Cumulus: Co-Design von Unikerneln und Datenbanksystemen für die Cloud

• Antragsteller: Professor Dr. Viktor Leis; Professor Dr.-Ing. Christian Mengert-Dietrich
• Fachliche Zuordnung: Sicherheit und Verlässlichkeit, Betriebs-, Kommunikations- und verteilte Systeme ; Datenmanagement, datenintensive Systeme, Informatik-Methoden in der Wirtschaftsinformatik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 562906980

Immer mehr Unternehmen verlagern ihre IT-Infrastruktur in öffentliche Clouds. In diesem Zusammenhang sind Datenbanksysteme von besonderer Bedeutung, da sie eine grundlegende Komponente in größeren Anwendungen sind. Der weltweite Markt für Datenbankmanagementsysteme (DBMS) wird für das Jahr 2022 auf 91 Milliarden US-Dollar geschätzt, von denen 55 Prozent in der Cloud ausgegeben werden. Dies bedeutet, dass Datenbanksysteme häufig einen Leistungsengpass und Kostentreiber darstellen, weshalb es von entscheidender Bedeutung ist, dass sie die teure Cloud-Hardware, auf der sie laufen, voll ausnutzen können. Das Cumulus Projekt konzentriert sich auf Cloud-spezialisierte Datenbanksysteme, die in virtualisierten Cloud-Umgebungen ausgeführt werden und die direkt angeschlossenen Hardwareressourcen voll ausnutzen. Wir erforschen DBMS-OS-Co-Design-Prinzipien für eine tiefe gegenseitige Integration von DBMS und Betriebssystem, eine Methode, die wir als "kernel integration" bezeichnen und die enge Kontrollschleifen zwischen Aufgabenausführung, Speicher- und Netzwerkzugriff sowie Speicherzuweisung einrichtet. Um die Interaktion zu erleichtern, lassen wir uns von modernen asynchronen Hardwareschnittstellen und ihrem hohen Grad an Parallelität inspirieren und nutzen diese vollständig aus. Das Projekt wird einen Beitrag zu der seit langer geführter Debatte leisten, ob ein DBMS bestehende Betriebssystemmechanismen (z. B. für Thread Scheduling, Caching) nutzen oder eigene Betriebssystem-ähnliche Dienste (z. B. User-Space-Task-Queues, Puffermanager) implementieren sollte. Aus Leistungsgründen sind Datenbankarchitekten derzeit oft zur letzteren Option gezwungen, da sie Aufgaben wie Scheduling und Hardware-Management implementieren müssen, die traditionell vom Betriebssystem übernommen wurden. Wir wollen zeigen, dass die gemeinsame Entwicklung von DBMS und Betriebssystem diese Situation überwinden und Hochleistungsdatenbanksysteme sowohl schneller als auch einfacher machen kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen