專利名稱：基于動態(tài)內(nèi)核實現(xiàn)跨地址空間創(chuàng)建構(gòu)件對象的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種計算機操作系統(tǒng)動態(tài)內(nèi)核的實現(xiàn)機制，尤其是一種基于動態(tài)內(nèi)核實現(xiàn)跨地址空間創(chuàng)建構(gòu)件對象的方法。屬于計算機技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于計算機硬件的快速發(fā)展和用戶要求的提高，以及因特網(wǎng)時代的到來，操作系統(tǒng)的復(fù)雜性與日俱增，系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)性能的影響也越來越明顯。大多數(shù)的操作系統(tǒng)采用兩種體系結(jié)構(gòu)之一一個是整體內(nèi)核(Monolithickernel or Macro-kernel)操作系統(tǒng)，另一個是微內(nèi)核(Micro-kernel)操作系統(tǒng)。
早期的操作系統(tǒng)基本上采用的是整體內(nèi)核技術(shù)，此類系統(tǒng)的系統(tǒng)服務(wù)和驅(qū)動程序都在內(nèi)核空間，分別定義成不同的功能模塊；任何模塊可以遵循特定的接口規(guī)范來調(diào)用其它模塊；所有模塊必須連接在一起，形成一個可執(zhí)行文件，使用時整個文件都應(yīng)完整裝載到計算機的內(nèi)存中。微內(nèi)核是從功能上說，它由操作系統(tǒng)最基礎(chǔ)的抽象模塊構(gòu)成的，整體內(nèi)核系統(tǒng)中包含的許多系統(tǒng)服務(wù)以及驅(qū)動程序都被放在了核外，核內(nèi)一般只包括進(jìn)程管理、I/O處理、內(nèi)存管理、進(jìn)程間通訊等。整體內(nèi)核和微內(nèi)核的特點分別為整體內(nèi)核的效率高但穩(wěn)定性比較差，而微內(nèi)核恰好相反，效率低而穩(wěn)定性好。究其原因微內(nèi)核效率低的原因是因為大量使用了進(jìn)程間通訊造成的。整體內(nèi)核的系統(tǒng)功能大部分是在內(nèi)核中實現(xiàn)的，從而降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。從技術(shù)上講，要從根本上解決效率和穩(wěn)定性這對矛盾即解決微內(nèi)核和整體內(nèi)核的矛盾是不可能的。
構(gòu)件技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于應(yīng)用軟件的開發(fā)過程中，在系統(tǒng)軟件設(shè)計中運用構(gòu)件技術(shù)已經(jīng)成為研究的熱點，特別是分布式系統(tǒng)的發(fā)展，為構(gòu)件技術(shù)提供了廣闊的施展空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于動態(tài)內(nèi)核實現(xiàn)跨地址空間創(chuàng)建構(gòu)件對象的方法，其靈活內(nèi)核技術(shù)是將構(gòu)件技術(shù)融入到系統(tǒng)內(nèi)核中，實現(xiàn)從系統(tǒng)級支持構(gòu)件技術(shù)，從而能夠靈活地動態(tài)配置應(yīng)用構(gòu)件在用戶空間或內(nèi)核空間的運行狀態(tài)。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種基于動態(tài)內(nèi)核實現(xiàn)跨地址空間創(chuàng)建構(gòu)件對象的方法，其系統(tǒng)功能接口的構(gòu)件化，通過系統(tǒng)構(gòu)件API創(chuàng)建構(gòu)件對象，并實現(xiàn)跨地址空間的創(chuàng)建構(gòu)件。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種基于基于動態(tài)內(nèi)核實現(xiàn)跨地址空間創(chuàng)建構(gòu)件對象的方法，基于用戶—中間件——服務(wù)的三層結(jié)構(gòu)體系，由內(nèi)核的構(gòu)件支持部件自動建立作為中間件的構(gòu)件對象的存根代理構(gòu)件，使用構(gòu)件對象的存根代理構(gòu)件跨進(jìn)程訪問構(gòu)件。
本發(fā)明的還一目的在于提供一種基于基于動態(tài)內(nèi)核實現(xiàn)跨地址空間創(chuàng)建構(gòu)件對象的方法，對于同一構(gòu)件，可以二進(jìn)制載體形式直接運行在用戶空間或內(nèi)核空間。
為此，本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)上述目的一種計算機操作系統(tǒng)構(gòu)件化靈活內(nèi)核實現(xiàn)的方法，將計算機操作系統(tǒng)的系統(tǒng)功能抽象為對象并用構(gòu)件技術(shù)封裝成獨立的構(gòu)件模塊，提供系統(tǒng)級構(gòu)件技術(shù)支持，將該系統(tǒng)功能接口以構(gòu)件對象接口的形式體現(xiàn)，用戶可根據(jù)需要動態(tài)地配置模塊運行狀態(tài)，將構(gòu)件模塊配置在內(nèi)核態(tài)運行或置于用戶態(tài)運行。并且，用戶構(gòu)件在內(nèi)核態(tài)與用戶態(tài)可以使用同樣的方法獲取系統(tǒng)功能構(gòu)件對象的接口，而且調(diào)用方法相同。
