Образовательные технологии. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки

ИНСТИТУТ ДИНАМИКИ СИСТЕМ И ТЕОРИИ УПРАВЛЕНИЯ

Сибирского отделения Российской академии наук

(ИДСТУ СО РАН)

ПРИНЯТО

Ученым советом Института

Протокол № 5 от 21.06.2012 г.

Председатель Ученого совета

______________ак. И.В. Бычков

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ

ФД.А.01

Специальность 05.13.11

«Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей»

г. Иркутск

Цели и задачи дисциплины

Цели дисциплины: раскрыть смысл ключевых понятий из области распределенных вычислений, сформировать представление о современных распределенных вычислительных архитектурах, моделях, методах и технологиях организации распределенных вычислений, привить навыки работы с современными распределенными вычислительными системами.

Задачи дисциплины: приобретение аспирантами базового набора знаний из области распределенных вычислений, а также первичных навыков работы с современными распределенными вычислительными системами.

Место дисциплины в структуре ООП

Данная дисциплина относится к группе факультативных дисциплин образовательной составляющей ООП ППО (в соответствии с Федеральными государственными требованиями (ФГТ)).

Содержание дисциплины опирается на знания, приобретенные ранее при изучении дисциплин «Программирование», «Архитектура вычислительных систем и компьютерные сети», «Дискретная математика», «Вычислительная математика», «Структуры и алгоритмы компьютерной обработки данных». Для выполнения лабораторных заданий аспиранты должны иметь навыки программирования на языке Си.

Требования к уровню освоения содержания дисциплины

В результате изучения дисциплины аспиранты должны:

• Усвоить ключевые понятия и принципы организации распределенных вычислений.

• Знать основные тенденции развития распределенных вычислительных архитектур, факторы, критерии выбора программно-аппаратных платформ для решения вычислительно-сложных задач заданного класса.

• Владеть общей методикой разработки распределенных приложений, способами оценки эффективности распределенных алгоритмов.

• Иметь навыки работы с базовым набором средств управления прохождением заданий в распределенных вычислительных системах.

Структура и содержание дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единицы - 108 часов.

4.1. Структура дисциплины

№	Наименование дисциплины	Объем учебной работы (в часах)	Вид итогового контроля
Всего	Всего аудит.	Из аудиторных	Сам. работа
Лекции	Лаб.	Прак.	КСР
1.	Распределенные вычисления

4.2. Содержание дисциплины

4.2.1. Разделы дисциплины и виды занятий

№	Раздел дисциплины	Виды учебной работы и трудоемкость (в часах)	Самост работа
Лекции	Лаб.	Прак.	КСР
	Введение в распределенные вычисления
	Вычислительные задачи
	Распределенные системы модельного программирования. Пакеты прикладных программ.
	Планирование вычислений
	Распределенные вычислительные системы
	Распределенные алгоритмы
	Системы логического времени
	Отказоустойчивость распределенных вычислительных систем
	Планирование загрузки ресурсов
	Вычислительные кластеры
	Вычислительные сети Grid
	Распределенные вычисления в Интернете
	Мультиагентные технологии управления распределенными вычислениями

