Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg  /   Technische Fakultät  /   Department Informatik

AKSS: Operating System Concepts for Modern Memories and Storage Technologies

Inhalt des Seminars / Seminar Content

Note: Students are free to choose German or English as language for their paper and presentation.
However, as other students' contributions might be in German, good listening and reading comprehension is strongly recommended.

Deutsche Beschreibung:

Arbeits- und Festspeichertechnologien unterlaufen derzeit radikale Umbrüche, diese haben direkte Auswirkungen auf deren Eigenschaften. Frühe Grundlagenforschung zu nichtflüchtigen Speichern auf Transistorebene, sogenannten Memristoren, wurde zu praxistauglichen Technologien weiterentwickelt und finden nun Einzug in heutige handelsübliche Computer. Dieses Seminar behandelt die Auswirkungen dieser Entwicklungen auf den Entwurf und die Organisation von Betriebssystemen. Wie und wann werden Daten persistiert? Gelten bisher gängige Annahmen über E/A-Latenzen weiterhin? Wie verwaltet man riesigen, byte-adressierbaren Speicher? Die Seminarthemen umfassen unter anderem Technologien wie Solid State Disks (SSDs) und nicht-volatilen Speicher, sowie die daraus resultierenden Herausforderungen und Möglichkeiten für Betriebssysteme.
Die Anmeldung zum Seminar erfolgt über Waffel.

English description:

The characteristics of memories and storage in computer systems change fundamentally as to recent advances in hardware technology. Early ideas of non-volatility properties at transistor level (i.e., memristor) have now evolved towards practical technologies that are readily available with off-the-shelf computers. This seminar discusses the impact of these developments onto the design and organization of operating systems. How and when is data made persistent? How do well-established assumptions on I/O latencies hold? How to organize large-scale byte-addressable memories? The topics include but are not limited to technologies such as solid state disks and memory and resulting challenges and opportunities for operating systems.
Sign up for the seminar via Waffel.

Die nachfolgende Liste enthält Vorschläge für mögliche Themen, die im Rahmen des Seminars bearbeitet werden können. Bei Interesse an einem bestimmten Thema kann dieses verbindlich per E-Mail an akss-owner@lists.informatik.uni-erlangen.de reserviert werden. Die Vergabe der Themen erfolgt nach dem Windhundverfahren (First-Come-First-Serve-Prinzip). Gerne können eigene Themen vorgeschlagen werden.

Byte-addressable NVRAM
(Henriette H.)

Benjamin Ransford, and Lucia Brandon. Nonvolatile memory is a broken time machine. In Proceedings of the workshop on Memory Systems Performance and Correctness (MSPC '14), pages 5:1–5:3, 2014.

Katelin Bailey, Luis Ceze, Steven D. Gribble, and Henry M. Levy. Operating System Implications of Fast, Cheap, Non-Volatile Memory. In Proceedings of the 13th USENIX Conference on Hot Topics in Operating Systems (HotOS'13), pages 2–2, 2011.


NVM-based File Systems
(Milan S.)

Qingda Hu, Jinglei Ren, Anirudh Badam, Jiwu Shu, and Thomas Moscibroda. Log-Structured Non-Volatile Main Memory. In Proceedings of the 2017 USENIX Annual Technical Conference (ATC '17), pages 703–717, 2017.

Jian Xu, Lu Zhang, Amirsaman Memaripour, Akshatha Gangadharaiah, Amit Borase, Tamires Brito Da Silva, Steven Swanson, and Andy Rudoff. NOVA-Fortis: A Fault-Tolerant Non-Volatile Main Memory File System. In Proceedings of the 26th Symposium on Operating Systems Principles (SOSP '17), pages 478–496, 2017.


Kernel
Bypassing
(Fabian M.)

Irene Zhang, Jing Liu, Amanda Austin, Michael Lowell Roberts, and Anirudh Badam. I'm Not Dead Yet!: The Role of the Operating System in a Kernel-Bypass Era. In Proceedings of the Workshop on Hot Topics in Operating Systems (HotOS '19), pages 73–80, 2019.

Swapnil Haria, Mark D. Hill, and Michael M. Swift. Devirtualizing Memory in Heterogeneous Systems. In Proceedings of the Twenty-Third International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems (ASPLOS '18), pages 637–650, 2018.


Virtual Memory
Organization
(Julian L.)

Simon Gerber, Gerd Zellweger, Reto Achermann, Kornilios Kourtis, Timothy Roscoe, and Dejan Milojicic. Not Your Parents' Physical Address Space. In 15th Workshop on Hot Topics in Operating Systems (HotOS '15), 2015.

Izzat El Hajj, Alexander Merritt, Gerd Zellweger, Dejan Milojicic, Reto Achermann, Paolo Faraboschi, Wen-mei Hwu, Timothy Roscoe, and Karsten Schwan. SpaceJMP: Programming with Multiple Virtual Address Spaces. In Proceedings of the Twenty-First International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems (ASPLOS '16), pages 353–368, 2016.


RDMA-based Storage Systems
(Yannick M.)

Aleksandar Dragojević, Dushyanth Narayanan, Miguel Castro, and Orion Hodson. FaRM: Fast Remote Memory. In Proceedings of the 11th Symposium on Networked Systems Design and Implementation (NSDI '14), pages 401–414, 2014.

Yacine Taleb, Ryan Stutsman, Gabriel Antoniu, and Toni Cortes. Tailwind: Fast and Atomic RDMA-based Replication. In Proceedings of the 2018 USENIX Annual Technical Conference (ATC '18), pages 851–863, 2018.


Distributed Memory Management
(Florian F.)

Stephen M. Rumble, Ankita Kejriwal, and John Ousterhout. Log-Structured Memory for DRAM-Based Storage. In Proceedings of the 12th USENIX Conference on File and Storage Technologies (FAST '14), pages 1–16, 2014.

