Modern general purpose programming languages like Java or C# provide a rich feature set and a higher degree of abstraction than conventional real-time programming languages like C/C++ or Ada. Applications developed with these modern languages are typically deployed via platform independent intermediate code. The intermediate code is typically executed by a virtualizing runtime environment. This allows for a high portability. Prominent examples are the Dalvik Virtual Machine of the Android operating system, the Java Virtual Machine as well as Microsoft .NET’s Common Language Runtime. The virtualizing runtime environment executes the instructions of the intermediate code. This introduces additional challenges to real-time software development. One issue is the transformation of the intermediate code instructions to native code instructions. If this transformation interferes with the execution of the real-time application, this might introduce jitter to its execution times. This can degrade the quality of soft real-time systems like augmented reality applications on mobile devices, but can lead to severe problems in hard real-time applications that have strict timing requirements. This thesis examines the possibility to overcome timing issues with intermediate code execution in virtualizing runtime environments. It addresses real-time suitable generation of native code from intermediate code in particular. In order to preserve the advantages of modern programming languages over conventional ones, the solution has to adhere to the following main requirements: - Intermediate code transformation does not interfere with application execution - Portability is not reduced and code transformation is still transparent to a programmer - Comparable performance Existing approaches are evaluated. A concept for real-time suitable code generation is developed. The concept bases on a pre-allocation of the native code and the elimination of indirect references, while considering and optimizing startup time of an application. This concept is implemented by the extension of an existing virtualizing runtime environment, which does not target real-time systems per se. It is evaluated qualitatively and quantitatively. A comparison of the new concept to existing approaches reveals high execution time determinism and good performance and while preserving the portability deployment of applications via intermediate code.

Several cloud providers offer reltional databases as part of their portfolio. It is however not obvious how resource virtualization and sharing, which is inherent to cloud computing, influence performance and predictability of these cloud databases. Cloud providers give little to no guarantees for consistent execution or isolation from other users. To evaluate the performance isolation capabilities of two commercial cloud databases, we ran a series of experiments over the course of a week (a query, a minute) and report variations in query response times. As a baseline, we ran the same experiments on a dedicated server in our data center. The results show that in the cloud single outliers are up to 31 times slower than the average. Additionally, one can see a point in time after which the average performance of all executed queries improves by 38 %.

Multi-tenancy in relational databases has been a topic of interest for a couple of years. On the one hand, ever increasing capabilities and capacities of modern hardware easily allow for multiple database applications to share one system. On the other hand, cloud computing leads to outsourcing of many applications to service architectures, which in turn leads to offerings for relational databases in the cloud, as well. The ability to benchmark multi-tenancy database systems (MT-DBMSs) is imperative to evaluate and compare systems and helps to reveal otherwise unnoticed shortcomings. With several tenants sharing a MT-DBMS, a benchmark is considerably different compared to classic database benchmarks and calls for new benchmarking methods and performance metrics. Unfortunately, there is no single, well-accepted multi-tenancy benchmark for MT-DBMSs available and few efforts have been made regarding the methodology and general tooling of the process. We propose a method to benchmark MT-DBMSs and provide a framework for building such benchmarks. To support the cumbersome process of defining and generating tenants, loading and querying their data, and analyzing the results we propose and provide MULTE, an open-source framework that helps with all these steps.

Populaere Betriebssysteme (Windows XP, UNIX) sind in heutiger Zeit meist monolithisch aufgebaut. Durch immer neue nachgewiesene Sicherheitslücken in Kern und Anwendungen wird eindrucksvoll belegt, dass monolithische Architekturen den heutigen Sicherheitsanforderungen nicht mehr gewachsen sind. Dennoch kann man auf die reichhaltige Basis an Anwendungen heutiger Betriebssysteme nicht verzichten. Als Ausweg werden herkoemmliche Betriebssysteme isoliert in einer vertrauenswuerdigen Umgebung ausgeführt. Eine in letzter Zeit immer populaerere Methode zur Kapselung besteht in der Virtualisierung mit verschiedenen Auspraegungen. Mit L4Linux wurde 1997 erstmals nachgewiesen, dass die Ausfuehrung eines Standard-Betriebssystems auf einem Mikrokern (manchmal auch Para-Virtualisierung genannt) nicht zwangslaeufig zu inakzeptablen Mehrkosten an Laufzeit fuehren muss. Bei Einsatz von gebraeuchlicher Standardhardware muessen allerdings eine Reihe von Problemen geloest werden, unter anderem der uneingeschraenkte Zugriff von Geraeten auf den physischen Adressraum mittels DMA. Im Rahmen der Arbeit wird ein allgemeines Modell von IO-Adressraeumen als Erweiterung der virtuellen Adressraeume der CPU eingefuehrt und gezeigt, wie mittels Teil-Virtualisierung von Geraeten IO-Adressraeume in Software emuliert werden koennen. Weiterhin werden anhand von L4Linux Moeglichkeiten eroertert und implementiert, wie Betriebssystem-Kerne vollstaendig gezaehmt und insbesondere ohne IO-Privilegien ausgefuehrt werden koennen. Im Kapitel "Leistungsbewertung" erfolgt eine umfangreiche Evaluation der Implementierung anhand von L4Linux 2.2.

Populaere Betriebssysteme (Windows XP, UNIX) sind in heutiger Zeit meist monolithisch aufgebaut. Durch immer neue nachgewiesene Sicherheitslücken in Kern und Anwendungen wird eindrucksvoll belegt, dass monolithische Architekturen den heutigen Sicherheitsanforderungen nicht mehr gewachsen sind. Dennoch kann man auf die reichhaltige Basis an Anwendungen heutiger Betriebssysteme nicht verzichten. Als Ausweg werden herkoemmliche Betriebssysteme isoliert in einer vertrauenswuerdigen Umgebung ausgeführt. Eine in letzter Zeit immer populaerere Methode zur Kapselung besteht in der Virtualisierung mit verschiedenen Auspraegungen. Mit L4Linux wurde 1997 erstmals nachgewiesen, dass die Ausfuehrung eines Standard-Betriebssystems auf einem Mikrokern (manchmal auch Para-Virtualisierung genannt) nicht zwangslaeufig zu inakzeptablen Mehrkosten an Laufzeit fuehren muss. Bei Einsatz von gebraeuchlicher Standardhardware muessen allerdings eine Reihe von Problemen geloest werden, unter anderem der uneingeschraenkte Zugriff von Geraeten auf den physischen Adressraum mittels DMA. Im Rahmen der Arbeit wird ein allgemeines Modell von IO-Adressraeumen als Erweiterung der virtuellen Adressraeume der CPU eingefuehrt und gezeigt, wie mittels Teil-Virtualisierung von Geraeten IO-Adressraeume in Software emuliert werden koennen. Weiterhin werden anhand von L4Linux Moeglichkeiten eroertert und implementiert, wie Betriebssystem-Kerne vollstaendig gezaehmt und insbesondere ohne IO-Privilegien ausgefuehrt werden koennen. Im Kapitel "Leistungsbewertung" erfolgt eine umfangreiche Evaluation der Implementierung anhand von L4Linux 2.2.