CN106874128A - 数据传输方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数据传输方法，其包括：为宿主机的PCI虚拟设备分配宿主机的内存空间作为共享内存空间；为虚拟机安装所述PCI虚拟设备的驱动程序以建立虚拟机的内核地址空间与所述共享内存空间的地址映射关系；通过所述地址映射关系，实现虚拟机与宿主机的数据传输。与现有技术相比，本发明通过添加PCI虚拟设备和加载PCI设备驱动程序的方式，运用内存地址映射实现数据共享，显著提升了宿主机与虚拟机之间数据传输的效率。此外，本发明还提供了一种数据传输装置。

Description

数据传输方法及装置
技术领域
本发明涉及计算机软件技术领域，更具体地，涉及一种数据传输方法及装置。
背景技术
数据传输是数据从一个地方传送到另一个地方的通信过程，数据传输的方式有ftp文件服务、message推送等，这些基于网络链接的传输方式采用C/S交互模式，由服务器为客户端提供服务，客户端通过ip地址访问服务器，并通过连接服务器指定的端口进行消息交互，其优点是容易控制权限、安全性高、通用性比较强，但是这种传输方式需要服务器和客户端同时工作，当传输数据比较大的时候，严重占用网络宽带，可能导致连接超时，使得数据交互服务很不可靠，其并不适合于实时类业务。
在虚拟机技术中，客户机和宿主机之间通过建立网络链接进行数据传输，但网络链接的方案在传输过程中，除以上所述数据传输方式的缺点外，还存在需要经历多次的内存拷贝的问题，如：从客户机r3层(user mode)拷贝到客户机r0层(kernel mode)，从网络协议的上一层传递到下一层时增加包头而引发的拷贝等，过多的内存拷贝必然导致传输效率降低，如果是针对大数据传输，效率会更低，甚至直接影响各功能应用的性能。
有鉴于此，有必要提供一种能够解决上述技术问题的数据传输方法及装置。
发明内容
本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种传输效率高、能够满足大量数据高速传输的实时类业务需求的数据传输方法及装置。
为了实现上述目的，本发明提供了一种数据传输方法，其包括以下步骤：
为宿主机的PCI虚拟设备分配宿主机的内存空间作为共享内存空间；
为虚拟机安装所述PCI虚拟设备的驱动程序以建立虚拟机的内核地址空间与所述共享内存空间的地址映射关系；
通过所述地址映射关系，实现虚拟机与宿主机的数据传输。
优选地，所述通过地址映射关系，实现虚拟机与宿主机的数据传输，包括：将数据从虚拟机用户层写入所述共享内存空间，并根据所述地址映射关系将所述数据的位置信息传递给宿主机的PCI虚拟设备。
优选地，所述根据地址映射关系将数据的位置信息传递给宿主机，包括：通过设备控制接口函数ioCtl将所述数据的位置信息从虚拟机用户层传递到虚拟机内核层；根据所述地址映射关系，通过读写端口函数ioPort将所述数据的位置信息从虚拟机内核层传递到宿主机的PCI虚拟设备。
优选地，所述通过地址映射关系，实现虚拟机与宿主机的数据传输，包括：将数据从宿主机写入所述共享内存空间，并根据所述地址映射关系将所述数据的位置信息传递给虚拟机用户层。
优选地，所述根据地址映射关系将数据的位置信息传递给虚拟机用户层，包括：根据所述地址映射关系，通过中断请求IRQ方式将所述数据的位置信息从PCI虚拟设备传递到虚拟机内核层；通过设备控制接口函数ioCtl将所述数据的位置信息从虚拟机内核层传递到虚拟机用户层。
优选地，所述数据的位置信息包括数据头的映射地址偏移量和数据的长度。
优选地，所述虚拟机采用Android操作系统。
为了实现上述目的，本发明还提供了一种数据传输装置，其包括：
分配内存模块，用于为宿主机的PCI虚拟设备分配宿主机的内存空间作为共享内存空间；
建立关系模块，用于为虚拟机安装所述PCI虚拟设备的驱动程序以建立虚拟机的内核地址空间与所述共享内存空间的地址映射关系；
传输数据模块，用于通过所述地址映射关系，实现虚拟机与宿主机的数据传输。
优选地，所述通过地址映射关系，实现虚拟机与宿主机的数据传输，包括：将数据从虚拟机用户层写入所述共享内存空间，并根据所述地址映射关系将所述数据的位置信息传递给宿主机的PCI虚拟设备。
优选地，所述通过地址映射关系，实现虚拟机与宿主机的数据传输，包括：将数据从宿主机写入所述共享内存空间，并根据所述地址映射关系将所述数据的位置信息传递给虚拟机用户层。
