2016年度 クラウドコンピューティングと並列処理   Cloud Computing and Parallel Processing

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開講元
情報工学コース
担当教員名
宮崎 純  横田 治夫 
授業形態
講義
曜日・時限(講義室)
月7-8(W331)  木7-8(W331)  
クラス
-
科目コード
CSC.T521
単位数
2
開講年度
2016年度
開講クォーター
1Q
シラバス更新日
2016年4月27日
講義資料更新日
-
使用言語
英語
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講義の概要とねらい

近年の爆発的なデータの増加により、多くの分野から膨大なデータを高速に処理するための計算方法が要求されています。情報工学分野では、この問題の解決に挑戦すべく、高性能ハードウェアを用いた最新のコンピュータシステムを有効に利用するための新しい計算モデルや高速なアルゴリズム、生産性の高いソフトウェア設計手法等が開発されてきています。
本講義では、これらの最新技術を習得します。具体的な講義項目は、クラウド基盤のストレージや並列処理のモデル、MapReduceフレームワーク、ならびに最新プロセッサのための高性能な並行データアクセス手法であるロックフリーアルゴリズムやトランザクショナルメモリ等です。

到達目標

本講義の履修により、以下の習得します。
・高性能ハードウェアを利用した最新のコンピュータシステムの構成の理解
・高性能コンピュータシステムを利活用するための新しい並列処理の計算モデルやアルゴリズムの概念
・クラウド基盤のデータストアの特性やMapReduceモデルに代表される抽象度の高い並列処理技術
・マルチコアプロセッサなど最新プロセッサ上での高性能な計算や並行データアクセスのためのアルゴリズム
・新しい計算モデルやアルゴリズムの大規模データ処理や高性能計算が要求される多くの分野への応用

キーワード

クラウドコンピューティング、クラウドストレージ、MapReduceフレームワーク、キャッシュ指向アルゴリズム、並行データアクセス、ロックフリーアルゴリズム、トランザクショナルメモリ

学生が身につける力

国際的教養力 コミュニケーション力 専門力 課題設定力 実践力または解決力
- - - -

授業の進め方

課題欄に記載されている項目ならびその関連事項を各自で調べて、十分に復習しておくことが必要です。

授業計画・課題

  授業計画 課題
第1回 クラウドコンピューティングによる大規模データ処理 現在のクラウドサービスの現状を理解する
第2回 キーバリューストアとデータモデル キーバリューストアの特性を理解する
第3回 クラウドストレージの一貫性モデル データベースの一貫性モデルとクラウドストレージの一貫性モデルの違いを理解する
第4回 クラウドストレージの構成 クラウドストレージで使用される分散アルゴリズムとその目的を理解する
第5回 MapReduceフレームワークと計算モデル MapReduceフレームワークの各フェーズの役割と制約を理解する
第6回 MapReduceを利用した大規模テキスト処理アルゴリズム MapReduceフレームワークによる転置インデクス構築アルゴリズムを理解する
第7回 MapReduceを利用した大規模グラフ処理アルゴリズム MapReduceフレームワークによるPageRankの計算方法理解する
第8回 メモリ階層を意識した高性能計算 データアクセスとキャッシュメモリへの影響との関係を理解する
第9回 キャッシュ指向データ配置 キャッシュ指向のデータ構造とキャッシュメモリとの関係を理解する
第10回 キャッシュ指向探索アルゴリズム キャッシュ指向の探索アルゴリズムとキャッシュメモリとの関係を理解する
第11回 並行実行スレッドと同期 ロックを利用した基本的な並行データアクセス方法を理解する
第12回 並行実行スレッドのフォーマルモデル Linearizabilityの定義を理解する
第13回 並行データアクセス: ロックフリーアルゴリズム ロックを利用しない並行データアクセス方法を理解する
第14回 並行データアクセス: ソフトウェアトランザクショナルメモリ ソフトウェアトランザクショナルメモリの原理を理解する
第15回 並行データアクセス: ハードウェアトランザクショナルメモリ ベストエフォート型ハードウェアトランザクショナルメモリの動作の仕組みと限界を理解する

教科書

指定なし。講義資料はOCW-iで配布する。

参考書、講義資料等

[参考文献]
J. Lin, C. Dyer, "Data-Intensive Text Processing with MapReduce", Morgan & Claypool Publisher
T. Harris, J. Larus, R. Rajwar, "Transactional Memory", 2nd edition, Morgan & Claypool Publisher

成績評価の基準及び方法

クラウドコンピューティングの原理とその並列処理方式、メモリ階層とアルゴリズムの関係、ならびに並行データアクセスに関する理解度を評価する。中間課題(40%)と期末試験(60%)により評価する。

関連する科目

  • CSC.T433 : 先端コンピュータアーキテクチャ
  • CSC.T523 : 先端データ工学
  • CSC.T425 : 並行システム論

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

以下の予備知識があることが望ましい。
- 分散アルゴリズム
- データベース
- 並行プログラミング
- コンピュータアーキテクチャ

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