一種支持分布式系統(tǒng)的透明進程間通信系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種支持分布式系統(tǒng)的透明進程間通信系統(tǒng)及方法，屬于計算機中的進程間通信的技術(shù)領(lǐng)域，用于航天領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，在航天等嵌入式領(lǐng)域，隨著系統(tǒng)的功能越來越復(fù)雜，單處理器嵌入式系統(tǒng)已不能滿足需求，出現(xiàn)了多處理器嵌入式系統(tǒng)，對于支持多處理器嵌入式系統(tǒng)的分布式實時操作系統(tǒng)的研究也越來越多。進程間通信(IPC)是操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能，也是分布式系統(tǒng)的核心。多處理器嵌入式系統(tǒng)與傳統(tǒng)分布式系統(tǒng)相比，具有如下特點:(1)存儲空間有限且對實時性要求嚴(yán)格，針對該系統(tǒng)的進程間通信必須考慮到執(zhí)行效率、實時性和內(nèi)存占用問題，即通信效率問題；(2)多處理器之間的物理通信方式種類繁多，即通信透明問題。支持多處理器嵌入式系統(tǒng)的進程間通信必須要考慮上面兩個特點。
[0003]現(xiàn)有的操作系統(tǒng)內(nèi)進程間通信機制主要有:管道、信號量、消息隊列、共享內(nèi)存等。支持分布式系統(tǒng)的進程間通信機制主要有:套接字(Socket)、RPC、COM、Web服務(wù)及面向消息的中間件等。套接字是傳統(tǒng)的分布式系統(tǒng)中節(jié)點之間進程間通信機制，需要經(jīng)過協(xié)議棧處理，效率低。遠程過程調(diào)用RPC是最常見、最有效的節(jié)點通信方式之一，它隱藏了底層通信過程，應(yīng)用廣泛，是許多分布式系統(tǒng)的基礎(chǔ)。
[0004]上述進程間通信機制中，操作系統(tǒng)內(nèi)進程間通信機制不支持跨操作系統(tǒng)進程間通信，導(dǎo)致通信透明度不夠的問題；支持分布式系統(tǒng)的進程間通信機制要經(jīng)過底層的網(wǎng)絡(luò)通信、協(xié)議棧處理，不滿足分布嵌入式系統(tǒng)的高實時性特點，也無法將操作系統(tǒng)內(nèi)和跨操作系統(tǒng)進程間通信統(tǒng)一起來。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決問題為:克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提出一種支持分布式系統(tǒng)的透明進程間通信系統(tǒng)及方法，解決了現(xiàn)有的進程間通信技術(shù)無法同時滿足高透明度、高效率的問題，統(tǒng)一了操作系統(tǒng)內(nèi)部進程間通信和跨操作系統(tǒng)進程間通信，滿足分布式實時IPC的兩個重要特性:透明性和實時性。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種支持分布式系統(tǒng)的透明進程間通信系統(tǒng)，包括:多個通信節(jié)點，每個節(jié)點包括進程模塊11和進程模塊12、通信處理模塊、鏈路發(fā)送進程模塊、鏈路接收進程模塊；當(dāng)節(jié)點接收通信系統(tǒng)內(nèi)的其它節(jié)點發(fā)送的消息時，該節(jié)點只需要一個進程模塊11，將接收通信系統(tǒng)內(nèi)的其它節(jié)點發(fā)送的消息的節(jié)點中的進程模塊11作為進程模塊21，即命名為進程模塊21模塊；
[0007]為每個進程設(shè)定一個唯一進程ID號，節(jié)點內(nèi)進程間通信或節(jié)點間進程間通信時，以進程ID號為通信地址進行消息收發(fā)；
