandingkan dengan toleransi yang disebut di perintah.
• Studi kasus berupa skenario rekaan yang mewakili kejadian umum (platform try out kecil, uji beban, migrasi penyedia), ditandai rekaan; tanpa data pengguna.
• Harga ditulis sebagai fakta hanya bila dicek di dokumentasi resmi dengan tanggal; selain itu diberi label ILUSTRASI dan diperlakukan sebagai parameter.
• Sumber klasik bergantian: Kleppmann Designing Data-Intensive Applications; Tanenbaum & van Steen Distributed Systems (ed. 4); Beyer dkk. Site Reliability Engineering (2016); Nygard Release It! (ed. 2); Dean & Barroso (2013) "The Tail at Scale"; DeCandia dkk. (2007) Dynamo; Karger dkk. (1997); Lamport (1978); Gilbert & Lynch (2002); Abadi (2012) PACELC; Ongaro & Ousterhout (2014) Raft; Shapiro dkk. (2011) CRDT; Bloom (1970); Flajolet dkk. (2007) HyperLogLog; Cormode & Muthukrishnan (2005); Evans Domain-Driven Design (2003); Little (1961). Edisi dan bab diverifikasi.
• Keamanan defensif saja (Modul 13): pemodelan ancaman dan kontrol, tanpa langkah serangan.
• Patokan CS2023: knowledge area Parallel and Distributed Computing, Systems Fundamentals, Software Engineering, dan Networking and Communication.

Hubungan dengan course lain