Virtuelle Maschinen - V+Ü (VM-VU)5 ECTS
(englische Bezeichnung: Virtual Machines - V+Ü)
(Prüfungsordnungsmodul: Virtuelle Maschinen (Vorlesung mit Übungen))

Lehrveranstaltungen:

• • Virtuelle Maschinen
    (Vorlesung, 2 SWS, Volkmar Sieh, Di, 14:15 - 15:45, 0.031-113)
  • Übungen zu Virtuelle Maschinen
    (Übung, 2 SWS, Volkmar Sieh)

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

• untersuchen CPU-Emulationen

• untersuchen Geräte-Emulationen

Weitere Informationen:

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:

1. Informatik (Bachelor of Arts (2 Fächer))
   (Po-Vers. 2013 | TechFak | Informatik (Bachelor of Arts (2 Fächer)) | Vertiefung Informatik I und II | Vertiefungsrichtung Rechnerarchitektur | Virtuelle Maschinen (Vorlesung mit Übungen))
2. Informatik (Bachelor of Arts (2 Fächer))
   (Po-Vers. 2013 | TechFak | Informatik (Bachelor of Arts (2 Fächer)) | Vertiefung Informatik I und II | Vertiefungsrichtung Verteilte Systeme und Betriebssysteme | Virtuelle Maschinen (Vorlesung mit Übungen))

Studien-/Prüfungsleistungen:

Virtuelle Maschinen (Vorlesung mit Übungen) (Prüfungsnummer: 202041)

Prüfungsleistung, mündliche Prüfung, Dauer (in Minuten): 30, benotet

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

Prüfungssprache: Deutsch

Erstablegung: WS 2022/2023, 1. Wdh.: SS 2023

1. Prüfer:

Volkmar Sieh