Isso se parece muito com a abordagem adotada pelo RTLinux , que ainda parece estar disponível, mas sem suporte comercial.
Dito isto, existe uma comunidade em si sobre conceitos Linux em tempo real, e o patch CONFIG_PREEMPT_RT parece permitir a funcionalidade que você está procurando. Tal como acontece com todos os hacks do kernel, faça-o por sua conta e risco. Há um HOWTO disponível para ajudar você a começar.