优选地，所述数据的位置信息包括数据头的映射地址偏移量和数据的长度。
与现有技术相比，本发明数据传输方法及装置的技术效果包括但不限于：
第一，通过添加PCI虚拟设备和加载PCI设备驱动程序的方式，实现宿主机与虚拟机之间的内存共享，流程清晰，实施简单方便，通用性强，扩展性好，效率高。
第二，采用共享内存的方式，运用内存地址映射实现数据共享，显著提升了宿主机与虚拟机之间数据传输的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明数据传输方法的流程图。
图2为本发明数据传输方法的工作原理的示意图。
图3为本发明数据传输装置的模块框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将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。
在本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的描述的一些流程中，包含了按照特定顺序出现的多个操作，但是应该清楚了解，这些操作可以不按照其在本文中出现的顺序来执行或并行执行，操作的序号如101、102等，仅仅是用于区分开各个不同的操作，序号本身不代表任何的执行顺序。另外，这些流程可以包括更多或更少的操作，并且这些操作可以按顺序执行或并行执行。
下面将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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明数据传输方法包括以下步骤：
步骤101，为宿主机的PCI(Peripheral Component Interconnect，外设部件互连标准)虚拟设备分配宿主机的内存空间作为共享内存空间；
步骤102，为虚拟机安装所述PCI虚拟设备的驱动程序以建立虚拟机的内核地址空间与所述共享内存空间的地址映射关系；
步骤103，通过所述地址映射关系，实现虚拟机与宿主机的数据传输。
以下的实施例中，由安装于PC机(即宿主机)的virtualbox软件产生虚拟机，虚拟机采用android操作系统，给出在虚拟机与宿主机之间传输数据的详细过程。需要说明的是，本发明的方法也可以应用于其它的宿主机和虚拟机、以及其它操作系统环境。
实施例1
请参阅图2，本实施例介绍虚拟机向宿主机传输数据的方法。
步骤201，分配宿主机的内存空间作为共享内存空间。
启动virtualbox，在virtualbox的基础上添加PCI虚拟设备，PCI虚拟设备在宿主机上分配一块内存空间成为PCI设备地址空间，作为共享内存空间。其中，PCI是目前计算机系统中应用最为广泛的一种通用总线接口规范。PCI设备指插在PCI插槽上的设备，PCI设备拥有设备地址空间。由于PCI虚拟设备是虚拟的，因此PCI虚拟设备的设备地址空间是宿主机的内存地址空间。本实施例中分配的宿主机的内存空间大小为64M，最小单元为4K。
步骤202，建立虚拟机r0层(kernel mode，内核层)驱动程序与PCI虚拟设备之间的联系，实现虚拟机r0层与宿主机之间的内存共享。
在virtualbox中加载android操作系统，在虚拟机中安装PCI虚拟设备的驱动程序，驱动程序通过ioremap函数将PCI设备地址空间(即共享内存空间)映射到虚拟机r0层地址空间，由此建立虚拟机r0层驱动程序与PCI虚拟设备之间的联系，实现虚拟机r0层与宿主机之间的内存共享。
步骤203，建立虚拟机r3层(user mode，用户层)应用程序与虚拟机r0层驱动程序之间的联系，实现虚拟机r3层与宿主机之间的内存共享。
启动虚拟机中的应用程序，android操作系统通过mmap函数将上述虚拟机r0层地址空间映射到虚拟机r3层地址空间，由此建立虚拟机r0层驱动程序与虚拟机r3层应用程序之间的联系，实现虚拟机r3层与宿主机之间的内存共享，最终实现PCI虚拟设备、虚拟机r0层和虚拟机r3层三者在宿主机上开辟的物理内存的内存共享。
步骤204，将数据从虚拟机r3层写入共享内存空间，并将数据的位置信息传递给PCI虚拟设备。
