Організація розподілених обчислень на базі GRID-технології

Мета дисципліни є формування у висококваліфікованих фахівців з інженерії програмного забезпечення, сучасного рівня знань про розподілені програмні системи, та набутті навичок з їх розробки та користування й необхідних в майбутньому практичних знань зі встановлення, розробки та користування розподілених програмних систем. Формування теоретичних знань і придбання практичних умінь та навичок реалізовувати високопродуктивні обчислення на основі хмарних сервісів і технологій, паралельних і розподілених обчислень при розробці та експлуатації розподілених систем паралельної обробки інформації. Закласти розуміння щодо розробки мережевого програмного забезпечення, який функціонує на основі різних топологій структурованих кабельних систем, використовувати комп’ютерні системи і мережі передачі даних та аналізувати якість роботи комп’ютерних мереж. Закласти розуміння основ GRID–технологій, які використовуються для забезпечення наукових досліджень, стану їх впровадження в світі та Україні, базових інформаційних мережевих джерел про існуючі GRID-системи та GRID-застосування. Задачі дисципліни є формування у здобувачів знань основ GRID- і хмарних технологій та розподілених обчислень, віртуалізації серверних систем, проектування корпоративних обчислювальних систем та застосування кластерних та гетерогенних розподілених обчислювальних систем з використанням мережевих протоколів взаємодії клієнтських та серверних додатків. Відтворювати технології WSRF, GRAM, CONDOR; програмувати паралельні обчислення на неоднорідних мережах комп’ютерів на мові MPС; відокремлювати технології розподілених систем та паралельних обчислень; застосовувати систему GRID; використовувати технології WSRF, GRAM, CONDOR; пов’язувати бази даних з розподіленими програмними системами, підбирати паралельні методи числового розв’язування жорстких звичайних диференційних рівнянь (ЗДР) та їх реалізацію в багатопроцесорних структурах; визначати порядок організації паралельних обчислень з використанням наявних технологій (PVM, MPI); застосовувати паралельні перетворення арифметичних виразів; застосовувати базові алгоритми паралельних обчислень; використовувати паралельні методи розв’язування СЛАР; використовувати паралельні методи розв’язування систем нелінійних рівнянь; використовувати паралельні методи під час розв’язування нелінійної задачі Коші ЗДР; будувати паралельні обчислювальні системи (конвеєрні, матричні, мультипроцесорні).
 
 
Основні результати навчання
 
Вміти приймати технічні, методологічні,  організаційно-управлінські рішення в умовах невизначеності. Цілеспрямовано шукати, розуміти, аналізувати, необхідні для рішення професійних наукових задач інформаційно-довідникові та науково-технічні ресурси і джерела знань з урахуванням сучасних досягнень науки і техніки. Розуміння теоретичних засад, що лежать в основі методів досліджень інформаційних систем та програмного забезпечення, методології проведення досліджень та обчислювальних експериментів. Набувати нові наукові та професійні знання, вдосконалювати навички, прогнозувати розвиток програмних систем та інформаційних технологій. Усвідомлювати та використовувати в повсякденній діяльності тенденції розвиту інформаційних технологій. Вивчати, узагальнювати та впроваджувати в навчальний процес інновації в інженерії програмного забезпечення. Уміти з нових дослідницьких позицій формулювати загальну методологічну базу власного наукового дослідження, визначити його актуальність, мету і значення для розвитку інших галузей науки, суспільно-політичного, економічного життя. Володіти загальнонауковими філософськими знаннями, необхідними для формулювання наукового світогляду, професійної етики, та культурного кругозору. Знати основні концепції та розуміти теоретичні та практичні проблеми в сучасному науковому напрямку досліджень. Знати та вміти аналізувати фундаментальні та сучасні праці провідних зарубіжних та вітчизняних вчених у обраній проблематиці дослідження, формулювати мету та завдання власного наукового дослідження як складові загальноцивілізаційного процесу. Вміти досліджувати робочі параметри процесів життєвого циклу програмного забезпечення, а також здійснювати аналіз вибраних методів та засобів підтримки цих процесів  та бути спроможним обґрунтувати свій вибір. Вміти вести спеціалізовані наукові семінари, організовувати та проводити навчальні заняття. Володіти способами організації навчально-пізнавальної та практичної діяльності.
 
 
Форми організації освітнього процесу та види навчальних занять

Л – лекційні заняття; СРЗ – самостійна робота здобувача вищої освіти; ПЗ – практичні заняття; К – консультації викладача; МКР – модульна контрольна робота.
 
 
Тематика та види навчальних занять
 
1 тиждень
Л1. Розподілені комп’ютерні системи і їх програмування.
ПЗ1. Розробка алгоритму програмного забезпечення проміжного рівня.
СРЗ, К

2 тиждень
Л2. Класифікація сучасних обчислювальних систем. Систематика Фліна та її деталізація.
СРЗ, К.

3 тиждень
Л3. Системи з розподіленою пам’яттю. Мультикомп’ютери. Суперкомп’ютери.
ПЗ2. Алгоритми синхронного обміну повідомленнями.
СРЗ, К

4 тиждень
Л4. Паралельні алгоритми, як засіб розв’язування великих задач на високопродуктивних системах.
СРЗ, К.

