《大数据存储系统与管理》课程简介一、课程名称：大数据存储系统与管理二、课程性质：选修、理论课三、学时与学分：32学时，课堂1.5学分，实验0.5学分四、课程先导课：五、课程简介“大数据存储系统与管理是一门集理论性、技术性和实践性为一体的专业课程，对计算机学科的学生起着重要作用。课程以大数据存储结构为主线，涵盖大数据存储系统的主要功能和特征、大数据存储系统的原理及其核心技术、体系结构、面向对象的大数据存储系统、存储服务类型和应用模式分析等。课程进一步通过系列实验，帮助学生深刻理解大数据存储系统经典技术一一对象存储服务的系统结构和功能特性，帮助学生掌握对象存储系统的设计思想，探索影响对象存储系统性能的主要因素，能够进行实验观测、分析和优化。进一步培养学生设计实现规模更大、更匹配应用性能需求的系统的能力。课程有助于加强学生对计算机软、硬件存储系统的理解，提高学生的计算机系统设计能力。六、课程目标通过相关教学活动，帮助学生理解大数据存储系统与体系结构及其数据的组织和管理方法，掌握面向大数据的计算机存储系统基本组成部件的结构、工作原理、内部运行机制及软件与硬件系统的设计方法，提升学生计算机系统的分析与设计能力。课程的具体目标是：目标1：本课程的教学过程中将采用基于项目和基于问题的教学方法，充分调动学生的学习积极性，实施课内和课外相结合的学习方式，体现研究性学习，提高学习效果。同时结合大数据存储系统大数据存储系统的发展、计算机软件和硬件之间的关系，开展讨论，让学生了解学科发展前沿。主要的教学环节包括课
《大数据存储系统与管理》课程简介 一、课程名称：大数据存储系统与管理 二、课程性质：选修、理论课 三、学时与学分：32 学时，课堂 1.5 学分，实验 0.5 学分 四、课程先导课： 五、课程简介 “大数据存储系统与管理”是一门集理论性、技术性和实践性为一体的专业课 程，对计算机学科的学生起着重要作用。课程以大数据存储结构为主线，涵盖大 数据存储系统的主要功能和特征、大数据存储系统的原理及其核心技术、体系结 构、面向对象的大数据存储系统、存储服务类型和应用模式分析等。课程进一步 通过系列实验，帮助学生深刻理解大数据存储系统经典技术——对象存储服务的 系统结构和功能特性，帮助学生掌握对象存储系统的设计思想，探索影响对象存 储系统性能的主要因素，能够进行实验观测、分析和优化。进一步培养学生设计 实现规模更大、更匹配应用性能需求的系统的能力。课程有助于加强学生对计算 机软、硬件存储系统的理解，提高学生的计算机系统设计能力。 六、课程目标 通过相关教学活动，帮助学生理解大数据存储系统与体系结构及其数据的组 织和管理方法，掌握面向大数据的计算机存储系统基本组成部件的结构、工作原 理、内部运行机制及软件与硬件系统的设计方法，提升学生计算机系统的分析与 设计能力。 课程的具体目标是： 目标 1：本课程的教学过程中将采用基于项目和基于问题的教学方法，充分 调动学生的学习积极性，实施课内和课外相结合的学习方式，体现研究性学习， 提高学习效果。同时结合大数据存储系统大数据存储系统的发展、计算机软件和 硬件之间的关系，开展讨论，让学生了解学科发展前沿。主要的教学环节包括课
堂授课、课后作业、课程实验、课程论文课程项目等环节。实验围绕实际对象存储系统展开，匹配大数据应用场景发展趋势，学以致用，实验内容贴近前沿研究方向，为未来从事大数据、云存储研究积累基础能力。目标2：熟悉对象存储系统的功能、特点及使用方法，掌握基于业界标准协议使用对象存储系统、基于经典后端架构设计和扩展系统的方法；目标3：掌握存储系统性能量化评估指标，能基于基准测试工具和大数据存储系统与管理理论知识，根据实验任务要求，观察和分析影响系统性能的主要因素；目标4：通过实验检查和验收过程中的问答、撰写实验报告等活动，培养学生与专业有关的沟通与表达能力。