ОСОБЛИВОСТІ ВИКОРИСТАННЯ ТЕХНОЛОГІЙ ХМАРНИХ ОБЧИСЛЕНЬ В ІНФОРМАЦІЙНИХ СИСТЕМАХ - Робоча програма навчальної дисципліни (Силабус)

Реквізити навчальної дисципліни

Рівень вищої освіти Третій (доктор філософії)
Галузь знань 12 Інформаційні технології
Спеціальність 126 Інформаційні системи та технології
Освітня програма Інформаційні системи та технології
Статус дисципліни Нормативна
Форма навчання очна(денна)/очна(вечірня)/заочна
Рік підготовки, семестр 2 курс, весняний семестр
Обсяг дисципліни 4 кредити (120 годин)
Семестровий контроль/ контрольні заходи екзамен
Розклад занять Перший та другий тиждень: Лекція/лабораторна робота, четвер, 10-25, on-line
Мова викладання Українська
Інформація про керівника курсу / викладачів

Лектор, практичні: д.т.н., доцент Дорогий Ярослав Юрійович, контактні дані

y.dorogoy@kpi.ua

Розміщення курсу Moodle, Google classroom, https://campus.kpi.ua

Програма навчальної дисципліни

1. Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання

Дисципліна «Особливості використання технологій хмарних обчислень в інформаційних системах» (ЗО 5) є нормативною дисципліною навчального плану підготовки докторів філософії з спеціальності «Інформаційні системи та технології» і грає важливу роль у підготовці фахівців. Метою навчальної дисципліни є формування у аспірантів компетентностей та підготовка науковця, здатного вирішувати складні задачі і практичні проблеми використання технологій хмарних обчислень та здійснювати професійну діяльність з проектування, реалізації та адміністрування проектів на базі хмарних технологій.

Метою кредитного модуля є формування у аспірантів спеціальних (фахових, предметних) компетентностей:

ФК3: Здатність приймати рішення про доцільність перенесення наявних додатків у хмарне середовище, ефективність застосування та дострокові перспективи.

Програмні результати навчання:

Згідно з вимогами програми навчальної дисципліни аспіранти після засвоєння кредитного модуля мають продемонструвати такі результати навчання:

ПРН 13: Знання інфраструктури хмарних сервісів;

ПРН 14: міти формулювати та вирішувати питання безпеки, масштабування, розгортання, резервного копіювання в контексті хмарної інфраструктури;

ПРН 25: Використовувати прийоми хмарного програмування при створенні інформаційних систем; ПРН 26: Оцінювати ефективність застосування хмарних технологій.

2. Пререквізити та постреквізити дисципліни (місце в структурно-логічній схемі навчання за відповідною освітньою програмою)

Пререквізити: здатність застосовувати знання у практичних ситуаціях, навички використання інформаційних і комунікаційних технологій. Цей курс базується на таких забезпечуючих дисциплінах: тенденції розвитку інформаційних систем та технологій, сучасні концепції створення інтелектуальних систем.

Постреквізити: Перелік напрямків діяльності, що забезпечуються: педагогічна практика, захист дисертаційної роботи.

3. Зміст навчальної дисципліни

Розділ 1. Принципи побудови та переваги використання технологій хмарних обчислень в інформаційних системах

Тема 1.1. Принципи побудови та переваги використання технологій хмарних обчислень в інформаційних системах. Концепція СОА.

Тема 1.2. Архітектура розподілених хмарних застосунків. Мережева комутація. Обмін повідомленнями та управління версіями сервісів. Зберігання даних Тема 1.3. Методологія DevOps.

Тема 1.4. Інфраструктура як код. Мікросервіси та контейнери.

Розділ 2. Архітектура Google Clouds та його використання для побудови інформаційних систем

Тема 2.1. Огляд сервісно-орієнтованної архітектури і хмарних обчислень на прикладі хмарної платформи Google Clouds.

Тема 2.2. Основні хмарні служби Google Clouds. Варіанти обчислень.

Тема 2.3. Зберігання даних. Варіанти мережевих підключень Google Clouds.

Тема 2.4. Основні поняття захисту інфраструктури і даних при роботі в Google Clouds.

Контроль і організація ресурсів Google Clouds.

