CN102135894A - 一种多核在线补丁方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种能够将补丁数据全部映射到共享内存补丁区的多核在线补丁方法和装置。本发明实施例的方法包括：分离补丁中的共享全局变量和私有全局变量；将所述共享全局变量采用直接内存地址映射方式映射到补丁区的共享数据段，将所述私有全局变量采用用户指定变量地址映射方式映射到补丁区的私有数据段。本发明实施例可用于电信级软件的多核DSP系统中。

Description

一种多核在线补丁方法和装置
技术领域
本发明属于计算机技术领域，特别涉及一种多核在线补丁方法和装置。
背景技术
在线补丁是指程序运行中不重启程序而生效的补丁。对多核处理器，当前具有硬件内存管理单元(Memory Management Unit，MMU)的多核CPU已支持在线补丁功能。在多核CPU环境下，由主控核实现在线补丁的加载、激活等操作。
如图1所示，在多核CPU的补丁加载操作中，主控核获取补丁，并读取到高速缓存(cache)，对补丁进行解析，提取补丁的代码段和数据段，按照逻辑地址进行加载，由硬件的MMU单元实现逻辑地址到物理地址的映射，将核私有数据映射到共享内存的补丁区的每个私有数据段上。
在实现本发明的过程中发明人发现，在MMU条件下，由于多核CPU中每个核访问相同的逻辑地址，并被映射到补丁区的不同物理地址上，因此使得多核CPU的共享全局变量无法被映射。
发明内容
本发明实施例提供一种多核在线补丁方法和装置，能够将补丁数据全部映射到共享内存的补丁区。
本发明实施例采用如下技术方案：
一种多核在线补丁方法，包括：
分离补丁中的共享全局变量和私有全局变量；
将所述共享全局变量采用直接内存地址映射方式映射到补丁区的共享数据段，将所述私有全局变量采用用户指定变量地址映射方式映射到补丁区的私有数据段。
一种多核在线补丁装置，包括：
变量分离单元，用于分离补丁中的共享全局变量和私有全局变量；
映射单元，用于将所述共享全局变量采用直接内存地址映射方式映射到补丁区的共享数据段，将所述私有全局变量采用用户指定变量地址映射方式映射到补丁区的私有数据段。
由本发明实施例的上述技术方案可知，通过分离补丁中的共享全局变量和私有全局变量，将所述共享全局变量采用直接内存地址映射方式映射到补丁区的共享数据段，将所述私有全局变量采用用户指定变量地址映射方式映射到补丁区的私有数据段，可以使得共享全局变量和私有全局变量同时得到映射，实现了将补丁数据全部映射到共享内存的补丁区。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍。
图1为现有技术的多核CPU的补丁加载操作过程示意图；
图2为本发明的补丁区的物理地址划分示意图；
图3为本发明提供的多核在线补丁方法实施例的流程图；
图4为本发明的补丁区加载过几次后的对外展示使用情况和实际使用情况对照图；
图5为本发明加载一个新补丁前的补丁区使用情况示意图；
图6为本发明加载一个新补丁后的补丁区使用情况示意图；
图7为本发明实施例提供的补丁激活操作过程示意图；
图8为本发明提供的多核在线补丁装置实施例的功能单元示意图；
图9为本发明提供的多核在线补丁装置实施例的另一功能单元示意图。
具体实施方式
为清楚地说明如何将补丁数据全部映射到共享内存的补丁区，参见图2，首先对补丁区的物理地址划分进行说明。在本发明中，将补丁区的物理地址划分成三个连续部分：共享区、私有区和备份区。
所述共享区，包括共享代码段和共享数据段，其中，共享代码段用于存放补丁的共享代码和补丁代码中的只读数据段，共享数据段用于存放补丁中定义的共享全局变量。对补丁共享区采用直接内存地址进行映射，也即是说，核在读取数据时，直接从内存里面获取，不经过高速缓存总线。
所述私有区，按照核个数等分成多个私有数据段，每个私有数据段的起始地址按照Cache Line(Cache的最小单位)大小对齐，每个私有数据段用于存放补丁中定义的私有全局变量。对补丁私有区采用用户指定变量地址进行映射，也即是说，可以采用高速缓存总线访问地址映射方式或采用直接内存地址映射方式进行映射。
所述备份区，用于备份核私有内存的函数指令和核私有数据，用于核初始化补丁状态的自恢复。
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图3所示，本发明提供的多核在线补丁方法实施例，包括：
S11，分离补丁中定义的共享全局变量和私有全局变量。
