Klepsydra ROS2 Multi Core Ring Buffer Executor

ຂໍ້ມູນຜະລິດຕະພັນ

ຂໍ້ມູນຈໍາເພາະ

• ນ້ ຳ ໜັກ ເບົາ, ໂມດູນ, ແລະເຂົ້າກັນໄດ້ກັບລະບົບປະຕິບັດການທີ່ໃຊ້ຫຼາຍທີ່ສຸດ
• ປັ໊ກອິນ ROS2 Executor ສາມາດປະມວນຜົນຂໍ້ມູນໄດ້ຫຼາຍເຖິງ 10 ເທົ່າ ດ້ວຍການຫຼຸດຜ່ອນການບໍລິໂພກ CPU ເຖິງ 50%.
• GPU (ຫນ່ວຍປະມວນຜົນກາຟິກ) ສໍາລັບການຂະຫນານສູງແລະອັດຕາການປະມວນຜົນຂໍ້ມູນເພີ່ມຂຶ້ນແລະການນໍາໃຊ້ GPU
• Klepsydra AI
• Klepsydra SDK
• Klepsydra GPU
• ຄວາມສາມາດໃນການຖ່າຍທອດ
• Klepsydra ROS2 executor plugin ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທົ່ວໂລກ

ຄໍາແນະນໍາການນໍາໃຊ້ຜະລິດຕະພັນ

1. ເນື້ອໃນ: ການປະມວນຜົນຂະໜານ
   ຜະລິດຕະພັນດັ່ງກ່າວໄດ້ຖືກອອກແບບມາເພື່ອແກ້ໄຂສິ່ງທ້າທາຍທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບການປະມວນຜົນເທິງເຄື່ອງໃນແອັບພລິເຄຊັນອາວະກາດ, ບ່ອນທີ່ການໃຊ້ CPU, ປະລິມານຂໍ້ມູນ ແລະຄວາມຕ້ອງການພະລັງງານມີຄວາມເປັນຫ່ວງ. ມັນສະຫນອງການແກ້ໄຂສໍາລັບຮາດແວທີ່ທັນສະໄຫມແລະຊອບແວເກົ່າໂດຍການຈັດການປະລິມານຂໍ້ມູນຂະຫນາດກາງຢ່າງມີປະສິດທິພາບ.
2. ປຽບທຽບແລະແລກປ່ຽນ
   "ປຽບທຽບແລະສະຫຼັບ" ແມ່ນສູດການຄິດໄລ່ທີ່ໃຊ້ໃນ multithreading ເພື່ອບັນລຸການ synchronization. ມັນປຽບທຽບເນື້ອໃນຂອງສະຖານທີ່ຫນ່ວຍຄວາມຈໍາທີ່ມີຄ່າທີ່ໃຫ້ແລະ, ພຽງແຕ່ຖ້າພວກມັນຄືກັນ, ດັດແປງເນື້ອໃນຂອງສະຖານທີ່ຫນ່ວຍຄວາມຈໍານັ້ນໃຫ້ເປັນຄ່າໃຫມ່. ການປະຕິບັດງານນີ້ແມ່ນປະຕິບັດເປັນການດໍາເນີນງານປະລໍາມະນູດຽວ. ຜະລິດຕະພັນປະຕິບັດສູດການຄິດໄລ່ນີ້ເປັນສ່ວນຫນຶ່ງຂອງການເຮັດວຽກຂອງມັນ.

Pros ແລະ Cons ຂອງການຂຽນໂປລແກລມ Lock-Free
ຜະລິດຕະພັນດັ່ງກ່າວໄດ້ນໍາໃຊ້ເຕັກນິກການຂຽນໂປຼແກຼມທີ່ບໍ່ມີການລັອກ, ເຊິ່ງມີ advantages ແລະ disadvantages

• ຂໍ້ດີ:
  • ຫຼຸດຜ່ອນການໃຊ້ CPU
  • ການຈັດການປະລິມານຂໍ້ມູນທີ່ມີປະສິດທິພາບ
• ຂໍ້ເສຍ:
  • ຄວາມສັບສົນໃນການປະຕິບັດ
  • ຮຽກ​ຮ້ອງ​ໃຫ້​ມີ​ການ​ສະ​ຫນັບ​ສະ​ຫນູນ​ຈາກ​ຮາດ​ແວ​ພື້ນ​ຖານ (ຮາດ​ແວ​ທີ່​ທັນ​ສະ​ໄຫມ​ທີ່​ສຸດ​ສະ​ຫນັບ​ສະ​ຫນູນ​ໂຄງ​ການ​ທີ່​ບໍ່​ມີ​ການ​ລັອກ​)

