CN107992752A - 一种数据处理方法、装置及计算机设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种数据处理方法、装置及计算机设备，其中，数据处理方法包括：接收来自内部通信进程的数据，并对数据进行逻辑运算操作，其中，逻辑运算操作包括数据同步比较操作；将经过逻辑运算操作后的数据返回至内部通信进程；将在逻辑运算操作过程中生成的维护数据发送至维护通信进程。通过本发明，可以提高安全计算机系统的安全性。

Description

一种数据处理方法、装置及计算机设备
技术领域
本发明涉及通信领域，具体地，涉及一种数据处理方法、装置及计算机设备。
背景技术
安全计算机系统由安全计算机和非安全计算机组成，安全计算机部署安全相关业务，非安全计算机部署非安全相关业务。在现有的安全计算机系统中，多采用二乘二取二安全计算机结构，双套冗余设计，两系均承担安全功能。
随着铁路信号技术的发展，地面信号系统逻辑运算单元承载的业务量越来越庞大且复杂，逻辑运算软件平台需要提供足够的运算性能和数据吞吐能力，这就导致了对软件平台的各项性能要求非常高，目前的安全计算机平台已不能满足此类需求，从而无法保证安全计算机系统的安全性。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的是提供一种数据处理方法、装置及计算机设备，以解决上述提及的至少一个问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种数据处理方法，该方法包括：接收来自内部通信进程的数据，并对数据进行逻辑运算操作，其中，逻辑运算操作包括数据同步比较操作；将经过逻辑运算操作后的数据返回至内部通信进程；将在逻辑运算操作过程中生成的维护数据发送至维护通信进程。
具体地，对数据进行逻辑运算操作包括：将数据进行系统内和系统间的同步比较操作；将经过同步比较操作后的数据进行封装；将封装后的数据在预定通道上发送。
在接收来自内部通信进程的数据之前，上述方法还包括：内部通信进程接收来自系统内、系统间以及系统之外的数据；将接收的来自系统内、系统间以及系统之外的数据进行分帧层解析；将进行分帧层解析后的数据在预定通道上发送。
将经过逻辑运算操作后的数据返回至内部通信进程之后，上述方法还包括：内部通信进程根据输出数据指令将数据进行协议封装后发送。
根据本发明的另一方面，提供了一种数据处理装置，该装置包括：内部通信单元、逻辑运算单元、逻辑运算数据发送单元以及维护数据发送单元，其中，逻辑运算单元，用于接收来自内部通信进程的数据，并对数据进行逻辑运算操作，其中，逻辑运算操作包括数据同步比较操作；逻辑运算数据发送单元，用于将经过逻辑运算操作后的数据返回至内部通信进程；维护数据发送单元，用于将在逻辑运算操作过程中生成的维护数据发送至维护通信进程。
具体地，上述逻辑运算单元包括：同步比较模块，用于将数据进行系统内和系统间的同步比较操作；数据封装模块，用于将经过同步比较操作后的数据进行封装；第一封装数据发送模块，用于将封装后的数据在预定通道上发送。
上述内部通信单元包括：数据接收模块，用于接收来自系统内、系统间以及系统之外的数据；数据解析模块，用于将接收的来自系统内、系统间以及系统之外的数据进行分帧层解析；解析数据发送模块，用于将进行分帧层解析后的数据在预定通道上发送。
优选地，上述内部通信单元还包括：第二封装数据发送模块，用于根据输出数据指令将数据进行协议封装后发送。
根据本发明的还一方面，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述的方法。
根据本发明的又一方面，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有执行上述的计算机程序。
通过本发明提供的技术方案，可以提高安全计算机系统的安全性。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1是安全计算机系统的结构图；
图2是根据本发明实施例的数据处理方法的流程图；
图3是根据本发明实施例的基于VxWorks操作系统的多个进程工作示意图；
图4是根据本发明实施例的逻辑运算线程的工作示意图；
图5是根据本发明实施例的逻辑运算线程的工作流程图；
图6是根据本发明实施例的通信数据接收线程的工作示意图；
图7是根据本发明实施例的通信数据接收线程的工作流程图；
图8是根据本发明实施例的输出数据线程的工作示意图；
图9是根据本发明实施例的输出数据线程的工作流程图；
图10是根据本发明实施例的数据处理装置的结构框图；
图11是根据本发明实施例的内部通信单元101的结构框图；
图12是根据本发明实施例的逻辑运算单元102的结构框图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。
随着地面信号系统逻辑运算单元承载的业务量增长，对安全计算机安全平台的各项性能要求也随之提高，目前的安全平台已无法满足这样的需求，因而，本发明实施例提供一种数据处理方案，来满足对目前的安全平台各项性能要求较高的现状，从而保证安全计算机系统的安全性。
图1是安全计算机系统的结构图，如图1所示，该系统包括：I系系统、II系系统以及维护机，每个系统均包含二取二安全计算机和多路以太网接口，外部信号系统通过冗余以太网分别与I系和II系系统通信，I系和II系系统通过多路以太网与维护机进行通信。
基于图1所示的系统，本发明实施例提供了一种数据处理方法，图2是该数据处理方法的流程图，如图2所示，该方法包括：
步骤201，接收来自内部通信进程的数据，并对数据进行逻辑运算操作，其中，逻辑运算操作包括数据同步比较操作；
步骤202，将经过逻辑运算操作后的数据返回至内部通信进程；
步骤203，将在逻辑运算操作过程中生成的维护数据发送至维护通信进程。
通过对内部通信进程的数据进行逻辑运算操作后返回内部通信进程，使得安全数据能够保持同步，通过将逻辑运算操作过程中的维护数据发送给维护通信进程，可以通过维护数据实现对系统的监控，从而提高安全计算机系统的安全性。
具体地，对数据进行逻辑运算操作包括：将数据进行系统内和系统间的同步比较操作；将经过同步比较操作后的数据进行封装；将封装后的数据在预定通道上发送。通过数据的同步比较操作，可以实现数据的同步，从而保证两系系统可以处于相同的工作状态。
在步骤201之前，内部通信进程还可以接收来自系统内、系统间以及系统之外的数据；将接收的来自系统内、系统间以及系统之外的数据进行分帧层解析；将进行分帧层解析后的数据在预定通道上发送。通过数据在预定通道上发送，可以进一步保证数据的安全。
将经过逻辑运算操作后的数据返回至内部通信进程之后，内部通信进程根据输出数据指令将数据进行协议封装后发送。
当输出数据指令是向系统外部输出数据时，将待输出数据进行拆分操作，将拆分后的数据进行协议封装，并按照内部网数据分包协议发送至系统外部。
当输出数据指令是向另一系统发送同步数据或备份数据时，将待发送数据进行安全协议封装，并按照内部网数据分包协议发送至相应系统。
当输出数据指令是发送存储数据时，将从存储数据缓存中获取的待发送数据按数据分包协议发送至预定存储设备。
为了更好地理解本发明实施例，以下基于图1所示的系统来详细描述本发明实施例。
在实际操作中，图1所示的安全计算机系统可以采用VxWorks操作系统，该安全计算机系统为应用软件提供了一套数据安全业务功能框架，应用软件基于该安全计算机系统框架，能够实现数据的安全比较与冗余处理，可以满足系统要求的高安全性，以及信号系统所需的高可用性。
安全计算机系统框架的底层为操作系统接口适配层，通过使用VxWorks操作系统及其BSP(Board Support Package，板级支持包)作为底层支持，调用操作系统API(ApplicationProgramming Interface，应用程序编程接口)与BSP定制接口函数，能够实现任务调度、套接字编程、中断管理及与硬件相关的驱动功能。同时，该系统框架对应用软件屏蔽了操作系统的API，使得应用软件能够实现与操作系统无关性及可移植性。
任务框架层根据应用软件的时序要求，对系统进程进行了多任务划分。每个任务的触发条件单一化，与其他任务仅通过数据耦合，避免了控制耦合或时序耦合。