具體地，內(nèi)核態(tài)構(gòu)件模塊包括內(nèi)存管理、進(jìn)程/線程管理以及控制裝載的設(shè)備管理器。如果需要，也可包括擴(kuò)展構(gòu)件，用于針對具體的設(shè)備或應(yīng)用設(shè)置相對固定的對應(yīng)應(yīng)用構(gòu)件，以及文件系統(tǒng)構(gòu)件或圖形系統(tǒng)構(gòu)件或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)構(gòu)件或設(shè)備驅(qū)動程序構(gòu)件。
作為用戶態(tài)構(gòu)件模塊，包括擴(kuò)展構(gòu)件或文件系統(tǒng)構(gòu)件或圖形系統(tǒng)構(gòu)件或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)構(gòu)件或設(shè)備驅(qū)動程序構(gòu)件。
為用戶通過該中間構(gòu)件完成跨地址空間的構(gòu)件調(diào)用，內(nèi)核態(tài)構(gòu)件模塊包括邏輯抽象層一構(gòu)件運行平臺，利用該運行平臺生成跨地址空間的創(chuàng)建構(gòu)件對象的中間件構(gòu)件。
而中間件為代理構(gòu)件對象、存根構(gòu)件對象；其中存根構(gòu)件對象設(shè)置在被創(chuàng)建的構(gòu)件對象端；代理構(gòu)件對象設(shè)置在對象的創(chuàng)建者端。
本發(fā)明的一種基于上述系統(tǒng)功能內(nèi)核構(gòu)件化的構(gòu)件對象創(chuàng)建方法，在于通過系統(tǒng)提供給用戶的API，用戶可以選擇在內(nèi)核空間或用戶空間創(chuàng)建構(gòu)件對象。
針對在內(nèi)核空間使用系統(tǒng)功能接口，直接調(diào)用系統(tǒng)功能接口；而在用戶空間調(diào)用系統(tǒng)功能接口，通過中間件到實際對象，從用戶空間獲取某個系統(tǒng)功能接口時，系統(tǒng)自動創(chuàng)建對應(yīng)于該接口的代理構(gòu)件/存根構(gòu)件，然后把代理對象的接口返回給用戶。
進(jìn)一步地，在用戶空間創(chuàng)建用戶態(tài)構(gòu)件對象步驟為步驟1在用戶空間調(diào)用創(chuàng)建函數(shù)，其中設(shè)置參數(shù)，在同一地址空間中創(chuàng)建構(gòu)件對象；步驟2在用戶空間創(chuàng)建構(gòu)件的類廠，然后使用類廠創(chuàng)建構(gòu)件對象；步驟3返回構(gòu)件對象的接口，使用該接口直接訪問該構(gòu)件對象。
在用戶空間創(chuàng)建內(nèi)核態(tài)構(gòu)件對象步驟為步驟1在用戶空間調(diào)用創(chuàng)建函數(shù)，其中設(shè)置參數(shù)，表示內(nèi)核地址空間中創(chuàng)建構(gòu)件對象；步驟2使用內(nèi)核中的構(gòu)件運行支持部件的功能，陷入到內(nèi)核中，在內(nèi)核中創(chuàng)建構(gòu)件的類廠，然后使用類廠創(chuàng)建構(gòu)件對象，生成構(gòu)件對象的存根對象，并返回到用戶態(tài)；步驟3返回到用戶空間，系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)功能調(diào)用應(yīng)返回一遠(yuǎn)程對象的接口，則相應(yīng)創(chuàng)建一個和存根對象對應(yīng)的代理對象；步驟4使用代理對象接口，通過進(jìn)程間通信實現(xiàn)對真實構(gòu)件對象的訪問。
當(dāng)然，用戶可以跨地址空間在用戶空間創(chuàng)建構(gòu)件對象?？绲刂房臻g創(chuàng)建構(gòu)件對象是由系統(tǒng)自動創(chuàng)建中間件的存根構(gòu)件/代理構(gòu)件，創(chuàng)建過程通過自動化散列集實現(xiàn)。
具體地，在跨地址空間的構(gòu)件調(diào)用中，代理對象負(fù)責(zé)進(jìn)程間通信，生成遠(yuǎn)程對象的本地代理；被調(diào)用構(gòu)件對象所在的地址空間生成一存根對象，與代理對象匹配，通過存根對象向代理對象返回調(diào)用結(jié)果。其中創(chuàng)建存根構(gòu)件對象時，獲取對應(yīng)構(gòu)件對象的相應(yīng)接口的元數(shù)據(jù)，根據(jù)元數(shù)據(jù)構(gòu)造存根的接口形式，即建立存根的虛表，同時存根還有保存指向真實對象的指針和接口地址等信息；創(chuàng)建代理構(gòu)件對象時，首先也要獲取對應(yīng)構(gòu)件對象的相應(yīng)接口的元數(shù)據(jù)，根據(jù)元數(shù)據(jù)構(gòu)造代理的接口形式，并保存接口地址等信息。
為此，存根和代理還都會保存一個系統(tǒng)動態(tài)生成的標(biāo)識符，系統(tǒng)通過此標(biāo)識符來匹配一對代理和存根。代理/存根是對應(yīng)于接口的，一個擁有多個接口的構(gòu)件對象在作遠(yuǎn)程調(diào)用時，系統(tǒng)為每個接口建立一對代理/存根對象。
