Projektbeschreibung von Dr. Stefan Lankes
Viele Lehrveranstaltungen im Bereich der (technischen) Informatik und der Informationstechnik leiden darunter, dass die Studierenden einen unterschiedlichen Wissensstand besitzen. Je nach privat oder schulisch entwickelten Vorkenntnissen sind einige Studierende insbesondere bei den begleitenden Übungen unter- oder überfordert.
Dieses Problem wird in der Vorlesung Betriebssysteme noch einmal verstärkt, da Betriebssysteme allgegenwärtig sind. Durch PCs, Laptops und Smartphones gehören Betriebssysteme zur meistbenutzten Software und beeinflussen die Arbeitsweise der Studierenden. Eine Diskussion über das Für und Wider eines Betriebssystems und dessen Entwurf wird von den Nutzern häufig emotional geführt. Ein Wechsel zu einem anderen System und die damit verbundene Einarbeitung werden meistens gescheut.
Die Vorlesungen vermitteln theoretische Entwurfskonzepte von Betriebssystemen, aber auch praktische Lösungsansätze. So wird schrittweise das Lehrbetriebssystem eduOS entwickelt und grundlegende Entwurfskonzepte erläutert, wobei jeder Meilenstein einem Vorlesungskapitel entspricht. Dieser Ansatz verbindet Forschung und Lehre, da ein direkter Bezug zu Forschungsprojekten (z. B. HermitCore) des Institutes for Automation of Complex Power Systems existiert.
In der Forschung und in der Lehre werden häufig UNIX-basierte Betriebssysteme als Arbeitsbasis gewählt, da diese meist offener und besser dokumentiert sind. Zudem besitzen sie im Bereich der eingebetteten und Server-Systeme eine hohe Akzeptanz. Allerdings ist der Wissensstand bei den Studierenden äußerst unterschiedlich und kann durch (studienbegleitende) Praktika kaum angeglichen werden. Ziel in FlippedOS ist u. a. eine einheitliche (UNIX-basierte) Entwicklungsplattform für alle Studierenden anzubieten. Für den Dozenten hat eine einheitliche Umgebung den Vorteil, dass er Probleme leichter und für alle Teilnehmer lösen kann. Zudem sollten die Voraussetzungen (Hardware, Softwarelizenzen sowie Installationsaufwand) auf Seiten der Studierenden gering sein.
Um dieses Ziel zu realisieren, wurde eine Cloud-Infrastruktur in Kooperation mit dem IT Center aufgebaut. Bekannt sind solche Infrastructure-as-a-Service-Lösungen von Amazon (AWS) und Google (Google Compute Platform). Die Vorteile solcher Lösungen sind insbesondere die effiziente Ressourcennutzung und ihre Skalierbarkeit. So können bei erhöhtem Bedarf (z. B. mehr Studierende) die Ressourcen schnell erhöht werden. Genauso wichtig ist die Umwidmung von Ressourcen, falls sich der Bedarf innerhalb des Systems ändert (z. B. wenn sich die Studierendenzahlen innerhalb der RWTH Aachen verschieben).
Für die Studierenden ist diese Infrastruktur ebenfalls attraktiv, da sie über eine gesicherte Verbindung auf eine virtuelle, individualisierbare Entwicklungsumgebung exklusiv zugreifen können. Es ist keine Spezial-Software nötig und die Infrastruktur kann von jedem Laptop oder PC aus verwendet werden. So steht der direkten Nutzung im Hörsaal oder in der Mensa nichts im Wege.
Die entwickelte Lösung basiert auf dem quelloffenen System OpenStack und wird bereits in der Vorlesung „Grundgebiete der Informatik 4“ eingesetzt. Zurzeit werden Konzepte und vorlesungsbegleitende Unterlagen entwickelt, um sie in die Vorlesung „Betriebssysteme“ zu integrieren. Hierfür wird ein „Flipped Cladsroom“-Konzept angewandt und zum Wintersemester 2016/2017 erstmalig eingesetzt.
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