Innovative Informatikanwendungen : Informatik 2003 ; 29. September - 2. Oktober 2003 in Frankfurt am Main

Tagungsprogramm INFORMATIK 2003 Innovative Informatikanwendungen. 33. Jahrestagung der Gesellschaft für Informatik e.V. (GI) 29. September bis 2. Oktober 2003 Frankfurt am Mai

Analyse von IT-Anwendungen mittels Zeitvariation

Performanzprobleme treten in der Praxis von IT-Anwendungen häufig auf, trotz steigender Hardwareleistung und verschiedenster Ansätze zur Entwicklung performanter Software im Softwarelebenszyklus. Modellbasierte Performanzanalysen ermöglichen auf Basis von Entwurfsartefakten eine Prävention von Performanzproblemen. Bei bestehenden oder teilweise implementierten IT-Anwendungen wird versucht, durch Hardwareskalierung oder Optimierung des Codes Performanzprobleme zu beheben. Beide Ansätze haben Nachteile: modellbasierte Ansätze werden durch die benötigte hohe Expertise nicht generell genutzt, die nachträgliche Optimierung ist ein unsystematischer und unkoordinierter Prozess. Diese Dissertation schlägt einen neuen Ansatz zur Performanzanalyse für eine nachfolgende Optimierung vor. Mittels eines Experiments werden Performanzwechselwirkungen in der IT-Anwendung identifiziert. Basis des Experiments, das Analyseinstrumentarium, ist eine zielgerichtete, zeitliche Variation von Start-, Endzeitpunkt oder Laufzeitdauer von Abläufen der IT-Anwendung. Diese Herangehensweise ist automatisierbar und kann strukturiert und ohne hohen Lernaufwand im Softwareentwicklungsprozess angewandt werden. Mittels der Turingmaschine wird bewiesen, dass durch die zeitliche Variation des Analyseinstrumentariums die Korrektheit von sequentiellen Berechnung beibehalten wird. Dies wird auf nebenläufige Systeme mittels der parallelen Registermaschine erweitert und diskutiert. Mit diesem praxisnahen Maschinenmodell wird dargelegt, dass die entdeckten Wirkzusammenhänge des Analyseinstrumentariums Optimierungskandidaten identifizieren. Eine spezielle Experimentierumgebung, in der die Abläufe eines Systems, bestehend aus Software und Hardware, programmierbar variiert werden können, wird mittels einer Virtualisierungslösung realisiert. Techniken zur Nutzung des Analyseinstrumentariums durch eine Instrumentierung werden angegeben. Eine Methode zur Ermittlung von Mindestanforderungen von IT-Anwendungen an die Hardware wird präsentiert und mittels der Experimentierumgebung anhand von zwei Szenarios und dem Android Betriebssystem exemplifiziert. Verschiedene Verfahren, um aus den Beobachtungen des Experiments die Optimierungskandidaten des Systems zu eruieren, werden vorgestellt, klassifiziert und evaluiert. Die Identifikation von Optimierungskandidaten und -potenzial wird an Illustrationsszenarios und mehreren großen IT-Anwendungen mittels dieser Methoden praktisch demonstriert. Als konsequente Erweiterung wird auf Basis des Analyseinstrumentariums eine Testmethode zum Validieren eines Systems gegenüber nicht deterministisch reproduzierbaren Fehlern, die auf Grund mangelnder Synchronisationsmechanismen (z.B. Races) oder zeitlicher Abläufe entstehen (z.B. Heisenbugs, alterungsbedingte Fehler), angegeben.Performance problems are very common in IT-Application, even though hardware performance is consistently increasing and there are several different software performance engineering methodologies during the software life cycle. The early model based performance predictions are offering a prevention of performance problems based on software engineering artifacts. Existing or partially implemented IT-Applications are optimized with hardware scaling or code tuning. There are disadvantages with both approaches: the model based performance predictions are not generally used due to the needed high expertise, the ex post optimization is an unsystematic and unstructured process. This thesis proposes a novel approach to a performance analysis for a subsequent optimization of the IT-Application. Via an experiment in the IT-Application performance interdependencies are identified. The core of the analysis is a specific variation of start-, end time or runtime of events or processes in the IT-Application. This approach is automatic and can easily be used in a structured way in the software development process. With a Turingmachine the correctness of this experimental approach was proved. With these temporal variations the correctness of a sequential calculation is held. This is extended and discussed on concurrent systems with a parallel Registermachine. With this very practical machine model the effect of the experiment and the subsequent identification of optimization potential and candidates are demonstrated. A special experimental environment to vary temporal processes and events of the hardware and the software of a system was developed with a virtual machine. Techniques for this experimental approach via instrumenting are stated. A method to determine minimum hardware requirements with this experimental approach is presented and exemplified with two scenarios based on the Android Framework. Different techniques to determine candidates and potential for an optimization are presented, classified and evaluated. The process to analyze and identify optimization candidates and potential is demonstrated on scenarios for illustration purposes and real IT-Applications. As a consistent extension a test methodology enabling a test of non-deterministic reproducible errors is given. Such non-deterministic reproducible errors are faults in the system caused by insufficient synchronization mechanisms (for example Races or Heisenbugs) or aging-related faults

