¿Qué es un kernel en tiempo real y cómo puede beneficiar a su empresa?

El desempeño no siempre es fácil de medir. Parte de la razón de esto es el caso de uso. Tomemos, por ejemplo, el caso de uso de escritorio versus servidor. Se podría pensar que una computadora de escritorio podría beneficiarse de la misma tecnología que ayuda a mejorar el rendimiento de un servidor para que pueda trabajar con grandes cantidades de datos de manera más rápida y confiable.

Después de todo, ¿no es rápido, bueno, rápido? Claro. Pero no todas las necesidades de velocidad son iguales. Por ejemplo, el kernel en tiempo real .

¿Qué es un kernel en tiempo real?

En junio de 2023, se anunció el lanzamiento de Real-Time Linux, que aprovechaba un kernel en tiempo real.

En esta discusión de LinkedIn , Pablo Mesa, director de operaciones de Ascend, dice sobre los kernels en tiempo real (y los sistemas operativos en tiempo real): “Los RTOS también destacan por optimizar la utilización de recursos. Al programar tareas de forma inteligente en función de la prioridad, la urgencia y la duración, mejoran la eficiencia y garantizan un rendimiento óptimo. Esta capacidad es valiosa en escenarios donde el tiempo es esencial, como los sistemas de control industrial”.

Pero ¿qué es exactamente un kernel en tiempo real? Básicamente, un kernel en tiempo real (RTK) trata de evitar la latencia (retraso). Un RTK gestiona la sincronización de una CPU para garantizar que los eventos críticos se puedan procesar con un alto nivel de eficiencia. Esto no significa que un RTK sea superior a un kernel tradicional, sino que se centra en requisitos de sistema o de negocio muy específicos.

¿Qué significa todo esto? En pocas palabras, significa que un RTK es muy predecible. Esto es especialmente importante en casos de uso como IoT, big data, aprendizaje automático, inteligencia artificial, automatización de procesos, telecomunicaciones y sistemas de control de robots. Un RTK puede ser una opción sólida en cualquier caso de uso donde la latencia pueda ser un problema.

Sin embargo, no todos los tipos de tecnología son adecuados para todos los casos de uso. Un RTK es un ejemplo perfecto de esto. Si bien se podría pensar que una latencia mínima (casi nula) sería excelente para prácticamente cualquier computadora que requiera un procesamiento muy rápido, esa suposición sería incorrecta.

Las desventajas de un RTK ilustran claramente que no es ideal para todos los casos de uso. Estas desventajas incluyen:

• Requiere mucha más (y muy compleja) configuración para ser útil
• No es compatible con todo el hardware
• No apto para desarrollo o depuración de software.
• Es menos eficiente con la multitarea
• Puede ser impredecible si no se configura e implementa correctamente
• No funciona bien con muchas aplicaciones de usuario.

Si bien hay algunos casos de uso de escritorio en los que un RTK puede ser ventajoso (como la producción de audio y video), las aplicaciones utilizadas en estos casos deben admitir un RTK y no hay garantía de ello.

Uno de los mayores problemas con el uso de un RTK como solución de escritorio es que los sistemas operativos de uso general requieren funciones y características que no pueden funcionar con las garantías de latencia en tiempo real que se encuentran en un RTK. Debido a su funcionamiento, las tareas con baja prioridad tienden a ignorarse durante largos periodos de tiempo. Un sistema operativo de escritorio debe poder funcionar con una multitud de aplicaciones de diferentes proveedores y al mismo tiempo ofrecer un nivel aceptable de rendimiento.

Un RTK es muy específico para esto, y un sistema operativo de propósito general terminaría funcionando mal en estas condiciones.

Sin embargo, un sistema operativo diseñado específicamente (como los de los dispositivos IoT) puede beneficiarse enormemente de los RTK debido a las bajas latencias y prioridades de programación inherentes. Al final del día, no se trata sólo de velocidad, sino también de tiempo y equidad del proceso.

