Aspektorientierte Betriebssysteme
Final Report Abstract
Das CiAO Projekt (Aspektorientierte Betriebssysteme) verfolgte die Entwicklung einer feingranularen Betriebssystem-Produktlinie für eingebettete und tiefeingebettete Systeme. Durch die gezielte Anwendung von Aspekttechniken sollte dabei ein bislang unerreichtes Maß an Granularität und Konfigurierbarkeit möglich werden. Bei der Entwicklung von Software-Produktlinien für hochgradig anwendungsangepasste Betriebssysteme schränken querschneidende Belange (crosscutting concerns) die maximal erreichbare Modularisierbarkeit und damit auch die Anwendungsanpassbarkeit, Wiederverwendbarkeit und Wartbarkeit deutlich ein. Die aspektorientierte Programmierung (AOP) hat sich hier als erfolgreiche Technik für den Umgang mit querschneidenden Belangen erwiesen. Für die Forschung im Bereich der Betriebssysteme ergaben sich daraus neue interessante Möglichkeiten insbesondere zur automatisierten, werkzeuggestützten Maßschneiderung von Systemfunktionen bzw. -komponenten, ohne dabei Wiederverwendbarkeit aufgeben zu müssen. Im Rahmen dieses Vorhaben wurden zwei Hauptziele verfolgt: (1) Anwendung und Evaluation von Techniken der aspektorientierten Softwareentwicklung im Kontext des Baus von Betriebssystem-Produktlinien (product lines) zur Unterstützung tief eingebetteter Anwendungen. (2) Untersuchung ob es mit Hilfe von diesen Techniken möglich ist, Betriebssystembausteine architekturtransparent zu entwickeln, um so aus identischem Komponentencode wahlweise z.B. ein mikrokernbasiertes oder monolithisches System generieren zu können. Beide Projektziele wurden vollumfänglich erreicht. Ein wichtiges Ergebnis war dabei, dass die erfolgreiche Anwendung des aspektorientierten Paradigmas im Kontext systemnaher Software einer entsprechende Analyse- und Entwurfsmethodik bedarf, um insbesondere implizit querschneidende Belange frühzeitig identifizieren und behandeln zu können. Mit der CIA (concern impact analysis) und dem aspektgewahren Ansatz wurde eine entsprechende Methodik entwickelt und über die Domäne Betriebssysteme hinaus angewandt und validiert. Die Ergebnisse sprechen für sich: Aspektgewahr entworfene und implementierte Produktlinien zeigen sich im direkten Vergleich zum jeweiligen Stand der Kunst durch eine erheblich höhere Variabilität und Granularität ihrer Anwendungsanpassbarkeit aus. Im Ergebnis können so wichtige nichtfunktionale Eigenschaften, wie Speicherbedarf, Energiebedarf, Rechtzeitigkeit und Sicherheit signifikant verbessert werden.
Publications
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„A Quantitative Analysis of Aspects in the eCos Kernel“. In: Proceedings of the ACM SIGOPS/EuroSys European Conference on Computer Systems 2006 (EuroSys ’06). ACM Press, 2006, S. 191–204
D. Lohmann, F. Scheler, R. Tartler, O. Spinczyk und W. Schröder-Preikschat
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„CiAO: An Aspect-Oriented Operating-System Family for Resource-Constrained Embedded Systems“. In: Proceedings of the 2009 USENIX Annual Technical Conference. USENIX Association, 2009, S. 215–228. ISBN 978-1-931971-68-3
D. Lohmann, W. Hofer, W. Schröder-Preikschat, J. Streicher und O. Spinczyk
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„Parallel, Hardware-Supported Interrupt Handling in an Event-Triggered Real-Time Operating System“. In: Proceedings of the 2009 International Conference on Compilers, Architectures, and Synthesis for Embedded Systems (CASES ’09). ACM Press, 2009, S. 59–67
F. Scheler, W. Hofer, B. Oechslein, R. P ster, W. Schröder-Preikschat und D. Lohmann
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„Aspect-Aware Operating-System Development“. In: Proceedings of the 10th International Conference on Aspect-Oriented Software Development (AOSD ’11). ACM Press, 2011, S. 69–80
D. Lohmann, W. Hofer, W. Schröder-Preikschat und O. Spinczyk
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„CiAO/IP: A Highly Configurable Aspect-Oriented IP Stack“. In: Proceedings of the 10th International Conference on Mobile Systems, Applications, and Services (MobiSys ’12). ACM Press, 2012, S. 435–448
C. Borchert, D. Lohmann und O. Spinczyk
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„The Aspect-Aware Design and Implementation of the CiAO Operating-System Family“. In: Transactions on AOSD IX. Lecture Notes in Computer Science 7271. Springer-Verlag, 2012, S. 168–215
D. Lohmann, O. Spinczyk, W. Hofer und W. Schröder-Preikschat