ຜູ້ບໍລິຫານ ROS2
ຜະລິດຕະພັນປະກອບມີ ROS2 Executor ທີ່ກໍານົດເວລາຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ ROS2 ໂດຍການຄຸ້ມຄອງການໂທກັບຄືນໄປບ່ອນຂອງການສະໝັກໃຊ້, ຂໍ້ຄວາມ, ການບໍລິການ, ໂມງຈັບເວລາ, ແລະ nodes. ມັນບໍລິໂພກຂໍ້ຄວາມຈາກແຖວ DDS ຂອງຕົວກາງທີ່ຕິດພັນ ແລະສົ່ງພວກມັນເພື່ອປະຕິບັດໄປຫາໜຶ່ງໃນກະທູ້. ໂຕປະຕິບັດການສາມາດຖືກຕັ້ງຄ່າເພື່ອປະຕິບັດການໂທກັບຄືນຕາມລໍາດັບຫຼືຂະຫນານ.

ຜູ້ບໍລິຫານ ROS2 ທີ່ທັນສະໄໝ
ຜະລິດຕະພັນປະກອບມີຜູ້ປະຕິບັດການ ROS2 ທີ່ທັນສະໄຫມທີ່ສະຫນອງກົນລະຍຸດການປະຕິບັດທີ່ແຕກຕ່າງກັນ.

• ຜູ້ບໍລິຫານກະທູ້ດ່ຽວ: ດໍາເນີນການ callbacks ຕາມລໍາດັບແລະເປັນໄລຍະສະແກນໂຄງສ້າງຄໍາຮ້ອງສະຫມັກເພື່ອປັບປຸງ nodes, subscriptions, ບໍລິການ, ແລະອື່ນໆ.
• ຜູ້ບໍລິຫານຫຼາຍກະທູ້: ດໍາເນີນການ callbacks ໃນຂະຫນານແລະແຕ່ລະໄລຍະສະແກນໂຄງສ້າງຄໍາຮ້ອງສະຫມັກເພື່ອປັບປຸງລາຍລະອຽດຂອງບັນຫາ.

Streaming Executor
ຜະລິດຕະພັນແນະນໍາ streaming executor ທີ່ແຕກຕ່າງຈາກ executor threaded ໃນຫຼາຍດ້ານ

• ມັນບໍ່ໄດ້ສ້າງບັນຊີລາຍຊື່ທີ່ປະຕິບັດໄດ້ຄືນໃຫມ່ສໍາລັບການເຮັດຊ້ໍາອີກຄັ້ງ.
• ທຸກ nodes, callback group, timers, subscriptions, etc. ແມ່ນຖືກສ້າງຂຶ້ນໃນເວລາກໍ່ສ້າງ.
• ການສັ່ງຈອງທັງໝົດພາຍໃນ node ຈະຖືກປະຕິບັດຢູ່ໃນຫົວຂໍ້ດຽວກັນ, ໂດຍບໍ່ຄໍານຶງເຖິງຈໍານວນ cores ທີ່ໃຊ້ສໍາລັບການຕັ້ງຄ່າການຖ່າຍທອດ.

1. Klepsydra Streaming Executor
   ຕົວປະຕິບັດການຖ່າຍທອດຂອງຜະລິດຕະພັນໄດ້ຖືກອອກແບບໂດຍສະເພາະເພື່ອຈັດການກັບຫົວຂໍ້ການຖ່າຍທອດໂດຍໃຊ້ຄູ່ຜູ້ເຜີຍແຜ່-ຜູ້ຕິດຕາມ. ມັນມີປະສິດທິພາບສົ່ງຂໍ້ຄວາມໃຫ້ກັບຜູ້ຈອງໃນທຸກ nodes, ໄດ້ຮັບຈາກ middleware ຜ່ານ rmw. ເຫດການ loop ຄຸ້ມຄອງຫົວຂໍ້ເຫຼົ່ານີ້, ຮັບປະກັນການໄຫຼຂອງຂໍ້ມູນກ້ຽງ.
2. Klepsydra Realm
   Klepsydra Realm ແມ່ນອົງປະກອບຂອງຕົວປະຕິບັດການຖ່າຍທອດທີ່ເຮັດຫນ້າທີ່ເປັນຕົວກໍານົດເວລາ. ມັນປະສານງານການປະຕິບັດຂອງຜູ້ຜະລິດແລະຜູ້ບໍລິໂພກພາຍໃນການຕັ້ງຄ່າການຖ່າຍທອດ.
3. ຜູ້ຜະລິດ
   ຜູ້ຜະລິດມີຄວາມຮັບຜິດຊອບໃນການສ້າງຂໍ້ມູນທີ່ຈະໄດ້ຮັບການບໍລິໂພກໂດຍຜູ້ຈອງ. ຜະລິດຕະພັນສະຫນັບສະຫນູນຜູ້ຜະລິດຫຼາຍໆຄົນໃນການຕັ້ງຄ່າການຖ່າຍທອດ.
4. ຜູ້ບໍລິໂພກ
   ຜູ້ບໍລິໂພກຮັບຜິດຊອບສໍາລັບການປຸງແຕ່ງແລະນໍາໃຊ້ຂໍ້ມູນທີ່ຜະລິດໂດຍຜູ້ຜະລິດ. ຜະລິດຕະພັນສະຫນັບສະຫນູນຜູ້ບໍລິໂພກຫຼາຍຄົນໃນການຕັ້ງຄ່າການຖ່າຍທອດ.

