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Forschungsschwerpunkte

Die Forschung des Lehrstuhls Betriebssysteme widmet sich zum einen der Entwicklung von skalierbaren Virtualisierungstechniken. So werden neuartige Möglichkeiten effizienter Hauptspeicherdeduplizierung untersucht sowie mit Hilfe einer am Lehrstuhl entwickelten Umgebung für verteilte Systemsimulation Laufzeiteffekte von zukünftigen Hardwareentwicklungen auf bestehende Betriebssysteme und Anwendungen abgeschätzt. Des Weiteren erforschen wir die Anwendung effizienter Mikrokerne im Bereich komponentenbasierter Multiserver-Systeme sowie die verteilte Ausführung solcher Systeme in Clustern. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt besteht in der Untersuchung von Betriebssystemstrategien, die durch Wissen über die Gesamtheit der internen Abläufe den Energieverbrauch der Hardwarekomponenten seiteneffektfrei abschätzen und wirksam beeinflussen. Damit kann die Leistungsaufnahme prozessspezifisch erfasst, optimiert oder gedrosselt werden. Die untersuchten Systeme reichen hierbei von kleinen batteriebetriebenen Sensorknoten bis hin zu temperaturkritischen Multiprozessor- und Multi-Core-Systemen.

 

Power Management (Ansprechpartner: Prof. Dr. Frank Bellosa)

In den letzten Jahren hat dynamisches Energiemanagement stetig an Bedeutung gewonnen. Zum einen haben batterie-betriebene, portable Geräte eine immer weitere Verbreitung gefunden, zum anderen werden thermische Probleme bei leistungsfähigen (Server-)Prozessoren immer offensichtlicher. In beiden Fällen sollte die Leistungsaufnahme und somit die pro Zeitintervall umgesetzte Energie zur Laufzeit überwacht und ggf. beschränkt werden. Mit der Einführung von "Energie" als verwaltbarer Ressource fallen diese Aufgaben dem Betriebssystem zu.

 

Speicherdeduplikation (Ansprechpartner: Dr. Konrad Miller)

Der Hauptspeicher ist durch seine limitierte Größe und hohe Latenz zu einem dominierenden Flaschenhals geworden. Im Cloud-Computing beschränkt die Größe des verfügbaren Speichers den Grad der Konsolidierung virtueller auf physische Systeme. In diesem Projekt werden neuartige Methoden zur Speicherdeduplikation, sowie Techniken die Speicherdeduplikation effizienter machen, untersucht.

 

Systemsimulation und Speichertracing
(Ansprechpartner: Dipl.-Inform. Marc Rittinghaus, Dipl.-Inform. Thorsten Gröninger)

Full System Simulation erlaubt die Simulation eines vollständigen physischen Systems und ermöglicht dabei einen detaillierten Einblick in das Laufzeitverhalten und die Interaktion von Computerarchitektur, Betriebssystemen und Anwendungen. Probleme bestehender Lösungen für die Systemsimulation liegen jedoch in der hohen Ausführungsverlangsamung und der fehlenden Unterstützung für eine ausführliche Aufzeichnung der in der Simulation ausgeführten Operationen (z.B. Speicherzugriffe). Das limitiert die Anwendbarkeit von simulationsbasierter Performance-Analyse und Debugging sowie erschwert die Extraktion von erwünschten Informationen. Im Simutrace Projekt zielen wir darauf ab diese Limitierungen zu überwinden. Dazu erforschen wir neue Wege zur Beschleunigung von Systemsimulation und vereinfachen die Analyse von Programmverhalten durch Tracing.

 

L4Ka Projekt (Ansprechpartner: Dr. Jan Stoess)

Dieses Forschungsprojekt untersucht eine neue Methodik zum Entwurf von Betriebssystemen, die insbesondere (a) die stetig wachsende Komplexität von Betriebssystemen und (b) deren Hang zur Ansammlung von Altlasten zur Wahrung der Kompatibilität mit früheren Versionen reduzieren soll. Die anvisierte Mikrokerntechnologie soll dabei das gesamte Spektrum von Betriebssystemen gleichermaßen unterstützen: Einfache, eingebettete Systeme sollen mit dieser Technologie ebenso gut umgesetzt werden können wie Desktop- und sogar Server-Betriebssysteme.

 

L4Ka Virtualisierung (Ansprechpartner: Prof. Dr. Frank Bellosa)

Dieses Forschungsprojekt untersucht den Einsatz der Mikrokern-Technik bei der Implementierung von virtuellen Maschinen. Auf der Grundlage des Mikrokerns L4 können bestehende Softwarekomponenten effizient zu einem Gesamtsystem verbunden werden, wobei die Komponenten zur Steigerung der Systemstabilität in jeweils eigenen Adressräumen voneinander isoliert werden können. Grundgedanke bestehender Virtualisierungslösungen ist stets die strikte Trennung der einzelnen Komponenten; dieses Projekt erforscht die Vorteile, die sich durch die L4-eigene sichere Kommunikation zwischen diesen Komponenten ergeben. Besonderes Augenmerk wird dabei auf gute Performance und Skalierbarkeit der entstehenden Systeme gerichtet.