Advanced Operating Systems

Transkript

1 - Advanced Operating Systems Hans-Albrecht Schindler Wintersemester 2014/15 4. in Betriebssystemen: (Versuch eines) Rezeptbuch (s) und Zusammenfassung CSI Technische Universität Ilmenau

2 Zuvor: Diskussionsblatt aos-zf1 4.1 Allgemeines Funktionale und nichtfunktionale (siehe Kapitel 3.1) Funktionale beschreiben, was ein Software-Produkt tun soll. beschreiben, welche das Produkt haben soll, d.h. wie seine Funktion(en) realisiert sein sollen. können unterteilt werden in Ausführungseigenschaften (zur Laufzeit sichtbar) und Evolutionseigenschaften (bei Erweiterung, Wartung, Test usw. sichtbar) 4 NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.1 Allgemeines Funktionale ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-2

3 Besprochen wurden insbesondere die n : 1. Performanz 2. Echtzeitfähigkeit 3. Sparsamkeit 4. IT-Sicherheit (Security) 5. Skalierbarkeit 6. Verlässlichkeit (Dependability) mit ihren Untereigenschaften (Attributen) Verfügbarkeit Zuverlässigkeit Sicherheit (Safety) Integrität Wartbarkeit (Maintainability) Ohne eigenes (Haupt-)Kapitel spielten auch die folgenden NFEs eine Rolle: 7. Adaptivität 8. Robustheit 9. Korrektheit 4 NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.1 Allgemeines ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-3

4 Im folgenden sollen noch einmal wiederholend (bzw. ggf. erstmals) Definitionen der genannten nichtfunktionalen gegeben werden. Wichtigstes Anliegen ist jedoch, Hinweise dafür zu geben, wie diese bei Betriebssystemen realisiert werden können ( Rezeptbuch ). Dabei wird auf die Vorlesungskapitel verwiesen, in denen entsprechende Fakten besprochen wurden, bzw. es sollen auch bisher nicht behandelte Dinge nach Möglichkeit mit Literaturverweis eingefügt werden. 4 NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.1 Allgemeines ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-4

5 Zuvor: Diskussionsblatt aos-zf2 4.2 Echtzeitfähigkeit... ist die Fähigkeit eines Systems auf einen Input (Erregung) innerhalb eines spezifizierten Zeitintervalls eine geeignete Reaktion hervorzubringen. Wichtigstes Merkmal ist dabei eine so genannte Frist (deadline, due time), die korrektes Systemverhalten von inkorrektem trennt. System verhält sich korrekt Input Output System verhält sich fehlerhaft Frist d Zeitintervall Δt Maximales Zeitintervall Δt Zeit: t 4 NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.2 Echtzeitfähigkeit ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-5

6 Maßnahmen zur Realisierung von Echtzeit-Betriebssystemen: u u u Verwendung von Scheduling-Algorithmen für Prozessoren, die mit Fristen umgehen können (d.h. sog. Echtzeit-Scheduling-Algorithmen) Echtzeitfähige Primär-Speicherverwaltung (bei virtueller Speicher- Verwaltung sollten mindestens zeitkritische Seiten im Speicher festgehalten werden können). Echtzeitfähige Sekundärspeicherverwaltung: Insbesondere z.b. zum Betrieb von Multimedia-Servern sind reine EDF-Scheduling-Strategien zur Fristeinhaltung wegen des geringen Durchsatzes nicht ausreichend, sie müssen mit anderen Strategien kombiniert werden (z.b. SCAN; SSTF u.a.) 4 NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.2 Echtzeitfähigkeit ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-6

7 Maßnahmen zur Realisierung von Echtzeit-Betriebssystemen: u u Echtzeitfähige Interrupt-Behandlung Da Interrupt-Routinen unterschiedliche Bearbeitungsdauern besitzen und in unregelmäßiger Folge auftreten können, darf die Interrupt-Bearbeitung nicht wie bei Nicht-Echtzeit-Betriebssystemen unmittelbar nach Ankunft eines Interrupts erfolgen, da dies ebenfalls zu Fristüberschreitungen auch bei korrekter Planung der Prozesse führen kann. Statt dessen sind Interrupts zunächst nur zu registrieren, ihre Bearbeitung muss dann über den Scheduler mit eingeplant werden. Verhinderung von Proritätsumkehr Durch den Konflikt zwischen dem Konzept kritischer Abschnitt und den Konzepten Prozess-Prioritäten und Verdrängung kann es zu so genannter Prioritätsumkehr kommen, wodurch ein hoch priorisierter Prozess in seiner Abarbeitung stark verzögert werden kann. Dies ist durch geeignete zusätzliche Maßnahmen zu verhindern, z.b. durch das Priority-Inheritance-Protokoll (PIP), das Priority-Ceiling-Protokoll (PCP) u.a. 4 NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.2 Echtzeitfähigkeit ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-7

