Versatile and efficient mixed–criticality scheduling for multi-core processors

Ce document présente nos contributions aux algorithmes d'ordonnancement à criticité mixte pour multi-processeurs. La correction de l'exécution des applications temps réel critiques est assurée par l'utilisation d'un ordonnancement vérifié à la conception. Dans ce contexte, le dimensionnement des plate-formes d'exécution vise à minimiser le nombre de processeurs nécessaires pour assurer un ordonnancement correct. Ce dimensionnement est affecté par les exigences de sûreté de fonctionnement. Ces exigences poussent à surestimer le temps nécessaire garantissant l'exécution correcte des applications. Il en découle un dimensionnement assez coûteux. Les méthodes d'ordonnancement des systèmes à criticité mixte proposent des compromis sur les garanties d'exécution des applications améliorant le dimensionnement. Différents compromis ont été proposés mais tous reposent sur la notion de mode d'exécution. Les modes sont ordonnés, et les tâches voient leur temps d'exécution requis croître avec les modes. Cependant, afin de diminuer le dimensionnement du système, seul l'ordonnancement des tâches les plus critiques est garanti. Ce modèle est appelé "discarding". La majorité des algorithmes proposés se limitent à deux modes d'exécutions par simplicité. De plus, les algorithmes les plus efficaces pour multi-processeurs exhibent un nombre élevé de préemptions, ce qui constitue un frein à leur adoption. Finalement, ces algorithmes sont rarement généralisables. Pourtant, la prise en compte de plus de deux modes, ou de tâches aux périodes élastiques permettrait une adoption plus large par le milieu industriel. L'approche proposée repose sur la séparation des préoccupations entre la prise en compte des modes de fonctionnement, et l'ordonnancement des tâches sur multi-processeurs. Cette méthode permet de concevoir une politique d'ordonnancement efficace et adaptable à différents modèles de systèmes à criticité mixte. Notre approche consiste à transformer un lot de tâches à criticité mixte en un lot de tâches qui n'est plus à criticité mixte. Ceci nous permet d'utiliser un algorithme d'ordonnancement temps réel optimal engendrant peu de préemptions et de migrations, à savoir RUN. Cette approche, appliquée en premier pour le modèle discarding avec deux modes d'exécution, rempli son objectif d'efficacité. Nous illustrons sa généricité en utilisant le même principe pour ordonnancer des systèmes discarding avec plus de deux modes d'exécution. Enfin, une démarche reposant sur la décomposition de tâche permet de généraliser l'approche au cas des tâches élastiques.This thesis focuses on the scheduling of mixed-criticality scheduling algorithms for multi-processors. The correctness of the execution of the real-time applications is ensured by a scheduler and is checked during the design phase. The execution platform sizing aims at minimising the number of processors required to ensure this correct scheduling. This sizing is impacted by the safety requirements. Indeed, these requirements tend to overestimate the execution times of the applications to ensure their correct executions. Consequently, the resulting sizing is costly. The mixed-criticality scheduling theory aims at proposing compromises on the guarantees of the execution of the applications to reduce this over-sizing. Several models of mixed-criticality systems offering different compromises have been proposed but all are based on the use of execution modes. Modes are ordered and tasks have non decreasing execution times in each mode. Yet, to reduce the sizing of the execution platform, only the execution of the most critical tasks is ensured. This model is called the discarding model. For simplicity reasons, most of the mixed-criticality scheduling algorithms are limited to this model. Besides, the most efficient scheduling policies for multi-processors entail too many preemptions and migrations to be actually used. Finally, they are rarely generalised to handle different models of mixed-criticality systems. However, the handling of more than two execution modes or of tasks with elastic periods would make such solutions more attractive for the industry. The approach proposed in this thesis is based on the separation of concerns between handling the execution modes and the scheduling of the tasks on the multi-processors. With this approach, we achieve to design an efficient scheduling policy that schedules different models of mixed-criticality systems. It consists in performing the transformation of a mixed-criticality task set into a non mixed-criticality one. We then schedule this task set by using an optimal hard real-time scheduling algorithm that entails few preemptions and migrations: RUN. We first apply our approach on the discarding model with two execution modes. The results show the efficiency of our approach for such model. Then, we demonstrate the versatility of our approach by scheduling systems of the discarding model with more than two execution modes. Finally, by using a method based on the decomposition of task execution, our approach can schedule systems based on elastic tasks