Virtuelle Maschinen - V+EÜ (VM-VEU)7.5 ECTS
(englische Bezeichnung: Virtual Machines - V+EÜ)

Lehrveranstaltungen:

• • Virtuelle Maschinen
    (Vorlesung, 2 SWS, Volkmar Sieh, Mo, 14:15 - 15:45, 0.031-113)
  • Übungen zu Virtuelle Maschinen
    (Übung, 2 SWS, Volkmar Sieh)
  • Erweiterte Übungen zu Virtuelle Maschinen
    (Übung, 2 SWS, Volkmar Sieh, Zeit und Raum n.V.)

Inhalt:

Vorgestellt werden verschiedene Virtualisierungs-Ansätze:

• Emulation

• Just-In-Time-Compiler

• Para-Virtualisierung

• Bibliotheks-basierte Virtualisierung

• OS-Virtualisierung

Lernziele und Kompetenzen:

Studierende, die das Modul erfolgreich abgeschlossen haben:

• erläutern verschiedene Motivationen für den Einsatz von VMs

• unterscheiden verschiedene VMs

• klassifizieren verschiedene Ziele unterschiedlicher VMs (z.B. Performance, Konfigurierbarkeit, Genauigkeit, ...)

• hinterfragen verschiedene Simulationansätze für MMUs

• erstellen virtuelle Komponenten und Busse

• strukturieren Callbacks und entsprechendes Forwarding und Caching

• unterscheiden zwischen Architektur, Chip und Komponente

• klassifizieren unterschiedliche Just-In-Time-Compiler-Ansätze

• erzeugen JIT Code aus vorgefertigten Code-Teilen

• bewerten unterschiedliche JIT-Code-Optimierungen

• erläutern Probleme bei der JIT-Code-Invalidierung

• nennen JIT Probleme mit Exceptions/Interrupts sowie berechnete Sprüngen und Return-Instruktionen

• unterscheiden verschiedene JIT Cache-Verwaltungen

• beschreiben Möglichkeiten der Fehlerinjektion durch VMs

• entwickeln ein an JIT angepasstes virtuelles "Hardware"-Design

• erläutern die Java-VM Instruktionssatz-Architektur

• nutzen Hardware-basierte Virtualisierung

• entwickeln Verfahren zum Ausfiltern bestimmter Befehle

• erläutern Probleme der Speicherverwaltung bei HW-basierter Virtualisierung

• nutzen User-Mode-Emulation zur Paravirtualisierung

• diskutieren Möglichkeiten von Debuggern für die Umleitung von System-Calls und die Ausfilterung von Befehlen

• nutzen einen Hypervisor zur Paravirtualisierung

• unterscheiden verschiedene Ansätze zur Geräteverwaltung in paravirtualisierten Systemen

• erläutern Betriebssystem-basierte Virtualisierung

• entwickeln unterschiedliche Bibliotheks-basierte Virtualisierungen

• erläutern Probleme beim Speicher-Layout bei Bibliotheks-basierte Virtualisierung

• konzipieren Personalities für Bibliotheks-basierte Virtualisierungen

• beurteilen Probleme bei der korrekten Zeit-Simulation

• nennen Ideen für die dynamische Anpassung der Zeit-Simulation

• klassifizieren bekannte VMs (z.B. VICE, FAUmachine, QEMU, Bochs, JVM, KVM, User-Mode-Linux, Xen, VServer, Wine)

• diskutieren in der Gruppe Vor- und Nachteile von bestimmten VM-Ansätzen

• entwickeln selbst CPU-Emulationen

• entwickeln selbst Geräte-Emulationen

• verteilen Implementierungsaufgaben in ihrer Gruppe

• erstellen Zeitpläne für Implementierungen für sich und ihre Gruppe

Weitere Informationen:

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:
Das Modul ist im Kontext der folgenden Studienfächer/Vertiefungsrichtungen verwendbar:

