Betriebssysteme & Middleware Curriculum (Bachelor) Fachgruppe Betriebssysteme und Middleware Masterarbeitsthemen

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1 Fachgruppe Betriebssysteme und Middleware Masterarbeitsthemen Prof. Dr. rer. nat. habil. Andreas Polze Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik an der Universität Potsdam Prof.-Dr.-Helmert-Str Potsdam, Germany Betriebssysteme & Middleware Curriculum (Bachelor) Betriebssysteme Middleware Systemeigenschaften Betriebssysteme I & II Programmiertechnik I & II Betriebssystemdienste & -administration Komponentenprogrammierung & Middleware (Vorlesung+Projekt) Komponenten im Einsatz.NET Ringvorlesung (Vorlesung+Projekt) Echzeitsysteme Aspekt-Orientierte Programmierung 2 Betriebssysteme & Middleware Curriculum (Master) Betriebssysteme Middleware Systemeigenschaften Betriebssysteme für Embedded Computing Server- Betriebssysteme Origins of Operating Systems Middleware und verteilte Systeme Konzepte der parallelen Programmierung Das Grid-Occam- Projekt 3 Verläßliche Systeme Cloud Computing (Industrieseminar) Distributed Control Lab (Projekt) Schwerpunkte in der Lehre Architektur von Standard-Betriebssystemen Windows, Mac OS X, BSD Unix, Solaris Architektur von komponenten-basierten, verteilten Systemen Konstruktion verteilter Systeme und Middleware-Plattformen CORBA, J2EE, COM+, und.net Web-Services Betriebssysteme für eingebettete und mobile Computer Windows CE,.NET Compact Framework Echtzeitbetriebssysteme (LynxOS, VxWorks, QNX) Paradigmen, Entwurfsmuster und Implementationstechniken Vorhersagbares Verhalten für komponenten-basierende, verteilte und eingebettete Systeme Performance, Fehlertoleranz und Echtzeitfähigkeit 4

2 Mainframe Computing Summit 2012 The Shifting Paradigm Mainframe PCs The Cloud PC1! Einige Themen: IBM System z Architecture (2) Instruktionssatz(Joachim von Buttlar, IBM) IBM System z Architecture (3) PC2! PC3! Hardware Software Middleware IBM Microsoft??? closed proprietary closed proprietary open standards, Web Services 5 6 Forschung OSM Labs Extending the reach of middleware Robert Wierschke Alexander Schacht Felix Eberhardt Paradigmen, Entwurfsmuster, Implementierungsstrategien Zeitverhalten, Sicherheit und Fehlertoleranz Uwe Hentschel Weitververteilte Systeme Eingebettete Systeme DCL Lab NINA Lab Kai Schliewenz Lysann Schlegel Daniel Richter Vorhersagbares Verhalten in heterogenen verteilten Systemen Dienstorientierte Grid-Computing-Umgebungen 7 Fontane Lab Theodor Heinze Erweiterung von Middleware für vorhersagbare Systeme Composite Objects - CORBA und Eingebettete Systeme verbinden Analytische Redundanz und Online-Ersetzung Dynamic (Re-) Konfiguration von Komponentensystemen LPAR, PR/SM, Virtualisierung (Joachim von Buttlar, IBM) IBM System z Architecture Intro, weiter mit Assembler Programmierung (Joachim von Buttlar, IBM) IBM System z Architecture Intro, weiter mit Assembler Programmierung (hands-on) (Joachim von Buttlar, IBM) Jan-Arne Sobania InstantLab Christian Neuhaus Andreas Grapentin FutureSOC Lab Peter Tröger Norman Höfler Franz Becker Lena Herscheid Fahad Khalid Frank Feinbube 8 Anton Gulenko Frank Schlegel Markus Götz Bernhard Rabe

3 Themen Service Computing 5,(678".9"+82)":.;+2,. 9<5.=>37?". A<B.C.A(D+2E.<6"+(734. Middleware Betriebssysteme A()G-.A232E-.A>$7):. G2:DI.<9.2?.J3:D(3DK(1. Eingebettete Systeme BE6"+2?"3D".OP+. B?1",,",.LK. /01$234"3. Microsoft Research MS Windows Group Beckhoff, ABB, Siemens PTD 9 10 OpenHPI.de! InstantLab WRK Experiments Virtualized Laboratory Virtualized Laboratory Virtualized Laboratory InstantLab work - login Persistent Storage Exp. Exp. Exp....! Workspace! Workspace! Workspace! Cloud Infrastructure WRK Repository Exp InstantLab Manager 11 12

