Course map and syllabusخريطة المقرر والخطة الدراسية

Start from the question this lecture ends on. A client sends images to a pipeline that resizes each image, detects objects and draws bounding boxes. Where should each step run: on the client device, on a nearby edge box, on a fog node or in a distant cloud data center? And which latency number backs that choice? The last part of this lecture builds exactly that answer, and every idea before it supplies one piece.

ابدأ من السؤال الذي تنتهي به هذه المحاضرة. يرسل عميل صورًا إلى خط معالجة (pipeline) يغيّر حجم كل صورة، ويكتشف الأجسام فيها، ثم يرسم حولها مربعات تحديد (bounding boxes). أين يجب أن تعمل كل خطوة: على جهاز العميل، أم على جهاز حافة (edge) قريب، أم على عقدة ضباب (fog)، أم في مركز بيانات سحابي بعيد؟ وما رقم زمن الاستجابة (latency) الذي يبرر هذا الاختيار؟ الجزء الأخير من المحاضرة يبني هذه الإجابة بالضبط، وكل فكرة قبله تقدّم قطعة منها.

The outline looks like a list, but read it as a chain in which each item answers a question the previous one raises. Take the running example of the lecture, a lamp you switch on from a web browser. To build it you first need a model of the system: which parts exist and who talks to whom. That model immediately asks how bytes move between machines, which is the job of the TCP/IP stack. Moving bytes is not enough; the browser and the lamp need a shared language for asking something to happen, and that language is HTTP. Your code then needs a programming interface for sending and receiving over the network, the socket. With those in place you can write an actual application, with a frontend in the browser and a backend on a server.

تبدو خطة المحاضرة كقائمة، لكن اقرأها كسلسلة يجيب فيها كل بند عن سؤال يطرحه البند الذي قبله. خذ المثال الذي ترافقنا به المحاضرة: مصباح تشغّله من متصفح الويب. لكي تبنيه تحتاج أولًا إلى نموذج للنظام: ما الأجزاء الموجودة ومن يتواصل مع من. هذا النموذج يطرح فورًا سؤال كيف تنتقل البايتات بين الأجهزة، وهذه مهمة TCP/IP stack. لكن نقل البايتات لا يكفي، فالمتصفح والمصباح يحتاجان إلى لغة مشتركة لطلب تنفيذ شيء ما، وهذه اللغة هي HTTP. بعد ذلك يحتاج الكود إلى واجهة برمجية للإرسال والاستقبال عبر الشبكة، وهي socket. وعندما تتوفر هذه كلها يمكنك كتابة تطبيق فعلي، له واجهة أمامية frontend في المتصفح وواجهة خلفية backend على خادم.

Only now can you ask the question the course is named after: where should that server run? The range of places between a device and the cloud where computation can live is the edge-to-cloud (E2C) continuum. The tool for choosing a place on it is the latency budget, the ceiling τ that a request's end-to-end response time must stay under. Placement is a latency decision, and latency comes from the network, which is why the lecture cannot skip the networking material to get to the interesting part faster.

الآن فقط يمكنك أن تسأل السؤال الذي سُمّي المقرر باسمه: أين يجب أن يعمل هذا الخادم؟ المدى الممتد من الجهاز إلى السحابة، بكل الأماكن التي يمكن أن تجري فيها الحوسبة، هو edge-to-cloud (E2C) continuum (متصل الحافة إلى السحابة). والأداة التي نختار بها مكانًا عليه هي latency budget (ميزانية زمن الاستجابة)، أي الحد الأعلى τ الذي يجب أن يبقى زمن الاستجابة الكلي للطلب من طرف إلى طرف دونه. اختيار المكان قرار يتعلق بزمن الاستجابة، وزمن الاستجابة مصدره الشبكة، ولهذا لا تستطيع المحاضرة أن تتخطى مادة الشبكات لتصل أسرع إلى الجزء المثير.

A syllabus is a contract about scope: it tells you what can appear in exams and what counts as fair ground for your research project. COE 558 has two versions of that contract, and knowing both saves you from picking a project topic that is too narrow.

توصيف المقرر (syllabus) عقد حول النطاق: يخبرك بما يمكن أن يأتي في الامتحانات، وبما يُعدّ مجالًا مقبولًا لمشروعك البحثي. لمقرر COE 558 نسختان من هذا العقد، ومعرفة الاثنتين تحميك من اختيار موضوع مشروع ضيق أكثر من اللازم.