ຄຳຖາມທີ່ຖາມເລື້ອຍໆ (FAQ)

1. ລະບົບປະຕິບັດການໃດທີ່ເຫມາະສົມກັບຜະລິດຕະພັນ?
   ຜະລິດຕະພັນແມ່ນເຂົ້າກັນໄດ້ກັບລະບົບປະຕິບັດການທີ່ໃຊ້ທົ່ວໄປທີ່ສຸດ.
2. ມີຂໍ້ມູນຫຼາຍປານໃດທີ່ສາມາດຂະບວນການຜະລິດຕະພັນທຽບກັບວິທີການແບບດັ້ງເດີມ?
   ຜະລິດຕະພັນສາມາດປະມວນຜົນຂໍ້ມູນໄດ້ເຖິງ 10 ເທົ່າດ້ວຍການຫຼຸດຜ່ອນການບໍລິໂພກ CPU ເຖິງ 50% ເມື່ອທຽບກັບວິທີການແບບດັ້ງເດີມ.
3. ຜະລິດຕະພັນໃຊ້ GPU ຂະຫນານບໍ?
   ແມ່ນແລ້ວ, ຜະລິດຕະພັນໄດ້ນໍາໃຊ້ GPU (ຫນ່ວຍປະມວນຜົນກາຟິກ) ສໍາລັບການຂະຫນານສູງ, ເຊິ່ງເພີ່ມອັດຕາການປະມວນຜົນຂໍ້ມູນແລະການນໍາໃຊ້ GPU.

ແນວທາງການເພີ່ມປະສິດທິພາບອອບໄລນ໌ສຳລັບແອັບພລິເຄຊັນຫຼາຍແກນ ROS2: ໂຕປະຕິບັດການ ROS2 ຫຼາຍຫຼັກ

ROS Meetup Stuttgart 2023

ທ່ານດຣ Pablo Ghiglino ( pablo.ghiglino@klepsydra.com )

ຜູ້ປະຕິບັດການຖ່າຍທອດ ROS2

ເນື້ອໃນ: ການປະມວນຜົນແບບຂະໜານ

• ສິ່ງທ້າທາຍໃນການປະມວນຜົນເທິງເຮືອ
• ຮາດແວທີ່ທັນສະໄຫມ ແລະຊອບແວເກົ່າ:
  • ຄອມພິວເຕີສູງສຸດທີ່ມີປະລິມານຂໍ້ມູນຕໍ່າຫາປານກາງ
  • ການນໍາໃຊ້ຊັບພະຍາກອນທີ່ບໍ່ມີປະສິດທິພາບ
  • ພະລັງງານຫຼາຍເກີນໄປສໍາລັບການປະມວນຜົນຂໍ້ມູນຕ່ໍາ

ຜົນສະທ້ອນສໍາລັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ Space

• ພາລະກິດທີ່ເກີດຂຶ້ນຊ້ຳບໍ່ສຳເລັດເນື່ອງຈາກຊອບແວ
• ການເຂົ້າເຖິງຂໍ້ມູນເຊັນເຊີຈາກໂລກແມ່ນໃຊ້ເວລາຫຼາຍ.
• ດາວທຽມຕໍ່ສູ້ເພື່ອຕອບສະຫນອງຄວາມຕ້ອງການພະລັງງານ