這樣，在跨地址空間的通道建立后，代理與存根運行步驟為步驟1當(dāng)代理創(chuàng)建后返回一個指向代理對象的智能指針，對于智能指針方法的調(diào)用便轉(zhuǎn)換為對代理對象方法的調(diào)用；步驟2代理對象調(diào)用通過IPC跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核空間；步驟3系統(tǒng)在內(nèi)核空間另外起一個線程，在該線程中使用IPC過程中復(fù)制的棧，調(diào)用存根對象；步驟4存根對象調(diào)用真實對象，真實的構(gòu)件對象在完成調(diào)用之后，返回到存根調(diào)用；步驟5存根調(diào)用返回到IPC，在IPC中會根據(jù)接口方法的元數(shù)據(jù)將返回值和返回參數(shù)復(fù)制到代理對象所在的空間；步驟6IPC返回到代理調(diào)用；步驟7代理調(diào)用返回給調(diào)用者。
上述步驟2包括在IPC過程中，通過代理對象中的接口地址獲取對應(yīng)該接口的元數(shù)據(jù)，根據(jù)元數(shù)據(jù)將代理調(diào)用的?？截惖絻?nèi)核空間。
本發(fā)明操作系統(tǒng)把部分系統(tǒng)功能用構(gòu)件技術(shù)封裝成獨立的構(gòu)件模塊，例如文件系統(tǒng)和圖形系統(tǒng)。用戶可以根據(jù)需要動態(tài)地配置這些模塊運行狀態(tài)，也就是說可以根據(jù)用戶的需要，將一些來源值得信賴或?qū)\行效率要求高的構(gòu)件模塊配置于內(nèi)核態(tài)，而另一些不太穩(wěn)定的模塊置于用戶態(tài)運行，在一個系統(tǒng)中同時滿足穩(wěn)定性、安全性與實時性的特殊要求。這樣的體系結(jié)構(gòu)不必區(qū)分是整體內(nèi)核還是微內(nèi)核，事實上所謂的“內(nèi)核”可大可小，完全依據(jù)系統(tǒng)自身的需求動態(tài)決定。這就是本發(fā)明獨創(chuàng)性的“靈活內(nèi)核”體系結(jié)構(gòu)，利用構(gòu)件技術(shù)解決了長期以來困擾操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計者的整體內(nèi)核和微內(nèi)核在性能、效率兩者之間不能兩全其美的矛盾。


圖1為本發(fā)明操作系統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu)示意圖，圖1中，1為動態(tài)鏈接庫函數(shù)調(diào)用；2為構(gòu)件對象接口方法調(diào)用；圖2為本發(fā)明構(gòu)件運行平臺共享代碼動態(tài)鏈接庫映射機制示意圖；圖3為本發(fā)明基于構(gòu)件化內(nèi)核在用戶空間創(chuàng)建構(gòu)件對象接口結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明基于構(gòu)件運行平臺共享代碼動態(tài)鏈接庫在內(nèi)核空間創(chuàng)建構(gòu)件對象接口結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明基于構(gòu)件運行平臺共享代碼動態(tài)鏈接庫在用戶空間創(chuàng)建構(gòu)件對象接口結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明代理與存根生成流程圖；
圖7為本發(fā)明跨地址空間創(chuàng)建構(gòu)件對象時代理與存根運行步驟流程圖；圖8為本發(fā)明內(nèi)核機制實現(xiàn)流程圖；圖9為本發(fā)明構(gòu)件接口方法調(diào)用流程圖。
具體實施例方式
如圖1-9所示，本發(fā)明的本質(zhì)是將構(gòu)件技術(shù)引進(jìn)到內(nèi)核，因而內(nèi)核是構(gòu)件化，目的是實現(xiàn)系統(tǒng)的靈活多變。構(gòu)件化內(nèi)核是將計算機操作系統(tǒng)的系統(tǒng)功能抽象為對象并用構(gòu)件技術(shù)封裝成獨立的構(gòu)件模塊，提供系統(tǒng)級構(gòu)件技術(shù)支持。另外，本發(fā)明操作系統(tǒng)利用構(gòu)件技術(shù)的優(yōu)勢在系統(tǒng)層面實現(xiàn)了“三層結(jié)構(gòu)”(Client/Middleware/Server)計算模型，完全把構(gòu)件技術(shù)的使用融入到系統(tǒng)內(nèi)核中，由于構(gòu)件、中間件技術(shù)，可以做到構(gòu)件運行環(huán)境對用戶和構(gòu)件制造者透明，例如構(gòu)件可以不加修改運行于不同地址空間。
內(nèi)核態(tài)構(gòu)件模塊包括進(jìn)程構(gòu)件對象、線程構(gòu)件對象、同步(Mutex，Monitor等)構(gòu)件對象和虛擬內(nèi)存構(gòu)件對象以及控制裝載的設(shè)備管理器。如果需要，也可包括擴(kuò)展構(gòu)件，用于針對具體的設(shè)備或應(yīng)用設(shè)置相對固定的對應(yīng)應(yīng)用構(gòu)件，以及文件系統(tǒng)構(gòu)件或圖形系統(tǒng)構(gòu)件或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)構(gòu)件或設(shè)備驅(qū)動程序構(gòu)件；作為用戶態(tài)構(gòu)件模塊，包括擴(kuò)展構(gòu)件或文件系統(tǒng)構(gòu)件或圖形系統(tǒng)構(gòu)件或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)構(gòu)件或設(shè)備驅(qū)動程序構(gòu)件。
