Research Projects

QuaOS

Die langfristige Vision ist die Konstruktion eines modernen Mikrokerns, für den zum einen ein formaler, vom Programmcode ausgehender Nachweis zentraler Eigenschaften erbracht wird, und der zum anderen alle Funktionalität besitzt, die in heutigen, realen Anwendungsszenarien benötigt werden. Der Schwerpunkt der ersten Projektphase liegt auf der Entwicklung von Methoden für die Modellierung und Analyse, die für den Nachweis der relevanten Eigenschaften geeignet sind. Die nachzuweisenden Eigenschaften sollen dabei neben funktionaler Korrektheit vor allem quantitative Anforderungen, wie etwa Aussagen über Ausfallwahrscheinlichkeiten oder Reaktionszeiten, umfassen. Typische Beispiele solch quantitativer Anforderungen sind die Zusicherung, dass für einen solchen Zugriff auf eine Sperrvariable mit einer Wahrscheinlichkeit von 1 - (-0,000001) nicht mehr als drei Versuche benötigt werden oder auch die Forderung, das die Reaktionszeit auf eine anstehende Unterbrechung in 98 % aller Fälle höhstens 2 µs beträgt. Solche Eigenschaften stehen in engem Zusammenhang mit der Optimierung von Mikrokernen. So rechtfertigt z. B. die zuerst genannte quantitative Anforderung die Verwendung hochperformanter, jedoch unfaierer Locks. Die Verwendung von weichen Echtzeitbedingungen, wie mit der zweitgenannten Eigenschaft angedeutet, ist sinnvoll in Umgebungen, in denenim Mittel eine hohe Dienstgüte unbedingt sichergestellt werden muß, jedoch das gelegentliche Nichteinhalten der Dienstgüte hinnehmbar ist. Ein Beispiel hierfür ist die Dekodierung eines Videodatenstroms. Der Nachweis solcher Eigenschaften erfordert eine nicht-triviale Kombination von Methoden der jeweiligen Forschungsgebiete der Antragsteller, nämlich Betriebssysteme und formale Verifikation. Sowohl eine vom Programmcode ausgehende Extraktion eines für den Verifikationsprozess geeigneten mathematischen Modells als auch die Analyse des Modells hinsichtlich funktionaler und quantitativer Eigenschaften stellen wissenschaftliche Herausforderungen dar. Der zu erwartende Erkenntnisgewinn des Projekts ist vielfälltig. Wir gehen davon aus, dass unsere Arbeiten zu einer prinzipiell einsetzbaren Methodik für die funktionale und quantitative Analyse und Optimierung von Betriebssystemkernen führen werden, die auch auf andere komplexe Systeme mit einer heerogenen Struktur aus Hard- und Softwarekomponenten anwendbar ist. Ferner erwarten wir, dass die Durchführung des beantragenden Projekts auch neue Erkenntnisse hinsichtlich der Kombination von Theorembeweisen und probabilistischem Model Checking und hinsichtlich der Modellierung, Spezifikation und Analyse stochastischer (Echtzeit-)Systeme liefern wird.

04.09.2009 - 31.08.2013

Drittmittel

Prof.Dr.rer.nat. Hermann Härtig Technische Universität Dresden, Dr.rer.nat. Hendrik Tews Technische Universität Dresden

international

http://

Nein

Nein

Nein

Betriebssystemkern, Theorembeweisen, Probabilistes Model Checking, stochastische Echtzeitsysteme

