Ce cours présente les principaux fondamentaux des systèmes distribués tels que le réseau informatique, horloges, les modèles de tolérance aux pannes, coordination, la réplication et les transactions. Le cours vise aussi à introduire les principes avancés de systèmes distribués, tels que les patrons pour le traitement de données massives (p. ex. MapReduce), les réseaux pair à pair et décentralisés, et les notions de cohérence, de disponibilité et de tolérance au partitionnement. Les systèmes distribués à grande échelle pour données massives seront utilisés à titre d’exemple.

Au terme de ce cours, l'étudiant sera en mesure :

• de démontrer l’impact des principaux mécanismes de systèmes distribués en fonction de la variété de modèles de systèmes distribués et de pannes;
• d'analyser et concevoir des systèmes distribués selon les exigences fonctionnelles et non fonctionnelles requises;
• de concevoir et implémenter des méthodes de réplication, tolérance aux pannes, coordination dans les systèmes distribués.

Séances de laboratoire axées sur la mise en œuvre de projets permettant d'implémenter les mécanismes de base des systèmes distribués, tel que la réplication, la coordination, et la tolérance aux pannes.

• Concevoir et implémenter des architectures de systèmes distribués
• Appliquer des principes fondamentaux pour le développement de systèmes distribués
• Comprendre les propriétés des composantes utilisées dans la conception de systèmes distribués (horloges, consensus, etc.)
• Apprécier les défis liés à l'entretien de systèmes à grande échelle (pannes de réseaux et de machines, concurrence, etc.)
• Étudier des concepts avancés pour des systèmes spécialisés (Big Data, Chaîne de blocs, etc.)

Les objectifs seront atteints par un enseignement sous la forme d'un cours magistral, à raison de trois (3) heures par semaine pendant treize (13) semaines. La participation active des étudiant(e)s sera sollicitée via divers exercices en classe durant les cours. Les concepts vus en classe seront mis en application par l’intermédiaire de douze (12) séances de laboratoires de deux (2) heures chacune.

Au moins la première partie du cours se fera en-ligne. Nous allons adopter la formule "classe hybride", avec des leçons vidéo hebdomadaires, ainsi qu'une séance en-ligne (par Zoom) une fois par mois. L'accès à un ordinateur ainsi que l'Internet maison est donc obligatoire pour prendre ce cours.

La matière ne sera pas nécessairement présentée dans cet ordre. Toutefois, l’ensemble des sujets sera présenté dans le cadre de ce cours. Les heures sont des heures approximatives d’enseignement pour chaque sujet et incluent le temps alloué à l’examen intra-trimestriel et à la revue pour l'examen final.

1.  Fondements (7 heures)

• Introduction aux systèmes distribués
• Caractéristiques des systèmes distribués
• Cas d'étude: BigTable, Hbase, Cassandra, Spanner
• Théorème de CAP

2.  Synchronisation de temps (7 heures)

• Horloge physique
• Temps logique

3. Coordination de processus (8.5 heures)

• Exclusion mutuelle et élection de leader
• Algorithmes de consensus: Paxos, Raft

4.  Partage de données (9.5 heures)

• Réplication
• Modèles de cohérences
• Système de fichiers distribué: GFS

7. Chaînes de blocs (7 heures)

• Problème des généraux byzantins
• Cryptographie asymétrique, arbre de Merkle
• Plateformes: Bitcoin, Ethereum, Hyperledger Fabric

Les laboratoires sont développés en langages C/C++ ou JAVA dans un environnement Posix ou Windows.

L'étudiant(e) doit avoir une moyenne d'au moins 50% dans les travaux individuels (intra et final) afin de réussir le cours. Cette condition est nécessaire mais non suffisante.

Les deux (2) examens sont sans documentation et seule une calculatrice non programmable est permise. Cette condition peut changer si les examens sont réalisés en ligne.

Les trois (3) laboratoires sont réalisés obligatoirement en équipe de trois (3) à quatre (4) étudiant(e)s.

Veuillez respecter la procédure de remise, de même que les échéances fixées :

Retard de moins de 24 heures : perte de 10 %;
Retard de plus de 24 heures, mais moins de 48 heures: perte de 20 %;
Retard de plus de 48 heures, mais moins de 72 heures: perte de 30 %;
Retard de plus de 72 heures: perte de 100 %.

Le règlement sur le plagiat et fraude s'applique aussi sur tout examen qui sera fait en ligne.

Manuels de cours (disponible en ligne):

Coulouris, G., J. Dollimore et T. Kindberg. Distributed Systems – Concepts and Designs, 5th edition, Addison-Wesley, 2012. (CKDB)
Tanenbaum, A., van Steen, M. Distributed Systems: Principles and Paradigms. Prentice Hall International, 2001. (TS)

Tout autre matériel sera fourni en ligne à chaque semaine.

Ce cours utilise la plateforme Moodle pour toute communication durant le semestre. Les élèves pourront aussi utiliser Moodle pour poser des questions à l'enseignant.

YouTube sera utilisé pour les enregistrements vidéo, et Zoom sera utilisé pour les séances en ligne.