Проектный семинар «Проектирование распределенных систем»

Бакалавриат 2025/2026

Статус: Курс по выбору (Дизайн и разработка информационных продуктов)

Кто читает: Базовая кафедра Т-Банка

Где читается: Факультет компьютерных наук

Когда читается: 2-й курс, 1-4 модуль

Охват аудитории: для своего кампуса

Преподаватели: Шкель Алексей Алексеевич

Язык: русский

Кредиты: 3

Контактные часы: 68

Дополнительные материалы в LMS Задать вопрос

Аннотация

В условиях стремительного роста объемов данных и увеличения требований к производительности и надежности, понимание принципов работы распределенных систем становится критически важным для разработчиков и архитекторов. В ходе семинара участники познакомятся с основными концепциями и архитектурными паттернами распределенных систем, а также с современными инструментами и технологиями, используемыми для их разработки.

Цель освоения дисциплины

Сформировать понимание фундаментальных концепций, моделей и проблем распределенных систем, таких как согласованность, масштабируемость и отказоустойчивость.
Освоить принципы и паттерны проектирования для создания масштабируемых, надежных и эффективных распределенных приложений.
Приобрести навыки выбора и применения современных технологий и инструментов (API, message queues, базы данных) для реализации распределенных систем.
Развить умение проектировать архитектуру системы, способную обрабатывать большие объемы данных и нагрузку, обеспечивая низкую задержку и высокую доступность.

Планируемые результаты обучения

Способен проектировать архитектуру распределенного приложения, выбирая и комбинируя соответствующие паттерны и технологии для обеспечения масштабируемости и отказоустойчивости.
Умеет анализировать и обосновывать компромиссы при выборе архитектурных решений, таких как тип согласованности данных или репликации, в зависимости от конкретных бизнес-требований.
Владеет навыками разработки компонентов распределенной системы (микросервисов) и организации взаимодействия между ними через надежные протоколы связи

Содержание учебной дисциплины

Введение в курс "Проектирование Распределенных Систем". Первые проблемы РС
Сетевые основы: сокеты, TCP/UDP. Реализаия простейшего CLI-чата через сокеты
Сетевые основы: сокеты, TCP/UDP. Улучшение и масштабирования чата под нагрузку
Очереди сообщений и pub/sub. Реализация простейшего брокера сообщений
Очереди сообщений и pub/sub. Улучшение простейшего брокера сообщений
Проблемы распределенных систем: ненадежные сети. Решение проблемы ненадежных сетей на практике
Проблемы распределенных систем: ненадежные часы. Решение проблемы ненадежных часов на практике
Введение в репликацию и согласованность
Гарантии упорядоченности в распределенных системах. Реализация системы с гарантиями упорядоченности на практике
Гарантии согласованности в распределенных системах. Реализация системы с гарантиями согласованности на практике
Распределенные транзакции. Двух-фазный коммит, отказоустойчивый консенсус
Реализация двух-фазного коммита на практике
Алгоритмы достижения консенсуса в распеределенных системах. RAFT.
Реализация RAFT на практике
Распределённое отказоустойчивое key-value хранилище: Архитектура и кворумы
Распределённое отказоустойчивое key-value хранилище: Сетевой стек и протоколы
Распределённое отказоустойчивое key-value хранилище: Разрешение конфликтов с Vector Clocks
Распределённое отказоустойчивое key-value хранилище: Устойчивость к сбоям: Failover и Heartbeat
Распределённое key-value хранилище: Тестирование и симуляция сбоев
Высокодоступный брокер сообщений: Гарантии доставки сообщений
Высокодоступный брокер сообщений: Персистентность и восстановление состояния
Высокодоступный брокер сообщений: Управление состоянием потребителя
Высокодоступный брокер сообщений: Кластеризация и шардирование
Высокодоступный брокер сообщений: Нагрузочное тестирование и мониторинг
Коллоквиум I по темам “распределенное хранилище” и “высокодоступный брокер сообщений”
Распределённый Real-time Chat: Stateful-сервисы и WebSocket
Распределённый Real-time Chat: Межсерверная коммуникация через брокер
Распределённый Real-time Chat: Распределённое хранение истории сообщений
Распределённый Real-time Chat: Георепликация и задержки
Распределённый планировщик задач: Распределённое время и выбор лидера
Распределённый планировщик задач: Очереди с задержкой
Распределённый планировщик задач: Идемпотентность и гарантии выполнения
Распределённый планировщик задач: Мониторинг и Distributed Tracing
Коллоквиум II по темам “распределенный real-time чат” и “распределенный планировщик задач”

Элементы контроля

Домашнее задание 1
Краткий срез 1
Готовит преподаватель, проводится в самом начале семинара 4. Занимает до 7 минут. Письменные срезы проверяет преподаватель и оглашает оценки на следующей паре.
Домашнее задание 2
Краткий срез 2
Готовит преподаватель, проводится в самом начале семинара 7. Занимает до 7 минут. Письменные срезы проверяет преподаватель и оглашает оценки на следующей паре.
Домашнее задание 3
Домашнее задание 4
Краткий срез 3
Готовит преподаватель, проводится в самом начале семинара 11. Занимает до 7 минут. Письменные срезы проверяет преподаватель и оглашает оценки на следующей паре.
Домашнее задание 5
Домашнее задание 6
Краткий срез 4
Готовит преподаватель, проводится в самом начале семинара 14. Занимает до 7 минут. Письменные срезы проверяет преподаватель и оглашает оценки ДО сессии.
Домашнее задание 7
Краткий срез 5
Готовит преподаватель, проводится в самом начале семинара 20. Занимает до 7 минут. Письменные срезы проверяет преподаватель и оглашает оценки ДО следующей пары.
Домашнее задание 8
Краткий срез 6
Готовит преподаватель, проводится в самом начале семинара 24. Занимает до 7 минут. Письменные срезы проверяет преподаватель и оглашает оценки ДО следующей пары.
Домашнее задание 9
Краткий срез 7
Готовит преподаватель, проводится в самом начале семинара 30. Занимает до 7 минут. Письменные срезы проверяет преподаватель и оглашает оценки ДО следующей пары.
Домашнее задание 10
Краткий срез 8
Готовит преподаватель, проводится в самом начале семинара 33. Занимает до 7 минут. Письменные срезы проверяет преподаватель и оглашает оценки ДО следующей пары.
Экзамен

Промежуточная аттестация

2025/2026 4th module
Формула оценки Оценка = Округление(0.4 * ДЗ_ср + 0.25 * Экзамен + 0.2 * Коллок_ср + 0.15 * Срезы_ср) Где: ДЗ_ср — средняя оценка за все домашние задания (каждое оценивается по 10-балльной шкале). Срезы_ср — средняя оценка все срезы (каждый срез оценивается по 10-балльной шкале). Экзамен — оценка за устный экзамен по модулю (по 10-балльной шкале). Коллок_ср — средняя оценка за проведенные коллоквиумы (каждое оценивается по 10-балльной шкале).

Список литературы

Авторы

Солдатова Татьяна Владимировна

Программа дисциплины