用戶構(gòu)件在內(nèi)核態(tài)與用戶態(tài)可以使用同樣的方法獲取系統(tǒng)功能構(gòu)件對象的接口，而且調(diào)用方法相同。
參見圖2、4、5，本發(fā)明作為中間件的構(gòu)件運行平臺與底層操作系統(tǒng)密不可分，在某種程度上構(gòu)件運行平臺是底層操作系統(tǒng)的一個抽象層，構(gòu)件運行平臺為客戶程序與操作系統(tǒng)的交互界面，為客戶程序提供相關(guān)的函數(shù)調(diào)用及構(gòu)件服務(wù)，同時隱藏了底層操作系統(tǒng)的特征。構(gòu)件運行平臺為內(nèi)核共享代碼生成的虛擬動態(tài)鏈接庫，通過該內(nèi)核共享代碼的映射機制，用戶程序直接共享這些代碼，在加載用戶進(jìn)程時，通過自動在用戶空間注冊該虛擬的動態(tài)鏈接庫，將二進(jìn)制載體直接運行操作。同時，構(gòu)件運行平臺還包括應(yīng)用函數(shù)API，API是指動態(tài)鏈接庫提供的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)，如進(jìn)程處理、線程管理、類對象等，提供用戶基本的構(gòu)件庫服務(wù)和/或支持函數(shù)，共享代碼表中的共享代碼與API一一對應(yīng)。
在本發(fā)明操作系統(tǒng)中，內(nèi)核代碼及用戶代碼都將被加載到共享地址空間(內(nèi)核私有代碼被加以保護(hù)，禁止用戶進(jìn)程直接訪問)，編譯器將內(nèi)核共享代碼生成一個虛擬的動態(tài)鏈接庫，通過內(nèi)核共享代碼的映射機制，所有用戶程序共享這些代碼，操作系統(tǒng)在加載用戶進(jìn)程的初始化時通過自動在用戶空間注冊該虛擬的動態(tài)鏈接庫。動態(tài)鏈接庫的引出API表與內(nèi)核共享代碼API表一一對應(yīng)。動態(tài)鏈接庫的引出API是提供給用戶基本的構(gòu)件庫的服務(wù)及其他一些支持函數(shù)。
本發(fā)明內(nèi)核代碼映射由動態(tài)鏈接庫的機制加以體現(xiàn)，由于都在共享地址空間，用戶進(jìn)程無需陷入到內(nèi)核空間只需要一個長跳轉(zhuǎn)指針就可以共享該部分代碼資源，這樣減少了切換CPU狀態(tài)的系統(tǒng)消耗，并且該部分代碼由所有進(jìn)程共享(內(nèi)核也是一個進(jìn)程)可以最大程度的減少用戶目標(biāo)代碼大小，以符合嵌入式市場對應(yīng)用上的要求。標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫是完全基于系統(tǒng)功能接口實現(xiàn)的。
具體地，如圖3、6所示，系統(tǒng)功能接口的使用在內(nèi)核空間使用系統(tǒng)功能接口，是直接的接口調(diào)用；在用戶空間調(diào)用系統(tǒng)功能接口，也是通過代理/存根到實際對象，從用戶空間獲取某個系統(tǒng)功能接口時，系統(tǒng)會自動創(chuàng)建對應(yīng)于該接口的代理/存根，然后把代理對象的接口返回給用戶。
文件系統(tǒng)作為例子來說明。將一個構(gòu)件加載在內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)，具體流程如下1、首先編寫一個構(gòu)件A；2、編寫一個用戶程序，在用戶態(tài)創(chuàng)建構(gòu)件A的對象，并調(diào)用其中的方法；3、編寫一個用戶程序，在內(nèi)核態(tài)創(chuàng)建構(gòu)件A的對象，并調(diào)用其中的方法；其運行結(jié)果一致。
本發(fā)明用戶態(tài)使用系統(tǒng)功能接口要跨越地址空間，在內(nèi)核中使用系統(tǒng)功能接口則無需跨越地址空間，這其間的差異完全被系統(tǒng)所做的工作覆蓋了。
下面說明在用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)獲取系統(tǒng)功能接口的流程。
以創(chuàng)建進(jìn)程為例，參見圖5、8，在用戶態(tài)獲取系統(tǒng)功能接口的流程1、調(diào)用相應(yīng)的API函數(shù)；2、API函數(shù)調(diào)用系統(tǒng)功能接口，通過進(jìn)程間通信(IPC)陷入到內(nèi)核態(tài)創(chuàng)建一個新的進(jìn)程，并創(chuàng)建一個對應(yīng)于新進(jìn)程構(gòu)件對象接口的存根對象；3、IPC返回到用戶空間，系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)功能調(diào)用應(yīng)該返回一個遠(yuǎn)程對象的接口，則會相應(yīng)創(chuàng)建一個和存根(存根)對象對應(yīng)的代理(代理)對象；4、使用獲取的代理對象接口，通過進(jìn)程間通信實現(xiàn)對真實構(gòu)件對象的訪問。
以創(chuàng)建進(jìn)程為例，參見圖4，在內(nèi)核態(tài)獲取系統(tǒng)功能接口的流程1、調(diào)用相應(yīng)的API函數(shù)；2、API函數(shù)會調(diào)用系統(tǒng)功能接口，由于已經(jīng)處于內(nèi)核中，因此直接創(chuàng)建一個新的進(jìn)程；3、直接返回新進(jìn)程的接口；4、直接調(diào)用進(jìn)程對象的接口。
對于構(gòu)件對象的創(chuàng)建，本發(fā)明系統(tǒng)功能接口的調(diào)用和使用者所處于的運行狀態(tài)無關(guān)，這樣，基于本發(fā)明的系統(tǒng)功能接口開發(fā)的構(gòu)件可以在不同運行狀態(tài)下創(chuàng)建和使用，也就是說同樣的二進(jìn)制代碼可以絲毫不變地運行于內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)，而且接口使用也不會受到運行空間的影響。
甚至可以說運行于內(nèi)核態(tài)的構(gòu)件看上去就像擴(kuò)展的系統(tǒng)功能一樣，但與系統(tǒng)功能接口不同的是系統(tǒng)功能接口是系統(tǒng)運行必須的構(gòu)件，而用戶構(gòu)件可以加載也可以不加載；另外，系統(tǒng)功能接口背后的系統(tǒng)構(gòu)件對象是系統(tǒng)用根據(jù)需要創(chuàng)建的，用戶一般不會介入到系統(tǒng)構(gòu)件對象的創(chuàng)建過程中，而用戶構(gòu)件則有比較顯示的創(chuàng)建過程。
無論將用戶構(gòu)件創(chuàng)建在用戶態(tài)還是內(nèi)核態(tài)，對使用者來說都是透明的，在使用者看上去任何時候都像是在同真實的對象交互。本發(fā)明操作系統(tǒng)把內(nèi)核看成是一個進(jìn)程，通過本發(fā)明提供給用戶的API，可以選擇在用戶空間還是內(nèi)核空間創(chuàng)建構(gòu)件對象。
在用戶空間創(chuàng)建內(nèi)核態(tài)構(gòu)件對象的流程為1、在用戶空間調(diào)用創(chuàng)建函數(shù)，其中設(shè)參數(shù)，表示在內(nèi)核地址空間中創(chuàng)建構(gòu)件對象；2、使用內(nèi)核中的構(gòu)件運行支持部件的功能，陷入到內(nèi)核中，在內(nèi)核中創(chuàng)建構(gòu)件的類廠，然后使用類廠創(chuàng)建構(gòu)件對象，生成構(gòu)件對象的存根對象，并返回到用戶態(tài)；3、返回到用戶空間，系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)功能調(diào)用應(yīng)該返回一個遠(yuǎn)程對象的接口，則會相應(yīng)創(chuàng)建一個和存根(存根)對象對應(yīng)的代理(代理)對象；4、使用代理對象接口，通過進(jìn)程間通信實現(xiàn)對真構(gòu)件對象的訪問。
在用戶空間創(chuàng)建構(gòu)件對象的流程為1、在用戶空間調(diào)用創(chuàng)建函數(shù)，其中設(shè)參數(shù)，表示在同一個地址空間中創(chuàng)建構(gòu)件對象；2、創(chuàng)建函數(shù)會在用戶空間創(chuàng)建構(gòu)件的類廠，然后使用類廠創(chuàng)建構(gòu)件對象；3、直接返回構(gòu)件對象的接口，使用該接口即可直接訪問構(gòu)件對象。
本發(fā)明內(nèi)核中的構(gòu)件運行環(huán)境，是靈活內(nèi)核技術(shù)在使用中的外在體現(xiàn)。本發(fā)明系統(tǒng)實現(xiàn)靈活內(nèi)核技術(shù)的根本在于將構(gòu)件技術(shù)融入到內(nèi)核當(dāng)中，并且系統(tǒng)能夠自動為跨地址空間的接口創(chuàng)建存根代理對象，并且實現(xiàn)了自動化散列集(marshaling)。
在跨地址空間的調(diào)用中，要考慮調(diào)用參數(shù)和返回值的傳輸問題，列集是指把方法的參數(shù)打包，準(zhǔn)備傳輸?shù)搅硪粋€地址空間；散集在另一端把收到的數(shù)據(jù)包打開，散集和列集合稱散列集。散列集的過程中必須掌握數(shù)據(jù)的格式，包括數(shù)據(jù)的尺寸以及數(shù)據(jù)的擺放形式。這些描述數(shù)據(jù)的信息可以稱作元數(shù)據(jù)，本發(fā)明中準(zhǔn)確地說元數(shù)據(jù)是指用于描述構(gòu)件信息的數(shù)據(jù)，包括構(gòu)件功能和接口形式。獲取元數(shù)據(jù)通常有兩種方式。一種方式是把這些信息靜態(tài)地注冊到系統(tǒng)中，在需要的時候，進(jìn)行查詢并獲取。另外一種方式是把元數(shù)據(jù)直接封裝到構(gòu)件中，這種方式可以降低系統(tǒng)成本。
具體地，本發(fā)明存根代理構(gòu)件的創(chuàng)建是在跨地址空間的構(gòu)件調(diào)用中，因調(diào)用者與被調(diào)用者不在同一個地址空間，無法實現(xiàn)直接的調(diào)用，代理對象就是為完成進(jìn)程間通信而生成的遠(yuǎn)程對象的本地代理。與之相對應(yīng)，被調(diào)用構(gòu)件對象所在的地址空間也會生成一個存根對象與代理對象匹配，通過存根對象向代理對象返回調(diào)用結(jié)果。在有多個地址同時對一個構(gòu)件進(jìn)行調(diào)用時，被調(diào)用構(gòu)件對象會為每個地址生成一個存根構(gòu)件(與每個進(jìn)程調(diào)用生成的代理構(gòu)件對象相對應(yīng))；另外，創(chuàng)建存根構(gòu)件對象時，首先要獲取對應(yīng)構(gòu)件對象的相應(yīng)接口的元數(shù)據(jù)，根據(jù)元數(shù)據(jù)構(gòu)造存根的接口形式。亦即建立存根的虛表，同時存根還有保存指向真實對象的指針和接口地址等信息。
