Qualität und Nutzen - Über den Gebrauch von Zeit-Wert-Funktionen zur Integration qualitäts- und zeit-flexibler Aspekte in einer dynamischen Echtzeit-Einplanungsumgebung

Scheduling methodologies for real-time applications have been of keen interest to diverse research communities for several decades. Depending on the application area, algorithms have been developed that are tailored to specific requirements with respect to both the individual components of which an application is made up and the computational platform on which it is to be executed. Many real-time scheduling algorithms base their decisions solely or partly on timing constraints expressed by deadlines which must be met even under worst-case conditions. The increasing complexity of computing hardware means that worst-case execution time analysis becomes increasingly pessimistic. Scheduling hard real-time computations according to their worst-case execution times (which is common practice) will thus result, on average, in an increasing amount of spare capacity. The main goal of flexible real-time scheduling is to exploit this otherwise wasted capacity. Flexible scheduling schemes have been proposed to increase the ability of a real-time system to adapt to changing requirements and nondeterminism in the application behaviour. These models can be categorised as those whose source of flexibility is the quality of computations and those which are flexible regarding their timing constraints. This work describes a novel model which allows to specify both flexible timing constraints and quality profiles for an application. Furthermore, it demonstrates the applicability of this specification method to real-world examples and suggests a set of feasible scheduling algorithms for the proposed problem class.Einplanungsverfahren für Echtzeitanwendungen stehen seit Jahrzehnten im Interesse verschiedener Forschungsgruppen. Abhängig vom Anwendungsgebiet wurden Algorithmen entwickelt, welche an die spezifischen Anforderungen sowohl hinsichtlich der einzelnen Komponenten, aus welchen eine Anwendung besteht, als auch an die Rechnerplattform, auf der diese ausgeführt werden sollen, angepasst sind. Viele Echtzeit-Einplanungsverfahren gründen ihre Entscheidungen ausschließlich oder teilweise auf Zeitbedingungen, welche auch bei Auftreten maximaler Ausführungszeiten eingehalten werden müssen. Die zunehmende Komplexität von Rechner-Hardware bedeutet, dass die Worst-Case-Analyse in steigendem Maße pessimistisch wird. Die Einplanung harter Echtzeit-Berechnungen anhand ihrer maximalen Ausführungszeiten (was die gängige Praxis darstellt) resultiert daher im Regelfall in einer frei verfügbaren Rechenkapazität in steigender Höhe. Das Hauptziel flexibler Echtzeit-Einplanungsverfahren ist es, diese ansonsten verschwendete Kapazität auszunutzen. Flexible Einplanungsverfahren wurden vorgeschlagen, welche die Fähigkeit eines Echtzeitsystems erhöhen, sich an veränderte Anforderungen und Nichtdeterminismus im Verhalten der Anwendung anzupassen. Diese Modelle können unterteilt werden in solche, deren Quelle der Flexibilität die Qualität der Berechnungen ist, und jene, welche flexibel hinsichtlich ihrer Zeitbedingungen sind. Diese Arbeit beschreibt ein neuartiges Modell, welches es erlaubt, sowohl flexible Zeitbedingungen als auch Qualitätsprofile für eine Anwendung anzugeben. Außerdem demonstriert sie die Anwendbarkeit dieser Spezifikationsmethode auf reale Beispiele und schlägt eine Reihe von Einplanungsalgorithmen für die vorgestellte Problemklasse vor