Tasklets: Ein Ansatz für Best-Effort Computing

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Becker
• Fachliche Zuordnung: Sicherheit und Verlässlichkeit, Betriebs-, Kommunikations- und verteilte Systeme
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 323412509

Das Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines leichtgewichtigen Konzepts für verteilte Berechnungen in heterogenen Umgebungen. Die Heterogenität heutiger Systeme reicht von eingebetteten Mikrokontrollern, über mobile Endgeräte wie Smartphones und spezialisierte Hardware wie Grafikkarten, bis hin zu vernetzen Multi- bzw. Many-Core Systemen in Desktop Computern und Server Systemen. Neben den verschiedenen Rechenleistungen der im System beteiligten Knoten, unterscheiden sich zusätzlich auch die Netzwerke hinsichtlich ihrer Durchsatzleistung und Verfügbarkeit. Zur Kompensation möglicher Fehler, sowie zur gezielten Verteilung und Koordination von Berechnungen, werden in unterschiedlichen Systemmodellen (z.B. Cluster Computing, Mobile Computing, Embedded Systems, etc.) speziell zugeschnittene Verfahren eingesetzt. Beispielsweise kommen für die zuverlässige Berechnung in einer mobilen Cloud-Umgebung andere Verfahren zum Einsatz als beim Nutzen von Überschusskapazitäten (Opportunistic Computing). Um möglichen Verbindungsabbrüchen mobiler Endgeräte zur Cloud-Infrastruktur zu begegnen, müssen lokale Berechnung entweder parallel, oder als Reaktion auf Misserfolge erneut angestoßen werden. Bei der Nutzung von Überschusskapazitäten würde wiederum auf entsprechend vielen Knoten eine Berechnung ausgeführt werden, um den Erfolg in den jeweiligen Residualkapazitäten zu gewährleisten.In diesem Vorhaben soll ein neues Konzept für die Durchführung und Verwaltung von Berechnungen als Dienst in verteilten Umgebungen untersucht werden. Ziel dieses sogenannten Tasklet Systems ist es, Anwendungsentwicklern eine bzgl. des Systemmodells einheitliche Abstraktion für die Ausführung feingranularer Berechnungseinheiten zu bieten. Hierfür sollen zunächst eine einfach zu benutzende Sprache für lokationsunabhängige Berechnungen entworfen, sowie eine minimale virtuelle Maschine (VM) als Laufzeitumgebung dieser Sprache entwickelt werden. Die VM selbst gibt dabei keine Garantien über die Ausführung von Berechnungen, beispielsweise im Sinne ihrer Zuverlässigkeit oder Geschwindigkeit, und bietet damit einen Best-Effort Dienst. Auf Basis dieser leichtgewichtigen VM sollen daraufhin verschiedene Strategien/Mechanismen entwickelt und in ein Rahmenwerk bestehend aus Spracheinbettungskonzept und Middleware integriert werden, die auf Basis des Best-Effort Dienstes unterschiedliche Qualitäten der Ausführung (Quality of Computation, QoC) ermöglichen. Schließlich soll die Koordination komplexer, verteilter Aufgaben durch einen Orchestrierungsdienst gewährleistet werden.Dem Vorhaben werden drei Szenarien zugrunde gelegt. Das erste behandelt die Unterstützung mobiler Anwendungen durch Ressourcen in der unmittelbaren Umgebung (ad-hoc Netz), das zweite die Nutzung von Überschusskapazitäten in einer Cloud-Umgebung, und das dritte behandelt die Orchestrierung von Berechnungen in einem Cloud-Setting am Beispiel Parallelisierung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen