Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Meins!: Wenn Programme selber auf Rechenleistung zugreifen

25.08.2017

Computer benötigen immer mehr Rechenleistung, um die immer anspruchsvolleren Programme störungsfrei abspielen zu können. Die jetzige Technik wird dabei nicht mehr lange mithalten können. Langfristig muss eine neue Idee her: Informatiker der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) entwickeln zusammen mit Partnern in dem Verbundprojekt SFB/Transregio 89 „Invasic“ zurzeit eine Methode, die Verteilung der Rechenleistung auf die einzelnen Programme mit besonderer Rücksicht auf deren Erfordernisse zu lösen – und Computer so fit für die zukünftigen Rechenlasten zu machen.

Jeder kennt das: Da will man ein Video am Computer abspielen, aber immer wieder ruckelt es. Das reibungslose Abspielen will einfach nicht funktionieren. Die Störungen liegen an der Architektur des Rechners und an den gleichzeitig im Hintergrund stattfindenden Aktivitäten im Rechensystem:


Das Network Operation Center (iNoC) verbindet die Kacheln in der „Multiprocessor System-on-chip“-Architektur miteinander.

SFB/Transregio 89, Dr.-Ing. Jan Heißwolf

In heute üblichen Mehrkernprozessoren teilen Betriebssysteme den Anwendungen Rechenzeit und Ressourcen (z. B. Speicher) zu, ohne genaue Informationen über den wirklichen Bedarf zu haben. Das heißt, es laufen auf den Prozessoren gleichzeitig mehrere Programme und beim Zugriff auf gemeinsame Ressourcen kommt es zum Wettstreit. Dadurch können unvorhersehbare Wartezeiten entstehen, die dann oftmals zu kurzen Störungen, wie bei dem ruckelnden Video, führen.

Mit wachsendem Bedarf an Rechenleistung stößt die Mehrkernprozesstechnik damit zukünftig an ihre Grenzen. Es ist zwar möglich, immer mehr Kerne zu integrieren, sogar bis zu mehreren hundert, aber effizient ist das nicht: Der Wettstreit nimmt zu und insgesamt würde der Rechenprozess immer langsamer.

Wenn man weiß, was die Anwendung will, kann sich das Rechensystem besser darauf einstellen

In dem Verbundprojekt Transregio 89 forschen FAU-Wissenschaftler unter der Leitung von Prof. Dr. Jürgen Teich an Lösungen für dieses Problem. Ihr Ansatz: Das Betriebssystem soll die Ressourcen, wie zum Beispiel Rechenleistung, nicht alleine aufgrund eigener Strategien auf die Programme verteilen.

Stattdessen sollen die Programme Randbedingungen für die Nutzung der Ressourcen vorgeben können. Diese Programme werden vorab analysiert, der dabei ermittelte Leistungsbedarf wird dem Betriebssystem mitgeteilt und von diesem durch geeignete Ressourcenzuteilung garantiert.

Ein Video könnte so beispielsweise vier Kerne anfordern, die dann für seine Laufzeit dem Video exklusiv zur Verfügung stehen. „Durch diese neue Systemarchitektur werden Fehlentscheidungen durch das Betriebssystem vermieden und es können Garantien für die benötigte Rechenleistung durchgesetzt werden “, sagt Prof. Dr. Wolfgang Schröder-Preikschat vom Lehrstuhl für Verteilte Systeme und Betriebssysteme an der FAU.

IT-Sicherheit: alte Risiken in neuem Gewand

Mit dem neuen Ansatz kommen auch neue Herausforderungen, um die IT-Sicherheit zu gewährleisten. Denn wenn Programme unkontrolliert Ressourcen reservieren können, ist es für Schadprogramme ein Leichtes, die Computer lahmzulegen. Sie können einfach alle Ressourcen für sich beanspruchen und nicht mehr freigeben, oder versuchen, den Speicher anderer Programme zu löschen oder zu überschreiben.

Dieses Szenario lässt sich mit dem Computerspiel „Core Wars“ vergleichen: Computerprogramme bekriegen sich im Speicher eines einfachen Computers. Das Programm, das es schafft, das andere Programm durch übermäßige Ressourcenbelegung auszulöschen, gewinnt. Um das zu verhindern, arbeiten IT-Sicherheitsinformatiker von der FAU und der TU Leuven in einem Teilprojekt des SFB 89 an Gegenmaßnahmen.

Diese sehen verstärkte, in die Prozessor-Hardware eingebaute Sicherheitsmechanismen vor. „Wir stellen sicher, dass durch alle Speicherebenen die Vertraulichkeit von Code und Daten stets gewährleistet ist, auch wenn ein Programm mehr Ressourcen belegt als es benötigt oder aus dem Speicherbereich von anderen Programmen liest“, sagt Prof. Dr. Felix Freiling vom Lehrstuhl für IT-Sicherheit an der FAU.

Die Informatiker sind sich sicher, dass ihr Ansatz großes Potenzial hat und damit Computer auch zukünftig die benötigten Rechenleistungen sicher erbringen können.

Verbundprojekt SFB/Transregio 89 „Invasic“

Der Transregio 89 ist ein von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderter Sonderforschungsbereich (SFB) mit Forschenden der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, des Karlsruher Institut für Technologie sowie der Technischen Universität München.
Weitere Informationen über die Forschungsarbeit des SFB/Transregio 89 finden Sie unter www.invasic.de

Weitere Informationen für die Medien:
Transregio 89
Prof. Dr.-Ing. Jürgen Teich
Tel.: 09131/85-25150
juergen.teich@fau.de

Betriebssysteme
Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Schröder-Preikschat
Tel.: 09131/85-27278
wosch@cs.fau.de

IT-Sicherheit
Prof. Dr.-Ing. Felix Freiling
Tel.: 09131/85-69901
felix.freiling@cs.fau.de

Dr. Susanne Langer | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.fau.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Original bleibt Original - Neues Produktschutzverfahren für KFZ-Kennzeichenschilder
19.01.2018 | Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS

nachricht Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab
18.01.2018 | Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz GmbH, DFKI

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Kongress Meditation und Wissenschaft

19.01.2018 | Veranstaltungen

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungen

6. Technologie- und Anwendungsdialog am 18. Januar 2018 an der TH Wildau: „Intelligente Logistik“

18.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rittal vereinbart mit dem Betriebsrat von RWG Sozialplan - Zukunftsorientierter Dialog führt zur Einigkeit

19.01.2018 | Unternehmensmeldung

Open Science auf offener See

19.01.2018 | Geowissenschaften

Original bleibt Original - Neues Produktschutzverfahren für KFZ-Kennzeichenschilder

19.01.2018 | Informationstechnologie