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HORUS – 실시간 분산 미들웨어

개요 – HORUS는 **Rust, Python 또는 C++**로 작성된 프로그램이 공유 메모리 링 버퍼를 통해 데이터를 공유할 수 있게 해주는 저지연 무잠금 미들웨어입니다. 결정론적 타이밍과 안전성이 중요한 분야(로봇 공학, 자율 주행 차량, 산업 자동화, 고빈도 거래, 게임 엔진 등)를 대상으로 하며, DDS 기반 시스템(ROS 2 등)의 드롭인 대체제로 자리 잡고 있습니다.

핵심 개념

Node – tick() (Rust) 또는 콜백 (Python/C++)을 구현하는 작업 단위입니다. 노드는 내장된 결정론적 스케줄러에 의해 스케줄링됩니다.
Topic – 무잠금 링 버퍼로 지원되는 유형화된 발행/구독 채널입니다. 메시지는 POD 구조체이므로 복사 없이 전송할 수 있습니다.
Scheduler – 구성 가능한 틱 속도로 노드를 실행하며, 5가지 실행 클래스(실시간, 스레드 풀, 이벤트 기반, 비동기 IO, 최선 노력)를 지원하고 예산, 마감 기한 및 감시 정책을 강제합니다.
Safety monitor – 단계별 감시 장치, 안전 상태 후크, 블랙박스 비행 기록기 및 노드별 결함 허용 정책을 제공합니다.
Zero‑copy AI pipeline – 이미지, 포인트 클라우드 및 텐서 유형은 공유 메모리 풀에 존재하며, Python은 복사 없이 NumPy 뷰를 얻을 수 있습니다.

언어 및 바인딩

Rust – 주요 구현 언어입니다. 크레이트는 crates.io에 게시되지 않으며 HORUS 설치 프로그램을 통해 가져옵니다.
Python – pip install "horus-robotics>=0.4.1" (또는 최신 PyPI 릴리스가 나올 때까지 캐시된 소스에서 설치).
C++ – libhorus_cpp에 링크하고 <horus/horus.hpp>를 포함합니다.

빠른 시작 (Rust)

use horus::prelude::*;

message! { SensorReading { position: f64, velocity: f64 } MotorCommand { voltage: f64 } }

fn main() -> Result<()> {
    let mut sched = Scheduler::new().tick_rate(1000_hz());
    // sensor node
    sched.add(Sensor::new()?).order(0).build()?;
    // controller node
    sched.add(Controller::new()?).order(1).rate(1000_hz()).on_miss(Miss::SafeMode).build()?;
    sched.run()
}

Python에도 유사한 8줄 예제가 있으며, **C++**에도 상응하는 코드 조각이 있습니다.

주요 기능

기능	내용
결정론적 스케줄링	5가지 실행 클래스, 노드별 예산/마감 기한, 자동 RT 스레드 처리.
안전 모니터	오작동 노드를 제한, 격리 또는 종료하는 감시 장치; 안전 상태 콜백; 블랙박스 로깅.
제로 카피 메시징	공유 메모리 링 버퍼; 이미지/텐서 데이터용 NumPy 뷰; POD 메시지의 직렬화 오버헤드 없음.
풍부한 메시지 라이브러리	40개 이상의 내장 POD 메시지 유형 (IMU, CmdVel, Detection, Image, PointCloud 등) 및 서비스, 작업, 변환.
하드웨어 드라이버	30개 이상의 드라이버 (Dynamixel, RealSense, RPLiDAR, CAN, EtherCAT 등)를 `horus.toml`로 선언 가능.
CLI 도구	`horus new`, `horus run`, 토픽 검사 (`horus topic list/echo`), 시스템 대시보드 (`horus monitor`), 원격 배포, 상태 확인, 자동 업데이트.
언어 간 상호 운용성	세 가지 언어 모두 동일한 공유 메모리 세그먼트를 공유하므로 Rust 노드는 추가 코드 없이 Python 구독자에게 발행 가능.

성능 하이라이트 (Intel i9‑14900K에서 측정)

프로세스 간 단방향 지연 시간: 171 ns (ROS 2의 ~5 µs DDS 기본값보다 약 30배 빠름).
동일 프로세스 전송: 91 ns.
처리량: 37.8 M 메시지/초 (iceoryx2의 3 M/초 대비).
대량 페이로드 (예: 1920×1080 단색 이미지)는 224바이트 설명자만 이동하므로 단방향 약 284 ns를 유지합니다. 실제 버퍼는 공유 메모리입니다.

설치

# 한 줄 설치 프로그램 (사전 빌드된 CLI + 캐시된 소스 다운로드)
curl -fsSL https://github.com/softmata/horus/raw/main/install.sh | bash
horus new my_robot && cd my_robot && horus run

설치 프로그램은 CLI 빌드에 사용된 정확한 소스 트리를 캐시하여 ABI 호환성을 보장합니다.
수동 설치: git clone https://github.com/softmata/horus.git && ./install.sh.
요구 사항: Rust ≥ 1.90, Python ≥ 3.9, CMake ≥ 3.20 + C++17 컴파일러.

일반적인 사용 사례

토픽 정의 (예: camera, detections, motor.cmd).
노드 작성 (지원되는 언어로 해당 토픽을 발행/구독).
구성 (horus.toml에서 드라이버 설정 및 스케줄러 정책 구성).
실행 (horus run – 스케줄러가 노드를 시작하고 실시간 제약을 강제하며 사후 분석을 위해 블랙박스 로그를 기록).

강점

200 ns 미만의 IPC가 필요한 정밀 제어 루프 (고주파 모터 제어, 센서 융합).
복사 없이 대형 텐서나 이미지를 전달해야 하는 다중 언어 파이프라인.
내장 감시 장치와 결정론적 실행 클래스를 활용하는 안전 필수 시스템.

문서 및 커뮤니티

전체 문서: https://docs.horusrobotics.dev
빠른 시작 가이드, 벤치마크 방법론, ROS 2 마이그레이션 가이드 및 상세 API 참조.
Discord 커뮤니티에서 지원 및 토론 가능.

결론 – HORUS는 나노초 단위의 IPC, 결정론적 스케줄링 및 언어 간 제로 카피 데이터 공유를 제공하는 실시간 전용 미들웨어입니다. 로봇 공학 및 기타 지연 시간에 민감한 도메인에서 ROS 2 및 기존 DDS 솔루션에 대한 고성능 대안으로 사용됩니다.

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HORUS – 실시간 분산 미들웨어

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