Ressourcengewahre Systemsoftware für replizierte Dienste
Replizierte Dienste wie verteilte Dateisysteme, Datenbanken und Blockchains stellen essentielle Bausteine heutiger IT-Infrastrukturen dar und werden daher so konstruiert, dass sie einem breiten Spektrum an Fehlerszenarien Stand halten können (z.B. Ausfällen von Hardware-Teilen, Versagen von Software-Komponenten).
Um die fehlertoleranter Replikation innewohnende Komplexität bewältigen zu können, vertrauen die betroffenen Systeme auf Replikationssystemsoftware, also speziell auf den Einsatzzweck zugeschnittene Programme, die unter anderem dafür Sorge tragen, dass die involvierten Systemteile sich nach außen hin wie ein einheitliches Ganzes verhalten. Da die Replikationssystemsoftware somit die Basis für die Zuverlässigkeit und Stabilität des Gesamtsystems bildet, muss sie strikten Sicherheits- und Effizienzanforderungen genügen, um nicht Gefahr zu laufen, zu einer angreifbaren Schwachstelle oder einem die Performanz beeinträchtigen Flaschenhals zu werden.
Ein wesentliches Ziel der Arbeit war die Frage, wie sich die Effizienz zuverlässiger Replikationssystemsoftware durch Einbeziehung von Ressourcengewahrheit steigern lässt. Zum einen erhält die Systemsoftware bei diesem Ansatz detaillierte Informationen über die ihr zur Verfügung stehenden Ressourcen wie beispielsweise die Menge an nutzbaren Rechenkernen. Zum anderen wird sie darüber hinaus in die Lage versetzt, bei sich ändernden Ressourcenverhältnissen ihre eigene Architektur und Konfiguration auf die jeweils aktuellen Gegebenheiten anzupassen. Eine zentrale Bestrebung in diesem Zusammenhang war die Entwicklung von Techniken, die weder ein bestimmtes Fehlermodell noch ein spezifisches Replikationsprotokoll bedingen, sondern stattdessen in einem allgemeinen Rahmen und vielfältig einsetzbar sind.
Konkret leistet die Arbeit wissenschaftliche Beiträge auf drei verschiedenen Gebieten:
(1) Sie präsentiert ein Konzept, das es Replikationssystemsoftware ermöglicht, ihren Parallelisierungsgrad auf die Anzahl der vorhandenen Prozessoren abzustimmen und somit die ihr zugeteilten Rechenressourcen effektiv zu nutzen.
(2) Sie beschreibt einen generischen Ansatz mit dessen Hilfe die Replikationssystemsoftware in Zeiten niedriger Auslastung Energie dadurch sparen kann, dass sie ihren eigenen Ressourcenverbrauch über mehrere Systemschichten hinweg in koordinierter Weise reduziert.
(3) Sie stellt eine Reihe von maßgeschneiderten Techniken zur Verbesserung der Performanz und Ressourceneffizienz vor, die auf spezifische Anwendungsfälle maßgeschneidert sind. Beispiele hierfür sind die Ausführung in heterogenen Umgebungen, die Unterstützung von Diensten mit großen Zuständen sowie der Einsatz in über mehrere Kontinente hinweg verteilten Systemen.
Vita
zur Vita von PD Dr. Tobias Distler
alle FAU Awards 2022
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Replizierte Dienste wie verteilte Dateisysteme, Datenbanken und Blockchains stellen essentielle Bausteine heutiger IT-Infrastrukturen dar und werden daher so konstruiert, dass sie einem breiten Spektrum an Fehlerszenarien Stand halten können (z.B. Ausfällen von Hardware-Teilen, Versagen von Software-Komponenten).
Um die fehlertoleranter Replikation innewohnende Komplexität bewältigen zu können, vertrauen die betroffenen Systeme auf Replikationssystemsoftware, also speziell auf den Einsatzzweck zugeschnittene Programme, die unter anderem dafür Sorge tragen, dass die involvierten Systemteile sich nach außen hin wie ein einheitliches Ganzes verhalten. Da die Replikationssystemsoftware somit die Basis für die Zuverlässigkeit und Stabilität des Gesamtsystems bildet, muss sie strikten Sicherheits- und Effizienzanforderungen genügen, um nicht Gefahr zu laufen, zu einer angreifbaren Schwachstelle oder einem die Performanz beeinträchtigen Flaschenhals zu werden.
Ein wesentliches Ziel der Arbeit war die Frage, wie sich die Effizienz zuverlässiger Replikationssystemsoftware durch Einbeziehung von Ressourcengewahrheit steigern lässt. Zum einen erhält die Systemsoftware bei diesem Ansatz detaillierte Informationen über die ihr zur Verfügung stehenden Ressourcen wie beispielsweise die Menge an nutzbaren Rechenkernen. Zum anderen wird sie darüber hinaus in die Lage versetzt, bei sich ändernden Ressourcenverhältnissen ihre eigene Architektur und Konfiguration auf die jeweils aktuellen Gegebenheiten anzupassen. Eine zentrale Bestrebung in diesem Zusammenhang war die Entwicklung von Techniken, die weder ein bestimmtes Fehlermodell noch ein spezifisches Replikationsprotokoll bedingen, sondern stattdessen in einem allgemeinen Rahmen und vielfältig einsetzbar sind.
Konkret leistet die Arbeit wissenschaftliche Beiträge auf drei verschiedenen Gebieten:
(1) Sie präsentiert ein Konzept, das es Replikationssystemsoftware ermöglicht, ihren Parallelisierungsgrad auf die Anzahl der vorhandenen Prozessoren abzustimmen und somit die ihr zugeteilten Rechenressourcen effektiv zu nutzen.
(2) Sie beschreibt einen generischen Ansatz mit dessen Hilfe die Replikationssystemsoftware in Zeiten niedriger Auslastung Energie dadurch sparen kann, dass sie ihren eigenen Ressourcenverbrauch über mehrere Systemschichten hinweg in koordinierter Weise reduziert.
(3) Sie stellt eine Reihe von maßgeschneiderten Techniken zur Verbesserung der Performanz und Ressourceneffizienz vor, die auf spezifische Anwendungsfälle maßgeschneidert sind. Beispiele hierfür sind die Ausführung in heterogenen Umgebungen, die Unterstützung von Diensten mit großen Zuständen sowie der Einsatz in über mehrere Kontinente hinweg verteilten Systemen.
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