Distributed Embedded Systems University of Paderborn Konzepte und Methoden der Systemso;ware [KMS] Falko Dressler [KMS] Sommer 2015 Organisatorisches 1 Distributed Embedded Systems ² ² ² ² ² ² ² ² Falko Dressler (coordina>on) Christoph Sommer (co-‐coordina>on) Lydia Kreiss (team assistant) Hajo Kraus (IT coordina>on) Johannes Bobel (PhD candidate) Bas>an Bloessl (PhD candidate) Florian Klingler (PhD candidate) Florian Hagenauer (PhD candidate) [KMS] Sommer 2015 Organisatorisches ² ² ² ² ² ² ² Muhammad Nabeel (PhD candidate) Huy Quang Nguyen (PhD candidate) Marcel Kiessling (ext. PHD candidate) Dominik Holler (ext. PhD candidate) Stefan Joerer (PhD candidate @ UIBK) Michele Segata (PhD candidate @ UBK) Felix Erlacher (PhD candidate @ UIBK) 2 Research Focus Adaptive Wireless Networks SelfOrganizing Systems Sensor Networks Smart Cities Nano Communication Vehicular Networks [KMS] Sommer 2015 Organisatorisches 3 Curriculum Bachelor Master ² Konzepte und Methoden ² Opera>ng Systems [OS] der Systemprogram-‐ (Winter) mierung [KMS] (Summer, ² Vehicular Networking alterna>ng with Prof. Karl) [C2X] (Summer) ² Networked Embedded ² Network Simula>on Systems [NES] (Winter) [NwSim] (Summer) ² Microcontroller Prak>kum ² Master Seminar (Winter/ [uC] (Winter) Summer) ² Systementwurfs-‐ ² Project Group (Winter/ Teamprojekt [SET] Summer) (Summer) [KMS] Sommer 2015 Organisatorisches 4 BACK TO KMS [KMS] Sommer 2015 Organisatorisches 5 Größenordnungen, Ausprägungen ² Systemsoaware wird für Systeme unterschiedlichster Ausprägung benö>gt ª ª ² Erzeugen unterschiedlichste Anforderungen, Rahmenbedingung Allgemeine Prinzipien notwendig, Beispiel-‐OS reicht nicht Klassisch: PC im Internet Internet Web server ² Eingebehete, drahtlose Systeme, 2 kB Arbeitsspeicher ² Supercomputer, Cloud compu>ng: Zehntausende CPUs, Terabytes Arbeitsspeicher [KMS] Sommer 2015 Organisatorisches Jülich Blue Gene 6 Zeitalter der Parallelität ² Rechner verändern sich Keine Steigerung der Taklrequenz mehr ª Moore‘s Law heute: Verdoppelung der Prozessorzahl bei gleichbleibender Taklrequenz pro Genera>on ª Heute: 6-‐8 cores general purpose; 8-‐16 cores in Server-‐Versionen; 128 -‐ 192 cores special purpose (Grafikkarten, Netzrouter) ª Absehbar: 100-‐1000 Cores pro Rechner ª ² Wer nur sequenQell programmieren kann, wird in Zukun; nicht konkurrenzfähig programmieren! [KMS] Sommer 2015 Organisatorisches Intel Dunnington, 6 cores AMD Interlagos, 16 cores 7 Zeitalter der Parallelität ² Und: Was macht man mit tausenden Cores? Haben Sie Fantasie! Anwendungen mit HOHEM Rechenleistungs-‐/ Speicherbedarf möglich ª Dammbruch, „Era of Tera“ (Intel buzzword) ª ² Beispiele vielfäl>g Inhaltsbasierte Bildsuche ª Bildrekonstruk>on: www.photosynth.com ª Videoverarbeitung für fahrende Autos (Fahrerassistenzsysteme) ª Speisekarte mit Handy fotografieren und eine Übersetzung erstellen ª ... ª [KMS] Sommer 2015 Organisatorisches 8 Zeitalter eingebeTeter Systeme ² 1-‐2% der jährlich produzierten Prozessoren landen in “normalen” Computern ² Die restlichen 98-‐99% werden irgendwo eingebe&et ª ² Smartphones, Autos, Waschmaschinen, Maschinen, ... Nur etwa 10 % der jährlichen Soaware-‐Produk>on läua auf “normalen” Computern ª Und selbst davon enlällt ein weiterer Teil auf Systemsoaware § § § § ² Betriebssystem Middleware Kommunika>onssystem Hilfsprogramme (Compiler, Debugger,…) Fazit: Der größte Arbeitsmarkt für Informa>ker ist auf dem Gebiet Systemsoaware/systemnaher Soaware [KMS] Sommer 2015 Organisatorisches 9 Einordnung KMS ² Schnihstelle zwischen der Rechnerarchitektur und der Soawareentwicklung Wie ist eine Rechnerarchitektur prinzipiell aufgebaut? ª Welche Betriebsmihel (Ressourcen) stehen zur Verfügung? ª Welche Eigenschaaen besitzen einzelne Ressourcen? ª Mit welchen Strategien werden einzelne Betriebsmihel verwaltet? ª Welche Strategien werden zur Koordina>on und Koopera>on von Ressourcen eingesetzt? … ª Welche IT-‐Sicherheitsmethoden kommen zum Einsatz? ª Wie wird Rechnerkommunika>on realisiert? ª [KMS] Sommer 2015 Organisatorisches 10 Ziele der Vorlesung Die Studierenden sollen am Ende der Veranstaltung ² Verständnis allgemeiner Prinzipien, Konzepte, Methoden und Techniken der Informa>k, insbesondere im Bereich systemnaher Soaware und eingebeheter Systeme, erlangt haben, ² in Entwurfssitua>onen in der Lage sein, die vorgestellten Methoden sinnvoll einzusetzen, und ² allgemeine Konzepte auf explizite Situa>onen anwenden können. [KMS] Sommer 2015 Organisatorisches 11 Ziele der Vorlesung ² “If the only tool you have is a hammer, every problem looks like a nail.” Wich>g ist das Kennenlernen von neuen Problemen & Werkzeugen! ª „Werkzeuge“ unterschiedlicher Art und Abstrak>onsstufe ª Wer Werkzeuge kennt, erkennt Probleme wieder ª [KMS] Sommer 2015 Organisatorisches 12 Vorlesungsinhalte ² Teil 1: Grundlagen 1. 2. 3. 4. ² Teil 2: Gemeinsame Nutzung von Betriebsmiheln 4. 5. 6. ² Synchronisa>on Verwaltung und Koordina>on von Betriebsmiheln Speicherverwaltung Teil 3: IT-‐Sicherheit 7. 8. ² Rechnerarchitektur, technische Grundlagen Programmierung in C Laufzeitmodelle, Prozesse, Parallelität, Nebenläufigkeit Scheduling Grundlagen, Sicherheitsprotokolle Authen>fizierung Teil 4: Rechnernetze 9. 10. 11. Rechnernetze TCP/IP Drahtlose Netze und Wi-‐Fi [KMS] Sommer 2015 Organisatorisches 13 VorlesungssQl ² Überwiegend Folien Werden kapitelweise auf der Homepage der Vorlesung zur Verfügung gestellt ª Sollten während der Vorlesung mit individuellen No>zen vervollständigt werden ª Studium von sekundärer Literatur ist dringend anzuraten ª ² Tafelanschrieb ª ª Beispiele zu Vorlesungsinhalten Erläuterungen, Ergänzungen [KMS] Sommer 2015 Organisatorisches 14 Dozenten ² Lehrstuhl für Verteilte Eingebehete Systeme ª ² Vorlesung ª ² Fürstenallee, 1. OG Falko Dressler Übungen ª ª ª ª ª Falko Dressler Christoph Sommer Florian Klingler Florian Hagenauer Johannes Blobel [KMS] Sommer 2015 Organisatorisches 15 Übungsbetrieb ² Übungsbläher ª ª ² Beginn der Übungen: 14.4.2014 ª ² Hausaufgaben: Bearbeitung in Gruppen (Gruppenstärke <= 4) KEINE Zuteilung zu Gruppen! Es gibt 8 Übungstermine: Termine in PAUL (und folgende Folie) Zuordnung von Studierenden zu Übungsterminen ª ª Zuordnung first come, first served Gruppenangabe bei Abgabe nicht notwendig [KMS] Sommer 2015 Organisatorisches 16 Termine für Übungsgruppen (nach PAUL) Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag 9-11 Übung Übung 11-13 Übung Übung 14-16 Vorlesung 16-18 Übung Übung 18-20 Übung Übung [KMS] Sommer 2015 Vorlesung Organisatorisches 17 Prüfung / Schein ² Klausur ª Zwei Termine in kommenden Semesterferien § 120 Minuten Bearbeitungszeit ª ² KEIN Termin nach Wintersemester! Bonuspunkte für Notenverbesserung ª ª ª ª Anwesenheit und ak>ve Mitarbeit in der Übung Vorrechnen von zwei(!) Aufgaben Punkte werden auf Klausurpunkte angerechnet KEIN Übertrag in folgende Semester [KMS] Sommer 2015 Organisatorisches 18 Vorlesung Ersatztermin ² Es fallen voraussichtlich aus (wahrscheinlich weitere): ª ² 30.4., 1.5., 14.5., 15.5., 4.6. Ersatz: Dreifach-‐Termin vermutlich am Samstag, den 11.7. [KMS] Sommer 2015 Organisatorisches 19 Literatur ² Hauptquellen William Stallings, OperaQng Systems: Internals and Design Principles, ed. 8th, Upper Saddle River, Pearson PrenQce Hall, 2014. ª J. H. Saltzer and M. F. Kaashoek, Principles of Computer System Design -‐ An IntroducQon, Morgen Kaufmann, 2008. ª ² Sekundäre Quellen Andrew S. Tanenbaum and David J. Wetherall, Computer Networks, ed. 5th, Pren>ce Hall, 2011. ª Andrew S. Tanenbaum, Modern Opera>ng Systems, ed. 3rd, Upper Saddle River, NJ, Pearson-‐Pren>ce Hall, 2009. ª D. A. Paherson and J. L. Hennessy, Rechnerorganisa>on und -‐ entwurf, ed. 4th, Oldenbourg Verlag, 2011. ª Claudia Eckert, IT-‐Sicherheit: Konzepte -‐ Verfahren -‐ Protokolle, ed. 9th, Oldenbourg Wissenschaasverlag, 2014. ª [KMS] Sommer 2015 Organisatorisches 20
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