Számítási és tárolási felhők alapjai

A tantárgy angol neve: Basics of Cloud Systems 

Adatlap utolsó módosítása: 2023. január 13.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar

Mérnök informatikus szak, MSc képzés
Felhő alapú elosztott rendszerek MSc, mellékspecializáció
Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIIIMA26   2/1/0/v 5  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Szeberényi Imre,
A tantárgy tanszéki weboldala www.iit.bme.hu
4. A tantárgy előadója Dr. Szeberényi Imre docens,  IIT
Ludmány Balázs, tanársegéd, IIT
5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Operációs rendszerek, számítógép hálózatok
6. Előtanulmányi rend
Kötelező:
NEM
(TárgyEredmény( "BMEVIIIMA05", "jegy" , _ ) >= 2
VAGY
TárgyEredmény("BMEVIIIMA05", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0)

A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

A kötelező előtanulmányi rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.

7. A tantárgy célkitűzése A tárgy célkitűzése, hogy hallgatókat megismertesse a felhőalapú informatikai rendszerek, valamint a nagy méretű, nagy teljesítőképességű elosztott rendszerek jellemző technológiáival, a tervezésükkor és üzemeltetésükkor felmerülő problémákkal, valamint azok lehetséges megoldásaival. A tantárgy különös hangsúlyt fektet a nyílt forráskódú elosztott fájlrendszerekre (pl. HDFS, GlusterFS, Ceph), valamint az üzenetküldő, szinkronizációs és feldolgozó eszközökre (pl. RabbitMQ, Celery, Zookeper). A tantárgy rámutat az elosztott rendszerek tervezési, fejlesztési és üzemeltetési problémaira is, ami magába foglalja a monitorozási, automatizálási és deployment eszközöket is (pl. Grafana, Ansible, Salt), melyek használatát a gyakorlatokon igyekszik bemutatni. A tantárgy betekintést ad a kutatási feladatokat támogató számítási felhők témakörébe is, melyek felhasználása egyre általánosabb.
8. A tantárgy részletes tematikája

Előadások:

  1. Felhő alapú rendszerek osztályozása szolgáltatási szint és telepítési modell szerint: NIST definíciók és modellek (IaaS, PaaS, SaaS, privát felhő, publikus felhő, hibrid felhő). 
  2. Technológiai háttér röviden: Virtualizációs technikák. Virtualizáció-menedzsment. Virtualizációs API. LAN, SAN, NAS eszközök szerepe és helye. Geo-redundáns adatközpontok, DR stratégiák. Költséghatékonysági megfontolások. Tervezési és termékválasztási szempontok, gyakorlati megoldások. 
  3. Elterjedten használt felhő infrastruktúra menedzsment és virtualizációs megoldások elemei (OpenNebula, OpensStack, CIRCLE, vSphere, Hyper-v, Xen, KVM). 
  4. Elterjedt SaaS, PaaS és IaaS üzleti szolgáltatások (Amazon, MS Azure, Google AppEngine, Heroku, OpenShift) szintjei és jellemzői. Ismertebb PaaS megoldások bemutatása (AppEngine, AWS Elastik Beanstalk, OpenShift). Programozási (fejlesztői) felületek áttekintése.
  5. Egy mini webalkalmazás kidolgozása és megvalósítása PaaS modellben a fejlesztési lépéseket támogató eszközök használatának és integrációjának demonstrálására.  
  6. IaC (Infrastructure as Code) és PaC (Platform as Code) modellek szerepe, helye és szükségessége. Gyakorlati példák. 
  7. Tanult modellek összehasonlítása. Megfeleltetés a NIST referencia modellnek. 
  8. Elosztott fájlrendszerek (pl. NFS, HDFS, GlusterFS, Ceph) bemutatása. Követelmények és fontosabb tulajdonságok. Esettanulmányok. 
  9. Big Data alapfogalmak és legismertebb eszközei (pl. Hadoop, BigQuery, Snowflake). Felhő alapú adattárházak, adattavak és tóházak. Apache Hadoop és kapcsolódó projektjei.  
  10. Big Data téma folytatása, kapcsolódó projektekrövid bemutatása (pl: Tez, Pig, Hive, Cassandra, HBase, Chukwa) és rendszerezése.  
  11. Üzenetküldő és szinkronizációs eszközök (pl. RabbitMQ, Celery, Zookeper)  
  12. Monitorozó, automatizáló és deployment eszközök bemutatása (pl. Grafana, Ansible, Salt).  
  13. Számítási felhők használata tudományos számításokban. HPC (High Performance Computing) és HTC (High Throughput Computing) szerepe, kapcsolata. Kapcsolódó eszközök bemutatása: Ütemezők és erőforrás allokátorok (pl. Slurm, SGE, torque) 
  14. Összefoglalás 

Gyakorlatok:

  1. Konkrét felhőszolgáltatások gyűjtése hallgatói feladatként és közös elemzése a gyakorlaton.
  2. Téma folytatása szeminárium jellegű előadásokkal. A hallgatók felkészülnek az elérhető információk alapján a különböző menedzsment eszközökből. Közösen összehasonlítjuk a főbb tulajdonságokat. 
  3. Példa gyakorlati bemutatása. Lehetőségtől függően laborban. 
  4. Előző gyakorlaton bemutatott példa további finomítása. 
  5. Big data feldolgozási példa (pl. map-reduce algoritmus bemutatása, keresés strukturálatlan adatokban.) 
  6. Egy konkrét üzenetküldő és feldolgozó eszköz gyakorlati bemutatása (pl. RabitMQ, Celery) 
  7. Egy konkrét HPC feladat bemutatása lehetőség szerint szuperszámítógépen.
9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) A tárgy előadásokból és az előadások anyagát illusztráló gyakorlatokból áll.
10. Követelmények Szorgalmi időszakban

A félév során 1 nagy zárthelyit kell legalább 40%-os eredménnyel teljesíteni. Házi feladatként egy szemináriumi előadást kell elkészíteni és bemutatni a hallgató által választott, tárgyhoz kapcsolódó témából. Az előadás elfogadása a vizsgára bocsátás feltétele. 

Vizsgaidőszakban
A fenti módon aláírást szerző hallgatók írásbeli vizsgát tesznek.
A vizsgajegyet az írásbeli vizsga alapján állapítjuk meg a szokásos  (40%,55%,70%,85%) értékelési skála szerint.  
11. Pótlási lehetőségek A zárthelyi pótlására pótlási alkalmat biztosítunk. A szemináriumi előadás egyeztettet időpontban történik, ezért az külön nem pótolható.
12. Konzultációs lehetőségek Konzultációra elsősorban a gyakorlatok szolgálnak. Igény esetén a gyakorlatokon túl is van lehetőség konzultációra tantárgy hallgatóival egyeztetve.
13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom
  1. NIST Special Publication 800-145 The NIST Definition of Cloud Computing - September 2011
  2. NIST Special Publication 800-144 Guidelines on Security and Privacy in Public Cloud Computing - December 2011
  3. NIST Special Publication 500-292 NIST Cloud Computing Reference Architecture - September 2011
  4. Thomas Erl, Ricardo Puttini, Zaigham Mahmood: Cloud Computing: Concepts, Technology & Architecture, Prentice Hall, ISBN: 9780133387520, 2013)
14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontakt óra42
Félévközi készülés órákra14
Felkészülés zárthelyire14
Házi feladat elkészítése40
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása-
Vizsgafelkészülés40
Összesen150
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta dr. Szeberényi Imre, docens, IIT
IMSc tematika és módszer -
IMSc pontozás -