8 Maßnahmen zur Realisierung von Echtzeit-Betriebssystemen: u Verhinderung von Prozessor-Überlast Durch Überlast am Prozessor kann es ohne Maßnahmen zu einem unkontrollierten Verhalten des Systems kommen, da möglicherweise für das Gesamt- System sehr wichtige Prozesse ihre Frist verpassen. Eine Grundmaßnahme ist die Unterscheidung von Prozessen nach ihrer Wichtigkeit für das System und vorrangige Ausführung der wichtigsten Prozesse. Weitere wirksame Maßnahmen können (je nach Möglichkeit) die Anpassung der Bearbeitungsdauer, die Einführung sekundärer Fristen usw. sein. 4 NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.2 Echtzeitfähigkeit ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-8

9 Maßnahmen zur Realisierung von Echtzeit-Betriebssystemen: u Organisation von Betriebssystem-Warteschlangen Diese müssen nach Prioritäten organisiert sein und nicht nach dem FIFO- Prinzip. u Semaphore (Mutexe) an kritischen Abschnitten Auch hier muss die Freisetzung blockierter Prozesse nach Prioritäten erfolgen und gleichfalls nicht nach dem FIFO-Prinzip. 4 NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.2 Echtzeitfähigkeit ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-9

10 Zuvor: Diskussionsblatt aos-zf3 4.3 Performanz... ist die Fähigkeit eines Systems, durch spezielle Maßnahmen bezüglich mindestens eines seine Leistungsfähigkeit beschreibenden Parameters gute Werte zu erzielen. Die betrachteten Parameter müssen dabei spezifiziert sein! sinnvolle Möglichkeiten bei Betriebssystemen: 1. kurze Antwort- bzw. Reaktionszeiten der Anwendungen 2. hoher Durchsatz 3. geringer Betriebssystem-Overhead NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.3 Performanz ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-10

11 Betrachtet: (Kapitel 3.2) Verringerung der Antwortzeiten von Anwendungen durch Parallelarbeit von Anwendungskomponenten und Grenzen der Parallelarbeit. Maßnahmen dazu: (nicht unmittelbar betrachtet) Betriebssystem sollte Kernel-Level-Threads beherrschen, um innerhalb eines Anwendungsprozesses effiziente Parallelarbeit betreiben zu können. Betriebssystem-Overhead sollte durch a) Nutzung der Parallelarbeit für die Betriebssystemkomponenten selbst b) effiziente Algorithmen innerhalb des Betriebssystems gering gehalten werden, da dieser in die Bearbeitungszeit mit eingeht. 4 NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.3 Performanz ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-11

12 Betrachtet: (Kapitel 2.2 / Folie 3) Steigerung der Performanz von Anwendungen Maßnahmen dazu: (Kapitel 2.2) Exokern-Architekturen ermöglichen die Steigerung der Performanz der Anwendungen durch Wahl von der jeweiligen Anwendung angepassten Abstraktionen (und Algorithmen) in den Betriebssystem-Bibliotheken. Betrachtet: (Kapitel Abschnitt über L3/L4) Performanz von Mikrokernen Maßnahmen dazu: (Kapitel 2.1.4) Wahl der richtigen Abstraktionen ist kritisch... für... die Performanz des Mikrokerns (Negativbeispiel: Mach-Mikrokern) 4 NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.3 Performanz ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-12

