Advanced Operating Systems - Interactive curriculae of TU Ilmenau

Die Studierenden können Anwendungsgebiete und Definitionen der nichtfunktionalen Eigenschaften Sparsamkeit, Robustheit, Sicherheit, Echtzeitfähigkeit, Adaptivität und Performanz benennen (Vorlesung). Sie können die praktische Bedeutung dieser nichtfunktionalen Eigenschaften erklären (Vorlesung und Übung). Sie können unterschiedliche nichtfunktionale Eigenschaften hinsichtlich ihrer Eignung für konkrete Anwendungsszenarien vergleichen (Vorlesung und Übung). Die Studierenden können die hierbei relevanten Paradigmen, Mechanismen und Architekturprinzipien erklären (Vorlesung und Übung). Sie können hierfür ausgewählte Algorithmen implementieren (Übung und Workshop). Sie können Architekturprinzipien hinsichtlich ihrer Eignungn für unterschiedliche nichtfunktionale Eigenschaften bewerten (Vorlesung, Übung und Workshop). Sie können auf dieser Grundlage adäquate Mechanismen und Algorithmen für ein ausgewähltes Anwendungsszenario entwickeln (Übung und Workshop).

Die Studierenden können offene Fragestellungen im Vorlesungsplenum diskutieren und für verschiedene Lösungsvarianten eines Problems argumentieren. Sie können theoretische und praktische Aufgabenstellungen eigenständig vorbereiten sowie im Rahmen der Übungen deren Ergebnisse präsentieren. Sie können während des Workshops kooperativ eine komplexe praktische Aufgabenstellung zum Entwurf und der Implementierung von Betriebssystemmechanismen lösen.

Beim Einsatz von Betriebssystemen in höchst diversifizierten Anwendungsdomänen kommt ihren nichtfunktionalen Eigenschaften besondere Bedeutung zu. Der Inhalt des Moduls orientiert sich an einer Auswahl von sechs praxisrelevanten nichtfunktionalen Eigenschaften, die im Hauptteil der Vorlesung in je einem Kapitel ausführlich diskutiert werden:

• Sparsamkeit
• Robustheit
• Sicherheit (security)
• Echtzeitfähigkeit
• Adaptivität
• Performanz

Zu jeder dieser Eigenschaften behandelt dieses Modul

1. Motivation: typische Anwendungsdomänen, für welche die jeweiligen Eigenschaft im Vordergrund steht
2. Mechanismen: Probleme, welche Betriebssysteme zu deren Herstellung lösen müssen; Strategien, welche diese Lösungen umsetzen; Algorithmen zu deren effizienter Implementierung
3. Architekturkonzepte: Betriebssystemarchitekturen, welche die geforderte Eigenschaft durch Komposition einzelner Mechanismen unterstützen (oder gar erst ermöglichen)
4. Beispielsysteme: konkrete, praxisrelevante Betriebssysteme, welche diese Mechanismen und Architekturen umsetzen

Neben den jeweiligen Techniken zur Umsetzung der diskutierten Schwerpunkteigenschaften stellt das Modul Zusammenhänge, Synergie- und Konfliktfälle zwischen geforderten nichtfunktionalen Eigenschaften vor. Zu den besprochenen Architekturen zählen beispielsweise Mikrokernel-, Exokernel- und Virtualisierungsarchitekturen; zu den exemplarisch besprochenen Betriebssystemen u.a. QNX, RIOT, seL4, SELinux, Barrelfish und MINIX.