为确保补丁中私有全局变量的访问不受影响，本发明实施例对补丁中定义的私有全局变量采用如下定义形式：
将补丁中的私有全局变量定义为结构体变量，且结构体大小为补丁区的每个核私有数据段大小；在所述结构体变量的成员变量定义完成后，对剩余空间使用魔术字分割，魔术字之前为有效数据，这样补丁工具在做数据段提取时，搜索魔术字，只提取所述有效数据作为核私有数据；在补丁文件写作时，可以使用现有技术的pragma编程方式，将共享全局变量和私有全局变量放置在不同的数据段中。
S12，将所述共享全局变量采用直接内存地址映射方式映射到补丁区的共享数据段，将所述私有全局变量采用用户指定变量地址映射方式映射到补丁区的私有数据段。
其中，对所述私有全局变量采用用户指定变量地址映射方式进行映射具体可以为：提取所述私有全局变量的有效数据，并按照定义的结构体大小间隔，采用直接内存地址映射方式或者采用高速缓存总线访问地址映射方式分别映射到补丁区的每个核的私有数据段。
补丁工具对数据段进行解析，若为共享全局变量，则按照直接内存地址进行映射；若为私有全局变量，则按照用户指定的变量地址进行映射，并在数据段中搜索魔术字，将魔术字之前的有效数据记录到补丁文件中，将有效数据的大小加上每个核私有数据段的可用起始地址作为下次可用私有数据段的首地址，供下次补丁制作时使用。
若首次制作补丁，则从配置文件中获取补丁区的信息，否则从补丁文件中获取本次制作时的代码段与数据段的地址。根据累计使用有效数据的地址，对下次补丁制作时的起始地址进行定位，实现了补丁数据段空间的复用。
由此可知，通过分离补丁中定义的共享全局变量和私有全局变量，将所述共享全局变量采用直接内存地址映射方式映射到补丁区的共享数据段，将所述私有全局变量采用用户指定变量地址映射方式映射到补丁区的私有数据段，从而可以将补丁数据全部映射到共享内存的补丁区；另外由于对不同变量类型采用不同的映射方式，从而也实现了软件维护高速缓存的一致性，避免了高速缓存冲突。
进一步地，本发明实施例提供的多核在线补丁方法，还可以包括：
将核私有内存的函数指令和核私有数据备份到补丁区的数据备份区。
为此，补丁管理端在做补丁加载操作时，针对核私有数据，除了加载到对应的补丁区的每个核的私有数据段之外，还需要向补丁区的数据备份区加载一次，以便在单个核复位之后，补丁状态恢复时，私有数据也能够恢复。
参见图4至图6的补丁区映射情况，图4的第一行描述了补丁区加载过几次后的对外展示使用情况，图4的第二行描述了补丁区加载过几次后的实际使用情况，其中灰度较深的部分为私有数据段实际使用的有效数据；图5描述了一个新的补丁需要加载，在各个段上方展示的空间为实际补丁文件中各个段的定义大小；图6为新增补丁加载完成之后补丁区的实际使用情况。由图4至图6可以看出，对于私有全局变量，补丁管理端在加载时，只是抽取了其有效数据，并按照变量定义大小间隔，分别加载给补丁区的每个核的私有数据段以及数据备份区。通过将私有全局变量定义为结构体变量，并使用魔术字，实现了私有全局变量的定义大小与维护大小分离。
在多核CPU环境下，高速缓存由硬件维护，并且由于硬件内存特性的限制，主控CPU核必须对所有代码段可写，需要主控核来完成补丁操作过程，且主控核必须是固定的，当某个核出现异常，例如挂死时，所有补丁功能操作将不能完成，并且为了实现补丁操作需要将所有的CPU进行复位。对于电信级软件的多核DSP而言，高速缓存由软件维护，每个核均有自己的私有内存。为实现在某些DSP核异常时也能够实现补丁功能，且在该异常核复位之后，能够自主恢复补丁状态。为此本发明实施例提供的多核在线补丁方法，还需要对同步掩码表做以下处理：
补丁初始化时，对所有核配置同映像的同步掩码表；在多核中某个核进入异常时，若同步掩码表中存在该异常核，则从同步掩码表中去除所述异常核的同步掩码标志；在所述异常核复位之后，根据补丁区的数据备份区恢复补丁状态，并在补丁状态恢复成功之后，将去除的同步掩码标志重新添加至同步掩码表。从而补丁激活时，多核DSP的操作核根据最新的同步掩码表向在位的从核发起同步消息。
补丁激活是在线补丁生效的一个流程，在线补丁激活的基本原理是将原函数(待打补丁的函数)的入口处的指令替换为跳转指令，通过跳转指令将调用原函数的程序跳转到补丁区的补丁函数中执行，这涉及到核同步操作。为实现在某些核异常的情况下依然能实现补丁功能，在补丁激活时，可以由操作核根据最新的同步掩码表向在位的从核发起同步消息。
参见图7，本发明实施例的补丁激活操作过程具体如下：
S21，操作核获取需要替换的函数信息。
操作核根据需要激活的补丁获取补丁函数信息，获取的信息包括：原函数地址，补丁函数在补丁区的地址等。