The slides describe what is taught this term. The official KFUPM catalog entry is the formal scope: it lists COE 558 as 3-0-3 (three lecture hours, no lab, three credits) with Graduate Standing as the prerequisite, and its description is broader than the nine topics taught in class.

الشرائح تصف ما يُدرَّس في هذا الفصل. أما مدخل المقرر في الدليل الرسمي لجامعة KFUPM فهو النطاق الرسمي: يذكر COE 558 بصيغة 3-0-3 (ثلاث ساعات محاضرة، بلا معمل، ثلاث ساعات معتمدة)، ومتطلبه السابق هو القيد في الدراسات العليا (Graduate Standing)، ووصفه أوسع من المواضيع التسعة التي تُدرَّس في الصف.

The practical rule: study the taught topics for exams, but when you pick a research topic, anything in either list is in scope. Storage models and big-data frameworks get only one short line in class, yet they are rich research areas.

القاعدة العملية: ذاكر المواضيع المُدرَّسة للامتحانات، لكن عندما تختار موضوعًا بحثيًا فأي شيء في أي من القائمتين داخل النطاق. نماذج التخزين وأطر البيانات الضخمة لا تأخذ في الصف إلا سطرًا قصيرًا واحدًا، ومع ذلك فهي مجالات بحثية غنية.

The foundations: three questions about the same applicationالأساسيات: ثلاثة أسئلة عن التطبيق نفسه

The nine topics split into two blocks. The first three are the foundations, and they read as three questions about the lamp application from the lecture arc.

تنقسم المواضيع التسعة إلى كتلتين. الثلاثة الأولى هي الأساسيات، ويمكن قراءتها كثلاثة أسئلة عن تطبيق المصباح الذي رأيناه في تسلسل المحاضرة.

1. How do things communicate? Topic 1, this lecture: the TCP/IP stack, client and server roles, sockets, frontend and backend, and how latency shapes a web service on the edge-to-cloud continuum.كيف تتواصل الأشياء؟ الموضوع 1، وهو هذه المحاضرة: TCP/IP stack، ودورا العميل client والخادم server، وsockets، والواجهة الأمامية frontend والخلفية backend، وكيف يؤثر زمن الاستجابة latency في خدمة ويب على edge-to-cloud continuum.
2. Where can it run, and how is it packaged? Topic 2: system thinking applied to the edge, fog and cloud layers, then virtualization: virtual machines, hypervisors and Docker containers.أين يمكن أن يعمل، وكيف يُغلَّف؟ الموضوع 2: التفكير المنظومي system thinking مطبقًا على طبقات الحافة edge والضباب fog والسحابة cloud، ثم الافتراضية (virtualization): الأجهزة الافتراضية (virtual machines) ومراقبات الأجهزة الافتراضية (hypervisors) وحاويات Docker.
3. Where should it run? Topic 3: what makes something a cloud, what edge computing adds, and when to combine both.أين يجب أن يعمل؟ الموضوع 3: ما الذي يجعل الشيء سحابة، وما الذي تضيفه حوسبة الحافة (edge computing)، ومتى نجمع بينهما.

Packaging is the first place the course gets concrete. Docker's own documentation gives three short definitions worth memorizing now. An image is a read-only template with instructions for creating a container. A container is a runnable instance of an image. A registry stores images, and Docker Hub is a public registry. A virtual machine, by contrast, runs a whole guest operating system on virtualized hardware managed by a hypervisor, which is why containers are said to deploy faster. Treat that claim as a simplification. Docker says a container is relatively well isolated by default, but containers share the host kernel while each VM runs its own, so faster startup comes with weaker isolation than a VM, a trade-off you will study in topic 2.

التغليف هو أول موضع يصبح فيه المقرر ملموسًا. توثيق Docker نفسه يعطي ثلاثة تعريفات قصيرة تستحق الحفظ من الآن. الصورة (image) قالب للقراءة فقط يحتوي تعليمات إنشاء حاوية. والحاوية (container) نسخة قابلة للتشغيل من صورة. والسجل (registry) يخزّن الصور، وDocker Hub سجل عام. أما الجهاز الافتراضي (VM) فيشغّل نظام تشغيل ضيفًا كاملًا على عتاد افتراضي يديره hypervisor، ولهذا يقال إن الحاويات أسرع في النشر. تعامل مع هذا الادعاء على أنه تبسيط. يقول Docker إن الحاوية معزولة بشكل جيد نسبيًا افتراضيًا، لكن الحاويات تتشارك نواة (kernel) المضيف بينما يشغّل كل VM نواته الخاصة، لذلك يأتي الإقلاع الأسرع مع عزل أضعف من عزل الجهاز الافتراضي، وهذه مقايضة ستدرسها في الموضوع 2.