ປຽບທຽບແລະສະຫຼັບ

• Compare-and-swap (CAS) ແມ່ນຄໍາແນະນໍາທີ່ໃຊ້ໃນ multithreading ເພື່ອບັນລຸ synchronisation. ມັນປຽບທຽບເນື້ອໃນຂອງສະຖານທີ່ຫນ່ວຍຄວາມຈໍາທີ່ມີຄ່າທີ່ໃຫ້ແລະ, ພຽງແຕ່ຖ້າພວກມັນຄືກັນ, ດັດແກ້ເນື້ອຫາຂອງສະຖານທີ່ຫນ່ວຍຄວາມຈໍານັ້ນໃຫ້ເປັນຄ່າໃຫມ່. ນີ້ແມ່ນເຮັດເປັນການດໍາເນີນງານປະລໍາມະນູດຽວ.
• Compare-and-Swap ເປັນສ່ວນໜຶ່ງທີ່ສຳຄັນຂອງສະຖາປັດຕະຍະກຳ IBM 370 ຕັ້ງແຕ່ປີ 1970.
• Maurice Herlihy (1991) ໄດ້ພິສູດວ່າ CAS ສາມາດປະຕິບັດວິທີການເຫຼົ່ານີ້ຫຼາຍກ່ວາປະລໍາມະນູອ່ານ, ຂຽນ, ແລະເອົາແລະເພີ່ມ.

ຂໍ້ດີ ແລະ ຂໍ້ເສຍຂອງໂປຣແກມແບບບໍ່ມີລັອກ

Pros

• ຕ້ອງການການໃຊ້ CPU ໜ້ອຍລົງ
• ເວລາ latency ຕ່ຳລົງ ແລະ ການຖ່າຍທອດຂໍ້ມູນສູງຂຶ້ນ
• ການ​ເພີ່ມ​ຂຶ້ນ​ຢ່າງ​ຫຼວງ​ຫຼາຍ​ໃນ​ການ​ກໍາ​ນົດ​

ຂໍ້ເສຍ

• ເຕັກນິກການຂຽນໂປລແກລມທີ່ຍາກທີ່ສຸດ
• ຕ້ອງການໂປເຊດເຊີທີ່ມີຄໍາແນະນໍາ CAS (90% ຂອງຕະຫຼາດມີພວກມັນ, ເຖິງແມ່ນວ່າ)

Klepsydra Ring-buffer

ຜະລິດຕະພັນ
ນ້ໍາຫນັກເບົາ, modular ແລະເຂົ້າກັນໄດ້ກັບລະບົບປະຕິບັດການທີ່ໃຊ້ຫຼາຍທີ່ສຸດ

• SDK – ຊຸດພັດທະນາຊອບແວ
  ຊຸກຍູ້ການປະມວນຜົນຂໍ້ມູນຢູ່ໃນຂອບສໍາລັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທົ່ວໄປແລະສູດການຄິດໄລ່ທີ່ເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງໂປເຊດເຊີ
• AI - ປັນຍາປະດິດ
  ປະສິດທິພາບສູງເຄື່ອງຈັກໃນເຄືອຂ່າຍ neural ເລິກ (DNN) ທີ່ຈະນໍາໃຊ້ AI ຫຼືໂມດູນການຮຽນຮູ້ເຄື່ອງຈັກຢູ່ໃນຂອບ
• ປລັກອິນຜູ້ບໍລິຫານ ROS2
  Executor ສໍາລັບ ROS2 ສາມາດປະມວນຜົນຂໍ້ມູນໄດ້ຫຼາຍເຖິງ 10 ເທົ່າ ດ້ວຍການຫຼຸດຜ່ອນການບໍລິໂພກ CPU ເຖິງ 50%.
• GPU (ຫນ່ວຍປະມວນຜົນກາຟິກ)
  ການຂະໜານກັນສູງຂອງ GPU ເພື່ອເພີ່ມອັດຕາການປະມວນຜົນຂໍ້ມູນ ແລະການນຳໃຊ້ GPU

ສະພາບການ: ROS1 ໃນອາວະກາດ

• ຜົນປະໂຫຍດ:
• ເປີດໃຊ້ເອກະລາດ, ການຮັບຮູ້, ແລະການຄວບຄຸມໃນອາວະກາດ
• ມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນ, modular, ແລະສະຫນັບສະຫນູນໂດຍຊຸມຊົນຂະຫນາດໃຫຍ່.
• Examples:
  • ນັກ​ບິນ​ຂອງ​ອົງການ NASA 2 (R2) – ນັກບິນອະວະກາດຊ່ວຍເຫຼືອຢູ່ ISS
  • Astrobee ຂອງ NASA - ການ​ດໍາ​ເນີນ​ງານ​ຂອງ​ຕົນ​ເອງ​ກ່ຽວ​ກັບ ISS ໄດ້​
  • Spheres - ດາວ​ທຽມ Spherical ສໍາ​ລັບ​ການ​ຄົ້ນ​ຄວ້າ​ກ່ຽວ​ກັບ ISS​
  • Dextre - ແຂນຫຸ່ນຍົນສໍາລັບການຫມູນໃຊ້ແລະການສ້ອມແປງຢູ່ໃນ ISS
  • Google Lunar XPRIZE - ໃຊ້​ສໍາ​ລັບ​ການ​ພາ​ລະ​ກິດ​ຍານ​ສໍາ​ລັບ​ຍານ​ບໍ​ລິ​ສັດ​

