Quali sono i motivi per cui uno stack Java / Linux non riesce ad essere "in tempo reale"?

Un software è in tempo reale non quando è il più veloce possibile, ma quando è garantito che un processo si completa entro un determinato intervallo di tempo. In un sistema soft real time, è buono ma non assolutamente necessario che questo sia garantito. Per esempio. in un gioco, i calcoli necessari per un fotogramma devono essere completati entro il periodo di un fotogramma o il framerate diminuirà. Ciò degrada la qualità del gameplay, ma non lo rende scorretto. Per esempio. Minecraft è divertente anche se occasionalmente il gioco balbetta.

In un sistema in tempo reale difficile, non abbiamo tali libertà. Un software di controllo del volo deve reagire entro una scadenza o il veicolo potrebbe bloccarsi. E l'hardware, il sistema operativo e il software devono collaborare per supportare il tempo reale.

Ad esempio, il sistema operativo dispone di un programma di pianificazione per decidere quando viene eseguito il thread. Per un programma in tempo reale, lo schedulatore deve garantire intervalli di tempo sufficientemente grandi e frequenti. Qualsiasi altro processo che desideri eseguire in tale slot deve essere interrotto a favore del processo in tempo reale. Ciò richiede uno schedulatore con supporto esplicito in tempo reale.

Inoltre, un programma spazio utente eseguirà chiamate di sistema nel kernel. In un sistema operativo in tempo reale, anche questi devono essere in tempo reale. Per esempio. scrivere a un handle di file dovrebbe essere garantito per non utilizzare più le unità di tempo x , il che risolverebbe il problema del log. Ciò influisce sul modo in cui tale chiamata di sistema può essere implementata, ad es. come possono essere usati i buffer. Significa anche che una chiamata deve fallire se non può essere completata entro il tempo richiesto e che il programma spazio utente deve essere preparato per gestire questi casi. Nel caso di Java, la JVM e la libreria standard hanno anche un kernel e necessitano di supporto esplicito in tempo reale.

Per tutto ciò che è in tempo reale, il tuo stile di programmazione cambierà. Se non hai tempo infinito, devi limitarti a piccoli problemi. Tutti i tuoi loop devono essere limitati da alcune costanti. Tutta la memoria può essere allocata staticamente, dato che hai un limite superiore alla dimensione. La ricorsione illimitata è proibita. Questo va contro molte buone pratiche, ma non si applicano ai sistemi in tempo reale. Per esempio. un sistema di registrazione potrebbe utilizzare un buffer circolare assegnato in modo statico per archiviare i messaggi di registro quando vengono scritti. Una volta raggiunto il punto di partenza, i registri precedenti verrebbero eliminati o questa condizione potrebbe essere un errore.

Da wikipedia :

A key characteristic of an RTOS is the level of its consistency concerning the amount of time it takes to accept and complete an application's task; the variability is jitter.

L'importante è che il jitter sia quantificato affinché il sistema sia considerato real time . L'articolo prosegue dicendo che se il jitter è di solito limitato, il sistema è soft in tempo reale . Se il jitter è sempre limitato, il sistema è hard in tempo reale .

A meno che le versioni di Java e Linux che usi siano quantificate in termini di jitter, sono non in tempo reale. La raccolta di dati inutili e la scrittura dei log sono certamente fonti di jitter, ma anche l'elaborazione autonoma dei (ad esempio) pacchetti di rete conta se introduce jitter nei processi tuoi .

Per iniziare, lo stesso vanilla Linux non può fare il tempo reale. Ecco perché è stato sviluppato RTLinux .

Diciamo che esegui alcuni processi Java su RTLinux, sarebbero comunque considerati in tempo reale dal momento che tutti i processi sono programmati dal kernel, cioè se un processo è in ritardo, altri processi possono ancora avere la loro porzione di tempo CPU, garantito .

Ora, se i processi Java eseguono Discussioni verdi , l'esecuzione di questi thread non sarà più in tempo reale poiché la JVM non esegue la pianificazione in tempo reale.