七、课程目标对毕业要求的支撑关系课程目标支撑的毕业要求二级指标点1.3能将软硬件知识、相关工程知识和模型方法用于推演和分析计算机复目标1杂工程问题5.1了解计算机专业常用的现代仪器、信息技术工具、工程工具和模拟软目标2件的使用原理和方法，并理解其局限性目标33.2能为计算机复杂工程问题解决方案设计满足特定需求的软/硬件模块10.1能就专业问题，以口头、文稿、图表等方式，准确表达自己的观点，目标4回应质疑，理解与同行和社会公众等不同对象及不同方式交流的差异性八，教学设计及对课程目标的支持第一章大数据存储系统概论1.教学目标1）了解国际、国内大数据存储系统的发展史；2）掌握大数据存储的基本原理、组成及系统的主要功能；3）了解计算机软/硬件协同设计的方法；本章教学支持课程目标1。2.教学重点1）大数据存储的系统特征和工作原理课程教学的基础，要求学生能深刻理解大数据的数据特征和存储系统的系统特点，并介绍课程后续章节中数据存储和分析，以及存储器件特点等关键技术
堂授课、课后作业、课程实验、课程论文/课程项目等环节。实验围绕实际对象存 储系统展开，匹配大数据应用场景发展趋势，学以致用，实验内容贴近前沿研究 方向，为未来从事大数据、云存储研究积累基础能力。 目标 2：熟悉对象存储系统的功能、特点及使用方法，掌握基于业界标准协 议使用对象存储系统、基于经典后端架构设计和扩展系统的方法； 目标 3：掌握存储系统性能量化评估指标，能基于基准测试工具和大数据 存储系统与管理理论知识，根据实验任务要求，观察和分析影响系统性能的主 要因素； 目标 4：通过实验检查和验收过程中的问答、撰写实验报告等活动，培养学 生与专业有关的沟通与表达能力。 七、课程目标对毕业要求的支撑关系 支撑的毕业要求二级指标点 课程目标 1.3 能将软硬件知识、相关工程知识和模型方法用于推演和分析计算机复 杂工程问题 目标 1 5.1 了解计算机专业常用的现代仪器、信息技术工具、工程工具和模拟软 件的使用原理和方法，并理解其局限性 目标 2 3.2 能为计算机复杂工程问题解决方案设计满足特定需求的软/硬件模块 目标 3 10.1 能就专业问题，以口头、文稿、图表等方式，准确表达自己的观点， 回应质疑，理解与同行和社会公众等不同对象及不同方式交流的差异性 目标 4 八、教学设计及对课程目标的支持第一章 大数据存储系统概论 1.教学目标 1） 了解国际、国内大数据存储系统的发展史； 2） 掌握大数据存储的基本原理、组成及系统的主要功能； 3） 了解计算机软/硬件协同设计的方法；本章教学支持课程目标 1。 2.教学重点 1）大数据存储的系统特征和工作原理 课程教学的基础，要求学生能深刻理解大数据的数据特征和存储系统的系统 特点，并介绍课程后续章节中数据存储和分析，以及存储器件特点等关键技术
2）计算机软硬件协同设计方法了解计算机内存系统的层次结构，结合内存器件和软件缓存特点分析层次结构的意义和软硬件协同工作的原理和实现技术。3.教学难点1）软硬件协同的接口理解异构硬件和软件平台的设计原则和实现机制。4.教学环节设计围绕教学重点和教学难点，综合应用课堂讲授与讨论、作业、课外实践、课外阅读等教学形式。1）讨论围绕不同内存器件特征进行性能评价指标的测试和分析。2）作业围绕内存性能评价的程序布置。3）课外实践学生通过运行主要的内存管理程序，并分析性能测试结果，将测试的结果应用于本章的课堂讨论。4）课外阅读阅读关于中国计算机存储系统发展历史的文献。第二章大数据存储系统组织结构1.教学目标1）了解典型支持查询服务的大数据存储结构；2）掌握大数据存储的基本结构、系统管理方法等，3）了解不同结构之间的联系和区别；本章教学支持课程目标1。2.教学重点1）大数据存储的结构框架和应用服务面向存储服务构建支持不同服务类型的数据架构，以典型布隆过滤器和R树为例，介绍数据架构和支持的查询服务功能，要求学生能深刻理解数据特征对组织结构的要求，理解存储系统的实现机制。2②）大数据存储系统的数据分析方法包括理解数据分析的主要功能、数据聚类方法、数据的哈希计算、数据检索方法。帮助学生掌握大数据存储系统环境中数据存储和管理的基本知识，了解学科发展前沿，掌握大数据存储系统环境中数据存储组织和数据管理的主要方法