ບໍລິບົດ: Space-ROS

• ໂຄງຮ່າງ ROS ໃນການສຳຫຼວດອາວະກາດ ແລະຫຸ່ນຍົນ
  
• ມີຄຸນສົມບັດບາງສ່ວນສຳລັບການໃຊ້ພື້ນທີ່
•  Examples:
  
  • ຜູ້ຊ່ວຍຫຸ່ນຍົນສໍາລັບນັກອາວະກາດ
  • ການສຳຫຼວດດາວເຄາະດ້ວຍຍານສຳຫຼວດອັດຕະໂນມັດ
  • ປະຕິບັດການດາວທຽມແລະການຄວບຄຸມ
    
  • ການຈອດຍານອະວະກາດແບບປົກຄອງຕົນເອງ
  • ການບໍລິການ ແລະສ້ອມແປງໃນວົງໂຄຈອນ
    
• ຜົນປະໂຫຍດ:
  • ເປີດໃຊ້ເອກະລາດ, ການສື່ສານ, ແລະການຮັບຮູ້
  • ເລັ່ງການພັດທະນາພາລະກິດອາວະກາດ ແລະການປະຕິບັດງານ.

ROS2 Executor ອະທິບາຍ

ຜູ້ປະຕິບັດການປະສານງານແລະກໍານົດເວລາຂອງແອັບພລິເຄຊັນ ROS2 ໂດຍການຄຸ້ມຄອງການເອີ້ນຄືນຂອງການສະໝັກໃຊ້, ຂໍ້ຄວາມ, ການບໍລິການ, ໂມງຈັບເວລາ ແລະ nodes. ໃນ ROS2, executor ບໍ່ໄດ້ຮັກສາຄິວຂໍ້ຄວາມ ແລະ callbacks ຂອງຕົນເອງ, ແຕ່ແທນທີ່ຈະບໍລິໂພກຂໍ້ຄວາມຈາກແຖວ DDS middleware, ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນສົ່ງມັນເພື່ອປະຕິບັດກັບຫນຶ່ງໃນກະທູ້.

ລັດຂອງສິນລະປະ

ຜູ້ບໍລິຫານ ROS2

• Single threaded executor: ກະທູ້ດຽວສອບຖາມຕົວກາງແລະດໍາເນີນການ callbacks ຕາມລໍາດັບ. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ມັນສະແກນໂຄງສ້າງແລະປັບປຸງ nodes, ຈອງ, ບໍລິການ, ແລະອື່ນໆ.
• The Static single threaded executor, ບ່ອນທີ່ scan ແລະກໍານົດໂຄງສ້າງໄດ້ຖືກປະຕິບັດພຽງແຕ່ຫນຶ່ງຄັ້ງ, ໃນລະຫວ່າງການກໍ່ສ້າງ. ທັງໝົດ nodes, callback group, timers, subscriptions etc. ຖືກສ້າງຂຶ້ນກ່ອນ spin() ເອີ້ນວ່າ.
• Multi-threaded executor ສ້າງຈໍານວນຂອງ threads ທີ່ຈະປະຕິບັດ callbacks ໃນຂະຫນານ. ຄ້າຍຄືກັນກັບຜູ້ປະຕິບັດການກະທູ້ດຽວ, ມັນຈະເປັນໄລຍະສະແກນໂຄງສ້າງຂອງຄໍາຮ້ອງສະຫມັກແລະປັບປຸງລາຍລະອຽດຂອງບັນຫາ.

ຜູ້ປະຕິບັດການຖ່າຍທອດ Overview

• streaming Executor ໃຊ້ Klepsydra Event Loop ເພື່ອສົ່ງຂໍ້ຄວາມໄປຫາຜູ້ຈອງໃນທຸກ nodes, ທີ່ມາຈາກ middleware ຜ່ານ rmw. ຮອບເຫດການຈະຈັດການຫົວຂໍ້ເຫຼົ່ານີ້ໂດຍໃຊ້ຄູ່ຜູ້ເຜີຍແຜ່-ຜູ້ສະໝັກໃຊ້.
• ຕົວປະຕິບັດການສະຕຣີມມີພຶດຕິກຳຄ້າຍຄືກັນກັບຕົວປະຕິບັດການກະທູ້ດ່ຽວແບບຄົງທີ່ໃນຫຼາຍດ້ານ. ກ່ອນອື່ນ ໝົດ, ມັນບໍ່ໄດ້ສ້າງບັນຊີລາຍຊື່ທີ່ປະຕິບັດໄດ້ ສຳ ລັບທຸກໆການ iteration. ທັງໝົດ nodes, callback group, timers, subscriptions etc. ແມ່ນຖືກສ້າງຂຶ້ນໃນເວລາກໍ່ສ້າງ. ອັນທີສອງ, ການສັ່ງຈອງທັງຫມົດພາຍໃນ node ຈະຖືກປະຕິບັດຢູ່ໃນຫົວຂໍ້ດຽວກັນ, ໂດຍບໍ່ຄໍານຶງເຖິງຈໍານວນຂອງ cores ທີ່ໃຊ້ສໍາລັບການຕັ້ງຄ່າການຖ່າຍທອດ.