Once something is packaged, the next question is what it means to run it in a cloud. The standard definition comes from NIST Special Publication 800-145. It names five essential characteristics: on-demand self-service, broad network access, resource pooling, rapid elasticity and measured service. The course emphasizes self-service, scalability and elasticity. NIST describes rapid elasticity as capabilities that can be elastically provisioned and released, in some cases automatically, to scale rapidly outward and inward commensurate with demand.

بعد أن يُغلَّف الشيء، يأتي السؤال التالي: ماذا يعني أن تشغّله في سحابة؟ التعريف المعياري مأخوذ من منشور NIST الخاص رقم 800-145. يذكر خمس خصائص أساسية: الخدمة الذاتية عند الطلب (on-demand self-service)، والوصول الواسع عبر الشبكة (broad network access)، وتجميع الموارد (resource pooling)، والمرونة السريعة (rapid elasticity)، والخدمة المقاسة (measured service). المقرر يركز على الخدمة الذاتية وقابلية التوسع (scalability) والمرونة (elasticity). وتصف NIST المرونة السريعة بأنها قدرات يمكن توفيرها وتحريرها بمرونة، وتلقائيًا في بعض الحالات، لتتوسع بسرعة إلى الخارج وتنكمش إلى الداخل بما يتناسب مع الطلب.

Build and operate: the remaining six topicsالبناء والتشغيل: المواضيع الستة الباقية

With the foundations in place, the other six topics move from understanding to building and operating real services. In order: what you rent from a provider (service and deployment models), a real open-source cloud you can run yourself (OpenStack), how services talk to each other (HTTP, REST and JSON through a Web API), how to run them at scale (containers, orchestration, monitoring), how to handle data at Internet scale, and how to keep all of it secure.

بعد أن تستقر الأساسيات، تنتقل المواضيع الستة الأخرى من الفهم إلى بناء خدمات حقيقية وتشغيلها. وهي بالترتيب: ما الذي تستأجره من المزوّد (نماذج الخدمة ونماذج النشر)، وسحابة حقيقية مفتوحة المصدر يمكنك تشغيلها بنفسك (OpenStack)، وكيف تتواصل الخدمات مع بعضها (HTTP وREST وJSON عبر web API)، وكيف تُشغَّل على نطاق واسع (الحاويات والتنسيق orchestration والمراقبة monitoring)، وكيف تُعالَج البيانات على نطاق الإنترنت، وكيف يُحافَظ على أمان ذلك كله.

The thread running through them is the service. Service-oriented architecture builds an application from separate services that talk over the network. Microservices push that idea further: many small services, each deployed on its own. REST (REpresentational State Transfer, capitalized to spell out the acronym) is the usual way those services expose a web API: each thing is a resource with a URL, and clients act on it with standard HTTP methods such as GET and POST.

الخيط الذي يجمعها هو الخدمة. المعمارية الموجهة بالخدمات (service-oriented architecture) تبني التطبيق من خدمات منفصلة تتواصل عبر الشبكة. والخدمات المصغّرة (microservices) تدفع الفكرة أبعد: خدمات صغيرة كثيرة، تُنشر كل منها مستقلة. وREST (REpresentational State Transfer، والأحرف الكبيرة فيها تكوّن الاختصار) هي الطريقة المعتادة التي تعرض بها هذه الخدمات web API: كل شيء مورد (resource) له URL، ويتعامل معه العملاء بطرق HTTP القياسية مثل GET وPOST.

What you rent determines how much of that service stack is yours to manage. NIST defines three service models. With Infrastructure as a Service you rent virtual machines, storage and networks and manage everything above them. With Platform as a Service you deploy your code onto a managed runtime. With Software as a Service you simply use a finished application. NIST also defines four deployment models, which describe who the cloud is for: private, community, public and hybrid.