13 Zuvor: Diskussionsblatt aos-zf4 4.4 Sparsamkeit... ist die Fähigkeit eines Systems eine geforderte Leistung mit möglichst wenig Ressourcen zu erbringen. Sparsamkeit bedeutet also den sparsamen Umgang mit einer oder mehreren verschiedenen Ressourcen. Die jeweils betrachtete(n) Ressource(n) muss/(müssen) dabei spezifiziert sein! sinnvolle Möglichkeiten bei Betriebssystemen: 1. Sparsamer Umgang mit Energie, z.b. energieeffizientes Scheduling 2. Sparsamer Umgang mit Speicherplatz (Speichereffizienz) 3. Sparsamer Umgang mit Prozessorzeit NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.4 Sparsamkeit ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-13

14 Betrachtet: (Kapitel 3.4.2) Sparsamkeit mit Energie als einer heute extrem wichtigen Ressource, mit nochmals gesteigerter Bedeutung bei mobilen bzw. vollständig autonomen Geräten Maßnahmen dazu:... liegen zunächst auf Hardware-Ebene, indem momentan nicht oder nicht mit maximaler Leistung benötigte Ressourcen in einen energiesparenden Modus gebracht werden (abschalten, Stand-by-Betrieb, Betrieb mit geringerem Energieverbrauch [und damit meist mit verminderter Leistung]). Geeignete Hardware wurde/wird ggf. erst entwickelt. Auf Software-Ebene muss der Betriebssystementwickler neue Komponenten entwickeln, die in der Lage sein müssen: 1. Bedingungen zu erkennen, unter denen ein energiesparender Modus möglich ist und 2. die Steuerungs-Algorithmen für den Hardwarebetrieb so zu gestalten, dass Hardware-Ressourcen möglichst lange in einem energiesparenden Modus betrieben werden. 4 NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.4 Sparsamkeit ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-14

15 Betrachtet: (Kapitel 3.4.3) Sparsamkeit mit Speicherplatz mit besonderer Wichtigkeit für sehr kleine eingebettete und autonome Geräte Maßnahmen dazu: (genannt im Kapitel 3.4.3) auf Algorithmus-/Strategie-Ebene umfassen z.b.: a) Gestaltung Speicherplatz sparender Algorithmen zur Realisierung gleicher Strategien b) Auswahl der Algorithmen, die ggf. das gleiche Problem lösen, mit dem geringsten Bedarf an Speicherplatz u u auf Ebene der Speicherverwaltung von Betriebssystemen: Wahl von Verfahren mit wenig Verschnitt auf der Ebene: weitere Betriebssystem-Techniken: z.b. Shared Libraries u Auf der Ebene: Betriebssysteme mit geringem Platzbedarf: Beschränkung auf die wichtigsten Algorithmen und Parameter 4 NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.4 Sparsamkeit ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-15

16 Nicht betrachtet: Sparsamkeit mit Prozessorzeit Maßnahmen allgemein: kurze und in Teilen parallel ausgeführte Algorithmen (bei mehreren Prozessor(kern)en) verringern den Betriebssystem-Overhead 4 NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.4 Sparsamkeit ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-16

17 Zuvor: Diskussionsblatt aos-zf5 4.5 IT-Sicherheit (Security)... ist die Fähigkeit eines Systems sicher gegen beabsichtigte und unbeabsichtigte Beeinträchtigung insbesondere der in IT- Systemen gespeicherten, bearbeiteten, transportierten usw. Informationen zu sein. Hauptgesichtspunkte sind dabei Vertraulichkeit (confidentiality) Integrität (integrity) Verfügbarkeit (availability) Verbindlichkeit (non-repudiability) 4 NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.5 IT-Sicherheit (Security) ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-17

18 Maßnahmen zur Realisierung von Betriebssystemen mit der Eigenschaft Security (Abschnitt 3.5) u Realisierung von Sicherheitsarchitekturen: Bei herkömmlichen (z.b. Betriebs-)Systemen existiert die Gefahr systemweiter, verborgener Informationsflüsse, u.a. durch wahlfreie Zugriffsteuerung unter Verantwortung der einzelnen Nutzer, d.h. Nutzer bestimmen im eigenen Verantwortungsbereich die Zugriffsregeln selbst. Herkömmliche Zugriffssteuerungen sind außerdem durch ihre zu grobe Granularität und Intransparenz ihrer Mechanismen gekennzeichnet. 4 NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.5 IT-Sicherheit (Security) ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-18