Ein Kommunikations- und Tutoring-System für Lerngruppen im Internet

In der klassischen Lehre spielen Übungen eine entscheidende Rolle für den Lernerfolg der Studierenden. Insbesondere Gruppenübungen ermöglichen es, einen Wissensgegenstand aus unterschiedlichen Perspektiven zu betrachten und durch das Mittel der Externalisierung besser zu verstehen. Dies setzt allerdings eine direkte Kommunikation zwischen den beteiligten Personen voraus. Im Bereich der Fernlehre sind diese Möglichkeiten aufgrund der räumlichen Trennung und der technischen Gegebenheiten nur sehr eingeschränkt gegeben. Zum einen existieren entsprechende Systeme nur für Teilaspekte, zum anderen fehlen bisher adaptive integrierte Gruppenübungen. Das in dieser Arbeit vorgestellte Communication and Tutoring System (CATS) integriert zum einen adaptive Aufgaben mit einem standardisierten Kommunikationssystem und ermöglicht dadurch die Vermittlung von Wissen zwischen den Studierenden untereinander und zwischen Studierenden und Lehrenden. Zum anderen wird ein generischer Ansatz zur technischen Abwicklung von Gruppenarbeiten in der Fernlehre vorgestellt. Sowohl die adaptiven individuellen Übungsaufgaben wie auch das Gruppenarbeitskonzept sind in verschiedenen Fächern einsetzbar. Entsprechende Hilfsprogramme unterstützen die Lehrenden bei der Erstellung von Übungsaufgaben, besondere Programmierkenntnisse sind hierzu nicht erforderlich. Damit wurde Forderungen aus der Lernpsychologie Rechnung getragen, die bisher, insbesondere im Bereich der Fernlehre, nicht erfüllt werden konnten. Bereits bei der Architektur des Systems wurde darauf geachtet, eine stabile, nachhaltige Umsetzung des Systems zu gewährleisten, ohne auf eine notwendige Flexibilität zu verzichten. Ein spezielles Integrationsmodell ermöglicht die rasche Anbindung an bestehende Lernplattformen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Anbindung an die Lernplattform ".LRN" realisiert. Das Communication and Tutoring System (CATS) wurde im aktiven Übungsbetrieb zur Unterstützung der Vorlesung Rechnernetze an der Universität Mannheim in den Sommersemestern 2003 und 2004 und auch für die Vorlesung Multimediatechnik im Wintersemester 2003/04 eingesetzt. Es werden die Ergebnisse einer empirischen Untersuchung präsentiert, die zum WS 2003/04 im Rahmen der Vorlesung Multimediatechnik durchgeführt wurde. Diese betraf sowohl die Akzeptanz des Systems bei den Studierenden wie auch die Klausurergebnisse der CATS-Benutzer. Zudem werden die Examensergebnisse von Präsenzstudierenden der Rechnernetze-Vorlesung im SS 2004 mit denen der Fernstudierenden verglichen. CATS wurde außerdem in den Projekten ULI, VIROR, Winfoline und Politikon erfolgreich eingesetzt

Unsere gemeinsame digitale Zukunft

Das Gutachten „Unsere gemeinsame digitale Zukunft“ macht deutlich, dass Nachhaltigkeitsstrategien und -konzepte im Zeitalter der Digitalisierung grundlegend weiterentwickelt werden müssen. Nur wenn der digitale Wandel und die Transformation zur Nachhaltigkeit konstruktiv verzahnt werden, kann es gelingen, Klima- und Erdsystemschutz sowie soziale Fortschritte menschlicher Entwicklung voranzubringen. Ohne aktive politische Gestaltung wird der digitale Wandel den Ressourcen- und Energieverbrauch sowie die Schädigung von Umwelt und Klima weiter beschleunigen. Daher ist es eine vordringliche politische Aufgabe, Bedingungen dafür zu schaffen, die Digitalisierung in den Dienst nachhaltiger Entwicklung zu stellen