1. Informatik (Bachelor of Arts (2 Fächer))
   (Po-Vers. 2010 | TechFak | Informatik (Bachelor of Arts (2 Fächer)) | Vertiefung Informatik I und II | Vertiefungsmodul Rechnerarchitektur)
2. Informatik (Bachelor of Arts (2 Fächer))
   (Po-Vers. 2010 | TechFak | Informatik (Bachelor of Arts (2 Fächer)) | Vertiefung Informatik I und II | Vertiefungsmodul Verteilte Systeme und Betriebssysteme)
3. Informatik (Bachelor of Arts (2 Fächer))
   (Po-Vers. 2013 | TechFak | Informatik (Bachelor of Arts (2 Fächer)) | Vertiefung Informatik I und II | Vertiefungsmodul Rechnerarchitektur)
4. Informatik (Bachelor of Arts (2 Fächer))
   (Po-Vers. 2013 | TechFak | Informatik (Bachelor of Arts (2 Fächer)) | Vertiefung Informatik I und II | Vertiefungsmodul Verteilte Systeme und Betriebssysteme)
5. Informatik (Bachelor of Science)
   (Po-Vers. 2009s | TechFak | Informatik (Bachelor of Science) | Wahlpflichtbereich (5. und 6. Semester) | Wahlpflichtmodule | Vertiefungsrichtung Rechnerarchitektur)
6. Informatik (Bachelor of Science): 5-6. Semester
   (Po-Vers. 2009s | TechFak | Informatik (Bachelor of Science) | Wahlpflichtbereich (5. und 6. Semester) | Wahlpflichtmodule | Vertiefungsrichtung Verteilte Systeme und Betriebssysteme)
7. Informatik (Bachelor of Science)
   (Po-Vers. 2009w | TechFak | Informatik (Bachelor of Science) | Wahlpflichtbereich (5. und 6. Semester) | Wahlpflichtmodule | Vertiefungsrichtung Rechnerarchitektur)
8. Informatik (Bachelor of Science): 5-6. Semester
   (Po-Vers. 2009w | TechFak | Informatik (Bachelor of Science) | Wahlpflichtbereich (5. und 6. Semester) | Wahlpflichtmodule | Vertiefungsrichtung Verteilte Systeme und Betriebssysteme)
9. Informatik (Master of Science)
   (Po-Vers. 2010 | TechFak | Informatik (Master of Science) | Wahlpflichtbereich | Säule der systemorientierten Vertiefungsrichtungen | Vertiefungsrichtung Rechnerarchitektur)
10. Informatik (Master of Science)
    (Po-Vers. 2010 | TechFak | Informatik (Master of Science) | Wahlpflichtbereich | Säule der systemorientierten Vertiefungsrichtungen | Vertiefungsrichtung Verteilte Systeme und Betriebssysteme)
11. Mathematik (Bachelor of Science)
    (Po-Vers. 2015w | NatFak | Mathematik (Bachelor of Science) | Module des Nebenfachs | Nebenfach Informatik | Vertiefungsmodule | Vertiefungsmodul Rechnerarchitektur)
12. Mathematik (Bachelor of Science)
    (Po-Vers. 2015w | NatFak | Mathematik (Bachelor of Science) | Module des Nebenfachs | Nebenfach Informatik | Vertiefungsmodule | Vertiefungsmodul Verteilte Systeme und Betriebssysteme)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Virtuelle Maschinen (Vorlesung mit Übung und Laborübung) (Prüfungsnummer: 462793)

Prüfungsleistung, mehrteilige Prüfung, benotet

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

weitere Erläuterungen:
30-minütige mündliche Prüfung + erfolgreiche Ausführung von Übungsaufgaben (verpflichtend)

Erstablegung: WS 2017/2018, 1. Wdh.: SS 2018, 2. Wdh.: keine Wiederholung

1. Prüfer:

Volkmar Sieh