《云计算技术》课程教学大纲

1《云计算技术》课程教学大纲课程英文名课程代码课程类别专业课课程性质专业选修总学时数开课学院计算机学院开课基层教学组织国际化课程组面向专业计算机科学与技术(国际教育学院)(全英文)、软件工程(国际教育学院)(全英文)开课学期第6学期注：课程类别是指学科基础课/专业课/实践环节/通识公共课/公共基础课/其他；课程性质是指通识必修/通识选修/学科必修/专业必修/专业选修/实践必修/实践选修一、课程目标本课程是计算机科学与技术、软件工程的专业选修课，课程针对当前云计算技术的发展，重点介绍云计算概念、技术、架构的基本原理和实践。内容涵盖云计算的基本原理及关键技术，包括云计算与云存储的基本结构、工作原理以及其中的虚拟机管理、监控、调度、分布式数据处理等关键技术。在介绍云计算技术的同时，向留学生充分展示中国文化与现代成就，增强留学生对中国特色社会主义核心价值观的认同。通过理论教学和实践活动，达到以下课程目标：课程目标1:理解云计算的概念及分布式系统对云计算的技术支持，掌握云计算概念、技术、架构的基本原理和实践。课程目标2:掌握虚拟化技术、海量数据分布式存储技术，掌握云计算同分布式计算、网格计算、并行计算和效用计算的关系；掌握并行编程模式及其程序实现，具备设计开发并行程序的能力。课程目标3:了解主流开源云计算系统架构、平台、关键技术、安全等方面的发展趋势；为进一步开云计算体系结构、云计算关键技术、编程模型与支撑平台的工程应用实验设计与实施能力培养打好基础。课程目标4:结合中国在该领域的最新成果，弘扬中国文化与成就，激发学生爱华热情。二、课程目标与教学内容和方法的对应关系教学内容对课程目标的支撑关系、教学方法如表1所示：2表1课程目标与教学内容、教学方法的对应关系教学内容教学方法课程目标12341.云计算与分布式系统文献查阅2.可扩展并行计算集群课堂讲授、自学、课堂互动3.集群与数据中心虚拟化课堂讲授、案例分析4.云平台体系结构课堂讲授、文献查阅5.Google云计算原理与应用课堂讲授、实践、文献查阅6.Amazon云计算AWS课堂讲授、课后作业、文献查阅7.微软云计算WindowsAzure课堂讲授、实践、课后作业8.对等计算和覆盖网络课堂讲授、案例分析9.普适云计算、物联网与社会网络课堂讲授、文献查阅10.云计算研究热点课堂讲授、文献查阅、案例分析课程教学的详细内容与要求如下：1.云计算与分布式系统要求学生了解云计算和分布式系统的概念、发展历程和现状、系统模型及相关技术、软件环境及性能指标。重点是理解云计算实现机制及系统模型，难点为如何理解虚拟化等相关系统技术。思政融入点1:介绍以阿里云为代表的国内云计算平台。阿里云已经连续两年超越Google,位居世界前三，与AWS和Azure合占全球公共云市场的七成，向留学生展示中思政融入点2:通过介绍大数据和云计算的发展概况，引导学生理解大数据革命以及“中国大数据战略”,体现国家层面在大数据领域的主导力和先进性。2.可扩展并行计算集群要求学生了解大规模并行集群的发展趋势和基础设计问题、MPP体系结构、集群设计原则、集群作业和资源管理。重点理解集群体系结构，难点为集群管理和调度系统。3.集群与数据中心虚拟化要求学生了解虚拟化实现的各个层次(操作系统级、中间件级)、hypervisor与Xen体系结构、硬件虚拟化支持(CPU、内存、I/0设备)、资源管理。重点理解虚拟化概念及其体系结构，难点为虚拟化资源的管理，在线迁移和调度。4.云平台体系结构要求学生了解云计算服务模型、计算与存储云的体系结构设计、公有云平台：GAE、AWS和Azure、云安全与信任管理。重点理解云服务模型，掌握公有云平台的使用，难点为云平台的体系结构。35.Google云计算原理与应用要求学生了解分布式锁服务Chubby、分布式结构化数据表Bigtable、分布式存储6.Amazon云计算AWS点理解内容推送服务，难点是弹性计算云EC2架构。7.微软云计算WindowsAzure要求学生了解微软云操作系统WindowsAzure、微软云关系数据库SQLAzure、8.对等计算和覆盖网络要求学生了解P2P系统、分布式哈希表、覆盖网络及其性质、路由及容错、信任和安全管理。重点理解路由分配及安全管理，难点是信任覆盖网络和分布式哈希表的实现。9.普适云计算、物联网与社会网络要求学生了解普适计算的云趋势、云系统性能指标和基准测试、物联网RFID技术、ZigBee技术、物联网创新应用示例、在线社会网络和专业网络。重点是云系统的服务质量评价及基准测试方法，难点是社会网络的分析及云系统测评。思政融入点3:通过介绍普适计算及物联网的发展概况，举例国内优秀案例，如移动支付、快递物流机器人等，激发学生对中国当代成就的认同。10.云计算研究热点要求学生了解当前云计算体系结构研究、云计算关键技术研究、编程模型研究、支撑平台研究、应用研究和云安全研究。