当虚拟机向宿主机传输数据时，首先由虚拟机r3层的应用程序将数据写入共享内存空间，再将数据位置信息传递给PCI虚拟设备，最后PCI虚拟设备将数据位置信息传递到宿主机中需要使用数据的地方。数据位置信息包括数据头的映射地址偏移量和数据的长度。
记数据头在虚拟PCI设备的映射地址为地址A，数据头在虚拟机r0层的映射地址为地址B，数据头在虚拟机r3层的映射地址为地址C。
虚拟机r3层的应用程序通过设备控制接口函数ioCtl操作告诉驱动程序，有一块数据需要传递给宿主机，并将地址C与地址B之间的偏移量，以及数据长度通知虚拟机r0层的驱动程序。虚拟机r0层的驱动程序通过读写端口函数ioPort操作告知PCI虚拟设备，有数据投递过来，并将地址B与地址A之间的偏移量，以及数据长度通知PCI虚拟设备。
步骤205，PCI虚拟设备将数据传输给宿主机。
PCI虚拟设备将共享内存空间中的数据传输到宿主机中需要使用数据的地方，例如渲染加速、文件共享、按键模拟等。使用完数据后，宿主机将分配的共享内存空间释放。
实施例2
请参阅图2，本实施例介绍宿主机向虚拟机传输数据的方法。
步骤301，分配宿主机的内存空间作为共享内存空间。
启动virtualbox，在virtualbox的基础上添加PCI虚拟设备，PCI虚拟设备在宿主机上分配一块内存空间成为PCI设备地址空间，作为共享内存空间。其中，PCI是目前计算机系统中应用最为广泛的一种通用总线接口规范。PCI设备指插在PCI插槽上的设备，PCI设备拥有设备地址空间。由于PCI虚拟设备是虚拟的，因此PCI虚拟设备的设备地址空间是宿主机的内存地址空间。本实施例中分配的宿主机的内存空间大小为64M，最小单元为4K。
步骤302，建立虚拟机r0层驱动程序与PCI虚拟设备之间的联系，实现虚拟机r0层与宿主机之间的内存共享。
在virtualbox中加载android操作系统，在虚拟机中安装PCI虚拟设备的驱动程序，驱动程序通过ioremap函数将PCI设备地址空间(即共享内存空间)映射到虚拟机r0层地址空间，由此建立虚拟机r0层驱动程序与PCI虚拟设备之间的联系，实现虚拟机r0层与宿主机之间的内存共享。
步骤303，建立虚拟机r3层应用程序与虚拟机r0层驱动程序之间的联系，实现虚拟机r3层与宿主机之间的内存共享。
启动虚拟机中的应用程序，android操作系统通过mmap函数将上述虚拟机r0层地址空间映射到虚拟机r3层地址空间，由此建立虚拟机r0层驱动程序与虚拟机r3层应用程序之间的联系，实现虚拟机r3层与宿主机之间的内存共享，最终实现PCI虚拟设备、虚拟机r0层和虚拟机r3层三者在宿主机上开辟的物理内存的内存共享。
步骤304，将数据从宿主机写入共享内存空间，并将数据的位置信息传递到虚拟机r3层。
当宿主机向虚拟机传输数据时，首先由宿主机将数据写入共享内存空间，再将数据位置信息传递到虚拟机r3层应用程序。数据位置信息包括数据头的映射地址偏移量和数据的长度。
记数据头在虚拟PCI设备的映射地址为地址A，数据头在虚拟机r0层的映射地址为地址B，数据头在虚拟机r3层的映射地址为地址C。
PCI虚拟设备通过触发IRQ(Interrupt Request，中断请求)告诉虚拟机r0层的驱动程序，有数据到达，并将地址A与地址B之间的偏移量，以及数据长度通知虚拟机r0层的驱动程序。虚拟机r0层的驱动程序通过设备控制接口函数ioCtl操作告知虚拟机r3层的应用程序，有数据到达，并将地址B与地址C之间的偏移量，以及数据长度通知虚拟机r3层应用程序。应用程序根据数据位置信息读取共享内存空间中的数据，使用完数据后，释放共享内存空间。
请参阅图3，本发明功能接口远程调用响应装置包括：
分配内存模块，用于为宿主机的PCI虚拟设备分配宿主机的内存空间作为共享内存空间；
建立关系模块，用于为虚拟机安装所述PCI虚拟设备的驱动程序以建立虚拟机的内核地址空间与所述共享内存空间的地址映射关系；
传输数据模块，用于通过所述地址映射关系，实现虚拟机与宿主机的数据传输。
分配内存模块、建立关系模块和传输数据模块的工作过程分别对应于本发明数据传输方法的步骤101、102和103，此处不再赘述。
结合以上对本发明的详细描述可以看出，本发明在虚拟机和宿主机之间传输数据的整个过程，其实质是在宿主机分配一块共享内存空间，建立共享内存空间在虚拟机r3层、虚拟机r0层和PCI虚拟设备三者上的地址空间映射关系，然后将需要传输的数据写入到共享内存空间中，最后逐级传递数据头在两两之间的映射地址偏移量和数据长度，从而实现数据和内存的共享，直接操作内存映射文件快速进行大数据传输。由于内存映射文件是进行单机数据共享的最底层机制，通过内存共享，避免了传统方式中宿主机和虚拟机之间传输数据时频繁的拷贝过程，直接通过地址映射获取数据，以较小的开销获取较高的性能。