Klepsydra Streaming Executor

ຜູ້ປະຕິບັດການຖ່າຍທອດ

ມັນເຮັດວຽກແນວໃດ?

• ຄູ່ຜູ້ເຜີຍແຜ່-ຜູ້ສະໝັກໃຊ້ແມ່ນຖືກສ້າງຂຶ້ນສໍາລັບແຕ່ລະຫົວຂໍ້ທີ່ຕ້ອງການໂດຍ node ROS2 ທີ່ໃຫ້.
• ພາຍໃນ, ແຕ່ລະຄູ່ຜູ້ເຜີຍແຜ່ - ຈອງແມ່ນຖືກກໍານົດໂດຍສອງຕົວກໍານົດການ: ຊື່ node ແລະຊື່ຫົວຂໍ້. ໃນຄໍາສັບຕ່າງໆອື່ນໆ, ສອງໂຫນດທີ່ແຕກຕ່າງກັນທີ່ເຜີຍແຜ່ໃນຫົວຂໍ້ດຽວກັນຈະຖືກຈັດການເປັນເອກະລາດ.
• ຄູ່ຂອງຜູ້ເຜີຍແຜ່-ຜູ້ສະໝັກໃຊ້ທັງໝົດທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບຫົວຂໍ້ທີ່ເປັນຂອງ node ດຽວກັນແມ່ນຈັດການໂດຍ loop ເຫດການດຽວກັນ.

ຕົວປະຕິບັດການຖ່າຍທອດແບບ Single-core vs multi-core

• ແອັດວັນtage ຂອງ streaming executor ແມ່ນວ່າບໍ່ຈໍາເປັນຕ້ອງມີການຈັດການ multithreading ຂອງຜູ້ຈອງເນື່ອງຈາກພວກເຂົາທັງຫມົດໄດ້ຖືກຄຸ້ມຄອງໂດຍ thread ຂອງ loop ເຫດການທີ່ກ່ຽວຂ້ອງ, ເຊິ່ງແມ່ນທົ່ວໄປກັບທັງ single-core ແລະ multi-core.
• ອະດີດເຮັດວຽກໃນລັກສະນະທີ່ຄ້າຍຄືກັນກັບ executor single-threaded static, ເນື່ອງຈາກວ່າ subscribers ທັງຫມົດໃນ nodes ແມ່ນ invoked ໂດຍ thread ດຽວກັນ.

ມາດຕະຖານການປະຕິບັດ: ລະບົບການອ້າງອີງ

• ພາລະກິດຂອງກຸ່ມເຮັດວຽກໃນເວລາຈິງແມ່ນເພື່ອສົ່ງເສີມແລະເຮັດວຽກກ່ຽວກັບການຄຸ້ມຄອງຄວາມຊົງຈໍາ, pub/sub ໃນເວລາຈິງ, DDS ໃນເວລາຈິງ, ແລະເຄື່ອງມືທີ່ອະນຸຍາດໃຫ້ຕິດຕາມ, profilling ແລະ optimizing ( https://github.com/ros-realtime )
• ຊຸດລະບົບ reference_system ໄດ້ຖືກພັດທະນາຂື້ນເພື່ອສະຫນອງພື້ນຖານການກໍ່ສ້າງພື້ນຖານເພື່ອສ້າງລະບົບທີ່ສັບສົນເຊິ່ງຫຼັງຈາກນັ້ນສາມາດຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອປະເມີນລັກສະນະຫຼືການປະຕິບັດໃນແບບມາດຕະຖານແລະຊ້ໍາກັນ. ( https://github.com/ros-realtime/reference-system )
• ໂຄງ​ການ​ທໍາ​ອິດ​ທີ່​ຈະ​ນໍາ​ໃຊ້ Reference_system ນີ້​ແມ່ນ autoware_reference_system ( https://github.com/ros-realtime/referencesystem/blob/main/autoware_reference_system/README.md )

