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Corso di laurea magistrale in

Informatica

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INGEGNERIA DEI SISTEMI DISTRIBUITI E LABORATORIO

Anno accademico 2020/2021 - 1° anno - Curriculum Sistemi di Rete e Sicurezza
Docenti Crediti: 9
SSD: INF/01 - Informatica
Organizzazione didattica: 225 ore d'impegno totale, 153 di studio individuale, 36 di lezione frontale, 24 di esercitazione, 12 di laboratorio
Semestre: 1°

Obiettivi formativi

  • INGEGNERIA DEI SISTEMI DISTRIBUITI

    Obiettivi formativi generali in termini di risultati di apprendimento attesi.

    1. Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding): lo studente conoscerà meccanismi di programmazione avanzata, inclusi programmazione ad aspetti, parallela, asincrona, distribuita.

    2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding): lo studente avrà la capacità di progettare sistemi software distribuiti e complessi.

    3. Autonomia di giudizio (making judgements): lo studente acquisirà la capacità di analizzare sistemi distribuiti e complessi.

    4. Abilità comunicative (communication skills): lo studente imparerà a descrivere in linguaggio tecnico le caratteristiche fondamentali dei sistemi distribuiti e paralleli.

    5. Capacità di apprendimento (learning skills): lo studente potrà affrontare e risolvere problemi di progettazione e implementazione in ambiti realistici, studiando, valutando e utilizzando, nuove tecnologie per i sistemi distribuiti.

  • LABORATORIO

    Obiettivi formativi generali in termini di risultati di apprendimento attesi.

    1. Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding): lo studente conoscerà meccanismi di sviluppo avanzati, inclusi sviluppo collaborativo e distribuito, validazione di sistemi complessi, automatizzazione del processo di rilascio, progettazione e implementazione di sistemi distribuiti a microservizi.
    2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding): lo studente avrà la capacità di adoperare strumenti avanzati di sviluppo, validazione e rilascio per applicazioni distribuite.
    3. Autonomia di giudizio (making judgements): lo studente acquisirà la capacità di analizzare sistemi di sviluppo, validazione e rilascio per applicazioni distribuite.
    4. Abilità comunicative (communication skills): lo studente imparerà a descrivere in linguaggio tecnico le caratteristiche fondamentali dei sistemi sistemi di sviluppo, validazione e rilascio per applicazioni distribuite.
    5. Capacità di apprendimento (learning skills): lo studente potrà affrontare e risolvere problemi di utilizzo e implementazione in ambiti realistici, studiando, valutando e utilizzando, nuove tecnologie per lo sviluppo, la validazione e il rilascio di applicazioni distribuite.

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

  • INGEGNERIA DEI SISTEMI DISTRIBUITI

    Lezioni frontali per concetti e soluzioni, spiegazione di esempi di codice per le tecniche esaminate.

    Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

  • LABORATORIO

    Lezioni frontali per concetti e soluzioni, prove pratiche con esempi di codice per le problematiche esaminate.

    Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.


Prerequisiti richiesti

  • INGEGNERIA DEI SISTEMI DISTRIBUITI

    Capacità di progettare ed implementare sistemi ad oggetti in C++ o Java.

  • LABORATORIO

    Capacità di progettare ed implementare sistemi ad oggetti in C++ o Java.


Frequenza lezioni

  • INGEGNERIA DEI SISTEMI DISTRIBUITI

    La frequenza delle lezioni è fortemente consigliata.

  • LABORATORIO

    La frequenza delle lezioni è fortemente consigliata.


Contenuti del corso

  • INGEGNERIA DEI SISTEMI DISTRIBUITI

    Design pattern per sistemi distribuiti: Proxy, Broker, Forward-Receiver, Remote Facade, Data Transfer Object, Session State, Serialized Large Object. Design pattern per la sicurezza: Role-based Access Control, Authenticator. Progettazione ed implementazione del software orientato agli aspetti. Design pattern ad aspetti e Refactoring ad aspetti. Implementazione di chiamate asincrone in Java. Reactive programming con design pattern Circuit Breaker, Bulkheads, Timeout. Middleware orientato ai messaggi RabbitMQ. Tecnologia Blockchain.

  • LABORATORIO

    Introduzione ai DevOps. Git Workflow e sviluppo distribuito. Maven. Unit Testing e generazione automatica di test. Mutation Testing. Testing Combinatoriale. Microservizi. Microservizi con Spring Boot. Distributed Tracing.


Testi di riferimento

  • INGEGNERIA DEI SISTEMI DISTRIBUITI

    1. F. Buschmann, R. Meunier, H. Rohnert, P. Sommerlad, M. Stal. Pattern-Oriented Software Architecture A System of Patterns. John Wiley and Sons, 1996

    2. M. Fowler. Patterns of Enterprise Application Architecture. Addison-Wesley, 2003

    3. M. Schumacher, E. Fernandez-Buglioni, D. Hybertson, F. Buschmann, P. Sommerlad. Security Patterns: Integrating Security and Systems Engineering. John Wiley and Sons, 2006

