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TRR 89:  Invasives Rechnen

Fachliche Zuordnung Informatik, System- und Elektrotechnik
Förderung Förderung von 2010 bis 2022
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 146371743
 
Invasives Rechnen bezeichnet ein neues Paradigma des Entwurfs und der Programmierung zukünftiger paralleler Rechensysteme. Das Grundprinzip besteht darin, Programmen die Fähigkeit zu verleihen, eine gewünschte oder benötigte Anzahl an Prozessor-, Speicher- und Kommunikationsressourcen dynamisch anzufragen und im Normalfall zur exklusiven weiteren Nutzung bereitzustellen. Nach paralleler Abarbeitung werden diese in einer als Rückzug bezeichneten Phase wieder freigegeben. Um diese neue Art der ressourcengewahren Programmierung umzusetzen, mussten neue Sprach-, Übersetzer- und Betriebssystemkonzepte sowie im gleichen Maße neue Architekturaspekte erforscht und teilweise von Grund auf neu entwickelt werden. Mission I: Grundprinzipien und Invasive Effizienz. Als fundamentale Ergebnisse der Forschung der ersten Phase konnten substantielle Verbesserungen der Auslastung und Effizienz paralleler Programme auf Multicore-Systemen nachgewiesen werden. Mission II: *-Vorhersagbarkeit. Ein wahrhafter Juwel invasiven Rechnens liegt in der inhärenten Eigenschaft, Anwendungen gegeneinander zu isolieren (Vermeiden von Sharing). So lässt sich zeigen, dass invasive (selbst verteilt ausgeführte) Programme die Vorhersagbarkeit nichtfunktionaler Eigenschaften wie Ausführungszeit, Durchsatz, aber auch bestimmter Sicherheitseigenschaften herstellen bzw. deutlich steigern können. Heutige Plattformen unterstützen eine bedarfsgerechte Isolation von Anwendungsprogrammen in Raum oder Zeit wenig oder gar nicht.Mission III: Beating Run-Time Uncertainties and Run-Time Requirement Enforcement.Nicht nur Interferenzen zwischen Anwendungen, verursacht durch das übliche Teilen von Ressourcen, wie Prozessoren, Caches und Bussen, vereiteln die Analyse von für den industriellen Einsatz akzeptablen Schranken. Oft ist aber auch die Variabilität nichtfunktionaler Eigenschaften nicht tolerabel. Leider hilft hier die Isolation allein nicht, verbleibende Unsicherheiten durch Eingabe (Problemgröße), Umgebung (z.B. Temperatur) und Maschinenzustand (z.B. Caches, Power-Management) zu reduzieren, wenn diese unabhängig arbeiten. Ziel der dritten Förderphase ist es daher, genau diese Lücke für den Einsatz von Multicore-Systemen im milliardenschweren Markt eingebetteter und cyber-physikalischer IoT-Produkte zu schließen, da hier Anwendungsprogramme das Einhalten von Schranken an nichtfunktionale Eigenschaften erfordern. Untersucht werden daher Verfahren zur Robustheitsanalyse sowie Verfahren zur automatischen Generierung von verifizierbaren sog. Enforcer-Modulen, die durch Korridore beschriebene Eigenschaften zur Laufzeit überwachen (RRM) und deren Einhaltung durchsetzen (RRE) sollen. Mit dieser Forschung soll das letzte fehlende Bindeglied zwischen ressourcengewahrer Programmierung und gleichzeitiger Einhaltbarkeit programmspezifischer nichtfunktionaler Eigenschaften von parallelen Programmen auf Multicore-Systemen geschaffen werden.
DFG-Verfahren Transregios

Abgeschlossene Projekte

Beteiligte Hochschule Universität Bremen
 
 

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