重点是理解体系结构、编程模型的演化，难点是三、实践环节及基本要求本课程是理论教学，实践活动安排在课后，以课程作业的形式展开，主要包括：1.云平台及MapReduce编程了解和掌握Hadoop平台搭建、虚拟化技术、海量数据分布式存储技术，掌握并行编程模式及其程序实现。2.云计算的经典案例掌握典型虚拟机调用算法实现，掌握云计算的体系结构。4四、与其它课程的联系先修课程：程序设计基础、数据结构。各章节的学时分配如表2所示。表2学时分配表讲课时数实验时数实践学时上机时数自学时数习题课讨论时数1.云计算与分布式系统22.可扩展并行计算集群33.集群与数据中心虚拟化414.云平台体系结构35.Google云计算原理与应用46.Amazon云计算AWS47.微软云计算WindowsAzure218.对等计算和覆盖网络29.普适云计算、物联网与社会网络310.云计算研究热点32六、课程目标达成途径及学生成绩评定方法1.课程目标达成途径各个课程目标的达成途径如表3所示，但不仅限于此。表3课程目标与达成途径课程目标达成途径以举例、引导式、启发式和总结式教学方法为主，通过重点/难点内容讲解、布置学生文献查阅、进行随堂提问等模式，帮助学生运用日常生活实例理解云计算中的基本概念，理解常用的云计算体系架构。以启发式、分析式和研讨式教学方法为主，针对相关重点/难点内容，分组组织学生开展自主学习、分析讨论，通过课程设计作业、随堂提问、课堂讨论等模式，帮助学生理解云计算虚拟化技术、海量数据分布式存储技术，掌握并行编程模式及其程序实现。5通过基础实验保障学生能使用常用的云计算系统进行安全性、安全策略和配置；通过设计实验强化学生程序设计能力、分析能力。通过课堂操作、上机实验、课堂讨论、文献查阅，使学生理解云计算系统的层次结构、安全特性、备份和恢复、安全策略和机制、体系与防护。通过课堂讲授、课堂讨论、课后自学、文献查阅、调研报告等形式，让学生对云计算的相关领域的新技术与发展趋势有所了解，建立终生学习的意识；同时，进一步了解目前中国在相关领域取得的成就，增强留学生对中国特色社会主义核心价值观的认同。2.学生成绩评价方法该课程为考试课程，考试方式为闭卷。学期总评成绩由两部分构成：平时成绩，占比40%(其中课程思政在总成绩中占比不少于10%);期末考试成绩，占比60%。各部分的具体评价环节、关联课程目标、评价依据及方法和在总成绩中的占比，如表4表4课程考核与成绩评定方法考核项目评价环节关联课程目标评价依据与方法占比平时考核课程思政相关调研报告基于云计算与云系统等主题，通过课外文献查阅、课堂展示、课堂小组讨论、阅读报告等多种形式，考查留学生对中国相关先进技术的了解情况、辩证思维状况课后实践作业实验报告：以是否提交及提交是否及时做评价依据。实验操作：以实验结果为评价依据。课程表现以课堂出勤率、课上提问、课后布置文献查阅、学生讨论等各种方式开展，根据学生参与情况、表现及阅读报告进行考核。期末考试闭卷考试考试成绩总评成绩=平时成绩*40%+期末成绩*60%表5课程的基本教学资源资源类型资源云计算与分布式系统：从并行处理到物联网，[美]KaiHwang,JackDongarra,GeoffreyC.Fox著,机械工业出版社，第一版，2013年1月1日出版，外文原版。参考书籍或文献1、[美]ThomasERL,[英]ZaighamMahmood,[巴西]RicardoPuttini著;计算机科学丛书·云计算：概念、技术与架构，机械工业出版社，2014-07-013、刘鹏编著,云计算(第2版)电子工业出版社，2011-05-01教学文档无6课程目标达成度的定量评价在课程结束后，需要对每一个课程目标(含思政课程目标)进行达成度的定量评价，用以实现课程的持续改进。课程目标达成度的定量评价算法：1、使用教学活动(如课程思政相关调研报告、综合实践成绩、期末综合实践)作为评价项目，来对某个课程目标进行达成度的定量评价；2、为保证考核的全面性和可靠性，要求对每一个课程目标的评价项目选择超过两种；3、根据施教情况，评价项目可以由教师自行扩展，权重比例可以由教师自行设计；4、对某一个课程目标有支撑的各评价项目权重之和为1;5、使用所有学生(含不及格)的平均成绩计算。本课程大纲主要用于规范计算机科学与技术(国际教育学院)(全英文)、软件工程(国际教育学院)(全英文)的《云计算技术》课程的教学目标、教学内容、教学方法、教学要求以及考核评价方法等，承担该课程的教师必须遵照本大纲安排授课计划、实施教学过程，完成学生各个阶段与各方面的学习成果考核与评价；在学期末，需对课程目标进行达成度评价。本课程大纲自2020年开始执行，生效之日原先版本均不再使用。表6大纲编制与审核信息工作内容责任部门或机构负责人完成时间编制国际化课程组李尤慧子审核国际化课程组吴以凡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