4 InstantLab work experiment selection Betriebssystem-Themen (InstantLab) Minix-Distribution Experimente auf Minix im InstantLab Bereitstellen eines -Images (download) Anpassen von GNU-Software für Minix Threads im Betriebssystem; POSIX Systemaufrufe Mach im InstantLab Darwin-Kernel Experimente: Speicherverwaltung, Interprozeßkommunikation GNUstep im InstantLab OpenS Versionierendes Dateisystem demonstrieren Implementierung von Versionierung im aktuellen Linux-Kernel InstantLab & Cloud Computing (CN) Durchsuchbare Verschlüsselung für Cloud-Daten (CN) Herausforderung: Cloud-Ressourcen kosten Geld Welche Benutzer dürfen welche Ressourcen nutzen? Ansatz: Reputations-System für Zugriffskontrolle Frage: Wie gut erkennt dieses System die gewünschten Nutzer? Kontext: Neugeborenen-Hörscreening in Berlin Daten sollen sicher auf Cloud-Speichern abgelegt werden Verschlüsselung verhindert Suche auf den Daten Ansätze: Secure Function Evaluation vs. Searchable Encryption Thema für Masterarbeit: Aufbau und Evaluation eines Reputationssystems für InstantLab Identifikation von Bewertungskriterien und Auswertungsstrategien Evaluation des Systems durch Simulation von Benutzerverhalten Thema für Masterarbeit: Auswahl und Vergleich von zwei geeigneten Verfahren Threat-Modelle für beide Verfahren: Abschätzung von Angriffsvektoren auf Datenvertraulichkeit Prototypische Implementierung Geschwindigkeits-Messungen für beide Verfahren

5 Distributed Control Lab Prozesssteuerung & Robotik Distributed Control Lab Forschungsthemen Rekonfiguration von Systemen, redundante Ausführung Dynamische System-Aktualisierung FreeRTOS minimales Echtzeitbetriebssystem Experimente mit Embedded Boards Atmel, AVR Szenarien Lego NXT 3 Carrera Autorennbahn (D132) Protokoll analysieren Konvoifahren Schnellste Runde Eigener Digital-Controller Beschleunigungssensor Bluetooth Kommunikation Vision 19 20

6 Volvos Vision... Carrera Digitalprotokoll ein Einstieg Alle 7,5 ms kommt ein Datenwort. Es gibt 10 verschiedene Datenworte die sich ständig wiederholen. Ein Datenwort wird alle 75ms neu gesendet (13 Hz) 21 Bei den Datenworten handelt es sich um serielle Datenworte im Manchester Code. Die Baudrate beträgt nominal 10 kbaud. D.h. die Bits wechseln alle 100!s. Beim Manchester Code gibt der Zustand vor dem relevanten Flankenwechsel den Wert an. Das erste Bit ist ein Startbit. Die Anzahl der Datenbits ist je nach Datenwort unterschiedlich. Es gibt Datenworte mit 7, 9 und 12 Datenbits. Es gibt kein Stopbit. 22 Ideen Verlässlichkeit und Parallelisierung Laufende Masterarbeiten (PT) Einfach: Automatisch fahren: Regler durch D/A-Wandler bedienen Lichtschranken im Slot zur Positionserkennung Komplex: Protokoll verstehen, Steuerworte generieren, Sensoren im Fahrzeug berücksichtigen Blinkende Lichter, Abstandssensoren Beschleunigungssensoren Reglerdatenwort: 1 R2 R1 R0 SW G3 G2 G1 G0 TA! Das Datenpaket teilt den Autos mit mit welcher Geschwindigkeit sie fahren sollen, ob der Spurwechseltaster am Regler gedrückt ist oder nicht und ob der Benzinstand aktiviert ist. Es werden immer Datenworte für alle Regler gesendet unabängig davon welche Regler wirklich angeschlossen sind. 1 "Startbit "" R2 R1 R0 "Adresse des Reglers (0-5). MSB "" SW "Spurwechseltaste. Wird 0 wenn die Taste gedrückt ist. "" G3 G2 G1 G0"Geschwindigkeit (0-15) MSB "" TA "Ist 1, wenn der Benzinstand aktiviert ist.! 23 slotbaer.de Task-Core-Mapping in HPC-Anwendungen (Stefan Klauck, mit FZ Jülich) Analyse von Anomalie-Signalen aus Log-Daten (Norman Höfler) Schleifenparallelisierung für verteilte Anwendungen (Markus Götz) Analyse von unvollständigen Fehlerbäumen mit Fuzzy Logik (Franz Becker) Analyse von Fehlerbäumen mit Petri-Netzen (Lena Herscheid) 24

7 HP Matrix Operating Environment Verlässlichkeit und Parallelisierung Zukünftige Masterarbeiten (PT) Erfassung von Infrastrukturinformationen zur Verlässlichkeitsanalyse HP Matrix Operating Environment Windows WMI / Nagios / Zattoo Ableitung von Verlässlichkeitsmodellen aus UML- Diagrammen Security-Analyse durch Verlässlichkeitsmodellierung Parallel & Hybrid Computing (FF) Kooperationen OpenCL Model ++ BSP, LOGP, do not represent state-of-the-art HW Hardware Model that represents SMD, GPUs, SCC, NUMA, L4 auf K20 Nvidia Keppler Architectur enables thread spawn and malloc" Write microkernel for K20 GPU Parallel Algorithms on K20 Evolution of Real-Time Multi-Core Scheduling Priorization Schemes Extending auto-tuning frameworks for small loads EU-Projekte Adaptive Services Grid Leonardo Da Vinci Deutsche Post IT-Solutions AOP Eingebettete Systeme Microsoft / Microsoft Research Micro.NET, Phoenix Windows Research Kernel Curriculum Research Kit Hewlett-Packard, IBM Server Computing Summit Fontane-Projekt BMBF Bachelorprojekte DaimlerChrysler Research Siemens AG Beckhoff Software AG 28 30

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