《云計算技術(shù)》課程教學大綱

1《云計算技術(shù)》課程教學大綱課程英文名課程代碼課程類別專業(yè)課課程性質(zhì)專業(yè)選修總學時數(shù)開課學院計算機學院開課基層教學組織國際化課程組面向?qū)I(yè)計算機科學與技術(shù)(國際教育學院)(全英文)、軟件工程(國際教育學院)(全英文)開課學期第6學期注：課程類別是指學科基礎(chǔ)課/專業(yè)課/實踐環(huán)節(jié)/通識公共課/公共基礎(chǔ)課/其他；課程性質(zhì)是指通識必修/通識選修/學科必修/專業(yè)必修/專業(yè)選修/實踐必修/實踐選修一、課程目標本課程是計算機科學與技術(shù)、軟件工程的專業(yè)選修課，課程針對當前云計算技術(shù)的發(fā)展，重點介紹云計算概念、技術(shù)、架構(gòu)的基本原理和實踐。內(nèi)容涵蓋云計算的基本原理及關(guān)鍵技術(shù)，包括云計算與云存儲的基本結(jié)構(gòu)、工作原理以及其中的虛擬機管理、監(jiān)控、調(diào)度、分布式數(shù)據(jù)處理等關(guān)鍵技術(shù)。在介紹云計算技術(shù)的同時，向留學生充分展示中國文化與現(xiàn)代成就，增強留學生對中國特色社會主義核心價值觀的認同。通過理論教學和實踐活動，達到以下課程目標：課程目標1:理解云計算的概念及分布式系統(tǒng)對云計算的技術(shù)支持，掌握云計算概念、技術(shù)、架構(gòu)的基本原理和實踐。課程目標2:掌握虛擬化技術(shù)、海量數(shù)據(jù)分布式存儲技術(shù)，掌握云計算同分布式計算、網(wǎng)格計算、并行計算和效用計算的關(guān)系；掌握并行編程模式及其程序?qū)崿F(xiàn)，具備設(shè)計開發(fā)并行程序的能力。課程目標3:了解主流開源云計算系統(tǒng)架構(gòu)、平臺、關(guān)鍵技術(shù)、安全等方面的發(fā)展趨勢；為進一步開云計算體系結(jié)構(gòu)、云計算關(guān)鍵技術(shù)、編程模型與支撐平臺的工程應(yīng)用實驗設(shè)計與實施能力培養(yǎng)打好基礎(chǔ)。課程目標4:結(jié)合中國在該領(lǐng)域的最新成果，弘揚中國文化與成就，激發(fā)學生愛華熱情。二、課程目標與教學內(nèi)容和方法的對應(yīng)關(guān)系教學內(nèi)容對課程目標的支撐關(guān)系、教學方法如表1所示：2表1課程目標與教學內(nèi)容、教學方法的對應(yīng)關(guān)系教學內(nèi)容教學方法課程目標12341.云計算與分布式系統(tǒng)文獻查閱2.可擴展并行計算集群課堂講授、自學、課堂互動3.集群與數(shù)據(jù)中心虛擬化課堂講授、案例分析4.云平臺體系結(jié)構(gòu)課堂講授、文獻查閱5.Google云計算原理與應(yīng)用課堂講授、實踐、文獻查閱6.Amazon云計算AWS課堂講授、課后作業(yè)、文獻查閱7.微軟云計算WindowsAzure課堂講授、實踐、課后作業(yè)8.對等計算和覆蓋網(wǎng)絡(luò)課堂講授、案例分析9.普適云計算、物聯(lián)網(wǎng)與社會網(wǎng)絡(luò)課堂講授、文獻查閱10.云計算研究熱點課堂講授、文獻查閱、案例分析課程教學的詳細內(nèi)容與要求如下：1.云計算與分布式系統(tǒng)要求學生了解云計算和分布式系統(tǒng)的概念、發(fā)展歷程和現(xiàn)狀、系統(tǒng)模型及相關(guān)技術(shù)、軟件環(huán)境及性能指標。重點是理解云計算實現(xiàn)機制及系統(tǒng)模型，難點為如何理解虛擬化等相關(guān)系統(tǒng)技術(shù)。思政融入點1:介紹以阿里云為代表的國內(nèi)云計算平臺。阿里云已經(jīng)連續(xù)兩年超越Google,位居世界前三，與AWS和Azure合占全球公共云市場的七成，向留學生展示中思政融入點2:通過介紹大數(shù)據(jù)和云計算的發(fā)展概況，引導學生理解大數(shù)據(jù)革命以及“中國大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略”,體現(xiàn)國家層面在大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的主導力和先進性。2.可擴展并行計算集群要求學生了解大規(guī)模并行集群的發(fā)展趨勢和基礎(chǔ)設(shè)計問題、MPP體系結(jié)構(gòu)、集群設(shè)計原則、集群作業(yè)和資源管理。重點理解集群體系結(jié)構(gòu)，難點為集群管理和調(diào)度系統(tǒng)。3.集群與數(shù)據(jù)中心虛擬化要求學生了解虛擬化實現(xiàn)的各個層次(操作系統(tǒng)級、中間件級)、hypervisor與Xen體系結(jié)構(gòu)、硬件虛擬化支持(CPU、內(nèi)存、I/0設(shè)備)、資源管理。重點理解虛擬化概念及其體系結(jié)構(gòu)，難點為虛擬化資源的管理，在線遷移和調(diào)度。4.云平臺體系結(jié)構(gòu)要求學生了解云計算服務(wù)模型、計算與存儲云的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計、公有云平臺：GAE、AWS和Azure、云安全與信任管理。