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Middleware - Cloud Computing V+Ü (MW-VU)5 ECTS
(englische Bezeichnung: Middleware - Cloud Computing L+E)
(Prüfungsordnungsmodul: Extension Courses)

Modulverantwortliche/r: Wolfgang Schröder-Preikschat
Lehrende: Jürgen Kleinöder, Tobias Distler


Startsemester: WS 2017/2018Dauer: 1 SemesterTurnus: jährlich (WS)
Präsenzzeit: 60 Std.Eigenstudium: 90 Std.Sprache: Deutsch

Lehrveranstaltungen:


Inhalt:

  • Überblick Cloud Computing
  • Grundlagen verteilter Programmierung (Web Services/SOAP/REST)

  • Virtualisierung als Basis für Cloud Computing

  • Infrastructure as a Service (IaaS) am Beispiel von Eucalyptus und Amazon EC2

  • Verteilte Programmierung für datenlastige Cloud-Anwendungen

  • Skalierbare Verarbeitung von großen Datenmengen

  • Interoperabilität und Multi-Cloud Computing

  • Fehlertoleranz und Sicherheit im Kontext von Cloud Computing

  • Aktuelle Forschungstrends (z.B. einbruchstolerante Systeme)

Lernziele und Kompetenzen:

Studierende, die das Modul erfolgreich abgeschlossen haben:

  • nennen unterschiedliche Ausprägungen von Cloud-Computing.

  • erläutern verschiedene Cloud-Architekturen.

  • stellen Vor- und Nachteile von Cloud-Computing gegenüber.

  • beschreiben die Bestandteile des SOAP-Nachrichten-Frameworks und ihre jeweiligen Funktionen.

  • unterscheiden die Herangehensweisen bei der Entwicklung von SOAP- im Vergleich zu REST-Anwendungen.

  • organisieren den Austausch von Informationen in einer verteilten Anwendung unter Verwendung eines Verzeichnisdienstes.

  • wenden WSDL zur Beschreibung von Web-Services an.

  • erproben die automatische Erzeugung von Proxy-Objekten auf Basis von WSDL-Beschreibungen.

  • entwickeln eigene auf Web-Services basierende Anwendungen.

  • erläutern die Anforderungen an ein virtualisiertes System.

  • beschreiben die für die Virtualisierung eines Systems erforderlichen Kriterien.

  • vergleichen zwischen unterschiedlichen Virtualisierungstechniken und -ebenen.

  • schildern den Aufbau und die Funktionsweise von Xen und Linux-VServer.

  • erproben das Einrichten eines Abbilds für eine virtuelle Maschine.

  • entwickeln einen Dienst zur Speicherung von Schlüssel-Wert-Paaren.

  • skizzieren die Architektur einer Infrastruktur-Cloud sowie die Aufgabenbereiche hierfür zentraler Komponenten am Beispiel von Eucalyptus.

  • erproben das Bereitstellen von Anwendungen in einer Infrastruktur-Cloud.

  • zeigen die Grundlagen Software-definierter Netzwerke am Beispiel von Onix und B4 auf.

  • bewerten verschiedene im Bereich Cloud-Computing zum Einsatz kommende Datenspeichersysteme (Google File System, Bigtable, Windows Azure Storage, Amazon Dynamo) hinsichtlich der Kriterien Verfügbarkeit, Konsistenz und Partitionstoleranz.

  • erläutern eine auf Vektoruhren basierende Methode zur Auflösung im Zusammenhang mit letztendlicher Konsistenz auftretender Konflikte.

  • entwickeln ein verteiltes Dateisystem nach dem Vorbild von HDFS, das auf die Speicherung großer Datenmengen ausgelegt ist.

  • erkunden das Bereitstellen selbst entwickelter Dienste mittels Docker.

  • erstellen ein Framework zur parallelen Bearbeitung von Daten nach dem Vorbild von MapReduce.

  • konzipieren eigene MapReduce-Anwendungen zur Verarbeitung strukturierter Rohdaten.

  • diskutieren die Fehlertoleranzmechanismen in Google MapReduce.

  • skizzieren die Abbildung von Pig-Latin-Programmen auf MapReduce.

  • schildern die grundsätzliche Funktionsweise von Systemen zur Kühlung von Datenzentren mittels Umgebungsluft.