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Die langfristige Vision ist die Konstruktion eines modernen Mikrokerns, für den zum einen ein formaler, vom Programmcode ausgehender Nachweis zentraler Eigenschaften erbracht wird, und der zum anderen alle Funktionalität besitzt, die in heutigen, realen Anwendungsszenarien benötigt werden. Der Schwerpunkt der ersten Projektphase liegt auf der Entwicklung von Methoden für die Modellierung und Analyse, die für den Nachweis der relevanten Eigenschaften geeignet sind. Die nachzuweisenden Eigenschaften sollen dabei neben funktionaler Korrektheit vor allem quantitative Anforderungen, wie etwa Aussagen über Ausfallwahrscheinlichkeiten oder Reaktionszeiten, umfassen. Typische Beispiele solch quantitativer Anforderungen sind die Zusicherung, dass für einen solchen Zugriff auf eine Sperrvariable mit einer Wahrscheinlichkeit von 1 - (-0,000001) nicht mehr als drei Versuche benötigt werden oder auch die Forderung, das die Reaktionszeit auf eine anstehende Unterbrechung in 98 % aller Fälle höhstens 2 µs beträgt. Solche Eigenschaften stehen in engem Zusammenhang mit der Optimierung von Mikrokernen. So rechtfertigt z. B. die zuerst genannte quantitative Anforderung die Verwendung hochperformanter, jedoch unfaierer Locks. Die Verwendung von weichen Echtzeitbedingungen, wie mit der zweitgenannten Eigenschaft angedeutet, ist sinnvoll in Umgebungen, in denenim Mittel eine hohe Dienstgüte unbedingt sichergestellt werden muß, jedoch das gelegentliche Nichteinhalten der Dienstgüte hinnehmbar ist. Ein Beispiel hierfür ist die Dekodierung eines Videodatenstroms. Der Nachweis solcher Eigenschaften erfordert eine nicht-triviale Kombination von Methoden der jeweiligen Forschungsgebiete der Antragsteller, nämlich Betriebssysteme und formale Verifikation. Sowohl eine vom Programmcode ausgehende Extraktion eines für den Verifikationsprozess geeigneten mathematischen Modells als auch die Analyse des Modells hinsichtlich funktionaler und quantitativer Eigenschaften stellen wissenschaftliche Herausforderungen dar. Der zu erwartende Erkenntnisgewinn des Projekts ist vielfälltig. Wir gehen davon aus, dass unsere Arbeiten zu einer prinzipiell einsetzbaren Methodik für die funktionale und quantitative Analyse und Optimierung von Betriebssystemkernen führen werden, die auch auf andere komplexe Systeme mit einer heerogenen Struktur aus Hard- und Softwarekomponenten anwendbar ist. Ferner erwarten wir, dass die Durchführung des beantragenden Projekts auch neue Erkenntnisse hinsichtlich der Kombination von Theorembeweisen und probabilistischem Model Checking und hinsichtlich der Modellierung, Spezifikation und Analyse stochastischer (Echtzeit-)Systeme liefern wird.

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Die langfristige Vision ist die Konstruktion eines modernen Mikrokerns, für den zum einen ein formaler, vom Programmcode ausgehender Nachweis zentraler Eigenschaften erbracht wird, und der zum anderen alle Funktionalität besitzt, die in heutigen, realen Anwendungsszenarien benötigt werden. Der Schwerpunkt der ersten Projektphase liegt auf der Entwicklung von Methoden für die Modellierung und Analyse, die für den Nachweis der relevanten Eigenschaften geeignet sind. Die nachzuweisenden Eigenschaften sollen dabei neben funktionaler Korrektheit vor allem quantitative Anforderungen, wie etwa Aussagen über Ausfallwahrscheinlichkeiten oder Reaktionszeiten, umfassen. Typische Beispiele solch quantitativer Anforderungen sind die Zusicherung, dass für einen solchen Zugriff auf eine Sperrvariable mit einer Wahrscheinlichkeit von 1 - (-0,000001) nicht mehr als drei Versuche benötigt werden oder auch die Forderung, das die Reaktionszeit auf eine anstehende Unterbrechung in 98 % aller Fälle höhstens 2 µs beträgt. Solche Eigenschaften stehen in engem Zusammenhang mit der Optimierung von Mikrokernen. So rechtfertigt z. B. die zuerst genannte quantitative Anforderung die Verwendung hochperformanter, jedoch unfaierer Locks. Die Verwendung von weichen Echtzeitbedingungen, wie mit der zweitgenannten Eigenschaft angedeutet, ist sinnvoll in Umgebungen, in denenim Mittel eine hohe Dienstgüte unbedingt sichergestellt werden muß, jedoch das gelegentliche Nichteinhalten der Dienstgüte hinnehmbar ist. Ein Beispiel hierfür ist die Dekodierung eines Videodatenstroms. Der Nachweis solcher Eigenschaften erfordert eine nicht-triviale Kombination von Methoden der jeweiligen Forschungsgebiete der Antragsteller, nämlich Betriebssysteme und formale Verifikation. Sowohl eine vom Programmcode ausgehende Extraktion eines für den Verifikationsprozess geeigneten mathematischen Modells als auch die Analyse des Modells hinsichtlich funktionaler und quantitativer Eigenschaften stellen wissenschaftliche Herausforderungen dar. Der zu erwartende Erkenntnisgewinn des Projekts ist vielfälltig. Wir gehen davon aus, dass unsere Arbeiten zu einer prinzipiell einsetzbaren Methodik für die funktionale und quantitative Analyse und Optimierung von Betriebssystemkernen führen werden, die auch auf andere komplexe Systeme mit einer heerogenen Struktur aus Hard- und Softwarekomponenten anwendbar ist. Ferner erwarten wir, dass die Durchführung des beantragenden Projekts auch neue Erkenntnisse hinsichtlich der Kombination von Theorembeweisen und probabilistischem Model Checking und hinsichtlich der Modellierung, Spezifikation und Analyse stochastischer (Echtzeit-)Systeme liefern wird.

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