重點理解云服務(wù)模型，掌握公有云平臺的使用，難點為云平臺的體系結(jié)構(gòu)。35.Google云計算原理與應(yīng)用要求學生了解分布式鎖服務(wù)Chubby、分布式結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)表Bigtable、分布式存儲6.Amazon云計算AWS點理解內(nèi)容推送服務(wù)，難點是彈性計算云EC2架構(gòu)。7.微軟云計算WindowsAzure要求學生了解微軟云操作系統(tǒng)WindowsAzure、微軟云關(guān)系數(shù)據(jù)庫SQLAzure、8.對等計算和覆蓋網(wǎng)絡(luò)要求學生了解P2P系統(tǒng)、分布式哈希表、覆蓋網(wǎng)絡(luò)及其性質(zhì)、路由及容錯、信任和安全管理。重點理解路由分配及安全管理，難點是信任覆蓋網(wǎng)絡(luò)和分布式哈希表的實現(xiàn)。9.普適云計算、物聯(lián)網(wǎng)與社會網(wǎng)絡(luò)要求學生了解普適計算的云趨勢、云系統(tǒng)性能指標和基準測試、物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)、ZigBee技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用示例、在線社會網(wǎng)絡(luò)和專業(yè)網(wǎng)絡(luò)。重點是云系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量評價及基準測試方法，難點是社會網(wǎng)絡(luò)的分析及云系統(tǒng)測評。思政融入點3:通過介紹普適計算及物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展概況，舉例國內(nèi)優(yōu)秀案例，如移動支付、快遞物流機器人等，激發(fā)學生對中國當代成就的認同。10.云計算研究熱點要求學生了解當前云計算體系結(jié)構(gòu)研究、云計算關(guān)鍵技術(shù)研究、編程模型研究、支撐平臺研究、應(yīng)用研究和云安全研究。重點是理解體系結(jié)構(gòu)、編程模型的演化，難點是三、實踐環(huán)節(jié)及基本要求本課程是理論教學，實踐活動安排在課后，以課程作業(yè)的形式展開，主要包括：1.云平臺及MapReduce編程了解和掌握Hadoop平臺搭建、虛擬化技術(shù)、海量數(shù)據(jù)分布式存儲技術(shù)，掌握并行編程模式及其程序?qū)崿F(xiàn)。2.云計算的經(jīng)典案例掌握典型虛擬機調(diào)用算法實現(xiàn)，掌握云計算的體系結(jié)構(gòu)。4四、與其它課程的聯(lián)系先修課程：程序設(shè)計基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。各章節(jié)的學時分配如表2所示。表2學時分配表講課時數(shù)實驗時數(shù)實踐學時上機時數(shù)自學時數(shù)習題課討論時數(shù)1.云計算與分布式系統(tǒng)22.可擴展并行計算集群33.集群與數(shù)據(jù)中心虛擬化414.云平臺體系結(jié)構(gòu)35.Google云計算原理與應(yīng)用46.Amazon云計算AWS47.微軟云計算WindowsAzure218.對等計算和覆蓋網(wǎng)絡(luò)29.普適云計算、物聯(lián)網(wǎng)與社會網(wǎng)絡(luò)310.云計算研究熱點32六、課程目標達成途徑及學生成績評定方法1.課程目標達成途徑各個課程目標的達成途徑如表3所示，但不僅限于此。表3課程目標與達成途徑課程目標達成途徑以舉例、引導式、啟發(fā)式和總結(jié)式教學方法為主，通過重點/難點內(nèi)容講解、布置學生文獻查閱、進行隨堂提問等模式，幫助學生運用日常生活實例理解云計算中的基本概念，理解常用的云計算體系架構(gòu)。以啟發(fā)式、分析式和研討式教學方法為主，針對相關(guān)重點/難點內(nèi)容，分組組織學生開展自主學習、分析討論，通過課程設(shè)計作業(yè)、隨堂提問、課堂討論等模式，幫助學生理解云計算虛擬化技術(shù)、海量數(shù)據(jù)分布式存儲技術(shù)，掌握并行編程模式及其程序?qū)崿F(xiàn)。5通過基礎(chǔ)實驗保障學生能使用常用的云計算系統(tǒng)進行安全性、安全策略和配置；通過設(shè)計實驗強化學生程序設(shè)計能力、分析能力。通過課堂操作、上機實驗、課堂討論、文獻查閱，使學生理解云計算系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)、安全特性、備份和恢復(fù)、安全策略和機制、體系與防護。通過課堂講授、課堂討論、課后自學、文獻查閱、調(diào)研報告等形式，讓學生對云計算的相關(guān)領(lǐng)域的新技術(shù)與發(fā)展趨勢有所了解，建立終生學習的意識；同時，進一步了解目前中國在相關(guān)領(lǐng)域取得的成就，增強留學生對中國特色社會主義核心價值觀的認同。2.學生成績評價方法該課程為考試課程，考試方式為閉卷。