Dynamische Betriebssystemspezialisierung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Timo Hönig; Professor Dr.-Ing. Wolfgang Schröder-Preikschat
• Fachliche Zuordnung: Sicherheit und Verlässlichkeit, Betriebs-, Kommunikations- und verteilte Systeme
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 539710462

Ein Betriebssystem befindet sich zwischen zwei Fronten: Einerseits die Maschinenprogramme der Anwendungen mit ihren teils sehr unterschiedlichen funktionalen und nichtfunktionalen Anforderungen und andererseits die Rechnerhardware, deren Merkmale und Gerätschaften den Anwendungen ungefiltert und geräuschfrei zur Verfügung gestellt werden sollen. Allerdings kann ein Allzwecksystem in keiner seiner Funktionen so effizient sein wie ein System, das speziell für einen bestimmten Zweck entwickelt wurde und weniger anspruchsvolle Anwendungen dürfen verlangen, dass sie nicht gezwungen werden, für die verbrauchten Ressourcen durch die nicht benötigten Funktionen zu zahlen. So ist es nicht ungewöhnlich, dass große Systeme, einmal in Betrieb genommen, in der Regel häufigen Änderungen unterliegen. Das ideale Betriebssystem bietet genau das, was für die jeweilige Anwendung benötigt wird, nicht mehr und nicht weniger - aber eben immer auch in Abhängigkeit von (a) den Merkmalen der Hardwareplattform und (b) den dynamisch im System erst zur Laufzeit wirklich feststellbaren Ereignissen. Ein solches Betriebssystem müsste dann mit weniger anspruchsvollen Anwendungen nicht nur dynamisch von unnötigem Ballast befreit werden und schrumpfen können, sondern auch in die Lage versetzt werden, bei anspruchsvolleren Anwendungen mit dafür nötigen und zusätzlichen Funktionen wieder anzuwachsen. Spezialisierung eines Betriebssystems in Abhängigkeit vom jeweiligen Anwendungsfall oder ereignisbedingten Situationen bedeutet letztlich funktionelle Abmagerung und Anreicherung. Das Projekt betrachtet Konzepte, die (a) unabhängig von einem bestimmten Programmierparadigma oder Hardwareansatz als universelles Merkmal gelten und (b) auf bedarfssynchrone (just in time, JIT) Übersetzung des Betriebssystems selbst basieren, um im bereits laufenden Betrieb auf Anforderung zu ladende oder vorausschauend zu ersetzende Betriebssystemprogramme den jeweiligen Gegebenheiten an den beiden Betriebssystemfronten anzupassen. Im Vordergrund steht die dynamische Betriebssystemspezialisierung auf LLVM-Basis, und zwar bedarfssynchron ausgelöst durch Ereignisse, die in Bezug auf das Betriebssystem (Linux) extrinsischer und intrinsischer Natur sind. Bisher wurde in Vorarbeiten nur das Urladen beziehungsweise das Nachladen von Gerätetreibern als extrinischer Moment für eine Betriebssystemspezialisierung behandelt. Dies soll ausgedehnt werden auf das Laden beliebiger Programme, sowie auf intrinsische Momente in Bezug auf das Zeitverhalten im Betriebssystem und dem darüber definierten Energiebedarf in Bezug auf Prozessor-, Hauptspeicher- und Ein-/Ausgabe-intensiven Aktionen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen