CN107656826B - 一种基于ipc动态维护技术的面向对象用电信息采集终端 - Google Patents

一种基于ipc动态维护技术的面向对象用电信息采集终端 Download PDF

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Abstract

一种基于IPC动态维护技术的面向对象用电信息采集终端，在全局存储空间内建立IPC公告板，所述IPC公告板内存储每一个线程或进程的IPC公告信息，具体包括每一个进程或线程的任务名、PID标识、消息接收槽、消息数以及待处理消息数。在发送或接收到消息时，各线程或进程通过自己的消息管理器对象查询或更新相应的IPC公告信息。由此，通过本发明，用电信息采集终端内各进程或线程均可获知接收其消息的进程或线程的状态，并根据IPC公告信息进行进程/线程间的消息交互。本发明可有效避免进程/线程间消息交互过程中出现的错误，减少维护工作量，提高进程/线程间消息交互的效率。

Description

一种基于IPC动态维护技术的面向对象用电信息采集终端
技术领域
本发明涉及进程间通信控制技术，尤其涉及一种针对Linux系统的进程间通信(IPC)动态维护技术。
背景技术
进程间通信(IPC)接口主要用于应用程序、平台内建服务之间交换信息，或者请求服务提供者执行特定的工作。应用于嵌入式Linux操作系统时，由于Linux操作系统下，执行程序可剪裁，消息发送线程无法获知消息接收进程或线程是否存在，因而时常会出现死机。
目前，进程间通信技术主要存在四种实现方式：管道、TCP、消息队列和UDP。其中，管道和TCP方式要求进程间通信的建立者始终存在，一旦进程间通信的建立者退出则需要通信消息接收进程或线程进行大量的工作。这两种方式下，需要通过信号量实现进程间同步保护，需要申请内存作为通信双方的共享内存，且要求通信双方同步并维护大量的内存ID和信号量。管道和TCP方式维护要求较高，且每时刻只允许一方访问信号量数据，无法进行多进程/线程间的交互。
相对前两种方式，消息队列和UDP方式不要求通信消息接收进程或线程一定存在，更易维护。其中，消息队列由操作系统内建，响应时间更短更高效，可选择阻塞或非阻塞方式进行发送和接收；但其阻塞时无法超时，不能多路复用，崩溃时清理困难，通信消息接收进程或线程崩溃时无法被感知。而UDP方式同样由操作系统内建，可选择柱塞或非柱塞方式进行发送和接收，且这种方式可实现多路复用，接收时可设置超时，崩溃时无需清理；然而，其缺陷在于：相对于消息队列方式，UDP方式效率较低，且同样的，通信消息接收进程或线程崩溃时无法被感知。
然而，现有的IPC技术，在Linux系统环境下存在以下难题：
1)对于消息发送进程或线程来说，其无法确认消息接收进程或线程是否存在。整个终端的执行程序是可裁剪的，有些进程或线程被裁剪而不存在，或者存在但由于某种异常该进程或线程被锁死。但无论哪种情况，消息发送进程或线程都无法获知消息接收进程或线程的状态。
2)对于消息接收进程或线程来说，其无法获知消息发送进程或线程的信息。
3)对于消息发送进程或线程和消息接收进程或线程来说，他们都需要在消息发送前知道消息接收的运行状态。
4)对于消息接收进程或线程来说，如果其进程或线程退出(如临时任务)，无法保证消息发送进程或线程为其他请求者提供的服务不受影响。
因此，目前急需一种针对Linux系统的进程间通信(IPC)技术，能够及时获知进程或线程的运行状态，并进行相应维护。
发明内容
为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种针对Linux系统的进程/线程间通信动态维护方法、通信方法及使用该方法的用电信息采集终端。
首先，为实现上述目的，提出一种针对Linux系统的进程/线程间通信动态维护方法，包括以下步骤：
第一步，每个进程或线程启动或重启，获得所述Linux系统随机分配的PID标识后，生成该进程或线程的IPC公告信息，全局注册所述IPC公告信息；
第二步，各进程或线程发送消息时，先查询所述IPC公告信息，获取接收该消息的进程或线程的IPC公告信息；按照接收该消息的进程或线程的IPC公告信息组帧并发送所述消息，更新所述IPC公告信息；
第三步，各进程或线程通过其IPC公告信息所对应的消息接收槽接收消息，响应并处理所述消息。
进一步，上述的动态维护方法中，所述IPC公告信息包括：所述进程或线程的任务名、PID标识、消息接收槽、消息数以及待处理消息数。
同时，上述的动态维护方法中，所述消息接收槽为所述Linux系统中进程或线程对应的UDP侦听端口号。
具体的，上述动态维护方法的所述第二步中，更新所述IPC公告信息的步骤包括：将所述进程或线程的任务名对应的消息数以及待处理消息数分别递增加1。
其次，为实现上述目的，还提出一种针对Linux系统的进程/线程间通信方法，包括：
S1，每启动一个进程或线程，均创建一个消息管理器对象为所述进程或线程分配PID标识，根据所述进程或线程的任务名、PID标识、消息接收槽、消息数以及待处理消息数生成该进程或线程的IPC公告信息，全局注册所述IPC公告信息；
S2，若进程或线程需发送消息，则先通过所述消息管理器对象查询所述IPC公告信息，获取接收该消息的进程或线程的待处理消息数，若所述待处理消息数大于A，或无法查找到接收该消息的进程或线程，则跳转至S3；否则，跳转至S4；
S3，进入异常处理流程；
S4，发送消息的进程或线程的消息管理器对象将需发送的消息组帧，并向接收该消息的进程或线程的消息接收槽发送所述帧，递增并更新接收该消息的进程或线程的消息数和待处理消息数；
S5，若进程或线程的消息接收槽接收到消息，则响应并处理所述消息。
进一步，上述的进程/线程间通信方法的所述S4步骤中，消息管理器对象将需发送的消息组帧的标准为：所述Linux系统定义的内部通讯协议。
再进一步，上述的进程/线程间通信方法的所述S5步骤中，所述进程或线程的消息接收槽以阻塞方式工作：设置超时时间，每经历一个超时时间或接收到消息时，响应并处理所述消息接收槽接收的消息；否则挂起该线程或进程。
更进一步，本发明基于上述方法，还同时提出一种用电信息采集终端，包括CPU以及存储单元，所述CPU包括至少一个线程或进程，每一个所述线程或进程均包括至少一个消息管理器对象；
所述存储单元内的全局存储空间内为全部线程或进程建立IPC公告板，所述IPC公告板内存储每一个线程或进程的IPC公告信息，所述IPC公告信息包括所述进程或线程的任务名、PID标识、消息接收槽、消息数以及待处理消息数；所述IPC公告信息由所述线程或进程的消息管理器对象更新并管理。
具体的，上述用电信息采集终端中，所述IPC公告板以动态数组形式存储所述IPC公告信息，每启动或重启一个线程或进程均根据该线程或进程在所述IPC公告板内注册一个IPC公告信息，在结束该进程或线程时更新所述IPC公告板，删除该进程或线程所对应的IPC公告信息。
有益效果
本发明，在全局存储空间内建立IPC公告板，利用所述IPC公告板为每一个线程或进程存储其IPC公告信息。在发送或接收到消息时，各线程或进程通过自己的消息管理器对象查询或更新相应的IPC公告信息。由此，通过本发明，用电信息采集终端内各进程或线程均可获知接收其消息的进程或线程的状态，并根据IPC公告信息进行进程/线程间的消息交互。本发明可有效避免进程/线程间消息交互过程中出现的错误，减少维护工作量，提高进程/线程间消息交互的效率。
进一步，上述的IPC公告信息具体包括每一个进程或线程的任务名、PID标识、消息接收槽、消息数以及待处理消息数。本发明通过动态数组的形式存储并更新所述IPC公告信息，在各进程或线程启动、重启、发送消息或删除时均对上述信息进行相应更新。这样的设计可以有效利用全局存储空间，提高系统的运行效率，节约系统资源。
再进一步，本发明还设有异常处理流程和超时时间，可进一步在查找进程或线程过程中出错，或该线程/进程待处理消息数目过多，或未到达响应时间时，对消息进行相应处理或直接挂起。这样的设计可进一步压缩各进程或线程对系统资源的占用，进一步提高系统利用效率，减少系统维护的工作量。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为用电信息采集终端中三种消息循环的通信关系示意图；
图2为根据本发明的基于IPC动态维护技术进程/线程间通信方法的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为根据本发明的用电信息采集终端中三种消息循环的通信关系示意图。根据消息循环位置的不同，有如下三种不同的通信模型:
模型1，一个进程只有一个消息处理循环，消息由主线程分发到各个线程；
模型2，一个进程的每个线程都有自己的消息处理循环；
模型3，第三种为以上两种的混合体，消息由主线程分发到各个线程，并且有的线程有自己的消息处理循环。
以图2所示进程/线程间通信方式为例，说明本发明的具体工作原理。
本发明首先提出的针对Linux系统的进程/线程间通信动态维护方法，包括以下步骤：
第一步，每个进程或线程启动或重启，获得所述Linux系统随机分配的PID标识后，生成该进程或线程的IPC公告信息，全局注册所述IPC公告信息；
第二步，各进程或线程发送消息时，先查询所述IPC公告信息，获取接收该消息的进程或线程的IPC公告信息；按照接收该消息的进程或线程的IPC公告信息组帧并发送所述消息，更新所述IPC公告信息；
第三步，各进程或线程通过其IPC公告信息所对应的消息接收槽接收消息，响应并处理所述消息。
进一步，上述的动态维护方法中，所述IPC公告信息包括：所述进程或线程的任务名(即图2中taskname)、PID标识(即图2中taskid)、消息接收槽(即图2中slot)、消息数(即图2中total)以及待处理消息数(即图2中waiting)。
同时，上述的动态维护方法中，所述消息接收槽为所述Linux系统中进程或线程对应的UDP侦听端口号。UDP协议全称是用户数据报协议，在网络中它与TCP协议一样，用于处理数据包，是一种无连接的协议。UDP协议使用(侦听)端口号为不同的应用保留其各自的数据传输通道，实现在同一时刻内对多项应用同时发送和接收数据：数据发送一方(可以是客户端或服务器端)将UDP数据包通过源端口发送出去，而数据接收一方则通过目标端口接收数据。使用过程中，通过UDP报头的2个字节区分端口号(端口号的有效范围是从0到65535，一般来说，大于49151的端口号都代表动态端口)。网络应用可通过这两个字节获取预先为其预留或注册的静态端口；或使用未被注册的动态端口。
具体的，上述动态维护方法的所述第二步中，更新所述IPC公告信息的步骤包括：将所述进程或线程的任务名对应的消息数以及待处理消息数分别递增(即，将所述进程或线程的任务名对应的消息数以及待处理消息数分别加1)。
其次，为实现上述目的，还提出一种针对Linux系统的进程/线程间通信方法，包括：
S1，每启动一个进程或线程，均创建一个消息管理器对象为所述进程或线程分配PID标识，根据所述进程或线程的任务名、PID标识、消息接收槽、消息数以及待处理消息数生成该进程或线程的IPC公告信息，全局注册所述IPC公告信息；
S2，若进程或线程需发送消息，则先通过所述消息管理器对象查询所述IPC公告信息，获取接收该消息的进程或线程的待处理消息数，若所述待处理消息数大于A，或无法查找到接收该消息的进程或线程，则跳转至S3；否则，跳转至S4；
S3，进入异常处理流程；
S4，发送消息的进程或线程的消息管理器对象(作为IPC注册，收，发的管理者)将需发送的消息组帧，并向接收该消息的进程或线程的消息接收槽发送所述帧，递增并更新接收该消息的进程或线程的消息数和待处理消息数；
S5，若进程或线程的消息接收槽接收到消息(即，通过ImsgRecv函数收消息，函数返回值非空则表示接收到数据，该返回值即数据buf的地址；否则，无接收数据)，则响应并处理所述消息。
进一步，上述的进程/线程间通信方法的所述S4步骤中，消息管理器对象将需发送的消息组帧的标准为：所述Linux系统定义的内部通讯协议。内部通讯协议由终端制造商内部定义，对外保密。
再进一步，上述的进程/线程间通信方法的所述S5步骤中，所述进程或线程的消息接收槽以阻塞方式工作：设置超时时间，每经历一个超时时间(或称为阻塞时间参数)或接收到消息时，响应并处理所述消息接收槽接收的消息；否则挂起该线程或进程，Linux系统可以处理别的任务，保证了系统的负载率最轻。
更进一步，本发明基于上述方法，还同时提出一种用电信息采集终端，包括CPU以及存储单元，所述CPU包括至少一个线程或进程，每一个所述线程或进程均包括至少一个消息管理器对象；
所述存储单元内的全局存储空间内为全部线程或进程建立IPC公告板，所述IPC公告板内存储每一个线程或进程的IPC公告信息，所述IPC公告信息包括所述进程或线程的任务名、PID标识、消息接收槽、消息数以及待处理消息数；所述IPC公告信息由所述线程或进程的消息管理器对象更新并管理。
具体的，上述用电信息采集终端中，所述IPC公告板以动态数组形式存储所述IPC公告信息，每启动或重启一个线程或进程均根据该线程或进程在所述IPC公告板内注册一个IPC公告信息，在结束该进程或线程时更新所述IPC公告板，删除该进程或线程所对应的IPC公告信息，保证了资源不会被浪费。
具体对应至图2所示的一个进程时：
进程A在启动或重启时，在获得所述Linux系统随机分配的PID标识后，根据该PID标识，生成其对应的IPC公告信息，并将该IPC公告信息以动态数组的形式进行全局注册。进程A的消息发送对象(进程C)亦然。以进程C为例，其注册的IPC公告信息包括进程C的任务名(taskname＝SysComm)、PID标识(taskid＝TASK_SYS_COMM)、消息接收槽(slot＝3001)、消息数(total，本实施例中为9)以及待处理消息数(waiting，本实施例中为0)。
进程A在调用MsgSend函数向进程C发送消息时，首先通过TASK_SYS_COMM查找到进程C的IPC公告信息，获得其消息接收槽slot为3001。然后按照接收该消息的进程C的IPC公告信息组帧并发送所述消息。最后更新所述进程C的IPC公告信息为消息数递增1(total值更新为10)以及待处理消息数递增1(waiting值更新为1)。
本发明技术方案的优点主要体现在：在全局存储空间内建立IPC公告板，所述IPC公告板内存储每一个线程或进程的IPC公告信息。该IPC公告信息具体包括每一个进程或线程的任务名、PID标识、消息接收槽、消息数以及待处理消息数。在发送或接收到消息时，各线程或进程通过自己的消息管理器对象查询或更新相应的IPC公告信息。由此，通过本发明，用电信息采集终端内各进程或线程均可获知接收其消息的进程或线程的状态，并根据IPC公告信息进行进程/线程间的消息交互。本发明可有效避免进程/线程间消息交互过程中出现的错误，减少维护工作量，提高进程/线程间消息交互的效率。
本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，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 (8)

1.一种针对Linux系统的进程/线程间通信动态维护方法，其特征在于，步骤包括：
第一步，每个进程或线程启动或重启，获得所述Linux系统随机分配的PID标识后，生成该进程或线程的IPC公告信息，全局注册所述IPC公告信息；
第二步，各进程或线程发送消息时，先查询所述IPC公告信息，获取接收该消息的进程或线程的IPC公告信息；按照接收该消息的进程或线程的IPC公告信息组帧并发送所述消息，更新所述IPC公告信息；
第三步，各进程或线程通过其IPC公告信息所对应的UDP侦听端口接收消息，响应并处理所述消息。
2.如权利要求1所述的针对Linux系统的进程/线程间通信动态维护方法，其特征在于，所述IPC公告信息包括：所述进程或线程的任务名、PID标识、UDP侦听端口号、消息数以及待处理消息数。
3.如权利要求1所述的针对Linux系统的进程/线程间通信动态维护方法，其特征在于，所述第二步中，更新所述IPC公告信息的步骤包括：将所述进程或线程的任务名对应的消息数以及待处理消息数分别递增加1。
4.一种针对Linux系统的进程/线程间通信方法，其特征在于，步骤包括：
S1，每启动一个进程或线程，均创建一个消息管理器对象为所述进程或线程分配PID标识，根据所述进程或线程的任务名、PID标识、UDP侦听端口号、消息数以及待处理消息数生成该进程或线程的IPC公告信息，全局注册所述IPC公告信息；
S2，若进程或线程需发送消息，则先通过所述消息管理器对象查询所述IPC公告信息，获取接收该消息的进程或线程的待处理消息数，若所述待处理消息数大于A，或无法查找到接收该消息的进程或线程，则跳转至S3；否则，跳转至S4；
S3，进入异常处理流程；
S4，发送消息的进程或线程的消息管理器对象将需发送的消息组帧，并向接收该消息的进程或线程的UDP侦听端口发送所述帧，递增并更新接收该消息的进程或线程的消息数和待处理消息数；
S5，若进程或线程的UDP侦听端口接收到消息，则响应并处理所述消息。
5.如权利要求4所述的针对Linux系统的进程/线程间通信方法，其特征在于，所述S4步骤中，消息管理器对象将需发送的消息组帧的标准为：所述Linux系统定义的内部通讯协议。
6.如权利要求4所述的针对Linux系统的进程/线程间通信方法，其特征在于，所述S5步骤中，所述进程或线程的UDP侦听端口以阻塞方式工作：设置超时时间，每经历一个超时时间或接收到消息时，响应并处理所述UDP侦听端口接收的消息；否则挂起该线程或进程。
7.一种用电信息采集终端，其特征在于，包括CPU以及存储单元，所述CPU包括至少一个线程或进程，每一个所述线程或进程均包括至少一个消息管理器对象；所述存储单元内的全局存储空间内为全部线程或进程建立IPC公告板，所述IPC公告板内存储每一个线程或进程的IPC公告信息，所述IPC公告信息包括所述进程或线程的任务名、PID标识、UDP侦听端口号、消息数以及待处理消息数；所述IPC公告信息由所述线程或进程的消息管理器对象更新并管理。
8.如权利要求7所述的用电信息采集终端，其特征在于，所述IPC公告板以动态数组形式存储所述IPC公告信息，每启动或重启一个线程或进程均根据该线程或进程在所述IPC公告板内注册一个IPC公告信息，在结束该进程或线程时更新所述IPC公告板，删除该进程或线程所对应的IPC公告信息。
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