而在創(chuàng)建代理構(gòu)件對象時，首先也要獲取對應(yīng)構(gòu)件對象的相應(yīng)接口的元數(shù)據(jù)，根據(jù)元數(shù)據(jù)構(gòu)造代理的接口形式。并保存接口地址等信息。
此外存根和代理還都會保存一個系統(tǒng)動態(tài)生成的標(biāo)識符，系統(tǒng)通過此標(biāo)識符來匹配一對代理和存根。
應(yīng)該強調(diào)的是，代理/存根是對應(yīng)于接口的，一個擁有多個接口的構(gòu)件對象在作遠(yuǎn)程調(diào)用時，系統(tǒng)會為每個接口建立一對代理/存根對象。
參見圖7，針對存根代理的運作，本發(fā)明是在跨地址通道建立起來以后，進(jìn)行如下運作流程步驟1當(dāng)代理創(chuàng)建后會返回一個指向代理對象的智能指針，對于智能指針方法的調(diào)用便轉(zhuǎn)換為對代理對象方法的調(diào)用；步驟2代理對象調(diào)用會通過IPC跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核空間。在IPC過程中，通過代理對象中的接口地址獲取對應(yīng)該接口的元數(shù)據(jù)，根據(jù)元數(shù)據(jù)將代理調(diào)用的?？截惖絻?nèi)核空間；
步驟3系統(tǒng)在內(nèi)核空間另外起一個線程，在該線程中使用IPC過程中復(fù)制的棧，調(diào)用存根對象；步驟4從存根對象調(diào)用真實構(gòu)件對象，真實的構(gòu)件對象在完成調(diào)用之后，返回到存根調(diào)用；步驟5存根調(diào)用返回到IPC，在IPC中會根據(jù)接口方法的元數(shù)據(jù)將返回值和返回參數(shù)復(fù)制到代理對象所在的空間；步驟6IPC返回到代理調(diào)用；步驟7代理調(diào)用返回給調(diào)用者。
最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種計算機操作系統(tǒng)構(gòu)件化靈活內(nèi)核實現(xiàn)的方法，其特征在于將計算機操作系統(tǒng)的系統(tǒng)功能抽象為對象并用構(gòu)件技術(shù)封裝成獨立的構(gòu)件模塊，提供系統(tǒng)級構(gòu)件技術(shù)支持，將該系統(tǒng)功能接口以構(gòu)件對象接口的形式體現(xiàn)，用戶可根據(jù)需要動態(tài)地配置模塊運行狀態(tài)，將構(gòu)件模塊配置在內(nèi)核態(tài)運行或置于用戶態(tài)運行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算機操作系統(tǒng)構(gòu)件化靈活內(nèi)核實現(xiàn)的方法，其特征在于用戶構(gòu)件在內(nèi)核態(tài)與用戶態(tài)可以使用同樣的方法獲取系統(tǒng)功能構(gòu)件對象的接口，而且調(diào)用方法相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算機操作系統(tǒng)構(gòu)件化靈活內(nèi)核實現(xiàn)的方法，其特征在于內(nèi)核態(tài)構(gòu)件模塊包括內(nèi)存管理、進(jìn)程/線程管理以及設(shè)備管理器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的計算機操作系統(tǒng)構(gòu)件化靈活內(nèi)核實現(xiàn)的方法，其特征在于內(nèi)核態(tài)構(gòu)件模塊還包括擴(kuò)展構(gòu)件，用于針對具體的設(shè)備或應(yīng)用設(shè)置相對固定的對應(yīng)應(yīng)用構(gòu)件。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的計算機操作系統(tǒng)構(gòu)件化靈活內(nèi)核實現(xiàn)的方法，其特征在于內(nèi)核態(tài)構(gòu)件模塊還包括文件系統(tǒng)構(gòu)件或圖形系統(tǒng)構(gòu)件或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)構(gòu)件或設(shè)備驅(qū)動程序構(gòu)件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算機操作系統(tǒng)構(gòu)件化靈活內(nèi)核實現(xiàn)的方法，其特征在于用戶態(tài)構(gòu)件模塊包括擴(kuò)展構(gòu)件或文件系統(tǒng)構(gòu)件或圖形系統(tǒng)構(gòu)件或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)構(gòu)件或設(shè)備驅(qū)動程序構(gòu)件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或3或4所述的計算機操作系統(tǒng)構(gòu)件化靈活內(nèi)核實現(xiàn)的方法，其特征在于內(nèi)核態(tài)構(gòu)件模塊包括邏輯抽象層一構(gòu)件運行平臺，利用該運行平臺為跨地址空間的構(gòu)件對象生成中間件構(gòu)件，用戶通過該中間件構(gòu)件完成跨地址空間的構(gòu)件調(diào)用。