Grundlagen der Betriebssysteme

Das hier frei verfügbare Skript wurde zuletzt im Oktober 2003 in der 3. Auflage überarbeitet und war Grundlage der von Prof. Dr. Wegner bis dahin gehaltenen gleichnamigen Veranstaltung. Die Ursprünge gehen bis auf ein Skript des Kollegen Jürgen Nehmer (Kaiserslautern) aus den Siebzigern zurück. Eine wesentliche Überarbeitung erfuhr das Material mit Erscheinen des didaktisch exzellenten Buchs von Ben-Ari „Grundlagen der Parallel-Programmierung“ aus dem Jahr 1984. Konkrete Umsetzungen von Prozesssynchronisierungskonzepten in lauffähige Programme wurden allerdings ausgespart und finden sich im ebenfalls frei verfügbaren Skript „Interprozesskommunikation“.

Skript Interprozesskommunikation

Das hier frei verfügbare Skript gehört zu einer gleichnamigen Vorlesung, die von Prof. Dr. Lutz Wegner bis zum Sommersemester 2007 gehalten wurde. Davor lief sie bis 1999 unter dem etwas irreführenden Titel „Ausgewählte Themen zu Rechnernetzen“. Behandelt wird die IPC in UNIX-basierten Rechnernetzen. Dazu gehören allgemeine Kenntnisse der Prozessumgebung, die fork- und exec-Systemaufrufe, Lock Files, Signale, Pipes, das Botschaftenkonzept (message queues), Semaphore, Shared Memory, Remote Procedure Calls, Sockets und Threads. Jedes Konzept wird mit kleinen Beispielen besprochen, die in C geschrieben sind. Der Quelltext liegt auf unseren Anlagen vor (für AIX, LINUX, Solaris). Grundlage der Vorlesung und des Skripts ist das ausgezeichnete Buch von John Shapley Gray „Interprocess Communications in UNIX“ aus dem Jahr 1998 bzw. die auf Linux angepasste Auflage desselben Buches „Interprocess Communications in LINUX“ aus dem Jahr 2003.

Programmierung graphischer Benutzerschnittstellen mit Tcl/Tk. - 4. Aufl.

Das hier frei verfügbare Skript und die Sammlung an Klausuren mit Musterlösungen aus den Jahren 2005 bis 2015 geht auf die gleichnamige Vorlesung im Masterstudium Informatik an der Universität Kassel zurück. Kenntnisse in der Programmierung graphischer Oberflächen sind offensichtlich sehr nützlich, da es kaum noch Anwendungen gibt, die auf eine ansprechend gestaltete Benutzeroberfläche verzichten können. Andererseits ist die Programmierung auch heute noch sehr aufwendig. Als Ausweg empfiehlt sich die Beschäftigung mit Ousterhouts Tcl/Tk, das einerseits eine leicht lernbare und universell einsetzbare Skriptsprache (Tcl) bietet, andererseits mit Tk über einen überschaubaren und auf fast allen Betriebssystemen einsetzbaren Werkzeugkasten für die Konstruktion graphischer Oberflächen verfügt. Grundlage des Skripts ist das ausgezeichnete Buch von Harrison und McLennan „Effective Tcl/Tk Programming - Writing Better Programs with Tcl and Tk“ aus dem Jahr 1998, das inzwischen auch in einer deutschen Übersetzung vorliegt.

Folien zur Vorlesung Sortierverfahren

Die hier frei verfügbare Foliensammlung stammt aus der gleichnamigen Master-Veranstaltung im Sommersemester 2014. Das zugehörige Skript (in Englisch) kann als PDF heruntergeladen werden von der Universität Turku (Lutz M. Wegner, Sorting – The Turku Lectures, Lecture Notes in Computing 2014, Univ. of Turku, Finland, http://tucs.fi/publications/attachment.php?fname=bWegner_LutzMx14a.full.pdf). Das überarbeitete Material geht auf eine dort im Jahre 1987 gehaltene Gastvorlesung zurück. Betrachtet werden Varianten von Quicksort und Heapsort, speziell bei Quicksort solche für Multimengen und Vorsortierung, sowohl für verkettete Listen als auch für Datenstrukturen mit Direktzugriff. Neben dem Standardheapsort werden die Floydverbesserung und Dijkstras Smoothsort vorgestellt. Eine Netzwerkvariante und zwei Externspeicherverfahren auf Basis von Quicksort und Heapsort werden untersucht. Der Stand der Technik bei den stabilen, in-situ Verfahren wird skizziert. Der Stoff eignet sich für eine Vorlesung mit angegliederten Projektübungen, in denen Studierende selbstständig Algorithmen, die als Pseudo-Code vorgegeben sind, in effizienten, lauffähigen Java-Code umsetzen und in einer Laufzeitbibliothek mit vorgegebenen Testdaten messen.