Тема 2.5. Система управління контейнерами – Google Kubernetes Engine.

4. Навчальні матеріали та ресурси Базова

  1. Спеціалізація із 4 курсів «Architecting with Google Kubernetes Engine» [Електронний ресурс]. – Режим доступу до ресурсу: https://www.coursera.org/programs/program-natsional-niitiekhnichnii-univiersitiet-ukrayini-kiyivs-kii?currentTab=MY_COURSES&productId= 4pOLFUT_EemgkwpQXmrE3A &productType=s12n&showMiniModal=true.

  2. Деревянко А.С., Солощук М.Н. Технологии и средства консолидации информации. – Харьков: НТУ «ХПИ»,2008.

  3. Биберштейн Н., Боуз С., Джонс К. и др. Компас в мире сервис-ориентированной архитектуры (SOA): ценность для бизнеса, планирование и план развития предприятия. – М.: “КУДИЦ-ПРЕСС ”, 2007. – 256с.

  4. Навчальна платформа Wintellectnow, Architecting Distributed Cloud Applications [Електронний ресурс]. – Режим доступу до ресурсу: https://www.wintellectnow.com/Home/SeriesDetail? seriesId=architecting-distributed-cloud-applications.

  5. Навчальна платформа Pluralsight.com, DevOps: The Big Picture [Електронний ресурс]. – Режим доступу до ресурсу: https://app.pluralsight.com/library/courses/devops-big-picture/table-ofcontents.

  6. Навчальна платформа Pluralsight.com, Implementing DevOps in the Real World [Електронний ресурс]. – Режим доступу до ресурсу: https://app.pluralsight.com/library/courses/implementingdevops-real-world/table-of-contents.

  7. Навчальна платформа Pluralsight.com, Getting Started with Docker on Windows [Електронний ресурс]. – Режим доступу до ресурсу: https://app.pluralsight.com/library/courses/dockerwindows-getting-started/table-of-contents.

  8. Навчальна платформа Wintellectnow, Mastering Docker [Електронний ресурс]. – Режим доступу до ресурсу: https://www.wintellectnow.com/Home/SeriesDetail?seriesId=mastering-docker.

  9. Навчальна платформа Google, Google Cloud Computing Foundations [Електронний ресурс]. – Режим доступу до ресурсу: https://go.qwiklabs.com/skills?utm_source=CGC&utm_medium =lp&utm_campaign=grow.

  10. Навчальна платформа AWS, AWS Cloud Practitioner Essentials [Електронний ресурс]. – Режим доступу до ресурсу: https://www.aws.training/Details/Curriculum?id=27076.

  11. Навчальна платформа Azures [Електронний ресурс]. – Режим доступу до ресурсу: https://azure.microsoft.com/ru-ru.

Додаткова

  1. Кононюк А. Е. К213 Фундаментальная теория облачных технологий. — В 18-и книгах. Кн.1. —К. : Освіта України. 2018.—620 с.

  2. Документації Microsoft, Introduction to .NET and Docker [Електронний ресурс]. – Режим доступу до ресурсу: https://docs.microsoft.com/uk-ua/dotnet/core/docker/introduction.

  3. Документації Docker [Електронний ресурс]. – Режим доступу до ресурсу: https://docs.docker.com/.

  4. Навчальна платформа Tutorialspoint, Інтерактивний курс Docker Tutorial [Електронний ресурс]. – Режим доступу до ресурсу: https://www.tutorialspoint.com/docker/index.htm.

  5. Навчальна платформа Tutorialspoint, Інтерактивний курс Kubernetes Tutorial [Електронний ресурс]. – Режим доступу до ресурсу: https://www.tutorialspoint.com/kubernetes/index.htm.

Навчальний контент

5. Методика опанування навчальної дисципліни(освітнього компонента)

з/п

Назва теми лекції та перелік основних питань

(дидактичні матеріали: презентація Power Point, відеолекції.)

1 2
1

Розділ 1. Принципи побудови та переваги використання технологій хмарних обчислень в інформаційних системах

Лекція 1. Принципи побудови та переваги використання технологій хмарних обчислень в інформаційних системах. Концепція СОА.