19 Maßnahmen zur Realisierung von Betriebssystemen mit der Eigenschaft Security (Abschnitt 3.5) u Realisierung von Sicherheitsarchitekturen: Die betrachtete SELinux-Architektur begegnet diesen Mängeln durch eine obligatorische, feingranulare Zugriffssteuerung. Konzepte sind hierbei: 1. Subjekt- und Objektidentifikation 2. Subjekt- und Objektattributierung 3. absolute Kontrolle sicherheitsrelevanter Interaktionen durch Interzeptoren und die 4. Manipulationssicherheit der Sicherheitspolitik mittels eines Security- Servers. 4 NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.5 IT-Sicherheit (Security) ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-19

20 Maßnahmen zur Realisierung von Betriebssystemen mit der Eigenschaft Security (Abschnitt 3.5) u Realisierung von Sicherheitsarchitekturen: Kennzeichen der SELinux-Architektur sind dabei Sicherheitspolitiken als neue Betriebssystem-Abstraktion und Objektmanager und Security- Server als neue Betriebssystemdienste. Eine wichtige Rolle bei der Realisierung von IT-Sicherheit spielt die so genannte Trusted Computing Base (TCB). Anzustreben sind Kausale TCBs minimaler Größe und Komplexität. Ein Beispiel dafür ist die Nizza Security-Architecture, die auf einem (TCB-)Mikrokernel basiert. (Folglich stellt das Mikrokern-Prinzip auch eine wichtige Basis zur Realisierung von IT-Sicherheit dar. à siehe Abschnitt 2.1) 4 NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.5 IT-Sicherheit (Security) ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-20

21 Maßnahmen zur Realisierung von Betriebssystemen mit der Eigenschaft Security (Abschnitt 3.5) u Realisierung von Sicherheitsarchitekturen: Die Wiederverwendbarkeit heutiger Betriebssysteme wird dabei mit Hilfe von Trusted Wrappers ermöglicht. Das Konzept hat starke Ähnlichkeit mit den Virtualisierungsarchitekturen. (à siehe Abschnitt 2.3) 4 NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.5 IT-Sicherheit (Security) ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-21

22 Zuvor: Diskussionsblatt aos-zf6 4.6 Skalierbarkeit... ist die Fähigkeit eines Software-Systems bei sich ändernden skalierenden Parametern, andere abhängige Parameter in einem solchen Bereich zu halten, der für den/die Systemanwender akzeptabel ist (ohne dass prinzipielle Änderungen am System selbst vorgenommen werden). Die jeweiligen Parameter müssen dabei spezifiziert werden! (z.b. beschreibt die Abhängigkeit der Antwortzeit eines Systems von der Anzahl der Nutzer eine Form der Lastskalierbarkeit.) Betroffen sind sowohl Maschinen-Parameter als auch Parameter der Applikationsdomäne. 4 NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.6 Skalierbarkeit ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-22

23 Betrachtet: (Kapitel 3.5.2) 1. Skalierbarkeits-Framework für Skalierbarkeitsuntersuchungen 2. Maßnahmen zur Erhöhung von Lastskalierbarkeit: Genauer formuliert untersucht diese die Änderung von abhängigen Parametern, wie Antwortzeit u.ä. in Abhängigkeit von der Skalierungsdimension Last z.b. durch variierende Nutzerzahlen. Wichtige softwaretechnische Maßnahmen zur Anpassung an wachsende Lasten sind Möglichkeiten einer Erhöhung der Parallelarbeit, z.b. durch Erzeugen (od. Benutzen) weiterer (Bedienungs-)Threads innerhalb von Serverprozessen bzw. die Erzeugung zusätzlicher solcher Serverprozesse (mit entsprechender Anzahl interner Threads). Auf der Hardwareseite können obige Maßnahmen durch Zuschaltung zusätzlicher Hardware unterstützt werden, was natürlich die hardwaremäßige Skalierbarkeit der zugrunde liegenden Architektur verlangt. 4 NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.6 Skalierbarkeit ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-23

24 Zuvor: Diskussionsblatt aos-zf7 4.7 Verlässlichkeit (Dependability)... ist die Fähigkeit eines Systems eine geforderte Dienstleistung zu erbringen, der man berechtigterweise vertrauen kann. Diese umfasst nach der Definition die folgenden Untereigenschaften (Attribute): Availability (Verfügbarkeit) Reliability (Zuverlässigkeit) Safety (Sicherheit) Integrity (Integrität) Maintainability (Wartbarkeit) 4 NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.7 Verlässlichkeit (Dependability) ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-24