4.2.2 Содержание разделов дисциплины

№	Наименование раздела дисциплины	Содержание раздела	Форма провед.
	Введение в распределенные вычисления	Цели и задачи распределенной обработки данных. Необходимость и актуальность распределенных вычислений. Различия между многозадачным, параллельным и распределенным режимами выполнения программ. Способы организации распределенных вычислительных систем. Краткая история развития высокопроизводительных вычислений. Примеры распределенных вычислительных систем.	Лекции
	Вычислительные задачи	Понятие вычислительной задачи. Подходы к классификации вычислительных задач. Определение задания пользователя. Характеристики задания. Способы описания задания. Системы управления прохождением заданиями. Поток заданий. Формат workload для описания потоков заданий.	Лекции, лаборат., самост. работа
	Распределенные системы модельного программирования. Пакеты прикладных программ.	Понятие распределенной системы модельного программирования. Модель предметной области. Формы постановок задач. Определение простой вычислительной модели. Пакет прикладных программ. Структура пакета прикладных программ. Функциональное наполнение пакета. Первичное и вторичное ПО. Язык заданий пакета. Системное наполнение пакета. Модуль. Конфигурации модулей (каркасный и цепочечный подходы). Этапы развития пакетов прикладных программ. Распределенные пакеты прикладных программ.	Лекции, лаборат., самост. работа
	Планирование вычислений	План решения задачи. Ограничения на план решения задачи. Вычислительная избыточность. Волновые методы планирования. Динамическое планирование. Выполнение плана решения задачи в режиме FORK/JOIN. Время выполнения. Асинхронный режим выполнения плана решения задачи. Время выполнения. Планирование вычислений на булевой модели предметной области.	Лекции, лаборат., самост. работа
	Распределенные вычислительные системы	Распределенная вычислительная система. Базовые архитектуры процессоров и памяти распределенных вычислительных систем. Классификация Флинна. Структура класса многопроцессорных вычислительных систем. Топология сети передачи данных. Производительность компьютера. Динамический анализ программ.	Лекции, лаборат., самост. работа
	Распределенные алгоритмы	Алгоритмы обмена сообщениями. Алгоритмы выбора координатора. Алгоритмы координации действий на основе сотрудничества. Алгоритмы координации действий на основе конкуренции.	Лекции, лаборат., самост. работа
	Системы логического времени	Модель распределенной системы с передачей сообщений. Причинно-следственные отношения событий. Система логического времени. Формальное представление. Скалярные часы логического времени. Модифицированные скалярные часы логического времени. Свойства скалярных часов. Векторные часы логического времени. Свойства векторных часов логического времени.	Лекции, лаборат., самост. работа
	Отказоустойчивость распределенных вычислительных систем	Надежность. Отказоустойчивость. Показатели надежности вычислительной системы. Повышение показателей надежности. Обеспечение отказоустойчивости. Методы обнаружения сбоев и отказов, совмещаемые с вычислениями. Контрольная точка. Способы создания контрольных точек. Проблемы независимого создания контрольных точек. Глобальное состояние распределенной системы, согласованное усечение, согласованный разрез, согласованное глобальное состояние системы. Алгоритмы определения согласованного глобального состояния распределенной системы. Алгоритм Чанди-Лампорта. Согласованное создание контрольных точек. Алгоритм создания согласованной системы контрольных точек. Восстановление. Асинхронное создание контрольных точек и восстановление.	Лекции, лаборат., самост. работа
	Планирование загрузки ресурсов	Уровни планирования в ОС. Цели планирования. Виды планирования. Классификация задач и типы алгоритмов планирования и назначения ресурсов. Алгоритм бэкфилинга.	Лекции, лаборат., самост. работа
	Вычислительные кластеры	Понятие кластера и кластерной архитектуры. Классификация кластерных вычислительных систем. Состав сетевой инфраструктуры кластера. Типы топологий и критерии эффективности коммуникационной сети кластера. Сетевые решения для кластерных систем. Основные критерии оценки кластерных систем. Типичный набор программно-аппаратного обеспечения кластеров. Особенности запуска задач на кластерах. Системы управления заданиями. Интегрированные наборы кластерного программного обеспечения.	Лекции, лаборат., самост. работа
	Вычислительные сети Grid	Предыстория Grid. Концепция Grid. Пакет Globus Toolkit. Архитектура OGSA. Cтруктура WSRF. Двухуровневая Grid. Одноуровневая Grid. Планирование вычислений в Grid. Grid-проекты.	Лекции, лаборат., самост. работа
	Распределенные вычисления в Интернете	Схема организация распределенных вычислений в Интернете. Проекты по распределенным вычислениям в Интернете. Проект BOINC.	Лекции, лаб.,самост. работа
	Мультиагентные технологии управления распределенными вычислениями	Формальные методы и языки спецификации агентов и МАС. Методы рассуждений и обучения агентов и МАС (когнитивные модели, представление знаний, рассуждения с онтологиями). Языки программирования МАС. Формальные модели протоколов и их верификация. Методологии, технологии и инструментальные средства разработки МАС. Инфраструктуры (платформы) для поддержки взаимодействия агентов МАС. Модели и методы координации, кооперации и модели соперничества в МАС (формирование коалиций, командная работа, коллективный интеллект и др.). Модели и протоколы переговоров. Модели аргументации и коллективного принятия решений. Коммуникации агентов, протоколы и языки коммуникации. Модели взаимодействия человека и агента. Организационные модели МАС, модели общественного поведения (нормативные системы, защита частной информации, этические аспекты, социальные структуры). Модели доверия и репутации.	Лекции, лаборат., самост. работа

Образовательные технологии

Основными видами образовательных технологий дисциплины являются лекции, организованные с использованием современных мультимедийных технологий, лабораторные работы на реальных вычислительных установках, а также самостоятельная работа аспиранта.