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的計算機操作系統(tǒng)構(gòu)件化靈活內(nèi)核實現(xiàn)的方法，其特征在于中間件為代理構(gòu)件對象、存根構(gòu)件對象；其中存根構(gòu)件對象設(shè)置在被訪問的構(gòu)件對象端；代理構(gòu)件對象設(shè)置在對象的訪問者端。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的計算機操作系統(tǒng)構(gòu)件化靈活內(nèi)核實現(xiàn)的方法，其特征在于在多個地址空間同時對一個構(gòu)件進(jìn)行調(diào)用時，被調(diào)用的構(gòu)件為每個地址空間的調(diào)用者生成一個存根構(gòu)件對象，該構(gòu)件與調(diào)用者一端的代理構(gòu)件對象相對應(yīng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的計算機操作系統(tǒng)構(gòu)件化靈活內(nèi)核實現(xiàn)的方法，其特征在于構(gòu)件運行平臺還包括應(yīng)用函數(shù)API，API提供用戶基本的構(gòu)件庫服務(wù)和/或支持函數(shù)，共享代碼與API一一對應(yīng)。
11.一種基于上述系統(tǒng)功能內(nèi)核構(gòu)件化的構(gòu)件對象創(chuàng)建方法，其特征在于通過系統(tǒng)提供給用戶的API，用戶可以選擇在內(nèi)核空間或用戶空間創(chuàng)建構(gòu)件對象。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的基于上述系統(tǒng)功能內(nèi)核構(gòu)件化的構(gòu)件對象創(chuàng)建方法，其特征在于在內(nèi)核空間使用系統(tǒng)功能接口，直接調(diào)用系統(tǒng)功能接口。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的基于上述系統(tǒng)功能內(nèi)核構(gòu)件化的構(gòu)件對象創(chuàng)建方法，其特征在于在用戶空間調(diào)用系統(tǒng)功能接口，通過中間件到實際對象，從用戶空間獲取某個系統(tǒng)功能接口時，系統(tǒng)自動創(chuàng)建對應(yīng)于該接口的代理構(gòu)件/存根構(gòu)件，然后把代理對象的接口返回給用戶。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的基于上述系統(tǒng)功能內(nèi)核構(gòu)件化的構(gòu)件對象創(chuàng)建方法，其特征在于在用戶空間創(chuàng)建用戶態(tài)構(gòu)件對象步驟為步驟1在用戶空間調(diào)用創(chuàng)建函數(shù)，其中設(shè)置參數(shù)，在同一地址空間中創(chuàng)建構(gòu)件對象；步驟2在用戶空間創(chuàng)建構(gòu)件的類廠，然后使用類廠創(chuàng)建構(gòu)件對象；步驟3返回構(gòu)件對象的接口，使用該接口直接訪問該構(gòu)件對象。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的基于上述系統(tǒng)功能內(nèi)核構(gòu)件化的構(gòu)件對象創(chuàng)建方法，其特征在于在用戶空間創(chuàng)建內(nèi)核態(tài)構(gòu)件對象步驟為步驟1在用戶空間調(diào)用創(chuàng)建函數(shù)，其中設(shè)置參數(shù)，表示內(nèi)核地址空間中創(chuàng)建構(gòu)件對象；步驟2使用內(nèi)核中的構(gòu)件運行支持部件的功能，陷入到內(nèi)核中，在內(nèi)核中創(chuàng)建構(gòu)件的類廠，然后使用類廠創(chuàng)建構(gòu)件對象，生成構(gòu)件對象的存根對象，并返回到用戶態(tài)；步驟3返回到用戶空間，系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)功能調(diào)用應(yīng)返回一遠(yuǎn)程對象的接口，則相應(yīng)創(chuàng)建一個和存根對象對應(yīng)的代理對象；步驟4使用代理對象接口，通過進(jìn)程間通信實現(xiàn)對真實構(gòu)件對象的訪問。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的基于上述系統(tǒng)功能內(nèi)核構(gòu)件化的構(gòu)件對象創(chuàng)建方法，其特征在于用戶可以跨地址空間創(chuàng)建構(gòu)件對象跨地址空間創(chuàng)建構(gòu)件對象是由系統(tǒng)自動創(chuàng)建中間件的存根構(gòu)件/代理構(gòu)件，創(chuàng)建過程通過自動化散列集實現(xiàn)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的基于上述系統(tǒng)功能內(nèi)核構(gòu)件化的構(gòu)件對象創(chuàng)建方法，其特征在于在跨地址空間的構(gòu)件調(diào)用中，代理對象負(fù)責(zé)進(jìn)程間通信，生成遠(yuǎn)程對象的本地代理；被調(diào)用構(gòu)件對象所在的地址空間生成一存根對象，與代理對象匹配，通過存根對象向代理對象返回調(diào)用結(jié)果。