25 4.7.1 Verfügbarkeit... ist der Anteil der Zeit, in der ein System die spezifizierte Dienstleistung korrekt erbringt. besonders besprochen: (Abschnitt 3.7.4): Hochverfügbare Systeme: besondere Maßnahmen: Überwachung wichtiger Komponenten und Recovery-Mechanismen 4 NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.7 Verlässlichkeit / Verfügbarkeit ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-25

26 4.7.2 Zuverlässigkeit... beschreibt die Stetigkeit mit der ein System die spezifizierte Dienstleistung erbringt. 4 NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.7 Verlässlichkeit / Zuverlässigkeit ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-26

27 4.7.3 Safety -Sicherheit... bedeutet im Zusammenhang mit der Arbeit des Systems das Nichtvorhandensein katastrophaler Konsequenzen für Nutzer und Umwelt. (anders formuliert: Sicherheit vor einem System) 4 NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.7 Verlässlichkeit / Safety-Sicherheit ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-27

28 4.7.4 Integrität... bedeutet, dass keine ungeeigneten Änderungen im System also z.b. auch der im System vorliegenden Informationen stattfinden (dürfen). 4 NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.7 Verlässlichkeit / Integrität ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-28

29 4.7.5 Wartbarkeit (Maintainability)... bedeutet die Fähigkeit eines Systems, Änderungen und Reparaturen (leicht!) möglich zu machen. Ø Dies bekanntlich evolutionäre Eigenschaft 4 NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.7 Verlässlichkeit / Wartbarkeit ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-29

30 4.8 Adaptivität... ist die Fähigkeit eines Systems sich an unterschiedliche Anforderungen und Bedürfnisse anpassen zu können, z.b. die Anpassbarkeit eines Betriebssystem an die Anforderungen von auf ihm laufenden Anwendungen. Betrachtet: 1. Anpassungseigenschaften von Exokern-Betriebssystemen (Abschnitt 2.2)... durch unterschiedliche Libraries, die jeweils an eine Anwendung (oder Gruppen von Anwendungen) angepasste Abstraktionen und Algorithmen zur Verfügung stellen 2. Anpassung des Betriebssystems an die Anwendungen durch Virtualisierungsarchitekturen (Abschnitt 2.3) indem das für die Anwendungen jeweils zugrunde gelegte Betriebssystem über eine virtuelle Maschine zur Verfügung gestellt wird 4 NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.8 Adaptivität ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-30

31 4.9 Robustheit ist die Widerstandsfähigkeit von Systemen insbesondere gegen unerwartete (und unbekannte) Fehler verschiedenster Art. (Im Gegensatz dazu sind Maßnahmen zur Fehlertoleranz nur sinnvoll gegenüber im Voraus bekannten und erwarteten Fehlern.) Möglichkeiten zur Erhöhung der Robustheit umfassen z.b. Maßnahmen zur Verringerung der Fehlerausbreitung. Besprochen: als geeignete Architekturen: 1. Mikrokernarchitekturen (Abschnitt 2.1) und 2. Virtualisierungsarchitekturen (Abschnitt 2.3), Ø Beide begrenzen Fehlerausbreitung durch vergleichsweise viele getrennte Adressräume und definierte Schnittstellen. 4 NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.9 Robustheit ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-31

32 weitere Maßnahme zur Erhöhung der Robustheit möglich durch genannte Architekturen ist Plausibilitätsprüfung von Eingangsparametern an inneren und äußeren Schnittstellen (d.h. die Überprüfung auf sinnvolle Werte der übergebenen Parameter). 4 NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.9 Robustheit ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-32

33 4.10 Korrektheit... ist die Eigenschaft eines Systems sich genauso zu verhalten, wie es spezifiziert wurde (unter der Voraussetzung, dass bei der Spezifikation keine Fehler vorliegen). Maßnahmen (nicht betrachtet): 1. diverse Software-Tests: Diese können nur Fehler aufspüren, aber keine Fehlerfreiheit garantieren! 2. Verifikation: Durch einen umfangreichen mathematischen Apparat wird die Korrektheit der Software bewiesen. Aufgrund der Komplexität ist die Größe verifizierbarer Systeme (bisher?) begrenzt. Betriebssystem-Beispiel: verifizierter Mikrokern sel4 Literatur dazu: siehe [Heiser2010], [Heiser2009] unter Ergänzende Literatur 4 NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.10 Korrektheit ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-33