S22，操作核设置临时内存传递核间信息。
操作核申请一段临时内存，用来传递核间信息，所述传递的信息包括：需要无效的函数个数、函数地址以及函数对应的数据段，以及处于核私有内存的函数个数以及对应的跳转指令等信息。
S23，操作核根据核在位情况发起同步。
操作核根据最新的同步掩码表，获取核在位情况，给对应的从核发起同步消息，然后进入同步等待状态。在位的从核收到同步消息后，进入同步状态。
S24，同步期间，操作核与从核执行各自的同步操作。
操作核执行共享内存跳转指令的替换，保存在核私有内存的函数信息，然后等待从核操作结束。
从核关闭中断、死循环，等待操作核操作结束，然后无效对应共享内存的指令Cache与数据Cache，执行核私有内存跳转指令的替换，并向本核搬移私有数据。
S25，同步结束，操作核与从核执行各自的业务。
S26，对同步异常的处理。
若有从核在补丁操作阶段异常，没有参与同步操作，那么在该异常核在复位之前，将从同步掩码表中去除自身的同步掩码标志，并在该异常核复位之后，读取补丁区的数据备份区来恢复补丁状态，并在补丁状态恢复成功之后，将自身的同步掩码标志重新添加至同步掩码表。
综上所述，本发明实施例提供的多核在线补丁方法，通过将私有全局变量定义为结构体变量，能够确保补丁中的私有全局变量的访问性能不受影响；通过分离补丁中定义的共享全局变量和私有全局变量，对不同变量类型采用不同的映射方式，能够将补丁数据全部映射到共享内存的补丁区，并可实现软件维护高速缓存的一致性，避免了高速缓存冲突。进一步地，通过备份核私有内存的函数指令和核私有数据，使得异常核在复位后，能够根据补丁区的数据备份区自主恢复补丁状态；通过对补丁初始化时的同步掩码表的处理，在补丁激活时使得操作核可以根据最新的同步掩码表向在位的从核发起同步消息，能够实现同映像的某个核出现异常时仍然能够执行补丁操作。
为此，本发明实施例解决了硬件不支持地址映射，硬件不维护高速缓存一致性，应用程序需要同时使用私有全局变量和共享全局变量等场景的多核补丁问题。另外本发明实施例还实现了在某个核出现异常时，无需复位所有核来进行补丁操作，并且还实现了在某个核复位之后，补丁状态自主恢复的功能。
可以理解的是，本发明实施例不仅适用于电信级软件的多核DSP系统中，对所有无MMU映射功能的多核处理器同样适用。
相应于本发明的多核在线补丁方法实施例，参见图8，本发明还提供一种多核在线补丁装置实施例，包括：
变量分离单元81，用于分离补丁中定义的共享全局变量和私有全局变量；
映射单元82，用于将所述共享全局变量采用直接内存地址映射方式映射到补丁区的共享数据段，将所述私有全局变量采用用户指定变量地址映射方式映射到补丁区的私有数据段。
其中，所述变量分离单元81包括：
结构体定义模块，用于将补丁中的私有全局变量定义为结构体变量，且结构体大小为补丁区的每个核私有数据段大小；
魔术字分割模块，用于在所述结构体变量的成员变量定义完成后，对剩余空间使用魔术字分割，魔术字之前为有效数据；
放置模块，用于在补丁文件写作时，将补丁中的共享全局变量和所述私有全局变量放置在不同的数据段中。
通过变量分离单元81分离补丁中定义的共享全局变量和私有全局变量，映射单元82将所述共享全局变量采用直接内存地址映射方式映射到补丁区的共享数据段，将所述私有全局变量采用用户指定变量地址映射方式映射到补丁区的私有数据段，从而可以将补丁数据全部映射到共享内存的补丁区。并且由于对不同变量类型采用不同的映射方式，从而也实现了软件维护高速缓存的一致性，避免了高速缓存冲突。
进一步地，参见图9，本发明实施例的多核在线补丁装置还可以包括：
备份单元91，用于将核私有内存的函数指令和核私有数据备份到补丁区的数据备份区。
为此，补丁管理端在做补丁加载操作时，针对核私有数据，除了加载到对应的补丁区的每个核的私有数据段之外，还由备份单元91将核私有内存的函数指令和核私有数据备份到补丁区的数据备份区，从而补丁状态恢复时，私有数据也能够恢复。
进一步地，仍参见图9，发明实施例的多核在线补丁装置还可以包括：
掩码表处理单元92，用于补丁初始化时，对所有核配置同映像的同步掩码表，在多核中某个核进入异常时，若同步掩码表中存在该异常核，则从同步掩码表中去除所述异常核的同步掩码标志；在所述异常核复位之后，根据补丁区的数据备份区恢复补丁状态，并在补丁状态恢复成功之后，将去除的同步掩码标志重新添加至同步掩码表。以及
同步单元93，用于补丁激活时，操作核根据最新的同步掩码表向在位的从核发起同步消息。
