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Modul

Concurrency

Name im Diploma Supplement
Concurrency
Verantwortlich
Voraus­setzungen
Siehe Prüfungsordnung.
Workload
180 Stunden studentischer Workload gesamt, davon:
  • Präsenzzeit: 60 Stunden
  • Vorbereitung, Nachbereitung: 90 Stunden
  • Prüfungsvorbereitung: 30 Stunden
Dauer
Das Modul erstreckt sich über 1 Semester.
Qualifikations­ziele

Die Studierenden

  • haben ein Verständnis für die Modellierung nebenläufiger Systeme
  • kennen unterschiedliche Spezifikationstechniken für zustandsbasierte Systeme (kommunizierende endliche Automaten und Ablaufmodelle)
  • können Modelle erstellen und hinsichtlich ihrer Korrektheitseigenschaften formal untersuchen
  • beherrschen Grundprinzip und Werkzeuge zum Model Checking für synchrone zeitbehaftete Automatenetze
  • können die Modellierung auf Probleme des nebenläufigen Rechnens anwenden
  • kennen die Synchronisationskonzepte des nebenläufigen Rechnens
  • sind in der Lage, effiziente nebenläufige System zu konstruieren und die Vor- und Nachteile verschiedener Lösungsansätze vergleichend zu bewerten
  • sind in der Lage, das nicht deterministische Verhalten von nebenläufigen Systemen durch Ablaufmodelle darzustellen und formal zu spezifizieren
  • können Eigenschaften von Modellen formal beschreiben und diese durch modellgestützte Verfahren verifizieren oder falsifizieren
  • beherrschen den Umgang mit Werkzeugen zur Erstellung und Behandlung (Animation, Verifikation, Model Checking) von Modellen nebenläufiger Systeme können praktische Aufgabenstellungen hinsichtlich Nebenläufigkeit analysieren und einer Implementierung zugänglich machen
  • können nebenläufige Threads für die bekannten „klassischen“ Modelle programmieren und darüber hinaus auch Threads zur Implementierung beliebiger Synchronisationsalgorithmen einsetzen
Prüfungs­modalitäten

Zum Modul erfolgt eine modulbezogene Prüfung in der Gestalt einer Klausur (in der Regel: 90-120 Minuten).

Vom Dozierenden wird zu Beginn der Veranstaltung festgelegt, ob die erfolgreiche Teilnahme Prüfungsvorleistung oder aber Bestandteil der Prüfung ist. Ist letzteres der Fall, so bilden die Teilleistungen zusammen mit der Abschlussprüfung eine zusammengesetzte Prüfung mit einer Endnote. Bestandene Prüfungsvorleistungen/Teilleistungen haben nur Gültigkeit für die Prüfungen, die zu der Veranstaltung im jeweiligen Semester gehören.

Verwendung in Studiengängen
  • AI-SE-Ba-2017 Kernstudium Pflichtbereich II: Informatik 2.-3. FS, Pflicht
  • LA-Info-GyGe-Ma-2014 Wahlpflichtbereich Informatik 1.-3. FS, Wahlpflicht
  • Mathe-Ba-2013 Informatik Liste 1 1.-6. FS, Wahlpflicht
  • TechMathe-Ba Wahlpflichtbereich Profil "Software Systems Engineering" 1.-6. FS, Wahlpflicht
Bestandteile
Name im Diploma Supplement
Concurrency
Anbieter
Lehrperson
SWS
2
Sprache
deutsch
Turnus
Sommersemester
maximale Hörerschaft
unbeschränkt
empfohlenes Vorwissen

Elementare Java-Programmierung

Lehrinhalte

In der Vorlesung werden Concurrency-Konzepte sowohl unter Modellierungs- wie auch unter Programmierungsgesichtspunkten behandelt. Es werden grundlegenden Konzepte der Nebenläufigkeit, die in der Hardware, im Betriebssystem, in Programmen, in verteilten Systemen und in Rechnernetzen eine wichtige Rolle spielen, in einheitlicher Weise behandelt. Themen sind:

