Программирование распределенных систем

Магистратура 2020/2021

Статус: Курс по выбору (Программирование и анализ данных)

Направление: 01.04.02. Прикладная математика и информатика

Кто читает: Департамент информатики

Где читается: Санкт-Петербургская школа физико-математических и компьютерных наук

Когда читается: 1-й курс, 3, 4 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Кузнецов Антон Михайлович

Прогр. обучения: Программирование и анализ данных

Язык: русский

Кредиты: 4

Контактные часы: 28

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Целью освоения дисциплины является формирование у студентов теоретических знаний и практических навыков программирования параллельных и распределенных систем. Существенное внимание уделяется вопросам, связанным с освоением базовых знаний в области архитектуры современных многопроцессорных вычислительных систем, параллельной обработки информации, технологий организации параллельных вычислений на многопроцессорных вычислительных комплексах с распределенной или общей оперативной памятью. В результате освоения дисциплины студент должен: − Знать основные подходы к разработке параллельных программ; основные технологии и модели параллельного программирования; методы создания параллельных программ для типичных задач многопоточного программирования. − Уметь создавать параллельные программы для вычислительных систем с распределенной, общей оперативной памятью; проводить распараллеливание вычислительных алгоритмов; строить модель выполнения параллельных программ; оценивать эффективности параллельных вычислений; анализировать сложность вычислений и возможность распараллеливания разрабатываемых алгоритмов; применять общие схемы разработки параллельных программ для реализаций собственных алгоритмов; оценивать основные параметры получаемых параллельных программ, таких как ускорение, эффективность и масштабируемость. − Иметь навыки (приобрести опыт) создания параллельные программы для вычислительных систем с распределенной, общей оперативной памятью; построения параллельных аналогов вычислительных алгоритмов.

Цель освоения дисциплины

формирование у студентов теоретических знаний и практических навыков программирования параллельных и распределенных систем

Планируемые результаты обучения

Знает основные характеристики, оцениваемые при разработки многопоточных и распределенных приложений. Оценивает технические требования к вычислительному узлу для распределенного приложения. Оптимизирует производительность распределенных приложений.
Знает различные библиотеки для разработки многопоточных приложений на различных языках программирования. Правильно выбирает фреймворк и архитектуру для разработки таких приложений. Проводит статический анализ параллельного кода.
Знает алгоритмические подходы к уменьшению задержек при синхронизации на различных структурах данных. Использует средства асинхронной коммуникации приложений. Строит параллельные аналоги вычислительных алгоритмов.
Знает основные lock-free алгоритмы и структуры данных для различных задач параллельного программирования. Реализует алгоритмы. Разрабатывает собственные lock-free алгоритмы на основе имеющихся аналогов

Содержание учебной дисциплины

Введение. Создание потоков. Синхронизация. Атомарные снимки регистров
Характерные ошибки, профилирование, пулы потоков и шаблоны
Кластеры, сети Петри. Модели памяти, асинхронный ввод/вывод
Линеаризуемость, lock-free структуры данных

Элементы контроля

Домашнее задание 1
Домашнее задание 2
Домашнее задание 3
Домашнее задание 4
Устный экзамен
Экзамен проводится на платформе Zoom. Экзамен проводится в устной форме (опрос по материалам курса). По просьбе преподавателя студент должен быть готов выполнить некоторые задания в письменном виде, после чего сфотографировать и выслать на почту преподавателю. К экзамену необходимо подключиться согласно расписанию, высланному преподавателем на корпоративные почты студентов накануне экзамена. Компьютер студента должен удовлетворять требованиям: наличие рабочей камеры и микрофона, поддержка платформы Zoom. Для участия в экзамене студент обязан: выбрать себе имя в Zoom совпадающее с его именем и фамилией, явиться на экзамен согласно точному расписанию, при ответе включить камеру и микрофон. Во время экзамена студентам запрещается выключать камеру. Ипользование конспектов или других справочных материалов допускается только с разрешения преподавателя. Кратковременным нарушением связи во время экзамена считается нарушение связи менее 5 минут. Долговременным нарушением связи во время экзамена считается нарушение 5 минут и более. При долговременном нарушении связи возможность продолжения студентом участие в экзамене определяется преподавателем. Процедура пересдачи подразумевает использование усложненных заданий.

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (4 модуль)
0.125 * Домашнее задание 1 + 0.125 * Домашнее задание 2 + 0.125 * Домашнее задание 3 + 0.125 * Домашнее задание 4 + 0.5 * Устный экзамен

Программа дисциплины