Google Summer of Code Student findet Software-Lösung fürs FHI

2. Oktober 2020

Der Leiter der IT-Abteilung am FHI, Heinz Junkes, betreute einen Informatik-Studenten bei einem Open-Source-Programmier-Projekt. Der fand einen Weg, interaktive Schnittstellen zwischen verschiedenen Softwares zu programmieren, die für das Betreiben des Freie-Elektronen-Laser benötigt werden.

Bei dem Mentorship-Programm Google Summer of Code (GSoC) verbringen Studierende aus der ganzen Welt ihre Semesterferien damit, für Firmen und Institutionen Open-Source-Software-Lösungen zu programmieren. Dafür erhalten Sie ein Stipendium von Google. Dieses Jahr hat sich auch das Fritz-Haber-Institut beteiligt: Heinz Junkes, Leiter der IT-Abteilung, war ein Mentor im Rahmen des Projektes RTEMS. Er betreute drei Monate lang den Informatik-Studenten Mritunjay Sharma von der JSS Academy of Technical Education, Noida, Indien (gehört zur Abdul Kalam Technical University).

RTEMS ist ein Open-Source Betriebssystem und steht für Real-Time Executive for Multiprocessor Systems. Es wird auch am FHI eingesetzt. Heinz Junkes erzählt, warum: „Bei Experiment-Steuerungen und Datenaufnahme muss man an manchen Stellen neben einer geeigneten Hardware auch ein geeignetes Betriebssystem einsetzen, welches ständig verfügbar sein muss, also immer reagieren kann. Das ist wichtig, weil bei Experimenten immer neue Daten entstehen und Ereignisse eintreten können, mit denen das Betriebssystem mithalten können muss. Das können nur sogenannte Realtime-Systeme (Echtzeitsysteme).“

Da die bekannten Betriebssysteme wie Windows, MacOS oder Linux das nicht leisten können – man kennt gemeinhin das Problem ‚eingefrorener‘ Computer, die man aus- und wieder einschalten muss – wird in manchen Fällen ein Open-Source Produkt wie RTEMS gebraucht. Organisationen wie die NASA und auch der ESA benutzen RTEMS, um Satelliten und Geräte im All zu betreiben, weil dort auf Veränderungen sofort reagiert werden muss. Am Fritz-Haber-Institut wird RTEMS zum Beispiel für den Freien-Elektronen-Laser (FEL) benutzt, ein Synchroton-Strahlengerät, mit dem man atomare Struktureigenschaften verschiedener Materialien bestimmen kann. Denn mit jedem Stoß Elektronen, die dieser Laser aussendet, muss das Betriebssystem spontan die richtige Anregung zur Beschleunigung zur Verfügung stellen können.

Trotz geografischer Distanz in engem Kontakt: Heinz Junkes und Mritunjay Sharma im Gespräch während der Projektdurchführung.

Doch die Nutzung von RTEMS ist notwendigerweise auch mit anderen Programmen verknüpft. Dazu gehört auch Kontrollsoftware, mit der große Experimentieranlagen wie Teilchenbeschleuniger, Riesenteleskope oder eben Freie-Elektronen-Laser kontrolliert werden. Damit werden die Apparaturen unter anderem vor Cyberattacken geschützt, die der Technik schaden und die experimentellen Ergebnisse verfälschen könnten. Am Fritz-Haber-Institut kommt die Kontroll-Software EPICS zum Einsatz. „Zwischen diesen Systemen müssen passende Schnittstellen geschaffen werden,“ erklärt Heinz Junkes, „EPICS und RTEMS müssen immer miteinander kompatibel sein.“ Doch auch wenn diese Schnittstellen da sind und funktionieren, müssen sie bei jedem Update der Software neu konfiguriert werden. Die Anpassung durchzuführen, kann mühsam und zeitaufwendig sein.

Dieses Problem konnte Mritunjay Sharma in seinem Programmierprojekt für das Fritz-Haber-Institut lösen. Natürlich musste er zunächst mehr über Softwareentwicklung an solch einem Projekt lernen. Er verbrachte im Frühjahr 2020 einen Monat damit, sich in die Besonderheiten des RTEMS einzudenken. Im Laufe des Sommers entwickelte er dann die Lösung: ein Continuous Integrating System (CI). „Dabei handelt es sich um ein Programm, das zwischen größeren Software-Lösungen wie RTEMS und EPICS selbst eine funktionale Schnittstelle ausbildet, ohne Zuarbeit der zuständigen IT-Fachkräfte vor Ort“, erklärt Sharma. Mentor Heinz Junkes ist begeistert: „Das Resultat dieses Projekts macht am FHI einen großen Unterschied“, sagt er, „wir sparen dadurch viel Zeit und Mühe.“

Während seines GSoC-Projekts erlernte Mritunjay Sharma nicht nur technische Fähigkeiten wie sauberes Programmieren, das Schreiben von Konfigurationsskripten und das Verständnis von Arbeitsabläufen eingebetteter Systeme, sondern erwarb auch viele neue Soft Skills. "Ich verstehe jetzt den Wert von Kommunikation und Einfühlungsvermögen viel besser, ebenso wie die Bedeutung von Gemeinschaftsbildung". In Zukunft möchte er gerne an Projekten von Insitutionen wie CERN, ISRO oder NASA mitarbeiten und weiterhin zu Open-Source-Gemeinschaften beitragen.

Mritunjay Sharma bestand das Projekt mit Bravour. Das Fritz-Haber-Institut gratuliert ihm herzlich dazu!

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