  • Einführung in die Modellierung mit Automaten und Transitionssystemen, Eigenschaften von Automaten, Erweiterungen von Automaten (Variabel, Spontanübergänge, Nicht-Determinismus)
  • Kommunizierende Endliche Automaten: synchrone und asynchrone Automatenkommunikation, Verhaltensspezifikation mit Automaten, Weg/Zeit-Diagramme, Prinzipe der Protokollspezifikation und der automatenbasierten Erreichbarkeitsanalyse, Algorithmen zur Erreichbarkeitsanalyse, erschöpfende und partielle Exploration;
  • Synchrone und zeitbehaftete Automaten, Einführung in Timed Computational Tree Logic und Model Checking mit UPPAAL
  • Beispiel aus den Bereichen Concurrent Execution, Mutual Execution, Deadlock, Safety and Liveness Properties. 
  • Programmmodell, Ausführungsmodell, Ablaufmodell, Schreibkonflikt, Datenabhängigkeit, Verklemmung
  • Parallelisierung in der Hardware, Parallelisierung im Grundsystem, Parallelisierung auf Programmebene, Operatoren zur Synchronisation und Kommunikation
  • Implementierung nebenläufiger Systeme in Java, insbesondere Threads in Java, Interaktion zwischen Threads, Monitore, Wartebedingungen in Programmen, Vermeidung von Verklemmung, Grundmuster des nebenläufigen Rechnens für bestimmte Anwendungen, Echtzeitprozesse, Programmierstile für Echtzeitsysteme (zeitbasierte und ereignisorientierte Ansätze)
Literaturangaben
  • B. Müller-Clostermann: Folienskript zu "Concurrency - Teil I"; siehe Homepage (als pdf-Dokument erhältlich)
  • K. Echtle: Folienskript zu "Concurrency - Teil II"; siehe Homepage (als pdf-Dokument erhältlich)
  • J. Magee, J. Kramer: Concurrency – State models and Java programs; Wiley, 1999
  • P. Ziesche: Nebenläufige & Verteilte Programmierung, W3L-Verlag, 2005
  • A. Tanenbaum: Moderne Betriebssysteme; Hanser-Verlag
  • R. G. Hertwich, G. Hommel: Nebenläufige Programme; Springer-Verlag

Weiteres Begleitmaterial und Skripte, jeweils aktuelle Hinweise finden Sie auf der Homepage der Dozenten.

Hörerschaft
  • AI-SE-Ba-2017 Kernstudium Pflichtbereich II: Informatik Modul "Concurrency" 2.-3. FS, Pflicht
  • LA-Info-GyGe-Ma-2014 Wahlpflichtbereich Informatik Modul "Concurrency" 1.-3. FS, Wahlpflicht
  • Mathe-Ba-2013 Informatik Liste 1 Modul "Concurrency" 1.-6. FS, Wahlpflicht
  • TechMathe-Ba Wahlpflichtbereich Profil "Software Systems Engineering" Modul "Concurrency" 1.-6. FS, Wahlpflicht
Vorlesung: Concurrency (WIWI‑C1100)
Name im Diploma Supplement
Concurrency
Anbieter
Lehrperson
SWS
2
Sprache
deutsch
Turnus
Sommersemester
maximale Hörerschaft
unbeschränkt
empfohlenes Vorwissen

elementare Java-Programmierung

Lehrinhalte
  • Grundkonzepte der Nebenläufigkeit
  • Modellierung von Nebenläufigkeit mit gekoppelten Automaten
  • Synchrone und asynchrone Kopplung, zeitbehaftete Automaten
  • Verhaltensspezifikation und Model Checking mit Computational Tree Logic
  • Modellierung durch Ablaufmodelle
  • Identifikation von Schreib- und Lesekonflikten sowie Datenabhängigkeiten
  • Modellierung von Kommunikations- und Synchronisationsmustern
  • Erweiterung der Programmierfähigkeit von sequentiellen auf nebenläufige Programme anhand des Thread-Konzepts von Java und dem mit synchronized-Methoden verbundenen Monitorkonzept
  • darauf aufbauend: Implementierung von höheren Konzepten der Kommunikation und Synchronisation (wie sie teilweise in Java schon vordefiniert sind, z. B. Locking)
  • Abschließend wird ein Programmrahmen für eine allgemeine Synchronisationsmethode erstellt
Literaturangaben

siehe Vorlesung

Hörerschaft
  • AI-SE-Ba-2017 Kernstudium Pflichtbereich II: Informatik Modul "Concurrency" 2.-3. FS, Pflicht
  • LA-Info-GyGe-Ma-2014 Wahlpflichtbereich Informatik Modul "Concurrency" 1.-3. FS, Wahlpflicht
  • Mathe-Ba-2013 Informatik Liste 1 Modul "Concurrency" 1.-6. FS, Wahlpflicht
  • TechMathe-Ba Wahlpflichtbereich Profil "Software Systems Engineering" Modul "Concurrency" 1.-6. FS, Wahlpflicht
Übung: Concurrency (WIWI‑C0373)
Modul: Concurrency (WIWI‑M0795)