Der 1972 gegründete Lehrstuhl Informatik 2 (Programmiersyteme) wird seit April 2002 von Prof. Dr. Michael Philippsen (als Nachfolger von Prof. Dr. H.-J. Schneider) geleitet. Eng mit dem Lehrstuhl assoziiert sind die beiden Professuren für Didaktik der Informatik und Open Source Software, deren Forschungsarbeiten separat dargestellt sind.

Im Mittelpunkt der Programmiersystemforschung des Lehrstuhls stehen parallele und verteilte Systeme und deren Programmierung sowie Programmiersysteme für eingebettete und mobile Systeme. Software (und deren Erstellung) für solche Systeme sollte nicht komplexer, aber genauso portabel, wartbar und robust sein, wie heute schon für Einprozessorsysteme und Arbeitsplatzrechner. Langfristiges Ziel ist es, den Anwendungen die verfügbare Rechen- und Kommunikationsleistung möglichst ungebremst zur Verfügung zu stellen bzw. aus begrenzten Systemen ein Maximum herauszuholen. Ein besonderer Arbeitsschwerpunkt sind Programmiersysteme für Multicore-Rechner, da deren unausweichliche Verbreitung ebenso wie die preisgünstige Verfügbarkeit von sehr leistungsstarker paralleler Spezialhardware im Massenmarkt (z.B. Grafik-Karten oder FPA-Hardware) kaum abschätzbare Auswirkungen auf die Software-Landschaft haben werden. Forschungsergebnisse werden stets an eigenen Prototypen und Demonstratoren praktisch evaluiert.

Wichtige Forschungsfelder

• Vorhandenes Parallelisierungspotential ausschöpfen. Da die Taktraten von Mehrkernrechnern kaum noch steigen, dafür aber deren Kernanzahl anwachsen wird, muss das Parallelisierungspotential existierender Software erkannt und ausgeschöpft werden, um an den Leistungssteigerungen der Hardware teilzuhaben. Außer vielleicht in Nischen führt kein Weg an einem Umstieg auf Parallelverarbeitung vorbei. Deshalb entwickelt der Lehrstuhl Werkzeuge, die dem Programmierer interaktiv beim Re-Engineering bestehender Anwendungen helfen, und erarbeitet Architekturmuster für neu zu entwickelnde Software-Projekte, die eine Skalierbarkeit für und damit eine Toleranz gegen wachsende Kernanzahlen aufweisen.

• Hochleistungsanwendungen portabel machen. Anwendungsprogrammierer erreichen nur dann bestmögliche Laufzeiten, wenn sie die Überwindung der Latenzzeiten und die explizite Kommunikation zwischen unterschiedlichen Komponenten der Systemarchitektur manuell angehen, ihren Code mit Hardware-nahen „Tricks“ spezifisch für eine Architektur optimieren und ihre Applikation per Hand in mehrere Teile zerlegen, von denen manche z.B. auf die Grafikkarte ausgelagert werden. Der Lehrstuhl erforscht, wie durch Anhebung des Abstraktionsniveaus der Programmierung die Produktivität gesteigert und die Portabilität verbessert werden kann, indem Code so übersetzt wird, dass verschiedene Teile auf heterogenen Systemkomponenten nebenläufig ausgeführt werden und dass die Datenkommunikation dazwischen transparent für den Entwickler erfolgt. Eine wichtige Frage dabei ist es, wie der Programmierer sein Wissen über bestehende Lokalitätsbeziehungen programmiersprachlich ausdrücken kann, damit es effizienzsteigernd nutzbar bzw. damit Lokalität schon im Design sichtbar ist. Auf dem Weg zu diesem Ziel werden im Rahmen von Re-Engineering-Projekten Details der Hardware-Architektur vor dem Anwendungsentwickler verborgen, z.B. hinter Bibliotheksschnittstellen oder in domänenspezifischen Programmierspracherweiterungen.

• Parallelitätsgrad dynamisieren. Hochleistungsanwendungen werden oft für eine bestimmte Prozessorzahl entwickelt. Da die benötigten Rechnerbündelknoten vom Batch-System statisch für eine feste Zeitspanne zugeteilt werden, entstehen zwangsläufig unwirtschaftliche Reservierungslöcher. Analoge Probleme treten bei vielfädigen Anwendungen auf Multicore-Rechnern auf. Der Lehrstuhl arbeitet daher an der dynamischen Anpassung des Parallelitätsgrads durch Code-Transformationen, die die Kosten der resultierenden Datenumverteilungen berücksichtigen, sowie durch Interaktion und Zusammenarbeit mit dem Betriebssystem. Die in Programmen vorgefundenen expliziten, kontrollflussorientierten Synchronisationsmaßnahmen behindern die erforderlichen Analysen, weshalb der Lehrstuhl neue und bessere Programmkonstrukte erforscht, die die bisherigen adäquat ersetzen können und die Synchronisationserfordernisse deklarativ und an den Daten orientiert ausdrücken.