  • beschreiben das Grundkonzept einer temperaturabhängigen Lastverteilung von Prozessen in einem Datenzentrum.

  • stellen diverse Ansätze zur Erhöhung der Energieeffizienz von MapReduce-Clustern gegenüber.

  • unterscheiden die Architekturen und Funktionsweisen der Koordinierungsdienste Chubby und ZooKeeper.

  • entwickeln einen eigenen Koordinierungsdienst nach dem Vorbild von ZooKeeper.

  • ermitteln die Konsistenzeigenschaften der eigenen Koordinierungsdienstimplementierung.

  • erschließen sich die mit der Implementierung passiv replizierter Systeme verbundenen Problematiken.

  • erläutern unterschiedliche Ansätze zur Reduzierung bzw. Tolerierung von Tail-Latenz.

  • skizzieren das Grundkonzept von Erasure-Codes.

  • beschreiben den Aufbau eines auf die Clouds mehrerer Anbieter gestützten Datenspeichersystems.

  • entwickeln einen Mechanismus zur Erkennung und Beseitung von Überlastsituationen für virtuelle Maschinen in einer Infrastruktur-Cloud am Beispiel von Amazon EC2.

  • erläutern den Einsatz passiver Replikation zur Bereitstellung von Fehlertoleranzmechanismen für virtuelle Maschinen am Beispiel von Remus.

  • schildern die Grundlagen der Migration von virtuellen Maschinen.

  • unterscheiden zwischen Ausfalltoleranz und byzantinischer Fehlertoleranz.

  • bewerten die Qualität einer aktuellen Publikation aus der Fachliteratur.

  • erschließen sich typische Probleme (Nebenläufigkeit, Konsistenz, Skalierbarkeit) und Fehlerquellen bei der Programmierung verteilter Anwendungen.

  • können in Kleingruppen kooperativ arbeiten.

  • können ihre Entwurfs- und Implementierungsentscheidungen kompakt präsentieren und argumentativ vertreten.

  • reflektieren ihre Entscheidungen kritisch und leiten Alternativen ab.

  • können offen und konstruktiv mit Schwachpunkten und Irrwegen umgehen.

Literatur:

  • Mache Creeger. Cloud computing: An overview. Queue Distributed Computing, 7(5), 2009.
  • Michael Armbrust, Armando Fox, Rean Griffith, Anthony D. Joseph, Randy Katz, Andy Konwinski, Gunho Lee, David Patterson, Ariel Rabkin, Ion Stoica, and Matei Zaharia. Above the clouds: A Berkeley view of cloud computing. Technical Report UCB/EECS-2009-28, EECS Department, University of California, Berkeley, 2009.

  • Michael Armbrust, Armando Fox, Rean Griffith, Anthony D. Joseph, Randy Katz, Andy Konwinski, Gunho Lee, David Patterson, Ariel Rabkin, Ion Stoica, and Matei Zaharia. A view of cloud computing. Communications of the ACM, 53(4):5058, 2010.

weitere Literaturangaben auf der Vorlesungs-Webseite


Weitere Informationen:

www: http://www4.informatik.uni-erlangen.de/Lehre/WS17/V_MW/

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:

  1. International Information Systems (IIS) (Master of Science)
    (Po-Vers. 2014w | ReWiFak | Internationale Wirtschaftsinformatik / International Information Systems (Master of Science) | Informatics | Informatics Electives | Extension Courses)
Dieses Modul ist daneben auch in den Studienfächern "Informatik (Bachelor of Arts (2 Fächer))", "Informatik (Bachelor of Science)", "Informatik (Master of Science)", "Informations- und Kommunikationstechnik (Master of Science)", "Mathematik (Bachelor of Science)", "Wirtschaftsinformatik (Bachelor of Science)" verwendbar. Details

Studien-/Prüfungsleistungen:

Middleware - Cloud Computing (Vorlesung mit Übungen) (Prüfungsnummer: 557235)

(englischer Titel: Middleware - Cloud Computing (Lecture with Exercises))

Prüfungsleistung, mehrteilige Prüfung, benotet
Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %
weitere Erläuterungen:
erfolgreiche Bearbeitung aller während des Semesters gestellten Übungsaufgaben + mündliche Prüfung (20 min.) am Ende des Semesters

Erstablegung: WS 2017/2018, 1. Wdh.: SS 2018
1. Prüfer: Tobias Distler

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