學期總評成績由兩部分構(gòu)成：平時成績，占比40%(其中課程思政在總成績中占比不少于10%);期末考試成績，占比60%。各部分的具體評價環(huán)節(jié)、關(guān)聯(lián)課程目標、評價依據(jù)及方法和在總成績中的占比，如表4表4課程考核與成績評定方法考核項目評價環(huán)節(jié)關(guān)聯(lián)課程目標評價依據(jù)與方法占比平時考核課程思政相關(guān)調(diào)研報告基于云計算與云系統(tǒng)等主題，通過課外文獻查閱、課堂展示、課堂小組討論、閱讀報告等多種形式，考查留學生對中國相關(guān)先進技術(shù)的了解情況、辯證思維狀況課后實踐作業(yè)實驗報告：以是否提交及提交是否及時做評價依據(jù)。實驗操作：以實驗結(jié)果為評價依據(jù)。課程表現(xiàn)以課堂出勤率、課上提問、課后布置文獻查閱、學生討論等各種方式開展，根據(jù)學生參與情況、表現(xiàn)及閱讀報告進行考核。期末考試閉卷考試考試成績總評成績=平時成績*40%+期末成績*60%表5課程的基本教學資源資源類型資源云計算與分布式系統(tǒng)：從并行處理到物聯(lián)網(wǎng)，[美]KaiHwang,JackDongarra,GeoffreyC.Fox著,機械工業(yè)出版社，第一版，2013年1月1日出版，外文原版。參考書籍或文獻1、[美]ThomasERL,[英]ZaighamMahmood,[巴西]RicardoPuttini著;計算機科學叢書·云計算：概念、技術(shù)與架構(gòu)，機械工業(yè)出版社，2014-07-013、劉鵬編著,云計算(第2版)電子工業(yè)出版社，2011-05-01教學文檔無6課程目標達成度的定量評價在課程結(jié)束后，需要對每一個課程目標(含思政課程目標)進行達成度的定量評價，用以實現(xiàn)課程的持續(xù)改進。課程目標達成度的定量評價算法：1、使用教學活動(如課程思政相關(guān)調(diào)研報告、綜合實踐成績、期末綜合實踐)作為評價項目，來對某個課程目標進行達成度的定量評價；2、為保證考核的全面性和可靠性，要求對每一個課程目標的評價項目選擇超過兩種；3、根據(jù)施教情況，評價項目可以由教師自行擴展，權(quán)重比例可以由教師自行設(shè)計；4、對某一個課程目標有支撐的各評價項目權(quán)重之和為1;5、使用所有學生(含不及格)的平均成績計算。本課程大綱主要用于規(guī)范計算機科學與技術(shù)(國際教育學院)(全英文)、軟件工程(國際教育學院)(全英文)的《云計算技術(shù)》課程的教學目標、教學內(nèi)容、教學方法、教學要求以及考核評價方法等，承擔該課程的教師必須遵照本大綱安排授課計劃、實施教學過程，完成學生各個階段與各方面的學習成果考核與評價；在學期末，需對課程目標進行達成度評價。本課程大綱自2020年開始執(zhí)行，生效之日原先版本均不再使用。表6大綱編制與審核信息工作內(nèi)容責任部門或機構(gòu)負責人完成時間編制國際化課程組李尤慧子審核國際化課程組吳以凡7<CloudComputingTechnology>Syllabus6Note:Coursetypereferstodisciplinebasiccourse/macommoncourse/commonbasiccourse;CoursThiscourseisamajorelectiengineering.Thecoursefocusesonthecurrentdevelopmentofcloudcomputinbasicprinciplesandpracticesofcloudcomputingconcepts,technologiesandarchitecture.Thecontentincludingthebasicstructureofcloudcomputingandcloudstorathekeytechnologiesofvirtualmachinemanagement,monitoring,schedulinganddistributeddataprocessing.Besidesthetechniques,thecoursealsointroducesChiachievements.1.Understandtheconceptofcloudcomputingandthedistributedsystem,knowthebasicprinciplesandpracticeofcloudcomputingconcepts,technologies,architecture.2.Comprehendvirtualizationtechnology,massivedatadistributedstoragetechnology,grasptherelationshipbetweencloudcomputinganddistributedcomputing,gridcomputing.Abilitytodesignanddevelopparallelprograms.3.Understandthedevelopmenttrendofmainstreamopensourcecloudcomputingsystemarchitecture,platform,keytechnologiesandsecurity.Buildasolidfoundationforfurtherdesigningandimplementingthecloudcomputingarchitectureandkeytechnologies.4.UnderstandChina'slatestdeachievementsandinspiringstudents.8ThesupportingrelationshipbetweenthecourseobjectivesandtheteachingcontentandMethods1.CloudandDistributedSystemLecture,self-study,casestudy,2.ClustersandSupercomputersLecture,self-study,discussion3.ClusterandDatacenterVirtualizationLecture,casestudy24.CloudServiceandPublicCloudsLecture,research5.GoogleCloudComputingSystemLecture,practice,research6.AmazonAWSLecture,homework,research7.MicrosoftWindowsAzureLecture,self-study,practice8.P2PandOverlayNetworksLecture,casestudy9.MoreClouds,IoT,SocialNetworksLecture,research10.CloudComputingTrendLecture,research,casestudyDetailedteachingcontentandrequirements:Studentsshouldunderstandtheconceptofcloudcomputinganddistributedsystems,thedevelopmentprocessandthecurrentstatus,systemmodelsandrelatedtechnologies,softwareenvironmentandperformanceindicators.Thekeypointistounderstandthecloudcomputingmechanismandsystemmodel,thedifficultyishowtounderstandthevirtualizationandotherrelatedsystemtechnologies.Ideologicaleducationpoint1:IntroducedomesticcloudcompuCloud.AlibabaCloudhasthreeintheworld,andtogetherwithAWSandAzure,itaccountsfor70%oftheglobalpubliccloudmarket,thiswillshowChina'smodernachievementstointernatIdeologicaleducationpoint2:Byintroducingthedevelopmentofbigdataandcloudcomputing,studentsareguidedtounderststrategy",reflectingthenationallevelofleadershipandadvancementinthefieldofbigdata.2.ClustersandSupercomputersStudentsshouldunderstandthetrendsandfundamentaldesignissuesofmassivepaclusters,MPParchitecture,clusterdesignprinciples,clusterjobs,andresourcemanagement.Thekeypointistounderstandtheclusterarchitecture,thedifficultyistheclustermanageme93.ClusterandDatacenterVirtualizationStudentsarerequiredtounderstandthevariouslevelsofvirtualizationimplementation(operatingsystemlevel,middlewarelevel),hypervisorandXenarchitecture,hardwarevirtualizationsupport(CPU,memory,I/Odevices),andresourcemanagement.Thekeyistounderstandtheconceptofvirtualizationanditsarchitecture,thedifficultyisvirtualizationresourcesmanagement,onlinemigrationandscheduling.4.CloudServiceandPublicCloudsStudentsarerequiredtounderstandthecloudofcomputeandstorageclouds,publiccloudplatforms:GAE,AWSandAzurtrustmanagement.Thekeyistounderstandthecloudservicemodel,mastertheuseofpubliccloudplatform,thedifficultyisthecloudBigTable,distributedstoragesystemMegaprocessingMapReducemechanismandprogramming.6.AmazonAWSStudentsarerequiredtolearnaboutAmazon'sunderlyingstorageinfrastructure:Dynamo,RelationalDatabaseServicesRDS,OpenSourceImplementationEucalyptus.Thekeypartis7.MicrosoftWindowsAzureStudentsarerequiredtoleRelationalDatabaseSQLAzure,WindowsAzureAppFabric,andWindowsAzureMarketplace.8.P2PandOverlayNetworksdentsshouldunderstandP2Psystems,distributedhashtables,overmetrics,routingandfaulttolerancemechanism,trustandsecuritymanagement.Thekeyistounderstandtheroutingandsecuritymanagement,thedifficultyisthetrustthecoverageofthenetworkanddistributedhashtable.9.MoreClouds,IoT,SocialNetworksStudentsshouldunderstandcloudcomputingpperformancemetricsandbenchmarking,IoTRFIDtechnology,ZigBeetechnology,IoTinnovationandapplicationexamples,onlineservicequalityevaluationandbenchmarandcloudsystemevalIdeologicaleducationpoint3:IntroducethedevelopmentofubiquitouscomputingandtheInternetofThings,takemobilepaymentandexpressdeliveryrobotsasexamples,stimulatestudents'recognitionofChina'smodernachievements.Requirestudentstounderstandthecurrentcloudcomputingarchitectukeytechnology,programmingmodel,supportplatform,applicationandcloudsecurity.Thekeyistounderstandthearchitectureandprogrammingmodelevolution,thedifficultyiscloudcomputingprogramming.Thiscourseisthetheoreticalteachingcourse,practicalactivitiesarrangedafterclassasprojecthomework,including:UnderstandtheHadoopplatform,virtualizationtechnology,bigdatadistributedstoragetechnology,theparallelprogrammingmodelandimplementsimpleMapReduceprogram.Understandandexperienceseveralclassiccloudcomputingsystems,Google,Amazon,OpenStackandothercloudcomputingplatforms,buildatypischedulingalgorithm,understandthearchitectureofcloudcomputing.Previouscourses:CProgramingLanguage,DataStrTable2TeachinghouTeachingHoursExperimentPracticeComputerSelf-studyExerciseDiscussion1.CloudandDistributedSystem22.ClustersandSupercomputers33.ClusterandDatacenterVirtualization414.CloudServiceandPublicClouds35.GoogleCloudComputingSystem46.AmazonAWS47.MicrosoftWindowsAzure218.P2PandOverlayNetworks29.MoreClouds,IoT,SocialNetworks310.CloudComputingTrend32ThewaystoachieveeachcourseobjectiveareshowninTable3,butnotlimitedtothis.Bymeansofclassroomexplanation,guided,heuristic,andsummativeteachingmethods,throughkey/difficultcontentexplanations,arrangementofstudentliteraturereview,andin-classquestionstohelpstudentsunderstandthebasicconceptsandunderstandingofcloudcomputinganditsarchitecture.Basedonheuristicanddiscussionteachingmethods,throughclassroomexplanation,caseanalysis,classroomdiscussion,literaturereadingandmanyotherteachingmethods,studentscanmasterthecomprehensivecloudcomputingvirtualizationtechnology,massivedatadistributedstoragetechnology,parallelprogrammingmodelanditsimplementationothermeans,studentscanbetterunderstandcloudcomputingsystemsintheaspectsofsecurityfeatures,thehierarchicalstructure,backupandrecovery,securitypoliciesandmechanisms,thekeytechnologies,etc.Throughclassroomteaching,classroomdiscussion,after-schoolself-study,thenewtechnologyanddevelopmenttrendintherelatedfieldsofcloudcomputing,andestablishtheawarenessoflifelonglearning;atthesametime,furtherunderstandtheachievementsofChinainrelevantfields,andenhancetherecognitionofthecorevaluesofsocialismwithChinesecharacteristics.2.AssessmentmethodsThetotalscoreiscomposedoftwoparts:thecourseperformancescore,accountingfor40%(theproportionofideologicaleducationinthetotalscoreisnotlessthan10%),andthefinalexamscore,accountingfor60%.Therelatedcourseobjectives,assessmentsmethodsofeachpart,andtheproportioninthetotalscoreareshowninTable4.Table4AssessmentandEReporteducation)4review,researchreports,etc.,toexaminetherelevantadvancedtechnologiesExperimentalreport:BasedonwhetheritissubmittedintimeandtherExperimentaloperation:Basedontheexperimentalresults.Bymeansofclassattendance,questioninginclass,literaturereviewafterclass,studentdiscussion,etc.,andassessmentisperformed.Closedbook=Courseperformancescore*40%+FinalexamResourceResourcesTextbookKaiHwang,JackDongarraandGeoffreyC.Fox,publishedbyMorganKaufmann,in2011-10-17.Referencebooks1.ComputerScienceSeries·CloudComputing:Concepts,TechnologyandArchitecture,ThomasERL,ZaighamMahmood,RicardoPuttini,MechanicalIndustryPress,2014-07-012.CloudComputing:FromInfrastructuretoBestPractice,QiWei,LiuBing,ShihuaLu,etc.,TsinghuaUniversityPress,2013-08-013.CloudComputing(2ndEdition),LiuPeng,CloudComputing(2ndEdition)ElectronicIndustryPress,2011-05-01DocumentsNoneAttheendofthecourse,eachcoursegoal(includingideologicalandpoliticalcoursegoal)needstobeevaluatedquantitativelyinordertoachievethecontinuousimprovementofthecourse.Thequantitativeevaluationalgorithmofcurriculumgoalachievementdegree:1.Useteachingactivities(suchasresearchreportsrelatedtoideol