34 4.11 Synergetische und nicht-synergetische NFEs Normalerweise: Eine nichtfunktionale Eigenschaft bei IT-Systemen meist nicht ausreichend Beispiel: Was nützt ein Echtzeit-Betriebssystem z.b. innerhalb einer Flugzeugsteuerung wenn es nicht auch verlässlich arbeitet? In diesem Zusammenhang interessant: Welche nichtfunktionalen mit Maßnahmen erreichbar, die in gleiche Richtung zielen, bei welchen Wirken Maßnahmen eher gegenläufig? Erstere sollen synergetische, die zweiten nichtsynergetische nichtfunktionale genannt werden. Ø Zusammenhang nicht immer eindeutig und offensichtlich, wie z.b. bei: Sicherheit kostet Zeit. (d.h. Performanz und Sicherheit sind eher nichtsynergetische ) 4 NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.11 Synergetische u. nichtsyn. NFEs ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-34

35 Beispiel für nichtsynergetische Echtzeitfähigkeit ç è Sparsamkeit Bach-Processing: nein (nicht-deterministisch) ja (zeiteffizient) Protokolle gegen Prioritätsinversion Interrupt-Bearbeit. über Scheduler ja (sonst nicht-deterministisch) ja (sonst nicht-deterministisch) nein (nicht zeit- und speicherplatzeffizient) nein (nicht zeiteffizient, da zusätzliche Maßnahme) 4 NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.11 Synergetische u. nichtsyn. NFEs ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-35

36 Beispiel für synergetische Skalierbarkeit >--< Performanz Parallel-Arbeit: ja (da Parallelitätsgrad meist einfach zu erhöhen) ja (zeiteffizient) Anpassung der Prozessorgeschwindigkeit ja (Anpassung an Last) ja (Möglichkeit für maximale Performanz) 4 NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.11 Synergetische u. nichtsyn. NFEs ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-36

37 4.12 Notwendige NFE-Paarungen Motivation: Anwendungen (und damit Betriebssysteme), die auf bestimmten Einsatzgebieten arbeiten, brauchen oft mehrere nichtfunktionale gleichzeitig unabhängig davon, ob sich diese synergetisch oder nichtsynergetisch zueinander verhalten. Beispiele: Echtzeit und Zuverlässigkeit: SRÜ -Systeme an potentiell gefährlichen Einsatzgebieten (Atomkraftwerk, Flugzeugsteuerung, Hinderniserkennung an Fahrzeugen,...) Echtzeit und Sparsamkeit: [ein Teil] der eingebetteten Systeme Robustheit und Sparsamkeit: unter entsprechenden Umweltbedingungen eingesetzte autonome Systeme, z.b. smart-dust-systeme (Abschnitt 3.4) 4 NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / 4.12 Notwendige NFE-Paarungen ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-37

38 Ergänzende Literatur [Heiser+2010] Klein, Gerwin / Andronick, June / Elvinstone, Kevin / Heiser, Gernot / Cock, David / Derrin, Philipp / Elkaduwe, Dhammika / Engelhardt, Kai / Kolanski, Rafal / Norrish, Michael / Sewell, Thomas / Tuch, Harvey / Winwood, Simon: sel4: Formal Verification of an Operating-system Kernel Communications of the ACM 2010, 53(6), S [Heiser+2009] Klein, Gerwin / Elvinstone, Kevin / Heiser, Gernot / Andronick, June / Cock, David / Derrin, Philipp / Elkaduwe, Dhammika / Engelhardt, Kai / Kolanski, Rafal / Norrish, Michael / Sewell, Thomas / Tuch, Harvey / Winwood, Simon: sel4: Formal Verification of an OS Kernel Symposium on Operating System Principles (SOSP) 2009, S NFEs in Betriebssystemen - Zusammenfassung / Ergänzende Literatur ENDE 4 ws 2014/15 H.-A. Schindler Folie: 4-38