[0008]進程ID號需要滿足一下條件:①進程ID號由用戶創(chuàng)建該進程時指定，保證該ID號在一個通信系統(tǒng)內(nèi)是唯一的；?針對每個節(jié)點為進程ID進行分段，每個節(jié)點上的進程ID號屬于同一號碼段；
[0009]通信處理模塊為進程模塊11、進程模塊12、鏈路發(fā)送進程模塊和鏈路接收進程模塊創(chuàng)建一個先入先出型(FIFO)接收隊列，用來存放接收到的消息，消息包括消息頭和消息體，消息頭包括:發(fā)送進程ID、接收進程ID和消息體長度；
[0010]鏈路發(fā)送進程模塊負責(zé)該節(jié)點通過通信鏈路向通信系統(tǒng)內(nèi)的其它節(jié)點發(fā)送消息，該通信鏈路用鏈路發(fā)送進程模塊執(zhí)行進程的進程ID號命名，即鏈路號；鏈路接收進程模塊負責(zé)接收通信系統(tǒng)內(nèi)的其它節(jié)點通過通信鏈路向該節(jié)點發(fā)送的消息；每個鏈路發(fā)送進程模塊執(zhí)行一個發(fā)送進程，對應(yīng)一條指向發(fā)送進程要發(fā)送的消息中設(shè)定的接收進程ID號對應(yīng)的進程模塊21所在節(jié)點的物理鏈路；
[0011]在每個節(jié)點的通信處理模塊中創(chuàng)建一個路由表，該路由表包括了接收進程ID號所屬號碼段和從發(fā)送進程所在節(jié)點到該接收進程所在節(jié)點的通信鏈路的鏈路號；如果接收進程與發(fā)送進程在同一個節(jié)點內(nèi)，那么該鏈路號對應(yīng)的通信鏈路為通信處理模塊自身，即進程模塊12發(fā)送消息給通信處理模塊轉(zhuǎn)發(fā)至進程模塊11的先入先出型(FIFO)接收隊列中；如果接收進程與發(fā)送進程不在同一節(jié)點，那么通信鏈路是鏈路發(fā)送進程模塊執(zhí)行的進程ID號，即鏈路號，對應(yīng)的通信鏈路；
[0012]在一個節(jié)點內(nèi)，當(dāng)進程模塊12需要發(fā)送消息時，首先向通信處理模塊申請一塊內(nèi)存區(qū)域，通信處理模塊根據(jù)進程模塊12的申請分配一塊內(nèi)存區(qū)域，作為消息存放載體，并把分配的內(nèi)存區(qū)域地址，即消息載體地址，反饋給進程模塊12，進程模塊12根據(jù)反饋回的消息載體地址，把發(fā)送進程的ID號、接收進程的ID號和消息體長度寫入發(fā)送消息的消息頭，把需要發(fā)送的信息內(nèi)容寫入消息體，然后進程模塊12把消息載體地址傳遞給通信處理豐吳塊；
[0013]通信處理模塊根據(jù)消息載體地址，獲取該消息的消息頭中的接收進程的ID號，根據(jù)該接收進程的ID號，在步驟(4)創(chuàng)建的路由表中查找從發(fā)送進程所在節(jié)點到該接收進程所在節(jié)點的通信鏈路的鏈路號，如果該鏈路號對應(yīng)的通信鏈路為通信處理模塊自身，通信處理模塊將消息載體地址發(fā)送給進程模塊11，并存放在進程模塊11中的先入先出型(FIFO)接收隊列中，如果進程模塊11處于等待接收消息狀態(tài)，使進程模塊11恢復(fù)工作狀態(tài)；如果該鏈路號對應(yīng)的通信鏈路為鏈路發(fā)送進程模塊執(zhí)行進程的進程ID號，即鏈路號所對應(yīng)的通信鏈路，通信處理模塊將消息載體地址發(fā)送給鏈路發(fā)送進程模塊，并存放在鏈路發(fā)送進程模塊中的先入先出型(FIFO)接收隊列中，然后該鏈路發(fā)送進程模塊從該鏈路發(fā)送進程模塊中的先入先出型(FIFO)接收隊列中讀取消息載體地址，并將消息載體地址對應(yīng)的消息，通過物理鏈路發(fā)送給進程模塊21所在的節(jié)點的鏈路接收進程模塊，如果該鏈路接收進程模塊處于等待接收消息狀態(tài)，使該鏈路接收進程模塊恢復(fù)為工作狀態(tài)；進程模塊21所在的節(jié)點的鏈路接收進程模塊向進程模塊21所在的節(jié)點的通信處理模塊申請一塊內(nèi)存區(qū)域，該通信處理模塊根據(jù)進程模塊21所在的節(jié)點的鏈路接收進程模塊的申請，分配一塊內(nèi)存區(qū)域作為消息存放載體，并把分配的內(nèi)存區(qū)域地址，即消息載體地址，反饋給進程模塊21所在的節(jié)點的鏈路接收進程模塊，進程模塊21所在的節(jié)點的鏈路接收進程模塊根據(jù)反饋回的消息載體地址，把從物理鏈路接收的消息寫入分配的消息存放載體，然后進程模塊21所在的節(jié)點的鏈路接收進程模塊把消息載體地址傳遞給進程模塊21所在的節(jié)點的通信處理模塊后轉(zhuǎn)發(fā)給進程21 ;
[0014]當(dāng)進程模塊11接收本節(jié)點內(nèi)部進程12傳來的消息時，判斷進程模塊11的先入先出型(FIFO)接收隊列中是否存有消息載體地址，如果存有消息載體地址，進程模塊11從進程模塊11的先入先出型(FIFO)接收隊列中讀取消息載體地址，根據(jù)該消息載體地址從進程模塊11所在節(jié)點的通信處理模塊讀取消息；否則，進程模塊11不工作，等待消息存入進程模塊11的先入先出型(FIFO)接收隊列中，完成節(jié)點內(nèi)透明進程間通信的消息接收；
[0015]當(dāng)進程模塊21接收通信系統(tǒng)內(nèi)的其它節(jié)點中的進程模塊12發(fā)送來的消息時，判斷進程模塊21的先入先出型(FIFO)接收隊列中是否存有消息載體地址，如果存有消息載體地址，進程模塊21從進程模塊11的先入先出型(FIFO)接收隊列中讀取消息載體地址，根據(jù)該消息載體地址從進程模塊21所在節(jié)點的通信處理模塊讀取消息；否則，進程模塊21不工作，等待消息存入進程模塊21的先入先出型(FIFO)接收隊列中，完成節(jié)點間透明進程間通信的消息接收。
[0016]一種支持分布式系統(tǒng)的透明進程間通信方法，步驟如下:
[0017](1)為每個進程設(shè)定一個唯一進程ID號，節(jié)點內(nèi)進程間通信或節(jié)點間進程間通信時，以進程ID號為通信地址進行消息收發(fā)；
[0018](2)進程ID號需要滿足一下條件:①進程ID號由用戶創(chuàng)建該進程時指定，保證該ID號在一個通信系統(tǒng)內(nèi)是唯一的；②針對每個節(jié)點為進程ID進行分段，每個節(jié)點上的進程ID號屬于同一號碼段；
[0019](3)通信處理模塊為進程模塊11、進程模塊12、鏈路發(fā)送進程模塊和鏈路接收進程模塊創(chuàng)建一個先入先出型(FIFO)接收隊列，用來存放接收到的消息，消息包括消息頭和消息體，消息頭包括:發(fā)送進程ID、接收進程ID和消息體長度；
[0020](4)鏈路發(fā)送進程模塊負責(zé)該節(jié)點通過通信鏈路向通信系統(tǒng)內(nèi)的其它節(jié)點發(fā)送消息，該通信鏈路用鏈路發(fā)送進程模塊執(zhí)行進程的進程ID號命名，即鏈路號；鏈路接收進程模塊負責(zé)接收通信系統(tǒng)內(nèi)的其它節(jié)點通過通信鏈路向該節(jié)點發(fā)送的消息，并把接收到的消息轉(zhuǎn)發(fā)出去；每個鏈路發(fā)送進程模塊執(zhí)行一個發(fā)送進程，對應(yīng)一條指向發(fā)送進程要發(fā)送的消息中設(shè)定的接收進程ID號對應(yīng)的進程模塊21所在節(jié)點的物理鏈路；每個鏈路接收進程模塊執(zhí)行一個接收進程；
[0021](5)在每個節(jié)點的通信處理模塊中創(chuàng)建一個路由表，該路由表包括了接收進程ID號所屬號碼段和從發(fā)送進程所在節(jié)點到該接收進程所在節(jié)點的通信鏈路的鏈路號；如果接收進程與發(fā)送進程在同一個節(jié)點內(nèi)，那么該鏈路號對應(yīng)的通信鏈路為通信處理模塊自身，即進程模塊12發(fā)送消息給通信處理模