ມາດຕະຖານການປະຕິບັດ

• ການ​ຕັ້ງ​ຄ່າ Klepsydra Streaming Benchmarks​:
  • ດັດຊະນີແມ່ນອີງໃສ່ລະບົບການອ້າງອິງ Autoware. ມັນເຮັດຕາມຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຂັບລົດຈິງ.
  • ການວັດແທກທັງໝົດໄດ້ຖືກປະຕິບັດໂດຍໃຊ້ Raspberry Pi 4B ດ້ວຍ: ROS galactic, Ubuntu 20.04 ແລະ RAM 4 GB, ຄວາມຖີ່ຄົງທີ່ຂອງ 1.50GHz
  • ການຕັ້ງຄ່າທີ່ເຂົ້າກັນໄດ້ຂອງລະບົບອ້າງອີງ, ແລະບໍ່ມີການແຍກ CPU
• ໂຮງງານຜະລິດທົດສອບ:
  • Raspberry PI 4 (ໂຮງງານຜະລິດອ້າງອີງສໍາລັບ RTWG)
  • iX10 ຂອງ Unibap (ການ​ທົດ​ສອບ​ຕົ້ນ​ກໍາ​ເນີດ​ຂອງ NASA ແລະ​ສີ​ຟ້າ​)
  • Teledyne e2v LS1046

ມາດຕະຖານການປະຕິບັດ

• ເປົ້າຫມາຍສໍາລັບສູດການຄິດໄລ່ທາງພັນທຸກໍາແມ່ນເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນຄວາມລ່າຊ້າສະເລ່ຍຂອງເສັ້ນທາງທີ່ສໍາຄັນ.
• ນັ້ນແມ່ນ, ເວລາທີ່ມັນໃຊ້ເວລານັບຕັ້ງແຕ່ການພິມເຜີຍແຜ່ຂໍ້ມູນ Lidar ຈົນກ່ວາ Object Collision Estimator ສໍາເລັດການເຮັດວຽກຂອງມັນ.
• ຮູບພາບສະແດງໃຫ້ເຫັນເສັ້ນທາງທີ່ສໍາຄັນທີ່ການຄົ້ນຄວ້າຂອງພວກເຮົາພະຍາຍາມເພີ່ມປະສິດທິພາບ

ຜູ້ປະຕິບັດການຖ່າຍທອດ
Klepsydra stream Distribution Optimer (SDO)

• ການປ່ຽນແປງຫຼາຍແກນຂອງ streaming executor ເຮັດວຽກທີ່ດີທີ່ສຸດໃນເວລາທີ່ການແຜ່ກະຈາຍການໂຫຼດຂອງ nodes ໃນບັນດາ cores ໄດ້ຖືກປັບປຸງໃຫ້ດີທີ່ສຸດແລະສາມາດເຮັດໃຫ້ມີຄວາມແຕກຕ່າງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍໃນແງ່ຂອງ latency, ການໃຊ້ພະລັງງານແລະການຖ່າຍທອດຂໍ້ມູນ.
• ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ການສ້າງແຜນທີ່ຂອງແກນບໍ່ແມ່ນເລື່ອງເລັກໆນ້ອຍໆແລະຕ້ອງການວິທີການທີ່ເປັນລະບົບ. ວິທີການທີ່ເປັນໄປໄດ້ແມ່ນການກໍານົດຫນ້າທີ່ເປົ້າຫມາຍທີ່ວັດແທກການປະຕິບັດຂອງລະບົບໂດຍອີງໃສ່ການຕັ້ງຄ່າຫຼັກ.
• ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ສູດການຄິດໄລ່ທາງພັນທຸກໍາສາມາດຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອເພີ່ມປະສິດທິພາບການກໍາຫນົດຄ່າຫຼັກໂດຍການທົດສອບການກໍາຫນົດຄ່າທີ່ແຕກຕ່າງກັນແລະເລືອກເອົາສິ່ງທີ່ປະຕິບັດໄດ້ດີຕາມຫນ້າທີ່ເປົ້າຫມາຍ. ຂະບວນການນີ້ສືບຕໍ່ໄປຈົນກວ່າຈະພົບເຫັນການຕັ້ງຄ່າທີ່ດີທີ່ສຸດ.
• ວິທີການນີ້ຊ່ວຍໃຫ້ມີການນໍາໃຊ້ລະບົບຫຼາຍແກນຢ່າງມີປະສິດທິພາບຫຼາຍຂຶ້ນແລະຮັບປະກັນວ່າການໂຫຼດໄດ້ຖືກແຈກຢາຍໃນທາງທີ່ດີທີ່ສຸດ.