Визначення, пропоновані обчислювальні служби, обчислювальні ресурси, типи віртуалізації. Віртуальні машини, контейнери, безсерверні обчислення, сховище, гнучкість та економічна ефективність, переваги хмарних обчислень (економічність, масштабність, гнучкість, актуальність, надійність і безпека), моделі хмарного розгортання (Загальнодоступна хмара, Приватна хмара, Гібридна хмара), типи хмарних служб (IaaS, PaaS, SaaS). Архітектурні концепції СОА. Еталонна модель СОА OASIS. Складові частини задачі інтеграції інформації, які вирішуються засобами СОА. Приклади часткових реалізацій СОА.

Література: 1-4.

Самостійна робота: розгортання веб-сайту в Azure та AWS. Підготовка до лабораторної роботи.

2

Лекція 2. Архітектура розподілених хмарних застосунків. Мережева комутація.

Обмін повідомленнями та управління версіями сервісів. Зберігання даних. Загальна архітектура web-додатку. Оркестрування. Регіони, зони доступності та домени помилок. Основні риси хмарних додатків. Архітектури на основі сервісів.

Моноліти проти мікросервісів. Автоматичне масштабування. 12-факторні додатки.

Контейнери. Контейнери та операційні системи. Оркестратори та контейнери.

Постійна інтеграція та впровадження (CI CD), devops трубопровід (devops pipeline).

Оркестрація та балансування навантаження. Зв’язування мікросервісів. Версія API. Контракти на мережевий API. Відновлення роботи мережі. Переваги обміну повідомленнями. Повідомлення з чергами. Fault-Tolerant обробка повідомлень. Додаткові функції черги. TTL (Час життя повідомлення). Варіанти оновлення сервісів. Кешування. Зберігання файлів та об’єктів. Мережа доставки вмісту (content delivery network CDN). Сховища баз даних. Розбиття даних. Узгодженість даних (сильна, слабка узгодженість, ACID транзакції, BASE транзакції, CAP теорема). Обчислення на основі вибачень.

Шаблон CQRS. Event-Sourcing шаблон. Кінцева узгодженість. Saga шаблон.

Паралельність даних та управління версіями. Версії схем даних. Резервне копіювання і відновлення.

Література: 1-4.

Самостійна робота: cтворення та робота з віртуальною машиною в Azure та AWS.

Підготовка до лабораторної роботи

3

Лекція 3. Методологія DevOps.

DevOps і Agile. Складові частини DevOps. Інтеграція DevOps в процес розробки програмного забезпечення. DevOps and Digitalization. Continuous Feedback механізм.

Забезпечення високої доступності сервісів. Література: 5-8.

Самостійна робота: cтворення та робота з віртуальною машиною Linux в Azure та AWS.

Підготовка до лабораторної роботи

4

Лекція 4. Інфраструктура як код. Мікросервіси та контейнери.

Парадигма Infrastructure as Code, складові частини, важливість. Визначення мікросервісів, їх переваги перед монолітною архітектурою. Відмінність контейнеризації від звичайної віртуалізації. Принципи побудови контейнера (Docker). Процес створення контейнера, базові образи. Оптимізація контейнерів.

Література: 1-4.

Самостійна робота: розгортання веб-сайту з когнітивними сервісами в Azure та AWS через GitHub. Підготовка до лабораторної роботи

Розділ 2. Архітектура Google Cloud та його використання для побудови інформаційних систем
5

Лекція 5. Огляд сервісно-орієнтованної архітектури і хмарних обчислень на прикладі хмарної платформи Google Cloud.

Огляд платформи Google Cloud. IaaS, PaaS. Мережа Google Cloud. Безпека. Вартість та білінг послуг. Ресурси та доступ в Google Cloud. Віртуальні машини та мережі в Google Cloud. Хмарні DNS, CDN та VPC.

Література: 1.

Самостійна робота: підготовка бази даних SQL в Azure та AWS для зберігання даних.

Підготовка до лабораторної роботи

6

Лекція 6. Основні хмарні служби Google Cloud. Варіанти обчислень.

Сервіс Google Compute Engine. Сервіс Google App Engine. Сервіс Google Kubernetes Engine. Сервіс Google Cloud Functions. Управління сутностями та доступом (IAM).

Література: 1.

Самостійна робота: запуск контейнерних додатків в Azure та AWS. Підготовка до лабораторної роботи.