图3是基于VxWorks操作系统的多个进程工作示意图，如图3所示，内部通信进程与逻辑运算进程之间进行双向通信，逻辑运算进程与维护通信进程之间进行单向通信，内部通信进程与维护通信进程之间未直接通信，这样的结构可以提高安全计算机的安全性。以下结合图3详细描述这三个进程。
(1)逻辑运算进程
从内部通信进程接收输入数据，完成对所有输入数据的逻辑运算操作，产生输出数据发送至内部通信进程。同时，根据具体应用的需求，将中间运算过程数据、系统状态数据、报警数据以维护数据的形式发送至维护通信进程。
在一个同步周期内，逻辑运算线程需要完成当前周期系内与系间的数据同步比较、时间同步与控制模式的实时调整。图4示出了逻辑运算线程在一个周期内完成的操作，如图4所示，逻辑运算线程执行的操作包括：
数据通信，用于对内部同步数据进行封装、发送和解析，以及通道识别；
系内数据同步比较操作，用于通过数据项设置和数据项同步比较进行周期数据的系内同步比较；
系间数据同步比较操作，用于通过数据项设置和数据项同步比较进行周期数据的系间同步比较；
时间同步操作，用于根据时间戳调整进行每周期系内与系间的CPU模块时间同步与本地时间戳刷新；
控制模式管理，用于通过控制模式实时调整进行双系控制模式的调整策略与刷新；
故障处理，用于通过置/清故障执行每个同步周期的故障识别与处理。
图5是逻辑运算线程的流程图，如图5所示，逻辑运算线程包括：
步骤501，发送系间数据；
步骤502，发送CPU间数据；
步骤503，接收解析系间数据；
步骤504，接收解析CPU间数据；
步骤505，系间数据同步与比较；
步骤506，CPU间数据比较；
步骤507，时间戳调整；
步骤508，控制模式刷新；
步骤509，IO数据整理；
步骤510，判断是否到应用周期，如果是，则执行511，否则未到应用周期，流程结束；
步骤511，触发应用管理任务。
(2)内部通信进程
安全计算机系统内的通信均采用以太网方式，主要完成通信数据的拷贝功能，内部通信进程维护多个socket链接，对内接口为逻辑运算进程，对外接口可以分为两个线程，分别为通信数据接收线程和输出数据线程，相应的物理接口包括如下三类：
本系对侧CPU，用于传输系统内部数据的接口；
CPU3、以太网扩展板，用于传输对外通信数据；
对系同侧CPU，用于传输系统间的数据。
以下分别详细描述通信数据接收线程和输出数据线程。
①通信数据接收线程
通信数据接收线程主要完成内部数据网的监听与数据接收功能。在实际操作中，通信数据接收线程包括两个任务：高优先级任务和低优先级任务，其中，高优先级任务监听接收同步通道数据，低优先级任务监听接收对外通信通道以及系间大数据量通道数据。当网口有数据时，调用socket接口接收数据，并完成数据包的解析与组包工作。
图6是通信数据接收线程的操作示意图，如图6所示，通信数据接收线程包括：
数据通信，用于完成网络监听、数据接收、数据的分帧层解析与通道识别；
故障处理，用于通过置/清故障执行本任务的故障识别。
图7是通信数据接收线程的流程图，如图7所示，通信数据接收线程包括：
步骤701，初始化监听socket fd(套接字描述符)；
步骤702，监听网口；
步骤703，判断网口是否有数据，如果有，则执行704，如果超时无数据，则流程结束；
步骤704，接收UDP数据；
步骤705，FrameLayer层解析；
步骤706，数据写入安全层数据区。
②输出数据线程
输出数据线程等待数据输出事件：
当收到输出对外通信数据事件时，将待输出数据按CPU ID进行奇偶拆分，将拆分后的数据进行协议封装，并按照内部网数据分包协议发送至对外通信设备；
当收到系间同步数据事件或主系备份数据发送事件时，将系间同步数据进行安全协议封装，并按照内部网数据分包协议发送至他系；
当收到存储数据发送事件时，将从存储数据缓存中获取待发送数据，按数据分包协议发送至存储设备。
图8是输出数据线程的操作示意图，如图8所示，输出数据线程包括：
数据通信，用于执行数据拆分、协议封装与数据发送；
数据存储，用于获取存储数据执行数据存储；
故障处理，用于通过置/清故障执行本任务的故障识别与处理。
图9是输出数据线程的流程图，如图9所示，输出数据线程包括：
当为向对外通信数据输出事件时，执行步骤901；
步骤901，对数据进行拆分，之后执行步骤902；
当为向他系发送同步数据事件时，执行步骤902；
步骤902，对数据进行安全协议封装，之后执行步骤903；
步骤903，对数据进行分帧发送，之后流程结束；
当为存储数据发送事件时，执行步骤904；
步骤904，生成存储数据包；
步骤905，执行存储数据发送，之后流程结束。
(3)维护通信进程
维护通信进程是一个单向的数据转发通道，主要负责将逻辑处理进程产生的维护数据转发至维护机。这里的维护数据主要是逻辑运算进程工作中产生的中间运算过程数据、系统状态数据、报警数据等，由逻辑运算进程发送给维护通信进程，以便于后续的查看，确保系统的安全。
本发明实施例的数据处理方法可以实现对系统数据的安全冗余管理，为应用软件提供安全可信的数据及通信通道，并实现对系统状态的监控与冗余切换处理。
基于相似的发明构思，本发明实施例还提供了一种数据处理装置，可以应用上述的方法。
图10是根据本发明实施例的数据处理装置的结构框图，如图10所示，该装置包括：内部通信单元101、逻辑运算单元102、逻辑运算数据发送单元103以及维护数据发送单元104，其中：
逻辑运算单元102，用于接收来自内部通信进程的数据，并对数据进行逻辑运算操作，其中，逻辑运算操作包括数据同步比较操作；
逻辑运算数据发送单元103，用于将经过逻辑运算操作后的数据返回至内部通信进程；
维护数据发送单元104，用于将在逻辑运算操作过程中生成的维护数据发送至维护通信进程。
通过对内部通信进程的数据进行逻辑运算操作后返回内部通信进程，使得安全数据能够保持同步，通过将逻辑运算操作过程中的维护数据发送给维护通信进程，可以通过维护数据实现对系统的监控，从而保证安全计算机系统的安全。
具体地，如图11所示，内部通信单元101包括：
数据接收模块1011，用于接收来自系统内、系统间以及系统之外的数据；
数据解析模块1012，用于将数据接收模块1011接收的数据进行分帧层解析；
解析数据发送模块1013，用于将进行分帧层解析后的数据在预定通道上发送给逻辑运算单元102。
如图12所示，逻辑运算单元102包括：
同步比较模块1021，用于将接收的数据进行系统内和系统间的同步比较操作；
数据封装模块1022，用于将经过同步比较操作后的数据进行封装；
第一封装数据发送模块1023，用于将封装后的数据在预定通道上发送。
内部通信单元101还包括：第二封装数据发送模块(图中未示出)，用于根据输出数据指令将数据进行协议封装后发送。具体地，在逻辑运算数据发送单元103将经过逻辑运算操作后的数据返回至内部通信进程之后，第二封装数据发送模块可以根据具体地输出数据指令将数据进行协议封装后发送给相应设备。
由于该装置解决问题的原理与数据处理方法相似，因此该装置的实施可以参见数据处理方法的实施，重复之处不再赘述。
本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述的方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有执行上述方法的计算机程序。
综上所述，通过本发明实施例，可以实现数据安全冗余管理，为应用软件提供安全可信的数据及通信通道，并实现对系统的状态监控与冗余切换处理。具体而言，本发明实施例的安全计算机系统可以实现如下功能：
(1)安全关键数据二取二功能
系统能够对应用软件的输入输出数据进行系内双机的交叉比较，比较不一致时执行安全处理，对系统运行的状态信息进行双机交互比较，确认系内双机实时处于相同的工作状态；同时能够实现应用软件的过程数据交叉比较功能，实现对应用软件的实时监控，确认双机的应用软件保持同步运行。
(2)数据双系冗余处理功能
系统能够实现双系同步工作管理，通过双系数据交互，对双系的输入输出数据执行一致性处理；对双系的运行状态进行实时交互，实现故障切换系统功能；还能够提供应用软件的过程数据系间交互功能。
(3)对外安全通信功能
系统内和系统间的安全计算机通过内部以太网通信网络实现与对外通信设备的IO数据通信。内部网络与外部网络隔离，并采用专用通信协议，确保数据安全。
