03-Processamento Real Time
Visão Geral
O processamento em tempo real (Real Time) é um tipo de processamento onde o sistema computacional deve responder a eventos externos dentro de prazos estritamente definidos (deadlines). A correção do sistema não depende apenas do resultado lógico da computação, mas também do tempo em que os resultados são produzidos. É crucial em sistemas onde falhas em cumprir prazos podem levar a consequências graves, como em controle industrial, sistemas de aviação, equipamentos médicos e multimídia.
Definição
Processamento em tempo real é aquele em que a validade da operação depende tanto da correção lógica quanto do instante em que o resultado é disponibilizado. Sistemas de tempo real são projetados para garantir que certas tarefas sejam concluídas dentro de limites de tempo específicos e previsíveis, reagindo a eventos do mundo real conforme eles ocorrem.
Existem duas categorias principais:
- Tempo Real Estrito (Hard Real-Time): Falhar em cumprir um deadline é considerado uma falha catastrófica do sistema (ex: controle de freios ABS, marca-passo cardíaco).
- Tempo Real Flexível (Soft Real-Time): O não cumprimento ocasional de deadlines é indesejável, mas não causa falha total. A utilidade do resultado degrada após o prazo (ex: streaming de vídeo, jogos online).
Exemplos
- Controle de Processos Industriais: Sensores monitoram variáveis (temperatura, pressão) e o sistema deve reagir em milissegundos para ajustar atuadores e manter o processo estável e seguro.
- Sistemas de Controle de Voo (Fly-by-Wire): O sistema deve processar os comandos do piloto e os dados dos sensores para ajustar as superfícies de controle da aeronave dentro de prazos curtíssimos e garantidos.
- Equipamentos Médicos: Monitores cardíacos, bombas de infusão e marca-passos precisam operar com precisão temporal absoluta para garantir a segurança do paciente.
- Sistemas de Freios ABS em Veículos: O sistema detecta o travamento das rodas e modula a pressão do freio várias vezes por segundo, exigindo respostas em tempo real estrito.
- Robótica: Robôs industriais ou autônomos precisam processar dados de sensores (visão, tato) e controlar seus movimentos em tempo real para interagir com o ambiente de forma segura e eficaz.
- Streaming de Mídia (Soft Real-Time): Atrasos na entrega de pacotes de áudio/vídeo causam engasgos (jitter), degradando a experiência, mas não representam uma falha crítica.
Características
- Restrições Temporais (Deadlines): A principal característica é a necessidade de cumprir prazos rigorosos.
- Previsibilidade: O comportamento temporal do sistema deve ser previsível e garantido.
- Reatividade: Capacidade de responder rapidamente a eventos externos assíncronos.
- Confiabilidade: Alta disponibilidade e tolerância a falhas são frequentemente necessárias.
- Gerenciamento de Tarefas Prioritário: Sistemas operacionais de tempo real (RTOS) usam algoritmos de escalonamento baseados em prioridades e preemptivos para garantir que tarefas críticas executem a tempo.
Vantagens
- Garantia de Resposta: Essencial para aplicações críticas onde o tempo de resposta é vital.
- Controle Preciso: Permite o controle fino e rápido de processos físicos.
- Segurança: Aumenta a segurança em sistemas onde falhas temporais podem ser perigosas.
- Estabilidade: Mantém a estabilidade de sistemas de controle complexos.
Desvantagens
- Complexidade de Projeto: Desenvolver e verificar sistemas de tempo real é significativamente mais complexo.
- Custo: Hardware e software especializados (RTOS) podem ser mais caros.
- Otimização Difícil: O foco em previsibilidade temporal pode limitar otimizações de desempenho médio.
- Menos Flexibilidade: Sistemas são frequentemente projetados para tarefas específicas, com menor flexibilidade para mudanças.
- Utilização de Recursos: Pode subutilizar recursos para garantir a previsibilidade (reservando tempo de CPU, por exemplo).