ما تستأجره يحدد مقدار ما يقع عليك إدارته من طبقات الخدمة. تعرّف NIST ثلاثة نماذج خدمة. في البنية التحتية كخدمة (Infrastructure as a Service) تستأجر أجهزة افتراضية وتخزينًا وشبكات وتدير كل ما فوقها. وفي المنصة كخدمة (Platform as a Service) تنشر كودك على بيئة تشغيل مُدارة. وفي البرمجيات كخدمة (Software as a Service) تستخدم تطبيقًا جاهزًا فحسب. وتعرّف NIST أيضًا أربعة نماذج نشر تصف لمن تكون السحابة: خاصة (private)، ومجتمعية (community)، وعامة (public)، وهجينة (hybrid).

OpenStack makes those models tangible: it is an open-source platform for building your own cloud, assembled from separate services that talk to each other through APIs. In other words, it is itself a service-oriented system. The course names four of its services, and the official documentation describes each in one line.

يجعل OpenStack هذه النماذج ملموسة: هو منصة مفتوحة المصدر لبناء سحابتك الخاصة، مركّبة من خدمات منفصلة تتواصل فيما بينها عبر APIs. بعبارة أخرى، هو نفسه نظام موجّه بالخدمات. يذكر المقرر أربعًا من خدماته، والتوثيق الرسمي يصف كل واحدة منها في سطر.

Where the scope meets your projectحيث يلتقي نطاق المقرر بمشروعك

Two of the build-and-operate items connect straight back to the placement problem at the end of this lecture. Client-service interaction for cloud and edge deployments is about requests crossing the continuum, and end-to-end processing pipelines are chains of steps that can each run in a different place (a service pipeline). Deciding which step runs on the edge and which in the cloud, under a latency limit, is a natural research direction, for example latency-aware task placement. Start a list of candidate topics now; the next concept explains why that list needs to exist in week one.

بندان من بنود البناء والتشغيل يرتبطان مباشرة بمشكلة اختيار المكان في نهاية هذه المحاضرة. التفاعل بين العميل والخدمة في عمليات النشر على السحابة والحافة يدور حول طلبات تعبر المتصل (continuum)، وخطوط المعالجة من طرف إلى طرف هي سلاسل من الخطوات يمكن أن تعمل كل منها في مكان مختلف (service pipeline). تحديد أي خطوة تعمل على الحافة edge وأيها في السحابة cloud، تحت حد لزمن الاستجابة، اتجاه بحثي طبيعي، مثل توزيع المهام مع مراعاة زمن الاستجابة (latency-aware task placement). ابدأ الآن قائمة بالمواضيع المرشحة، فالمفهوم التالي يشرح لماذا يجب أن تكون هذه القائمة موجودة في الأسبوع الأول.

Start with the numbers, because they decide how you should spend your semester. The course has five assessments, and the research project inside them is split into three components.

ابدأ بالأرقام، لأنها تحدد كيف يجب أن تقضي فصلك الدراسي. في المقرر خمسة تقييمات، والمشروع البحثي من بينها مقسّم إلى ثلاثة مكونات.

Read the rubric as a pipelineاقرأ معايير التقييم كخط متتابع

The three project components are graded separately, but they work best as stages of one pipeline, much like the image pipeline this lecture ends on: each stage consumes the output of the one before it.

تُقيَّم مكونات المشروع الثلاثة كلٌّ على حدة، لكنها تنجح أكثر عندما تعمل كمراحل في خط واحد (pipeline)، يشبه خط معالجة الصور الذي تنتهي به هذه المحاضرة: كل مرحلة تستهلك مخرجات المرحلة التي قبلها.

• Reviews and critiques (8%). Critical reading, identifying a research gap (a question or setting existing papers leave open), analysing the methodology, weighing strengths and weaknesses, and finally proposing an initial research question. The question is the output of this stage.المراجعات والنقد (8%). القراءة النقدية، وتحديد فجوة بحثية (سؤال أو بيئة تتركها الأوراق الموجودة مفتوحة)، وتحليل المنهجية، ووزن نقاط القوة والضعف، ثم أخيرًا اقتراح سؤال بحثي أولي. السؤال هو مخرج هذه المرحلة.
• Seminar (7%). Technical understanding, presentation quality, critical discussion and Q&A. You are graded on whether you can defend a paper under questions, not only summarize it, so present a paper close to your research question.السمينار (7%). الفهم التقني، وجودة العرض، والنقاش النقدي، والأسئلة والأجوبة. تُقيَّم على قدرتك على الدفاع عن ورقة تحت الأسئلة، لا على تلخيصها فقط، لذلك اعرض ورقة قريبة من سؤالك البحثي.
• Final research study (20%). Problem formulation, literature review, proposed methodology, implementation or simulation, results and the final report. That is months of work, not the last two weeks.الدراسة البحثية النهائية (20%). صياغة المشكلة، ومراجعة الأدبيات، والمنهجية المقترحة، والتنفيذ أو المحاكاة، والنتائج، والتقرير النهائي. هذا عمل شهور، لا عمل الأسبوعين الأخيرين.