ສະຫຼຸບຜົນໄດ້ຮັບ

• ສໍາລັບການເຮັດວຽກຂອງ node ຂະຫນາດນ້ອຍ, ຄວາມສັບສົນທີ່ເພີ່ມບໍ່ໄດ້ແປວ່າຜົນໄດ້ຮັບທີ່ດີກວ່າ. ກະທູ້ດ່ຽວແບບຄົງທີ່, ງ່າຍດາຍທີ່ສຸດ, ປະຕິບັດໄດ້ດີກວ່າຜູ້ປະຕິບັດສ່ວນທີ່ເຫຼືອ.
• ການເພີ່ມປະລິມານການເຮັດວຽກ, Streaming Executor ແມ່ນຜູ້ປະຕິບັດທີ່ດີທີ່ສຸດປະຕິບັດຕາມໂດຍ Static Single Threaded Executor.
• ຄາດວ່າຕົວປະຕິບັດການສະຕຣີມມີຜົນດີກ່ວາກະທູ້ດຽວ, ເນື່ອງຈາກແອັບພລິເຄຊັນບໍ່ໄດ້ດັດແປງ topology ຂອງມັນໃນຂະນະທີ່ແລ່ນ. ມັນສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່ານີ້ແມ່ນແນ່ນອນ
• ຜົນການຄົ້ນຫາສໍາລັບ Raspberry PI4
• ການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງການປະຕິບັດທີ່ຄ້າຍຄືກັນທີ່ໄດ້ຮັບສໍາລັບ iX10 ຂອງ Unibap ແລະ LS1046 ຂອງ Teledyne

ບົດສະຫຼຸບ

ສະຫຼຸບ

• ບົດຄວາມນີ້ສະເຫນີວິທີການໃຫມ່ເພື່ອເພີ່ມປະສິດທິພາບຮູບແບບການປະຕິບັດ ROS2 ທີ່ປະສົມປະສານທັງສອງການປະຕິບັດຕົວປະຕິບັດການ lock-free ring-buffer ROS2, ແລະການນໍາໃຊ້ສູດການຄິດໄລ່ທາງພັນທຸກໍາເພື່ອເພີ່ມປະສິດທິພາບການແຈກຢາຍຂອງຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຫຸ່ນຍົນເຂົ້າໄປໃນແກນທີ່ມີຢູ່ໃນຄອມພິວເຕີເປົ້າຫມາຍ.
• ການປະສົມປະສານນີ້ໄດ້ຖືກພິສູດວ່າເຮັດວຽກໄດ້ມີປະສິດທິພາບຫຼາຍສໍາລັບລະບົບທີ່ມີການໂຫຼດຄອມພິວເຕີ້ຢ່າງຫນັກ, ຄືກັບລະບົບອ້າງອີງທີ່ອະທິບາຍຂ້າງເທິງ. ຜົນປະໂຫຍດທີ່ສໍາຄັນຂອງການຄົ້ນຄວ້າທີ່ນໍາສະເຫນີແມ່ນການປັບຕົວຂອງມັນກັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ແຕກຕ່າງກັນ: ROS2 node topologies ທີ່ແຕກຕ່າງກັນສາມາດເລັ່ງໄດ້ໂດຍໃຊ້ streaming executor ບວກກັບການປັບປຸງພັນທຸກໍາ, ເຊິ່ງເປັນຫນຶ່ງໃນສິ່ງທ້າທາຍທີ່ສົນທະນາຫຼາຍທີ່ສຸດໃນ ROS2.

ວຽກງານໃນອະນາຄົດ

ສະຫຼຸບ

• ສໍາລັບການເຮັດວຽກໃນອະນາຄົດຂອງການຄົ້ນຄວ້ານີ້, ມີຫຼາຍລັກສະນະທີ່ຈະລວມຢູ່ໃນ streaming executor:
  • ສະຫນັບສະຫນູນການຖ່ອມຕົນແລະມ້ວນ,
  • ການປ່ອຍແຫຼ່ງທີ່ມາຂອງ single-core streaming executor ແລະ
  • ການ​ນໍາ​ໃຊ້​ຂອງ sensor multiplexer ເຊັ່ນ​ດຽວ​ກັນ​ກັບ​ການ loop ເຫດ​ການ​ສໍາ​ລັບ​ຫົວ​ຂໍ້​ທີ່​ມີ​ຈໍາ​ນວນ​ຫນຶ່ງ​.
  • ການທົດສອບສະຖາປັດຕະຍະກໍາ RISC-V

ເອກະສານ / ຊັບພະຍາກອນ

Klepsydra ROS2 Multi Core Ring Buffer Executor [pdf] ຄູ່ມືຜູ້ໃຊ້ ROS2 Multi Core Ring Buffer Executor, ROS2, Multi Core Ring Buffer Executor, Ring Buffer Executor, Buffer Executor, Executor

ເອກະສານອ້າງອີງ

• ຄູ່ມືຜູ້ໃຊ້