Programmierung in Pascal

Das hier frei verfügbare Skript gehört zu einer gleichnamigen Vorlesung, die von Prof. Dr. Lutz Wegner bis zum Wintersemester 1998/99 am damaligen Fachbereich 17 Mathematik/Informatik der Universität Kassel gehalten wurde. Thema ist die Einführung in die Programmierung, wie sie am Anfang fast aller Informatik-, Mathematik- und verwandter Ingenieurstudiengänge steht. Hier erfolgt die Einführung mit der Programmiersprache Pascal, die Niklaus Wirth (ehemals ETH Zürich) bereits 1968 entwickelte. Sie gilt als letzte Vertreterin der rein prozeduralen Sprachen und führt in der Regel zu sauber strukturierten Programmen. In der damals auf PCs weit verbreiteten Turbo Pascal Variante geht es auch um Objektorientierung, die charakteristisch für das heutige Programmierparadigma mit Java ist. Alte (und neu geschriebene) Pascal-Programme lassen sich problemlos mit den Free Pascal Open Source Compilern (www.freepascal.org) übersetzen und unter allen gängigen Betriebssystemen zur Ausführung bringen. Wer hierfür eine fachlich präzise und trotzdem vergleichsweise gut lesbare Einführung mit Hinweisen auf guten und schlechten Programmierstil braucht, wird hier fündig und kommt über den Stickwortindex am Ende auch schnell zu Einzelthemen wie Parameterübergabe oder das Arbeiten mit Pointern.

A storage scheme for an automated archive

Presentation given at the Al-Azhar Engineering First Conference, AEC’89, Dec. 9-12 1989, Cairo, Egypt. The paper presented at AEC'89 suggests an infinite storage scheme divided into one volume which is online and an arbitrary number of off-line volumes arranged into a linear chain which hold records which haven't been accessed recently. The online volume holds the records in sorted order (e.g. as a B-tree) and contains shortest prefixes of keys of records already pushed offline. As new records enter, older ones are retired to the first volume which is going offline next. Statistical arguments are given for the rate at which an off-line volume needs to be fetched to reload a record which had been retired before. The rate depends on the distribution of access probabilities as a function of time. Applications are medical records, production records or other data which need to be kept for a long time for legal reasons.

Umsteuern in der Bildung! Aber wohin?

Vortrag im Rahmen der Millenium-Tage Kassel „WissensZukunft ZukunftsWissen“, 18. Oktober 2002 im Gebäude der EAM, Kassel

Neue Medien und Hochschule: Nach der Euphorie

Vortragsfolien eines eingeladenen Vortrags auf der 58. Jahrestagung Bundesverband Deutscher Stiftungen am 16.05.2002 in Hamburg. Das Thema der Jahrestagung war „Stiftungen in der Wissensgesellschaft“. Der Vortrag geht in kurzer und unterhaltsamer Form auf Vorstellungen und Hoffnungen der Wissensvermittlung mittels E-Learning ein. Stiftungen waren ganz wesentlich an der Gründung der Informatik in Kassel beteiligt, was im Vortrag auch gestreift wird.

Pointer Swizzling: Unterbrechung erwünscht!