Feeding the pipeline: reading papers in three passesتغذية الخط: قراءة الأوراق على ثلاث مراحل

The first stage only works if you can read many papers without drowning in them. S. Keshav's widely used method reads a paper in up to three passes, each deeper than the last, so you spend real time only on the papers that earn it. The first pass takes about 5 to 10 minutes: title, abstract, introduction, section headings and conclusions. It should let you answer the five Cs: category, context, correctness, contributions and clarity. The second pass takes up to an hour: read carefully, skip proofs, study the figures and mark references you have not read.

المرحلة الأولى لا تنجح إلا إذا استطعت قراءة أوراق كثيرة دون أن تغرق فيها. طريقة S. Keshav واسعة الانتشار تقرأ الورقة على ثلاث مراحل (passes) كحد أقصى، كل منها أعمق من سابقتها، فلا تنفق وقتًا حقيقيًا إلا على الأوراق التي تستحقه. المرحلة الأولى تستغرق نحو 5 إلى 10 دقائق: العنوان، والملخص، والمقدمة، وعناوين الأقسام، والخلاصة. ويجب أن تمكّنك من الإجابة عن الأسئلة الخمسة (five Cs): الفئة (category)، والسياق (context)، والصحة (correctness)، والإسهامات (contributions)، والوضوح (clarity). والمرحلة الثانية تستغرق حتى ساعة: اقرأ بعناية، وتخطَّ البراهين، وادرس الأشكال، وعلّم المراجع التي لم تقرأها.

The third pass means virtually re-implementing the paper, making the same assumptions and recreating the work in your head. Keshav estimates about four or five hours for beginners and about an hour for an experienced reader. By the end you can name implicit assumptions and weak points, which is exactly what the critique rubric asks for. For a literature survey he suggests finding three to five recent papers, reading their related-work sections, then following the citations and venues they share.

المرحلة الثالثة تعني إعادة تنفيذ الورقة افتراضيًا: تأخذ الافتراضات نفسها وتعيد بناء العمل في ذهنك. يقدّر Keshav أنها تستغرق نحو أربع أو خمس ساعات للمبتدئ، ونحو ساعة للقارئ المتمرس. في نهايتها تستطيع تسمية الافتراضات الضمنية ونقاط الضعف، وهذا بالضبط ما تطلبه معايير تقييم المراجعة النقدية. ولمسح الأدبيات (literature survey) يقترح أن تجد ثلاث إلى خمس أوراق حديثة، وتقرأ أقسام الأعمال ذات الصلة (related work) فيها، ثم تتبع الاستشهادات وأماكن النشر المشتركة بينها.

Protecting the pipeline: office hoursحماية الخط: الساعات المكتبية

A pipeline is only as good as its earliest decisions, and in a research project the expensive ones are scope and method. A concept you did not follow can be re-read here. A research question that is too broad, or a methodology the instructor considers infeasible, costs weeks if you discover it at the seminar. That is what office hours are for.

جودة أي خط متتابع تتوقف على قراراته الأولى، وفي المشروع البحثي القرارات المكلفة هي النطاق والمنهج. المفهوم الذي لم تفهمه يمكنك أن تعيد قراءته هنا. أما سؤال بحثي واسع أكثر من اللازم، أو منهجية يراها المحاضر غير قابلة للتنفيذ، فيكلفك أسابيع إذا اكتشفته في السمينار. لهذا وُجدت الساعات المكتبية.

The venue is written as Building #24 244, which reads as Building 24, Room 244. If you are unsure on the first day, check the room number on the registrar schedule.

القاعة مكتوبة بصيغة Building #24 244، وتُقرأ: المبنى 24، الغرفة 244. إذا لم تكن متأكدًا في اليوم الأول، فتحقق من رقم الغرفة في جدول عمادة القبول والتسجيل.