O que é um kernel em tempo real e como ele pode beneficiar sua empresa?

O desempenho nem sempre é facilmente medido. Parte da razão para isso é o caso de uso. Tomemos, por exemplo, o caso de uso de desktop versus servidor. Você pode pensar que um desktop poderia se beneficiar da mesma tecnologia que ajuda a aumentar o desempenho de um servidor, de modo que ele possa trabalhar com grandes quantidades de dados de forma mais rápida e confiável.

Afinal, não é rápido, bem, rápido? Claro. Mas nem todas as necessidades de velocidade são iguais. Caso em questão, o kernel em tempo real.

O que é um kernel em tempo real?

Em junho de 2023, foi anunciado estava lançando o Real-Time Linux, que tirava proveito de um kernel em tempo real.

Esta discussão no LinkedIn, Pablo Mesa, COO da Ascend, diz sobre kernels em tempo real (e sistemas operacionais em tempo real): “Os RTOSs também se destacam na otimização da utilização de recursos. Ao agendar tarefas de forma inteligente com base na prioridade, urgência e duração, eles melhoram a eficiência e garantem um desempenho ideal. Essa capacidade é valiosa em cenários onde o tempo é essencial, como sistemas de controle industrial.”

Mas o que exatamente é um kernel em tempo real? Essencialmente, um kernel em tempo real (RTK) trata da prevenção de latência (atraso). Um RTK gerencia o tempo de uma CPU para garantir que eventos de tempo crítico possam ser processados ​​com alto nível de eficiência. Isso não significa que um RTK seja superior a um kernel tradicional, mas, em vez disso, ele se concentra em requisitos de negócios ou de sistema muito específicos.

O que tudo isso significa? Simplificando, significa que um RTK é muito previsível. Isto é especialmente importante em casos de uso como IoT, big data, aprendizado de máquina, inteligência artificial, automação de processos, telecomunicações e sistemas de controle de robôs. Um RTK pode ser uma opção sólida em qualquer caso de uso onde a latência possa ser um problema.

No entanto, nem todo tipo de tecnologia é adequado para todos os casos de uso. Um RTK é um exemplo perfeito disso. Embora você possa pensar que uma latência mínima (quase zero) seria ótima para praticamente qualquer computador que exija processamento muito rápido, essa suposição estaria incorreta.

As desvantagens de um RTK ilustram claramente que ele não é ideal para todos os casos de uso. Essas desvantagens incluem:

• Requer configurações muito mais (e altamente complexas) para ser útil
• Não é compatível com todos os hardwares
• Não é adequado para desenvolvimento ou depuração de software
• É menos eficiente com multitarefa
• Pode ser imprevisível se não for configurado e implantado corretamente
• Não funciona bem com muitos aplicativos de usuário

Embora existam alguns casos de uso de desktop em que um RTK possa ser vantajoso (como produção de áudio e vídeo), os aplicativos usados ​​nessas instâncias devem oferecer suporte a um RTK, e não há garantia disso.

Um dos maiores problemas do uso de um RTK como solução de desktop é que os sistemas operacionais de uso geral exigem recursos e características que não podem funcionar com as garantias de latência em tempo real encontradas em um RTK. Devido à forma como funciona, tarefas com baixa prioridade tendem a ser ignoradas por longos períodos de tempo. Um sistema operacional de desktop deve ser capaz de funcionar com uma infinidade de aplicativos de diferentes fornecedores e, ao mesmo tempo, oferecer um nível aceitável de desempenho.

Um RTK é muito específico para isso, e um sistema operacional de uso geral acabaria tendo um desempenho ruim nessas condições.

No entanto, um sistema operacional com finalidade específica (como aqueles para dispositivos IoT) pode se beneficiar muito dos RTKs devido às baixas latências inerentes e às prioridades de agendamento. No final das contas, não se trata apenas de velocidade, mas também de tempo e equidade do processo.