7

Лекція 7. Зберігання даних. Варіанти мережевих підключень Google Cloud.

Сервіс Google Cloud Bigtable. Сервіс Google BigQuery. Сервіс Google Cloud Datastore. Сервіс Google Cloud Storage. Сервіс Google Cloud Spanner. Сервіс Cloud SQL. Сервіс FireStore. Мережі Google VPC. Балансування навантаження.

Література: 1.

Самостійна робота: створення та адміністрування мікросервісу в Azure та AWS. Підготовка до лабораторної роботи

8

Лекція 8. Основні поняття захисту інфраструктури і даних при роботі в Google

Cloud. Контроль і організація ресурсів Google Cloud.

Моніторинг ресурсів. Визначення продуктивності та надійності. SLI, SLO та SLA.

Інструментарій логування та моніторингу. Моніторинг помилок та інструментарій відлагодження.

Література: 1.

Самостійна робота: розгортання мікросервісу в Azure та AWS. Підготовка до лабораторної роботи

9

Лекція 9. Система управління контейнерами – Google Kubernetes Engine.

Система управління контейнерами – Google Kubernetes Engine. Основні компоненти і архітектура. Розгортання, масштабування інфраструктури. Збереження даних. Контроль доступу та безпека в Google Kubernetes Engine. Використання CI/CD в Google Kubernetes Engine.

Література: 1.

Самостійна робота: огляд архітектури та сервісів служби Azure Kubernetes (AKS). Підготовка до лабораторної роботи.

Лабораторні заняття

з/п

Назва лабораторної роботи (комп'ютерного практикуму)

Кількість ауд. годин

1

Лабораторна робота 1. Розгортання веб-сайту в Google Cloud

2

Література: 1.

2

Лабораторна робота 2. Створення та робота з віртуальною машиною Linux в Google Cloud

.

Література: 1.

2

3

Лабораторна робота 3. Розгортання веб-сайту з когнітивними сервісами в Google Cloud через GitHub Література: 1.

2

4

Лабораторна робота 4. Підготовка бази даних SQL в Google Cloud для зберігання даних.

Література: 1.

2

5

Лабораторна робота 5. Запуск контейнерних застосунків у службі Google Kubernetes Engine (GKE)

Література: 1.

2

6

Лабораторна робота 6. Створення та адміністрування мікросервісу в GKE.

Література: 1.

2

7

Лабораторна робота 7. Розгортання мікросервісу в GKE.

Література: 1.

2

8

Лабораторна робота 8. Налаштування параметрів доступу та безпеки в GKE.

Література: 1.

2

9

Лабораторна робота 9. Налаштування засобів моніторингу та логування для GKE.

Література: 1.

2

6. Самостійна робота аспіранта

з/п

Назви тем і питань, що виноситься на самостійне опрацювання та посилання на навчальну літературу Кількість годин СРС
1 2 2
1 Архітектура Azure 12
2 Архітектура AWS 12
1 Розгортання веб-сайту в Azure та AWS [10-11] 6
2 Створення та робота з віртуальною машиною в Azure та AWS [10-11] 6
3 Створення та робота з віртуальною машиною Linux в Azure та AWS [1011] 6
4 Розгортання веб-сайту з когнітивними сервісами в Azure та AWS через GitHub [10-11] 6
5 Підготовка бази даних SQL в Azure та AWS для зберігання даних [1011] 6
6 Запуск контейнерних додатків в Azure та AWS [10-11]

6

7 Створення та адміністрування мікросервісу в Azure та AWS [10-11]

6

8 Розгортання мікросервісу в Azure та AWS [10-11]

6

9 Огляд архітектури та сервісів служби Azure Kubernetes (AKS) [10-11]

10

Політика та контроль

7. Політика навчальної дисципліни (освітнього компонента)

Рейтинг аспіранта з дисципліни складається з балів, що він отримує за:

  1. модульні контролі (МКР поділяється на дві контрольні роботи тривалістю по одній акад. годині);

  2. виконання комп’ютерних практикумів; 3) відповідь на екзамені.