(4)应用软件调用接口管理功能
系统能够对底层功能封装，为运行软件提供调用接口，实现逻辑功能的执行与数据的传输。
(5)系统状态实时管理功能
系统能够对运行软件的执行情况进行监控，实时发现异常并执行安全处理。
(6)系统自诊断与维护管理
系统能够定期自检，发现故障时及时报警并执行故障安全处理。
显然，本领域技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机系统来实现，它们可以集中在单个计算机上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，他们可以用计算机装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理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 (10)

1.一种数据处理方法，其特征在于，所述方法包括：
接收来自内部通信进程的数据，并对所述数据进行逻辑运算操作，其中，所述逻辑运算操作包括数据同步比较操作；
将经过所述逻辑运算操作后的数据返回至所述内部通信进程；
将在所述逻辑运算操作过程中生成的维护数据发送至维护通信进程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述数据进行逻辑运算操作包括：
将所述数据进行系统内和系统间的同步比较操作；
将经过同步比较操作后的数据进行封装；
将封装后的数据在预定通道上发送。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，接收来自内部通信进程的数据之前，所述方法还包括：
所述内部通信进程接收来自系统内、系统间以及系统之外的数据；
将接收的来自系统内、系统间以及系统之外的数据进行分帧层解析；
将进行分帧层解析后的数据在预定通道上发送。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将经过所述逻辑运算操作后的数据返回至所述内部通信进程之后，所述方法还包括：
所述内部通信进程根据输出数据指令将数据进行协议封装后发送。
5.一种数据处理装置，其特征在于，所述装置包括：内部通信单元、逻辑运算单元、逻辑运算数据发送单元以及维护数据发送单元，其中，
所述逻辑运算单元，用于接收来自所述内部通信进程的数据，并对所述数据进行逻辑运算操作，其中，所述逻辑运算操作包括数据同步比较操作；
所述逻辑运算数据发送单元，用于将经过所述逻辑运算操作后的数据返回至所述内部通信进程；
所述维护数据发送单元，用于将在所述逻辑运算操作过程中生成的维护数据发送至维护通信进程。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述逻辑运算单元包括：
同步比较模块，用于将所述数据进行系统内和系统间的同步比较操作；
数据封装模块，用于将经过同步比较操作后的数据进行封装；
第一封装数据发送模块，用于将封装后的数据在预定通道上发送。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述内部通信单元包括：
数据接收模块，用于接收来自系统内、系统间以及系统之外的数据；
数据解析模块，用于将接收的来自系统内、系统间以及系统之外的数据进行分帧层解析；
解析数据发送模块，用于将进行分帧层解析后的数据在预定通道上发送。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述内部通信单元还包括：
第二封装数据发送模块，用于根据输出数据指令将数据进行协议封装后发送。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至4中任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有执行权利要求1至4中任一项所述方法的计算机程序。
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