Los beneficios de un kernel en tiempo real

Una vez que vea los beneficios de un RTK, todo debería encajar para usted y/o su equipo de desarrollo. Estos beneficios incluyen:

• Se garantiza que todos los procesos regresarán o fallarán dentro de un cierto período de tiempo.
• La programación determinista de tareas significa que las tareas siempre se ejecutan de manera oportuna y predecible.
• La latencia reducida minimiza drásticamente el tiempo entre la ocurrencia de un evento y la respuesta asociada.
• La priorización de tareas permite a un administrador o desarrollador asignar prioridades específicas para garantizar que todas las tareas críticas se realicen primero.
• Se ha mejorado enormemente la gestión de recursos (como la asignación de memoria, la comunicación entre tareas y la sincronización de tareas).
• Una mayor tolerancia a fallas significa que los errores y las excepciones se manejan de manera más elegante, lo que mejora la confiabilidad de un sistema.
• La portabilidad significa que los RTK están disponibles para múltiples plataformas y arquitecturas.
• Modular por diseño significa que se pueden agregar o quitar características y componentes según sea necesario.
• La alta escalabilidad significa que puede escalar según sus necesidades.

¿Cuándo debería su empresa utilizar un kernel en tiempo real?

Como ya dijimos, no todos los casos de uso son ideales para un RTK. En última instancia, todo se reduce a la latencia y la previsibilidad. Si tiene un escenario en el que necesita que los datos se procesen en tiempo real (como en la informática de punta), un RTK podría ser la mejor opción.

Estos tipos de casos de uso son altamente especializados, por lo que existen algunos procesos específicos que deberían tener una prioridad muy alta.

Algunos ejemplos muy obvios de dónde se puede implementar con éxito un RTK incluyen:

• Automatización industrial
• Conducción autónoma
• Atención médica (como dispositivos de soporte vital)
• Redes energéticas inteligentes
• Aeroespacial y defensa
• Telecomunicaciones (como procesamiento de llamadas)
• Comercio financiero
• multimedia y juegos

Los peligros de los kernels en tiempo real

El mayor problema al emplear un RTK es contar con ingenieros, administradores y desarrolladores con las habilidades necesarias para configurarlos e implementarlos correctamente. Si bien puede encontrar sistemas operativos creados específicamente como plataformas en tiempo real, si su caso de uso no se ajusta exactamente a ese propósito, tendrá que realizar algunas optimizaciones. Sin un equipo capacitado, esto puede ser un desafío.

Y, por supuesto, como mencionamos anteriormente, los RTK no son de uso generalizado. Si implementa un RTK para un propósito general (con la esperanza de beneficiarse de una latencia extremadamente baja), encontrará que muchas aplicaciones y servicios sufren una degradación dramática en el rendimiento.

Además, el coste de un kernel en tiempo real puede resultar prohibitivo. Dado que no ejecutará este kernel en hardware básico, incurrirá en el costo inicial de los sistemas que pueden beneficiarse de este tipo de kernels.

Los RTK también pueden ser muy limitantes. Como ya mencionamos, normalmente tienen un propósito específico, por lo que sus administradores y desarrolladores deben poder trabajar con un kernel que puede tener un enfoque muy limitado. Al mismo tiempo, los RTK suelen ser muy inflexibles. Por lo tanto, si piensa que va a emplear un RTK y adaptarlo para satisfacer necesidades fuera de su propósito previsto, la tarea le resultará bastante desafiante.

Finalmente, aunque se puede conseguir un sistema de alto rendimiento con un RTK, el tiempo de entrega puede prolongarse. Debido a que los RTK requieren un conjunto de habilidades muy especiales, sus equipos de desarrollo tardarán más en tener todo listo para la producción... especialmente si aprenden sobre la marcha.

Conclusión

Los kernels en tiempo real ofrecen algunas ventajas sorprendentes para casos de uso específicos y, si su empresa se encuentra bajo los auspicios de dicho caso de uso, un RTK podría ser la opción ideal. Y como puedes encontrar muchas distribuciones de Linux que ofrecen opciones RTK, no tendrás que gastar demasiado de tu presupuesto en el sistema operativo.