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Friedrich-Alexander-Universität Lehrstuhl für Informatik 4 (Systemsoftware)
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Vorlesung

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    Vorlesung

    Inhalt

    Verteilte Systeme bestehen aus mehreren Rechnern, die über ein Netzwerk miteinander verbunden sind und einen gemeinsamen Dienst erbringen. Obwohl die beteiligten Rechner hierfür in weiten Teilen unabhängig voneinander agieren, erscheinen sie ihren Nutzern gegenüber in der Gesamtheit dabei trotzdem als ein einheitliches System. Die Einsatzmöglichkeiten für verteilte Systeme erstrecken sich über ein weites Spektrum an Szenarien: Von der Zusammenschaltung kleinster Rechenknoten zur Sammlung von Daten im Rahmen von Sensornetzwerken über Steuerungssysteme für Kraftfahrzeuge und Industrieanlagen bis hin zu weltumspannenden, Internet-gestützten Infrastrukturen mit Komponenten in Datenzentren auf verschiedenen Kontinenten.

    Ziel der Vorlesung ist es, die sich durch die speziellen Eigenschaften verteilter Systeme ergebenden Problemstellungen zu verdeutlichen und Ansätze zu vermitteln, mit deren Hilfe sie gelöst werden können; Beispiele hierfür sind etwa die Interaktion zwischen heterogenen Systemkomponenten, der Umgang mit erhöhten Netzwerklatenzen sowie die Wahrung konsistenter Zustände über Rechnergrenzen hinweg. Gleichzeitig zeigt die Vorlesung auf, dass die Verteiltheit eines Systems nicht nur Herausforderungen mit sich bringt, sondern auf der anderen Seite auch Chancen eröffnet. Dies gilt insbesondere in Bezug auf die im Vergleich zu nicht verteilten Systemen erzielbare höhere Widerstandsfähigkeit eines Gesamtsystems gegenüber Fehlern wie den Ausfällen ganzer Rechner oder sogar kompletter Datenzentren.

    Ausgehend von den einfachsten, aus nur einem Client und einem Server bestehenden verteilten Systemen, beschäftigt sich die Vorlesung danach mit der deutlich komplexeren Replikation der Server-Seite und behandelt anschließend die Verteilung eines Systems über mehrere, mitunter weit voneinander entfernte geografische Standorte. In allen Abschnitten umfasst die Betrachtung des jeweiligen Themas eine Auswahl aus Grundlagen, im Praxiseinsatz befindlicher Ansätze und Techniken sowie für den aktuellen Stand der Forschung repräsentativer Konzepte.

    • Serialisierung von Nachrichten (XDR, Google Protocol Buffers)
    • Fernmethodenaufrufe (XML-RPC)
    • Spekulative Ausführung in verteilten Dateisystemen (NFS)
    • RDMA-basierte Fernaufrufe (DaRPC)
    • Fehlertolerante Replikation von Diensten (Paxos, Raft)
    • Georeplizierte und weitverteilte Systeme (Pileus, Yahoo PNUTS, Akamai)
    • Synchronisation von Uhren (NTP)

    Materialien

    Datum Thema Folien (1x1) Folien (2x2) Video
    29.04.2025 Organisatorisches
    Einführung
    06.05.2025 Middleware
    13.05.2025 Fernaufrufe
    20.05.2025 Effizienz
    27.05.2025 Fehlertoleranz
    03.06.2025 Replikation
    17.06.2025 Multicast
    24.06.2025 Georeplikation
    01.07.2025 Papierdiskussion:
    Diego Ongaro and John Ousterhout
    In Search of an Understandable Consensus Algorithm
    Proceedings of the 2014 USENIX Annual Technical Conference (ATC '14), pages 305–320, 2014.
    08.07.2025 Weitverteilte Systeme
    15.07.2025 Verteilte Synchronisation
    22.07.2025 Semesterabschluss – – –

    Hinweis: Die meisten der hier verlinkten Videos stammen aus dem Sommersemester 2021 und können daher vom aktuellen Foliensatz geringfügig abweichen.

    Nähere Details zu den behandelten Themen finden sich in der zugehörigen Fachliteratur.

    Prüfung

    Für eine Prüfung sind grundsätzlich sowohl die Themen der Vorlesung als auch die Inhalte der Übung von Belang. Beste Grundlage für die Prüfung ist daher neben der Teilnahme an Vorlesung und Übung, insbesondere auch die aktive Bearbeitung aller Übungsaufgaben. Der eigene Prüfungstermin ist mit dem Prüfer gegen Ende des Semesters direkt zu vereinbaren. Einzelheiten hierzu werden in der Vorlesung bekanntgegeben.

    Evaluation

    Die Evaluation der Lehrveranstaltung findet gegen Ende des Semesters statt.
    Friedrich-Alexander-Universität
    Erlangen-Nürnberg

    Schlossplatz 4
    91054 Erlangen
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