Vortragsfolien eines auf dem SAP ABAP-Jahrestreffen 20.-22.9.1995 in Ottrott/Elsaß gehaltenen Vortrags. - Zusammenfassung: Unter Pointer Swizzling versteht man eine Technik, persistente Zeiger in Datenbeständen zur Laufzeit so geschickt durch Hauptspeicherzeiger zu ersetzen, dass schnelles Durchlaufen komplexer Objektstrukturen möglich wird. Den Begriff umgibt ein Hauch von „Magie“, vielleicht auch wegen der Geheimniskrämerei, mit der eine Firma diese Technik in ihrem Datenbankprodukt umgibt. Der Vortrag soll zeigen, dass die Grundprinzipien des Pointer Swizzling eigentlich sehr einfach sind. Andererseits gibt es eine erstaunliche Vielfalt von recht unterschiedlichen Spielarten, was eine sachliche Diskussion über das Konzept und die Vor- und Nachteile erschwert. An einem durchgängigen Beispiel wird die Umsetzung in eine eigene Anwendung veranschaulicht, wobei - wie im Softwaregeschäft üblich - einige gut getarnte Fallgruben auf den Implementierer warten.

Visuelle Transaktionen: Kontrolle der Nebenläufigkeit bei synchroner Gruppenarbeit

Vortragsfolien eines im Mai 1999 auf einem Datenbankseminar (intern) gehaltenen Vortrags. Zusammenfassung: Der Vortrag fasst anschaulich einige der Themen zusammen, an denen das FG Datenbanken/Interaktive Systeme um das Jahr 2000 (und einige Jahre davor und danach) gearbeitet hat: Navigieren und Editieren von NF2-Tabellen mit dem DB-Editor ESCHER, das Fingerkonzept, Focus/Nimbus-Fragen, erweiterte Transaktionskonzepte für datenbankgestützte synchrone Gruppenarbeit. Die im Ausblick aufgestellte These, wonach visuelle Transaktionen ein attraktives Forschungsthema bleiben, dürfte auch heute noch gelten, zumal die Herausforderungen mobiler Geräte und neuer Interaktionsformen in den letzten Jahren hinzugekommen sind.

Interface issues in the ESCHER visual database editor

Presentation at the 1997 Dagstuhl Seminar "Evaluation of Multimedia Information Retrieval", Norbert Fuhr, Keith van Rijsbergen, Alan F. Smeaton (eds.), Dagstuhl Seminar Report 175, 14.04. - 18.04.97 (9716). - Abstract: This presentation will introduce ESCHER, a database editor which supports visualization in non-standard applications in engineering, science, tourism and the entertainment industry. It was originally based on the extended nested relational data model and is currently extended to include object-relational properties like inheritance, object types, integrity constraints and methods. It serves as a research platform into areas such as multimedia and visual information systems, QBE-like queries, computer-supported concurrent work (CSCW) and novel storage techniques. In its role as a Visual Information System, a database editor must support browsing and navigation. ESCHER provides this access to data by means of so called fingers. They generalize the cursor paradigm in graphical and text editors. On the graphical display, a finger is reflected by a colored area which corresponds to the object a finger is currently pointing at. In a table more than one finger may point to objects, one of which is the active finger and is used for navigating through the table. The talk will mostly concentrate on giving examples for this type of navigation and will discuss some of the architectural needs for fast object traversal and display. ESCHER is available as public domain software from our ftp site in Kassel. The portable C source can be easily compiled for any machine running UNIX and OSF/Motif, in particular our working environments IBM RS/6000 and Intel-based LINUX systems. A porting to Tcl/Tk is under way.

Das Jahr 2000 Problem - Sorgen mit der Zeit?

Vortrag beim Treffen Lions Club Kassel Brüder Grimm am 20. August 1999. In der Zeit vor der Jahrtausendwende gab es Bedenken, dass größere Probleme durch die übliche Darstellung der Jahresangabe mit nur zwei Ziffern entstehen würden, weil Rechner nicht zwischen 1900 und 2000 unterscheiden könnten. Als Beispiel genannt wurden Fahrstühle, die seit 100 Jahren nicht mehr gewartet wurden und daher stehenbleiben. Tatsächlich ist dann sehr wenig passiert, ob wegen der lebhaften Diskussion vorher oder nicht, ist umstritten. Der Vortrag betrachtet sehr gründlich die technischen Probleme, die sich mit der Zeitdarstellung auf Rechnern ergeben.