为此，通过掩码表处理单元92对补丁初始化时的同步掩码表的处理，同步单元93在补丁激活时使得操作核可以根据最新的同步掩码表向在位的从核发起同步消息，能够实现同映像的某个核出现异常时仍然能够执行补丁操作。
本领域普通技术人员可以理解，本发明实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。其中，上述提到的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等等。
上述具体实施例并不用以限制本发明，对于本技术领域的普通技术人员来说，凡在不脱离本发明原理的前提下，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多核在线补丁方法，其特征在于，包括：
分离补丁中定义的共享全局变量和私有全局变量；
将所述共享全局变量采用直接内存地址映射方式映射到补丁区的共享数据段，将所述私有全局变量采用用户指定变量地址映射方式映射到补丁区的私有数据段。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分离补丁中定义的共享全局变量和私有全局变量包括：
将补丁中的私有全局变量定义为结构体变量，且结构体大小为补丁区的每个核私有数据段大小；
在所述结构体变量的成员变量定义完成后，对剩余空间使用魔术字分割，魔术字之前为有效数据；
在补丁文件写作时，将补丁中的共享全局变量和所述私有全局变量放置在不同的数据段中。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述私有全局变量采用用户指定变量地址映射方式映射到补丁区的私有数据段具体为：
提取所述私有全局变量的有效数据，并按照定义的结构体大小间隔，采用直接内存地址映射方式或者采用高速缓存总线访问地址映射方式分别映射到补丁区的每个核的私有数据段。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将核私有内存的函数指令和核私有数据备份到补丁区的数据备份区。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
补丁初始化时，对所有核配置同映像的同步掩码表；
在多核中某个核进入异常时，若同步掩码表中存在该异常核，则从同步掩码表中去除所述异常核的同步掩码标志；
在所述异常核复位之后，根据补丁区的数据备份区恢复补丁状态，并在补丁状态恢复成功之后，将去除的同步掩码标志重新添加至同步掩码表；
补丁激活时，操作核根据最新的同步掩码表向在位的从核发起同步消息。
6.一种多核在线补丁装置，其特征在于，包括：
变量分离单元，用于分离补丁中定义的共享全局变量和私有全局变量；
映射单元，用于将所述共享全局变量采用直接内存地址映射方式映射到补丁区的共享数据段，将所述私有全局变量采用用户指定变量地址映射方式映射到补丁区的私有数据段。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述变量分离单元包括：
结构体定义模块，用于将补丁中的私有全局变量定义为结构体变量，且结构体大小为补丁区的每个核私有数据段大小；
魔术字分割模块，用于在所述结构体变量的成员变量定义完成后，对剩余空间使用魔术字分割，魔术字之前为有效数据；
放置模块，用于在补丁文件写作时，将补丁中的共享全局变量和所述私有全局变量放置在不同的数据段中。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
备份单元，用于将核私有内存的函数指令和核私有数据备份到补丁区的数据备份区。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
掩码表处理单元，用于补丁初始化时，对所有核配置同映像的同步掩码表，在多核中某个核进入异常时，若同步掩码表中存在该异常核，则从同步掩码表中去除所述异常核的同步掩码标志，在所述异常核复位之后，根据补丁区的数据备份区恢复补丁状态，并在补丁状态恢复成功之后，将去除的同步掩码标志重新添加至同步掩码表。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
同步单元，用于补丁激活时，操作核根据所述掩码表处理单元处理的最新的同步掩码表向在位的从核发起同步消息。
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