2）计算机软硬件协同设计方法 了解计算机内存系统的层次结构，结合内存器件和软件缓存特点分析层次结 构的意义和软硬件协同工作的原理和实现技术。 3.教学难点 1）软硬件协同的接口理解异构硬件和软件平台的设计原则和实现机制。 4.教学环节设计 围绕教学重点和教学难点，综合应用课堂讲授与讨论、作业、课外实践、课 外阅读等教学形式。 1）讨论围绕不同内存器件特征进行性能评价指标的测试和分析。 2）作业围绕内存性能评价的程序布置。 3） 课外实践 学生通过运行主要的内存管理程序，并分析性能测试结果，将测试的结果应 用于本章的课堂讨论。 4） 课外阅读阅读关于中国计算机存储系统发展历史的文献。 第二章 大数据存储系统组织结构 1.教学目标 1） 了解典型支持查询服务的大数据存储结构； 2） 掌握大数据存储的基本结构、系统管理方法等； 3） 了解不同结构之间的联系和区别；本章教学支持课程目标 1。 2.教学重点 1）大数据存储的结构框架和应用服务 面向存储服务构建支持不同服务类型的数据架构，以典型布隆过滤器和 R 树 为例，介绍数据架构和支持的查询服务功能，要求学生能深刻理解数据特征对组 织结构的要求，理解存储系统的实现机制。 2）大数据存储系统的数据分析方法 包括理解数据分析的主要功能、数据聚类方法、数据的哈希计算、数据检索 方法。帮助学生掌握大数据存储系统环境中数据存储和管理的基本知识，了解学 科发展前沿，掌握大数据存储系统环境中数据存储组织和数据管理的主要方法
3.教学难点1）布隆过滤器准确率计算方法对布隆过滤器的结构进行数学理论分析、推导和求解。2)R树结构的范围查询服务方法理解R树的基本结构和高维度数据检索机制4.教学环节设计围绕教学重点和教学难点，综合应用课堂讲授与讨论、作业、课外实践、课外阅读等教学形式。1）讨论围绕不同内存数据组织结构进行性能评价指标的测试和分析。2）作业围绕数据组织结构进行性能测试和分析。3）课外实践学生通过分析主要的内存组织结构，并进行测试和分析，将测试的结果应用于本章的课堂讨论。4）课外阅读阅读关于数据组织结构的文献。第三章大数据存储系统实例分析1.教学目标1）了解典型支持大数据分析的对象存储系统2）掌握大数据存储系统中元数据管理的结构和管理方法，本章教学支持课程目标1。2.教学重点1）大数据存储系统实现方法以对象存储为例，详细介绍大数据存储系统的实现机制和开发方法，特别是围绕元数据的树型组织结构，在子树划分方面进行多种方法的比较分析，并讨论与相关方法和结构相适应的具体应用需求。2）大数据存储系统的操作执行流程理解存储管理系统的主要功能、系统的构建流程和主要方法、系统的可靠性分析、技术标准的一致性、管理平台的设计与维护、以及数据存储的优化方法
3.教学难点 1）布隆过滤器准确率计算方法对布隆过滤器的结构进行数学理论分析、推导 和求解。 2)R 树结构的范围查询服务方法理解 R 树的 基本结构和高维度数据检索机制 4.教学环节设计 围绕教学重点和教学难点，综合应用课堂讲授与讨论、作业、课外实践、课 外阅读等教学形式。 1） 讨论 围绕不同内存数据组织结构进行性能评价指标的测试和分析。 2） 作业围绕数据组织结构进行性能测试和分析。 3） 课外实践 学生通过分析主要的内存组织结构，并进行测试和分析，将测试的结果应用 于本章的课堂讨论。 