Sudarsun Kannan, Ada Gavrilovska, Vishal Gupta, and Karsten Schwan. HeteroOS: OS Design for Heterogeneous Memory Management in Datacenter. In Proceedings of the 44th Annual International Symposium on Computer Architecture (ISCA '17), pages 521–534, 2017.


File System Aging
(Fabian H.)

Saurabh Kadekodi, Vaishnavh Nagarajan, Gregory R. Ganger, and Garth A. Gibson. Geriatrix: Aging what you see and what you don’t see. A file system aging approach for modern storage systems. In Proceedings of the 2018 USENIX Annual Technical Conference (ATC ’18), pages 691–703, 2018.

Alex Conway, Ainesh Bakshi, Yizheng Jiao, Yang Zhan, Michael A. Bender, William Jannen, Rob Johnson, Bradley C. Kuszmaul, Donald E. Porter, Jun Yuan, and Martin Farach-Colton. File Systems Fated for Senescence? Nonsense, Says Science!. In Proceedings of the 15th Usenix Conference on File and Storage Technologies (FAST '17), pages 45–58, 2017.


NAND
Flash Memory
Garbage Collection
(Johannes S.)

Qi Zhang, Xuandong Li, Linzhang Wang, Tian Zhang, Yi Wang, and Zili Shao. Lazy-RTGC: A Real-Time Lazy Garbage Collection Mechanism with Jointly Optimizing Average and Worst Performance for NAND Flash Memory Storage Systems. In ACM Transactions on Design Automation of Electronic Systems (TODAES), 20(3): 43:1–43:32, 2015.

Wonkyung Kang, Dongkun Shin, and Sungjoo Yoo. Reinforcement Learning-Assisted Garbage Collection to Mitigate Long-Tail Latency in SSD. In ACM Transactions on Embedded Computing Systems (TECS), 16(5s): 134:1–134:20, 2017.


Organisatorisches / Organizational Matters

Die jeweiligen Themen werden anhand von aktuellen wissenschaftlichen Papieren durch die Studierenden erarbeitet und gemeinsam diskutiert. Dazu werden Arbeitstechniken für die Literaturanalyse und Präsentationstechniken vorgestellt, die anschließend durch die Studierenden praktisch angewendet werden. Die Vermittlung dieser Arbeitstechniken geschieht durch die Erarbeitung und Diskussion eines Beispielpapiers mit allen Teilnehmenden.

Den Studierenden werden als Ausgangsbasis zum jeweiligen Themenschwerpunkt zwei wissenschaftliche Publikationen zur Verfügung gestellt, die anschließend selbstständig erarbeitet werden. Die Studierenden suchen vorab ein Fokuspapier als thematischen Einstieg für die anderen Studierenden. Die Literaturanalyse mündet in einer mindestens sechsseitigen Ausarbeitung, die die beiden vorgegebenen und optional weitere Publikationen zusammenfasst und kritisch bewertet. Die Ergebnisse werden in einem 20-minütigen Vortrag den Seminarteilnehmenden vorgestellt und anschließend basierend auf der Ausarbeitung und des Fokuspapiers diskutiert.

Vorbereitung (individuell)

  • Suche eines Fokuspapieres zum eigenen Thema (05.11.2019)

Beispielpapier (alle Studierenden)

  • Eigenständiges Erarbeiten des Papiers
  • Gemeinsame Papier- und Vortragsdiskussion

Ausarbeitung (individuell)

Vortrag (individuell)

  • Erstellung eines Foliensatzes zur Ausarbeitung
  • Sprache: Deutsch oder Englisch
  • Abgabe einer Vorabversion der Folien spätestens zwei Wochen vor dem Vortrag
  • Voraussetzungen:

Nach Abgabe der jeweiligen Vorabversion erhalten die Studierenden Feedback zu ihrer Ausarbeitung bzw. ihren Vortragsfolien. Die Studierenden arbeiten das Feedback zur Ausarbeitung bis zum Freitag vor ihrem Vortrag in eine endgültige Fassung ein. Diese finale Fassung ihrer Ausarbeitung wird eine Woche vor dem Vortrag an die restlichen Studierenden zur Vorbereitung auf den Vortrag über die Mailingliste verschickt.

Material zur Vortragsgestaltung und zu wissenschaftlichem Arbeiten

Betreuer / Supervisors

Semesterterminplan / Schedule

Datum Thema Folien
15.10.2019 Einführung
22.10.2019 Lesen, Begutachten und Veröffentlichen von Fachliteratur im Bereich Systemsoftware
29.10.2019 Vortragstechniken, Arbeitstechnik und LaTeX
05.11.2019 Keynote
12.11.2019 tbd.
19.11.2019 tbd.
26.11.2019 tbd.
03.12.2019 tbd.
10.12.2019 tbd.
17.12.2019 Byte-addressable NVRAM
07.01.2020 tbd.
14.01.2020 RDMA-based Storage Systems
21.01.2020 tbd.
28.01.2020 tbd.
04.02.2020 tbd.

UnivIS Informationen

Seminar Ausgewählte Kapitel der Systemsoftwaretechnik (MS_AKSS)

Dozentinnen/Dozenten
Dr.-Ing. Timo Hönig, Tobias Langer, M. Sc., Laura Lawniczak, M. Sc.

Angaben
Seminar
Zeit und Ort: Di 16:00 - 18:00, 0.035

Studienfächer / Studienrichtungen
WPF CE-MA-SEM ab 1
WPF INF-MA ab 1
WPF ICT-MA ab 1

Mo Di Mi Do Fr
08:00
09:00
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00
15:00
16:00
16:00 - 18:00
MS AKSS
(Hönig)
0.035
17:00