• Parallelität testbar machen. Im Software-Engineering nimmt Testen von jeher eine wichtige Stellung ein. Stichworte wie Testüberdeckung, Testdatengenerierung, Zuverlässigkeitsbewertung etc. gehören zum Handwerk. Leider berücksichtigt die Forschung in diesem Bereich den durch Nebenläufigkeit entstehenden Indeterminismus nur unzureichend. Der Lehrstuhl arbeitet daher an Werkzeugen zur Testdatengenerierung, die bei den zugrundeliegenden Überdeckungskriterien auch Verschränkungen nebenläufiger Programmäste berücksichtigen. Dies schließt Arbeiten an Betriebssystemschnittstellen und am Ablaufplaner ebenfalls ein. Weil ferner durch die Nebenläufigkeit der Suchraum in erheblichem Maße wächst, müssen Infrastrukturen erarbeitet werden, die es ermöglichen, Massentests auf großen Rechnerbündeln auszuführen.

• Software-Entwicklungsprozesse verbessern. Die heute in der Industrie praktizierte Entwicklung von komplexer, geschäfts- oder sicherheitskritischer Software in global verteilten Teams verlangt nach der Einhaltung von wohldefinierten Software-Entwicklungsprozessen mit entsprechender Werkzeugunterstützung. Im Bereich der praktischen Softwaretechnik arbeitet der Lehrstuhl zusammen mit den Honorar-Professoren Dr. Bernd Hindel und Dr. Detlef Kips, die als Geschäftsführer zweier mittelständischer Software-Beratungsunternehmen über langjährige Praxiserfahrung in industriellen Software-Entwicklungsprojekten verfügen, daher an einer maschinen-ausführbaren Notation für die Modellierung von Software-Entwicklungsprozessen, wobei wegen der zum Einsatz kommenden vielfältigen Werkzeuge und Notationen, sowohl die (teil-) automatisierte Rückgewinnung von Nachverfolgbarkeitsinformation aus den Artefakten eines Entwicklungsprojekts, als auch die modellbasierte Entwicklung, Integration und Konfiguration von Softwarekomponenten betrachtet werden, wie sie insbesondere beim Entwurf eingebetteter Systeme für den Automobilbau üblich sind.

• Embedded Systems Institute
  
• International Collegiate Programming Contest an der FAU
  
• Jackal - Cluster and Grid computing made easy
  
• JavaParty
  
• PATESIA - Parallelisierungstechniken für eingebettete Systeme in der Automatisierungstechnik
  
• Softwareleitstand
  
• Tapir
  
• Übersetzerunterstützte Parallelisierung für Mehrkern-Architekturen
  

• Adaptive Antennen
  
• Algorithmen für Zeitplanungsprobleme
  
• Automatische Analyse natürlicher Sprache
  
• Cluster Computing
  
• Effiziente Datenanalyse
  
• Entwicklung eines softwaregestützten Systems zum Risiko-Management
  
• Erforschung kombinierter Lernverfahren an praktischen Beispielen
  
• Evolutionäre Agenten
  
• Funkortung
  
• Graphbasierte Prozedurale Abstraktion
  
• Graphen und Graphtransformationen
  
• Integrierte Werkzeug-Kette zur metamodellbasierten Modellierung und Ausführung von Software-Entwicklungsprozessen
  
• Modellgetriebene Komponentenkomposition
  
• OpenMP/Java
  
• Optimierung der Funktionsverteilung im Fahrzeugnetzwerk
  
• Optimierung von FIR-Filterstrukturen
  
• Parallele Suche in Moleküldatenbanken
  
• PARES - Optimierung für eingebettete Systeme
  
• ParSeMiS - die Parallele und Sequenzielle Mining Suite
  
• Praktisches Software Engineering
  
• Reparallelisierung und Migration von OpenMP-Applikationen
  
• Requirements Engineering in der Automatisierungstechnik
  
• Übersetzung für eingebettete Systeme
  
• Zeitplanungsalgorithmen