4） 课外阅读阅读关于数据组织结构的文献。 第三章 大数据存储系统实例分析 1.教学目标 1） 了解典型支持大数据分析的对象存储系统； 2） 掌握大数据存储系统中元数据管理的结构和管理方法；本章教学支持课程 目标 1。 2.教学重点 1）大数据存储系统实现方法 以对象存储为例，详细介绍大数据存储系统的实现机制和开发方法，特别是 围绕元数据的树型组织结构，在子树划分方面进行多种方法的比较分析，并讨论 与相关方法和结构相适应的具体应用需求。 2）大数据存储系统的操作执行流程 理解存储管理系统的主要功能、系统的构建流程和主要方法、系统的可靠性 分析、技术标准的一致性、管理平台的设计与维护、以及数据存储的优化方法
3.教学难点1）元数据服务器子树划分方法对静态和动态子树划分机制进行理论分析和系统实现4.教学环节设计围绕教学重点和教学难点，综合应用课堂讲授与讨论、作业、课外实践、课外阅读等教学形式。1）讨论围绕不同存储实现机制进行性能评价指标的测试和分析。2）作业围绕子树划分机制进行讨论和分析。3）课外实践学生通过分析主要的大数据存储系统的框架结构和操作流程进行测试和分析将测试的结果应用于本章的课堂讨论。4）课外阅读阅读关于数据存储系统的文献。序号教学内容教学目标教学方式课程目标1.深刻理解云存储服务的概念和特点，2.熟悉具有代表性的开源对象存储系统；学生实验+现场讨实验基础知识3.掌握云服务研发所需基础工具环境，包括1目标2及工具平台论+教师Git版本管理，典型后端语言：golang、指导python和java，以及github或gitee程序托管平台使用方法。1.深刻理解对象存储系统的经典架构，学生实验2.实践对象存储系统的构建方法，包含独立+现场讨对象存储系统运行的对象存储服务端、客户端以及管理目标2目论+教师2构建标3监控程序；指导+检3.训练学生能对多种典型后端运行环境、工查具、环境进行分析和选择的能力。1.深刻理解对象存储系统工作原理；学生实验2.掌握标准对象存储协议及在网络应用中使+现场讨目标2目对象存储协议3用的方法；论+教师实践标33.初步探索扩展对象存储系统的方法，尝试指导+检查实现负载均衡
3.教学难点 1）元数据服务器子树划分方法对静态和动态子树划分机制进行理论分析和系 统实现 4.教学环节设计围绕教学重点和教学难点，综合应用课堂讲授与讨论、作业、 课外实践、课外阅读等教学形式。 1） 讨论 围绕不同存储实现机制进行性能评价指标的测试和分析。 2） 作业围绕子树划分机制进行讨论和分析。 3） 课外实践 学生通过分析主要的大数据存储系统的框架结构和操作流程进行测试和分析， 将测试的结果应用于本章的课堂讨论。 4） 课外阅读阅读关于数据存储系统的文献。 序号 教学内容 教学目标 教学方式 课程目标 1 实验基础知识 及工具平台 1.深刻理解云存储服务的概念和特点； 2.熟悉具有代表性的开源对象存储系统； 3.掌握云服务研发所需基础工具环境，包括 Git 版本管理，典型后端语言：golang、 python 和 java，以及 github 或 gitee 程序 托管平台使用方法。 学生实验 + 现场讨 论 +教师 指导 目标 2 2 对象存储系统 构建 1.深刻理解对象存储系统的经典架构； 2.实践对象存储系统的构建方法，包含独立 运行的对象存储服务端、客户端以及管理 监控程序； 3.训练学生能对多种典型后端运行环境、工 具、环境进行分析和选择的能力。 学生实验 + 现场讨 论 +教师 指导+ 检 查 目标 2 目 标 3 3 对象存储协议 实践 1.深刻理解对象存储系统工作原理； 2.掌握标准对象存储协议及在网络应用中使 用的方法； 3.初步探索扩展对象存储系统的方法，尝试 实现负载均衡。 学生实验 + 现场讨 论 +教师 指导+ 检 查 目标 2 目 标 3