    4. R. Laddad. AspectJ in Action: Enterpriese AOP with Spring Applications. Manning Publications. 2010.

    5. R.-G. Urma, M. Fusco, A. Mycroft. Java 8 in Action: Lambdas, streams, and functional-style programming. Manning, 2015

    6. G. Hohpe, B. Woolf. Enterprise Integration Patterns. Addison-Wesley, 2003

    7. A. Videla, J.J.W. Williams. RabbitMQ in Action. Manning, 2012

    8. A. M. Antonopoulos. Mastering Bitcoin. Programming the open blockchain. O'Reilly, 2017

    9. R. Kuhn. Reactive Design Patterns. Manning, 2017

  • LABORATORIO
    1. G. Kim et al.: The DevOps Handbook. It Revolution Press, 2016
    2. S. Chacon and B. Straub: Pro Git. Apress, 2014
    3. Sonatype Company: Maven: The Definitive Guide. O'Reilly, 2008
    4. D. R. Kuhn et al.: Practical Combinatorial Testing. NIST Special Publication, 2010
    5. M. Young and M. Pezze: Software Testing and Analysis: Process, Principles and Technique. John Wiley and Sons, 2008
    6. B. Laboon: A Friendly Introduction to Software Testing. CreateSpace Independent Publishing, 2017
    7. S. Newman: Building Microservices. O'Reilly, 2015
    8. M. Macero: Learn Microservices with Spring Boot. Apress, 2017
    9. Yuri Shkuro: Mastering Distributed Tracing: Analyzing performance in microservices and complex systems. Packt Publishing, 2019

Programmazione del corso

INGEGNERIA DEI SISTEMI DISTRIBUITI
 ArgomentiRiferimenti testi
1Presentazione del corso con obiettivi. Modularità per sistemi distribuiti e paralleli[2] C. 1 
2Design pattern Proxy e Reference Monitor[1] C. 3.4, [3] C. 8 
3Design pattern Remote Proxy e Forwarder-Receiver[1] C. 3.4, 3.6 
4Design pattern Role-based Access Control e Authenticator[3] C. 8, 10 
5Design pattern Remote Facade e Data Transfer Object[2] C. 7, 15 
6Design pattern Session State (Client, Server, Database), Serialized Large Object[2] C. 6, 17, 12 
7Design pattern Broker[1] C. 2.3 
8Progettazione con callback, Java chiamate asincrone, tipi CompletableFuture[5] C. 11 
9Programmazione ad aspetti: costrutti del linguaggio AspectJ. Pointcut e join point. Esempio di aspetto per la protezione degli accessi[4] C. 2, 3 
10Programmazione ad aspetti: pointcut per la cattura del contesto di esecuzione, passaggio di parametri agli advice[4] C. 3, 4 
11Refactoring ad aspetti. Crosscutting statico e dinamico. Pointcut cflow, declare warning[4] C. 5 
12Design pattern ad aspetti: Adapter, Participant e Sincronizzazione. Gestione eccezioni con aspetti[4] C. 5, 12, 13 
13Design pattern per la stabilità: Timeout, Circuit Breaker, Bulkheads[9] C. 2, 12 
14Middleware orientato ai messaggi: RabbitMQ[6] C. 3, [7] C. 2 
15Design pattern per i messaggi. Produttori e consumatori di messaggi. Code[6] C. 10, [7] C. 4 
16Architettura distribuita di Blockchain di bitcoin, proprietà[8] C. 1, 2, 5, 6, 8, 9, 10 
LABORATORIO
 ArgomentiRiferimenti testi
1Introduzione ai DevOps: DevOps lifecycle, Continuous Integration, Continuous Delivery, SCM e Pipeline[1] 
2Git Workflow e sviluppo distribuito: commit graph, comandi base, git workflow, concetti avanzati, GitHub, GitLab, Travis, Code Coverage [2] 
3Maven: gestione dipendenze, compilazione e testing automatico, reportistica, integrazione con sistemi di CI/CD[3] 
4Unit Testing: Test Suite & Scaffolding, JUnit, JaCoCo, Mockito[6, note fornite] 
5Generazione automatica di test suite: generazione randomica con Randoop, generazione evolutiva con EvoSuite[note fornite] 
6Testing Combinatoriale: Interaction Failures, 2-way interaction, Covering Array, ATGT, Coffee4j[4, 5] 
7Mutation Testing: valutazione qualità di una test suite, PITest[5, note fornite] 
8Microservizi: Monolite vs Microservizi, Legge di Conway, Monolith First, Bounded Context, Coordinamento, Service Discovery, Load Balancing, API Gateway, Circuit Breaker, ELK, Stateless Microservices, Affinità di Sessione, VM e Container[7] 
9Microservizi con Spring Boot: Spring Boot Initializr e Starters, Dependency Injection, Architettura Applicazione Web Spring, RESTful APIs, CRUD, Zuul[8] 
10Distributed Tracing in applicazioni a Microservizi con Open Tracing e Jaeger[9] 

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

  • INGEGNERIA DEI SISTEMI DISTRIBUITI

    L'esame consiste di un elaborato ed una prova orale.

    La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere

  • LABORATORIO

    L'esame consiste di un elaborato ed una prova orale.


Esempi di domande e/o esercizi frequenti

  • INGEGNERIA DEI SISTEMI DISTRIBUITI

    Implementare un aspetto software per il caching dei dati

    Implementare in modo parallelo la selezione e la somma di importi da un insieme di dati riguardanti prodotti venduti.

    Implementare in modo asincrono una chiamata ad un metodo.

    Descrivere la gestione della sessione.

  • LABORATORIO

    Caratteristiche principali di un approccio DevOps

    Descrivere le operazioni di fetch, pull e push tramite trasformazioni sul Commit Graph

    Descrivere il concetto di Covering Array

    Descrivere il concetto di Mutation Testing

    Che relazione c'è tra Dependence Injection e Unit Testing

    Descrivere il concetto di Affinità di Sessione e come evitarlo in un contesto a Microservizi

    Mostrare la struttura tipica di un'applicazione a Microservizi implementata tramite Spring Boot

    Discutere la differenza tra logging e tracing in un'applicazione distribuita