5 тиждень
Л5. Особливості розподілу задач і передачі даних. Історія виникнення та еволюція GRID-систем.
ПЗ3. Розробка ПЗ асинхронного обміну повідомленнями.
СРЗ, К

6 тиждень
Л6. Архітектура GRID: рівні та головні компоненти, протоколи та інтерфейси. Приклади архітектури GRID-систем.
СРЗ, К.

7 тиждень
Л7. Концепція GRID. Відмінності від традиційних розподілених систем.
ПЗ4. Програмна реалізація алгоритмів на основі моделей розподіленої системи.
СРЗ, К, МКР1
 
8 тиждень
Л8. GRID і бази даних. Управління GRID-оточенням
СРЗ, К.

9 тиждень
Л9. Підходи до організації складних сервісів та потоків робіт. Паралельне програмування та GRID.
ПЗ5. Створення потоків стандарту POSIX.
СРЗ, К
 
10 тиждень 
Л10. Комп’ютерні кластери, загальна характеристика, приклади, проблеми.
СРЗ, К.

11 тиждень
Л11. Архітектурні рівні обчислювальної хмари. Інфраструктура як сервіс. Платформа як сервіс.
ПЗ6. Використання семафорів, м’ютексів та умовних змінних для синхронізації потоків стандарту POSIX.
СРЗ, К
 
12 тиждень
Л12. Задачі в GRID та основні операції над ними. Компонування складних задач, потоки задач.
СРЗ, К.

13 тиждень
Л13. Хмари гетерогенних ресурсів. «хмарні» обчислення та GRID-комп’ютінг.
ПЗ7. Створення розподілених програм з використанням потоків стандарту POSIX.
СРЗ, К

14 тиждень
Л14. Консолідація, віртуалізація іт-інфраструктури. Віртуалізація застосувань.
СРЗ, К. 

15 тиждень
Л15. Побудова кластерів, багатопроцесорних середовищ телекомутаційних мереж для розподілених інформаційних систем.
ПЗ8. Створення розподілених програм з використанням механізмів IPC ОС Unix.
СРЗ, К, МКР2

Індивідуальна робота
 
Не передбачена

Самостійна робота

Самостійна робота становить 74 годин. Розподіл самостійної роботи за видами навчальних робіт: 1) підготовка до лекційних занять – 16 годин; 2) підготовка до практичних занять – 28 година; 3) підготовка до іспиту – 30 годин.

Процедура оцінювання
 
Система оцінювання рівня навчальних досягнень ґрунтується на принципах ЄКТС та є накопичувальною. Для забезпечення оперативного контролю за успішністю та якістю рівня навчальних досягнень здобувачів вищої освіти дисципліна поділяється на два семестрові модулі. Здобувачі протягом семестру готуються до лекційних та практичних занять. Кожна з двох Модульних контрольних робіт (МКР№1 та МКР№2) складається з теоретичних та практичних частин. Теоретична частина оцінюється в 20 балів, по 5 балів кожне питання рівної складності, та практична частина, яка оцінюється в 10 балів. Загальна оцінка за кожну з модульних робіт може складати 30 балів. Кожний модуль оцінюється у максимально можливі 50 балів.
Семестровий модуль № 1
ПЗ1 Оцінка за виконання – 5 балів. Термін надання – 1 тиждень.
ПЗ2 Оцінка за виконання – 5 балів. Термін надання – 3 тиждень.
ПЗ3 Оцінка за виконання – 5 балів. Термін надання – 5 тиждень.
ПЗ4 Оцінка за виконання – 5 балів. Термін надання – 7 тиждень.
МК1. Модульна контрольна робота – 30 балів (7 тиждень). Перескладання можливе протягом 9–11 тижнів за розкладом консультацій.
Семестровий модуль № 2
ПЗ5 Оцінка за виконання – 5 балів. Термін надання – 9 тиждень.
ПЗ6 Оцінка за виконання – 5 балів. Термін надання – 11 тиждень.
ПЗ7 Оцінка за виконання – 5 балів. Термін надання – 13 тиждень.
ПЗ8 Оцінка за виконання – 5 балів. Термін надання – 15 тиждень.
МК2. Модульна контрольна робота – 30 балів (15 тиждень).
Максимальна оцінка за повний обсяг виконаних навчальних елементів дисципліни – 100 балів. Підсумковим контролем є відповідь на екзаменаційний білет, який складається з теоретичної та практичної частин. Максимальна оцінка за правильне виконання теоретичної частини, яка складається з двох питань рівної складності по 30 балів, може складати 60 балів. Максимальна оцінка за правильне виконання практичної частини становить 40 балів. Максимальна оцінка за правильні відповіді на всі питання екзаменаційного білету становить 100 балів.

Умови допуску до підсумкового контролю
*
До екзамену допускаються здобувачі вищої освіти, які виконали всі види навчальних елементів навчальної дисципліни на не менш, ніж на 60%. Складання/перескладання екзамену організується за встановленим деканатом розкладом.
*
*
Політика освітнього процесу
*
Здобувач зобов’язаний своєчасно та якісно виконувати всі отримані завдання; за необхідністю з метою з’ясування всіх не зрозумілих під час самостійної та індивідуальної роботи питань, відвідувати консультації викладача. Дотримуватись принципів академічної доброчесності. 
*
Робота, яка виконана після встановлених викладачем термінів, не приймається.
*
Відсутність здобувача на контрольній роботі або на екзамені відповідає оцінці «0».
 
Під час лекції здійснювати телефонні дзвінки забороняється.