  1. Модульний контроль

Ваговий бал – 27,5. Максимальна кількість балів за всі контрольні роботи дорівнює 27,5*2 =55 балів. В кожній контрольній роботі містяться завдання різного рівня складності, в залежності від якого вони при правильному виконанні оцінюються від 1 до 6 балів. Максимальна кількість балів за завдання зменшується на 1 бал, якщо дано правильну, але неповну відповідь; на 2 бали, якщо дано правильну відповідь, але допущено несуттєву помилку (наприклад, помилка в розрахунку по правильно записаній формулі) і т.д.

  1. Робота на комп’ютерних практичних заняттях

Ваговий бал – 5. Максимальна кількість балів на всіх практичних заняттях дорівнює 5*9= 45 балів.

Штрафні та заохочувальні бали за:

- виконання завдань із удосконалення дидактичних матеріалів з дисципліни надається від 2 до 5 заохочувальних балів.

Бали по екзаменаційних питаннях:

Кількість балів по відповіді на кожне питання визначається викладачем з врахуванням складності питання та якості відповіді. Максимальна кількість балів 55.

Розрахунок шкали (R) рейтингу

Сума вагових балів контрольних заходів протягом семестру складає:

RС = 55 + 45 = 100 балів.

Для отримання аспірантом відповідних оцінок (ЕСТS та традиційних) його рейтингова оцінка R переводиться згідно з таблицею відповідності рейтингових балів оцінкам за університетською шкалою.

8. Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів навчання (РСО)

Поточний контроль: Робочим навчальним планом передбачено виконання модульної контрольної роботи за матеріалами тем курсу. Мета модульної контрольної роботи – перевірка здобутих знань з основних розділів курсу. Робота проводиться за пакетом контрольних завдань. Завдання формулюються згідно переліку основних питань дисципліни.

Проведення модульної контрольної роботи передбачається на заняттях з комп’ютерного практикуму (2 академічних години) орієнтовно через 2 тижні після закінчення вивчення відповідної теми. Основні завдання контрольної роботи:

 поглиблене вивчення структури й функціональних особливостей хмарних архітектур;  придбання навичок самостійної роботи зі спеціальною технічною літературою.

Календарний контроль: провадиться двічі на семестр як моніторинг поточного стану виконання вимог силабусу.

Семестровий контроль: екзамен

Умови допуску до семестрового контролю: мінімально позитивна оцінка за індивідуальне завдання /зарахування усіх практичних робіт/ семестровий рейтинг більше 30 балів.

Таблиця відповідності рейтингових балів оцінкам за університетською шкалою:

Кількість балів Оцінка
100-95 Відмінно
94-85 Дуже добре
84-75 Добре
74-65 Задовільно
64-60 Достатньо
Менше 60 Незадовільно
Не виконані умови допуску Не допущено

9. Додаткова інформація з дисципліни (освітнього компонента)

  • можливість зарахування сертифікатів проходження дистанційних чи онлайн курсів за тематикою дисципліни «Основи використання технологій хмарних обчислень в інформаційних системах»;

  • інша інформація для аспірантів щодо особливостей опанування навчальної дисципліни: Застосовуються стратегії активного і колективного навчання, які визначаються наступними методами і технологіями:

    1. кредитно-модульна технологія навчання;

    2. особистісно-орієнтовані (розвиваючі) технології, засновані на активних формах і методах навчання ( «аналіз ситуацій» ділові, імітаційні ігри, дискусія, експрес-конференція, навчальні дебати.);

    3. інформаційно-комунікаційні технології, що забезпечують проблемно-дослідницький характер процесу навчання та активізацію самостійної роботи аспірантів (електронні презентації для лекційних занять, використання аудіо-, відео-підтримки навчальних занять, розробка і застосування на основі комп'ютерних і мультимедійних засобів творчих завдань, доповнення традиційних навчальних занять засобами взаємодії на основі мережевих комунікаційних можливостей).

Робочу програму навчальної дисципліни (силабус):

Складено доцентом кафедри ІСТ, д.т.н., доцентом Дорогий Ярославом Юрійовичем.

Ухвалено: кафедрою ІСТ (протокол № 13 від 15.06.2022 р.)

Погоджено: Методичною комісією факультету[1] (протокол № 11 від 07.07.2022р.)

[1] Методичною радою університету– для загальноуніверситетських дисциплін.