Gone with the internet - How the old education was lost

Despite its young history, Computer Science Education has seen a number of "revolutions". Being a veteran in the field, the author reflects on the many changes he has seen in computing and its teaching. The intent of this personal collection is to point out that most revolutions came unforeseen and that many of the new learning initiatives, despite high financial input, ultimately failed. The author then considers the current revolution (MOOC, inverted lectures, peer instruction, game design) and, based on the lessons learned earlier, argues why video recording is so successful. Given the fact that this is the decade we lost print (papers, printed books, book shops, libraries), the author then conjectures that the impact of the Internet will make this revolution different from previous ones in that most of the changes are irreversible. As a consequence he warns against storming ahead blindly and suggests to conserve - while it is still possible - valuable components of what might soon be called the antebellum age of education.

Modellbildung in der algebraischen Kryptoanalyse

In der algebraischen Kryptoanalyse werden moderne Kryptosysteme als polynomielle, nichtlineare Gleichungssysteme dargestellt. Das Lösen solcher Gleichungssysteme ist NP-hart. Es gibt also keinen Algorithmus, der in polynomieller Zeit ein beliebiges nichtlineares Gleichungssystem löst. Dennoch kann man aus modernen Kryptosystemen Gleichungssysteme mit viel Struktur generieren. So sind diese Gleichungssysteme bei geeigneter Modellierung quadratisch und dünn besetzt, damit nicht beliebig. Dafür gibt es spezielle Algorithmen, die eine Lösung solcher Gleichungssysteme finden. Ein Beispiel dafür ist der ElimLin-Algorithmus, der mit Hilfe von linearen Gleichungen das Gleichungssystem iterativ vereinfacht. In der Dissertation wird auf Basis dieses Algorithmus ein neuer Solver für quadratische, dünn besetzte Gleichungssysteme vorgestellt und damit zwei symmetrische Kryptosysteme angegriffen. Dabei sind die Techniken zur Modellierung der Chiffren von entscheidender Bedeutung, so das neue Techniken entwickelt werden, um Kryptosysteme darzustellen. Die Idee für das Modell kommt von Cube-Angriffen. Diese Angriffe sind besonders wirksam gegen Stromchiffren. In der Arbeit werden unterschiedliche Varianten klassifiziert und mögliche Erweiterungen vorgestellt. Das entstandene Modell hingegen, lässt sich auch erfolgreich auf Blockchiffren und auch auf andere Szenarien erweitern. Bei diesen Änderungen muss das Modell nur geringfügig geändert werden.

Managing Quality Properties of Web Service Compositions

Web services from different partners can be combined to applications that realize a more complex business goal. Such applications built as Web service compositions define how interactions between Web services take place in order to implement the business logic. Web service compositions not only have to provide the desired functionality but also have to comply with certain Quality of Service (QoS) levels. Maximizing the users' satisfaction, also reflected as Quality of Experience (QoE), is a primary goal to be achieved in a Service-Oriented Architecture (SOA). Unfortunately, in a dynamic environment like SOA unforeseen situations might appear like services not being available or not responding in the desired time frame. In such situations, appropriate actions need to be triggered in order to avoid the violation of QoS and QoE constraints. In this thesis, proper solutions are developed to manage Web services and Web service compositions with regard to QoS and QoE requirements. The Business Process Rules Language (BPRules) was developed to manage Web service compositions when undesired QoS or QoE values are detected. BPRules provides a rich set of management actions that may be triggered for controlling the service composition and for improving its quality behavior. Regarding the quality properties, BPRules allows to distinguish between the QoS values as they are promised by the service providers, QoE values that were assigned by end-users, the monitored QoS as measured by our BPR framework, and the predicted QoS and QoE values. BPRules facilitates the specification of certain user groups characterized by different context properties and allows triggering a personalized, context-aware service selection tailored for the specified user groups. In a service market where a multitude of services with the same functionality and different quality values are available, the right services need to be selected for realizing the service composition. We developed new and efficient heuristic algorithms that are applied to choose high quality services for the composition. BPRules offers the possibility to integrate multiple service selection algorithms. The selection algorithms are applicable also for non-linear objective functions and constraints. The BPR framework includes new approaches for context-aware service selection and quality property predictions. We consider the location information of users and services as context dimension for the prediction of response time and throughput. The BPR framework combines all new features and contributions to a comprehensive management solution. Furthermore, it facilitates flexible monitoring of QoS properties without having to modify the description of the service composition. We show how the different modules of the BPR framework work together in order to execute the management rules. We evaluate how our selection algorithms outperform a genetic algorithm from related research. The evaluation reveals how context data can be used for a personalized prediction of response time and throughput.