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的基于上述系統(tǒng)功能內(nèi)核構(gòu)件化的構(gòu)件對象創(chuàng)建方法，其特征在于創(chuàng)建存根構(gòu)件對象時，獲取對應(yīng)構(gòu)件對象的相應(yīng)接口的元數(shù)據(jù)，根據(jù)元數(shù)據(jù)構(gòu)造存根的接口形式，即建立存根的虛表，同時存根還有保存指向真實對象的指針和接口地址等信息。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的基于上述系統(tǒng)功能內(nèi)核構(gòu)件化的構(gòu)件對象創(chuàng)建方法，其特征在于創(chuàng)建代理構(gòu)件對象時，首先也要獲取對應(yīng)構(gòu)件對象的相應(yīng)接口的元數(shù)據(jù)，根據(jù)元數(shù)據(jù)構(gòu)造代理的接口形式，并保存接口地址等信息。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的基于上述系統(tǒng)功能內(nèi)核構(gòu)件化的構(gòu)件對象創(chuàng)建方法，其特征在于存根和代理還都會保存一個系統(tǒng)動態(tài)生成的標(biāo)識符，系統(tǒng)通過此標(biāo)識符來匹配一對代理和存根。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的基于上述系統(tǒng)功能內(nèi)核構(gòu)件化的構(gòu)件對象創(chuàng)建方法，其特征在于代理/存根是對應(yīng)于接口的，一個擁有多個接口的構(gòu)件對象在作遠(yuǎn)程調(diào)用時，系統(tǒng)為每個接口建立一對代理/存根對象。
22.根據(jù)權(quán)利要求13-21之一所述的基于上述系統(tǒng)功能內(nèi)核構(gòu)件化的構(gòu)件對象創(chuàng)建方法，其特征在于在跨地址空間的通道建立后，代理與存根運行步驟為步驟1當(dāng)代理創(chuàng)建后返回一個指向代理對象的智能指針，對于智能指針方法的調(diào)用便轉(zhuǎn)換為對代理對象方法的調(diào)用；步驟2代理對象調(diào)用通過IPC跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核空間；步驟3系統(tǒng)在內(nèi)核空間另外起一個線程，在該線程中使用IPC過程中復(fù)制的棧，調(diào)用存根對象；步驟4從存根對象調(diào)用真實構(gòu)件對象，真實的構(gòu)件對象在完成調(diào)用之后，返回到存根調(diào)用；步驟5從存根調(diào)用返回到IPC，在IPC中會根據(jù)接口方法的元數(shù)據(jù)將返回值和返回參數(shù)復(fù)制到代理對象所在的空間；步驟6IPC返回到代理調(diào)用；步驟7代理調(diào)用返回給調(diào)用者。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的基于上述系統(tǒng)內(nèi)核功能構(gòu)件化的跨地址空間構(gòu)件對象創(chuàng)建方法，其特征在于步驟2包括在IPC過程中，通過代理對象中的接口地址獲取對應(yīng)該接口的元數(shù)據(jù)，根據(jù)元數(shù)據(jù)將代理調(diào)用的棧拷貝到內(nèi)核空間。
全文摘要
一種計算機操作系統(tǒng)構(gòu)件化靈活內(nèi)核實現(xiàn)的方法，將計算機操作系統(tǒng)的系統(tǒng)功能抽象為對象并用構(gòu)件技術(shù)封裝成獨立的構(gòu)件模塊，將該系統(tǒng)功能接口以構(gòu)件對象接口的形式體現(xiàn)，根據(jù)需要動態(tài)地配置模塊運行狀態(tài)，將構(gòu)件模塊配置在內(nèi)核態(tài)運行或置于用戶態(tài)運行。用戶構(gòu)件在內(nèi)核態(tài)與用戶態(tài)可以使用同樣的方法獲取系統(tǒng)功能構(gòu)件對象的接口，調(diào)用方法相同。為用戶通過該中間構(gòu)件完成跨地址空間的構(gòu)件調(diào)用，內(nèi)核態(tài)構(gòu)件模塊包括邏輯抽象層一構(gòu)件運行平臺，利用該運行平臺生成跨地址空間的創(chuàng)建構(gòu)件對象的中間件構(gòu)件。本發(fā)明靈活內(nèi)核技術(shù)是將構(gòu)件技術(shù)融入到系統(tǒng)內(nèi)核中，實現(xiàn)從系統(tǒng)級支持構(gòu)件技術(shù)，從而能夠靈活地動態(tài)配置應(yīng)用構(gòu)件在用戶空間或內(nèi)核空間的運行狀態(tài)。
文檔編號G06F9/34GK1514353SQ0216013
公開日2004年7月21日 申請日期2002年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月31日
發(fā)明者陳榕, 杜永文, 林清洪, 榕 陳 申請人:北京科泰世紀(jì)科技有限公司