与现有技术相比，本发明功能接口远程调用及其响应的方法和装置至少具有以下有益的技术效果：
第一，通过添加PCI虚拟设备和加载PCI设备驱动程序的方式，实现宿主机与虚拟机之间的内存共享，流程清晰，实施简单方便，通用性强，扩展性好，效率高。
第二，采用共享内存的方式，运用内存地址映射实现数据共享，显著提升了宿主机与虚拟机之间数据传输的效率。
第三，建立高效快速的大数据传输通道，极大提升了宿主机和虚拟机中各重要功能运行的效率和性能，尤其是渲染加速、文件共享、按键模拟等功能的性能，以及android模拟器的整体性能。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。
以上对本发明所提供的功能接口远程调用及其响应的方法和装置进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种数据传输方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
为宿主机的PCI虚拟设备分配宿主机的内存空间作为共享内存空间；
为虚拟机安装所述PCI虚拟设备的驱动程序以建立虚拟机的内核地址空间与所述共享内存空间的地址映射关系；
通过所述地址映射关系，实现虚拟机与宿主机的数据传输。
2.如权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于：所述通过地址映射关系，实现虚拟机与宿主机的数据传输，包括：
将数据从虚拟机用户层写入所述共享内存空间，并根据所述地址映射关系将所述数据的位置信息传递给宿主机的PCI虚拟设备。
3.如权利要求2所述的数据传输方法，其特征在于：所述根据地址映射关系将数据的位置信息传递给宿主机的PCI虚拟设备，包括：
通过设备控制接口函数ioCtl将所述数据的位置信息从虚拟机用户层传递到虚拟机内核层；
根据所述地址映射关系，通过读写端口函数ioPort将所述数据的位置信息从虚拟机内核层传递到宿主机的PCI虚拟设备。
4.如权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于：所述通过地址映射关系，实现虚拟机与宿主机的数据传输，包括：
将数据从宿主机写入所述共享内存空间，并根据所述地址映射关系将所述数据的位置信息传递给虚拟机用户层。
5.如权利要求4所述的数据传输方法，其特征在于：所述根据地址映射关系将数据的位置信息传递给虚拟机用户层，包括：
根据所述地址映射关系，通过中断请求IRQ方式将所述数据的位置信息从PCI虚拟设备传递到虚拟机内核层；
通过设备控制接口函数ioCtl将所述数据的位置信息从虚拟机内核层传递到虚拟机用户层。
6.如权利要求2-5中任一项所述的数据传输方法，其特征在于：所述数据的位置信息包括数据头的映射地址偏移量和数据的长度。
7.如权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于：所述虚拟机采用Android操作系统。
8.一种数据传输装置，其特征在于：包括：
分配内存模块，用于为宿主机的PCI虚拟设备分配宿主机的内存空间作为共享内存空间；
建立关系模块，用于为虚拟机安装所述PCI虚拟设备的驱动程序以建立虚拟机的内核地址空间与所述共享内存空间的地址映射关系；
传输数据模块，用于通过所述地址映射关系，实现虚拟机与宿主机的数据传输。
9.如权利要求8所述的数据传输装置，其特征在于：所述通过地址映射关系，实现虚拟机与宿主机的数据传输，包括：
将数据从虚拟机用户层写入所述共享内存空间，并根据所述地址映射关系将所述数据的位置信息传递给宿主机的PCI虚拟设备。
10.如权利要求8所述的数据传输装置，其特征在于：所述通过地址映射关系，实现虚拟机与宿主机的数据传输，包括：
将数据从宿主机写入所述共享内存空间，并根据所述地址映射关系将所述数据的位置信息传递给虚拟机用户层。
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