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Verteilte Systeme - Grundlagen und Algorithmen

Kurs nur in Deutsch

Semesterwochenstunden:

4

Leistungspunkte:

5

Vorkenntnisse:

Rechnerkommunikation

Veranstaltungstyp:

4 SWS seminaristischer Unterricht mit Vorlesung und Übungen

Semesterturnus:

Sommersemester

Arbeitsaufwand:

150 Stunden, davon:
65 Stunden Präsenz
30 Stunden Vor- und Nachbereitung des Lehrstoffs
40 Stunden praktische Übungen
5 Stunden für Prüfung und Prüfungsvorbereitung

Beitrag zu den Zielen des Studiengangs:

Die Vernetzung von Rechnersystemen ist nur ein erster Schritt, um Ressourcen standortübergreifend nutzbar zu machen. Jenseits des einfachen Nachrichtenaustauschs lassen sich diese Rechner koordinieren, um verteilte Dienste zu realisieren; Operationen werden über das Netz ausgelöst, Ergebnisse zurückgeliefert. Dies kann so weit gehen, dass Anwendungen über mehrere Rechnersysteme verteilt zur Ausführung kommen, wobei die Verteilung vollständig transparent wird. Dies zeigt nicht nur Vorteile in der Performanz, sondern auch in der Ausfallsicherheit und in der effizienten Nutzung der verfügbaren Ressourcen.

Das Konzept der Verteilung äußert sich nicht nur im Großen, wenn komplette Computersysteme betrachtet werden, sondern auch im Kleinen, insbesondere im Entwurf paralleler Architekturen, wenn Rechenkerne in großer Zahl zu Hochleistungsrechnern zusammengefügt werden. Die Effekte der weiträumigen verteilten Systeme, betreffend die Konsistenz von Datenspeichern, konkurrente Zugriffe, Verklemmungen und Abstimmungsprozesse, sind in sehr ähnlicher Form in diesen Multiprozessor-Architekturen wiederzufinden.

Lernziel:

Analyse typischer Strukturen bei verteilten Systemen;Verstehen der besonderen Herausforderungen im Vergleich zu einfachen lokalen Systemen insbesondere in Bezug auf Synchronisation, Konsistenz, Effekte durch uneinheitliche Nachrichtenlaufzeiten; Verstehen, Anwenden und Bewerten diverser Verfahren zur Synchronisierung, Auswahl, Ausschluss und Terminierungserkennung in verteilten Systemen; Untersuchen des Laufzeitverhaltens von verteilten Systemen anhand von Kommunikationsdiagrammen; Erkennung von Systemverklemmungen; Anwenden von Techniken zu deren Vermeidung insbesondere im verteilten Falle, Bewerten der Robustheit verteilter Anwendungen; Verständnis der Erfordernis und Wirkung von Konsistenzgarantien; Auswahl einer für gegebene Szenarien angemessenen Garantie; Vergleichen der Techniken und typischer Szenarien für Peer-to-Peer-Netze.

Schlüsselqualifikationen:

Fähigkeit zu komplexem Denken, Analyse und Klassifikation von Problemen. Fähigkeit zur Modellierung von komplexen, verteilten Computersystemen mithilfe typischer Metamodelle und Analyse des Verhaltens eines Systems

Lehrinhalte:

  • Was sind verteilte Systeme?
  • Multicast-Konsistenz
  • Logische Uhren
  • Physikalische Uhren
  • Wechselseitiger Ausschluss
  • Auswahlverfahren
  • Deadlocks
  • Terminierung verteilter Anwendungen
  • Fehlertolerante verteilte Systeme
  • Verteilter Speicher und Konsistenzmodelle
  • Optimistische Replikation
  • Peer-to-Peer-Architekturen

Literatur:

Tanenbaum, Andrew S. ; van Steen, Maarten: Verteilte Systeme. 2., Aufl. : Pearson Studium, 2007. - ISBN 3827372933

Friedemann Mattern: Verteilte Basisalgorithmen. Springer-Verlag, ISBN 3-540-51835-5, 1989

Leistungsnachweis:

Schriftliche Prüfung (Klausur, 90 min) am Veranstaltungsende

Hilfsmittel:

5(10), 7

Modulverantwortliche/r:

Prof. Dr. Zapf





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