Os benefícios de um kernel em tempo real

Quando você perceber os benefícios de um RTK, tudo deverá se encaixar para você e/ou sua equipe de desenvolvimento. Esses benefícios incluem:

• Todos os processos têm garantia de retorno ou falha dentro de um determinado período de tempo.
• O agendamento determinístico de tarefas significa que as tarefas são sempre executadas de maneira oportuna e previsível.
• A latência reduzida minimiza drasticamente o tempo entre a ocorrência de um evento e a resposta associada.
• A priorização de tarefas permite que um administrador ou desenvolvedor atribua prioridades específicas para garantir que todas as tarefas críticas sejam executadas primeiro.
• O gerenciamento de recursos (como alocação de memória, comunicação entre tarefas e sincronização de tarefas) foi bastante aprimorado.
• Maior tolerância a falhas significa que erros e exceções são tratados com mais elegância, o que melhora a confiabilidade de um sistema.
• Portabilidade significa que os RTKs estão disponíveis para diversas plataformas e arquiteturas.
• Modular por design significa que recursos e componentes podem ser adicionados ou removidos conforme necessário.
• Alta escalabilidade significa que você pode escalar dependendo de suas necessidades.

Quando sua empresa deve usar um kernel em tempo real?

Como já dissemos, nem todo caso de uso é ideal para um RTK. Em última análise, tudo se resume à latência e previsibilidade. Se você tiver um cenário em que precisa de dados processados ​​em tempo real (como na computação de ponta), um RTK pode ser a melhor opção.

Esses tipos de casos de uso são altamente especializados, de modo que você tem alguns processos específicos que devem ter prioridade muito alta.

Alguns exemplos muito óbvios de onde um RTK pode ser implantado com sucesso incluem:

• Automação industrial
• Condução autônoma
• Cuidados de saúde (como dispositivos de suporte à vida)
• Redes de energia inteligentes
• Aeroespacial e defesa
• Telecomunicações (como processamento de chamadas)
• Negociação financeira
• Multimídia e jogos

As armadilhas dos kernels em tempo real

O maior problema ao empregar um RTK é ter engenheiros, administradores e desenvolvedores com as habilidades necessárias para configurá-los e implantá-los adequadamente. Embora você possa encontrar sistemas operacionais criados especificamente como plataformas de tempo real, se o seu caso de uso não se adequar exatamente a esse propósito, você terá que fazer algumas otimizações. Sem uma equipe treinada, isso pode ser um desafio.

E, claro, como mencionamos anteriormente, os RTKs não são de uso geral. Se você implantar um RTK para uma finalidade geral (na esperança de se beneficiar da latência extremamente baixa), descobrirá que muitos aplicativos e serviços sofrem uma degradação dramática no desempenho.

Além disso, o custo de um kernel em tempo real pode ser proibitivo. Dado que você não executará esse kernel em hardware comum, você terá o custo inicial dos sistemas que podem se beneficiar desses tipos de kernel.

Os RTKs também podem ser muito limitantes. Como já mencionamos, eles geralmente têm um propósito específico, então seus administradores e desenvolvedores precisam ser capazes de trabalhar com um kernel que pode ter um foco muito restrito. Ao mesmo tempo, os RTKs costumam ser muito inflexíveis. Portanto, se você acha que irá empregar um RTK e dobrá-lo para atender a necessidades fora da finalidade pretendida, verá que a tarefa é bastante desafiadora.

Finalmente, embora você possa obter um sistema de alto desempenho com um RTK, o tempo de entrega pode ser prolongado. Como os RTKs exigem um conjunto de habilidades muito especial, suas equipes de desenvolvimento levarão mais tempo para preparar tudo para produção… especialmente se estiverem aprendendo à medida que avançam.

Conclusão

Os kernels em tempo real oferecem algumas vantagens surpreendentes para casos de uso específicos e se sua empresa estiver sob os auspícios de tal caso de uso, um RTK pode ser a opção ideal. E como você pode encontrar muitas distribuições Linux que oferecem opções RTK, você não terá que gastar uma quantia excessiva de seu orçamento no sistema operacional.