CN109669724B - 一种基于Linux系统的多命令并发式代理服务方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及系统数据处理领域，具体涉及一种基于linux系统的多命令并发式代理服务方法及系统。本发明中代理服务接收分析工具发来的请求命令，将接收到的请求命令放入共享内存中，然后通过消息队列给对应的目标进程发送消息，将目标进程的处理结果存储在共享内存中，然后发消息给代理服务的命令处理线程，代理服务的命令处理线程获取共享内存中的处理结果并发送给分析工具。本发明中通过共享内存实现代理服务和目标进程的数据共享，通过消息队列发送命令，实现了多命令并发处理和对多个进程同时在线调试分析，从而提高了产品开发调试分析的效率和质量。本发明支持多台电脑调试不同进程，为在线分析问题提供了一种全新的方法。

Description

一种基于Linux系统的多命令并发式代理服务方法及系统

技术领域

本发明涉及系统数据处理领域，具体涉及一种基于Linux系统的多命令并发式代理服务方法及系统。

背景技术

当前Linux嵌入式系统在继电保护领域得到了广泛的应用，而为了提高嵌入式产品系统开发质量，便捷高效调试工具的开发也就变得越发重要。Linux系统是多进程、虚拟内存管理的操作系统，每个进程都有自己独立的地址空间，即一个进程不能随意读写另一个进程的地址空间，这就导致在Linux嵌入式系统运行过程中，不能支持多命令并发处理，也不能对多个进程同时在线调试分析，而是需要分开进行，使得产品开发调试分析的效率大大降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于linux系统的多命令并发式代理服务方法及系统，用以解决Linux系统应用于继电保护领域时对多个进程需要分开处理导致调试分析效率低下的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于Linux系统的多命令并发式代理服务方法，包括以下步骤：

1)代理服务的命令接收线程接收分析工具的请求信息，形成命令并放入共享内存；同时将命令类型、命令在共享内存中的位置信息放入消息队列；

2)如果代理服务判断命令为目标进程的命令，则发送消息到目标进程的命令处理线程；

3)目标进程的命令处理线程根据接收到的消息处理相应的命令，将处理结果放入共享内存，同时通过消息队列发送对应的扩展命令到代理服务的命令处理线程；

4)代理服务的命令处理线程根据接收到的扩展命令获取共享内存中的处理结果，将处理结果回复给分析工具；

所述目标进程为通过注册与代理服务共用所述共享内存的待调试进程。

本发明中代理服务接收分析工具发来的请求命令，将接收到的请求命令放入共享内存中，然后通过消息队列给对应的目标进程发送消息，目标进程的处理结果存储在共享内存中，然后发消息给代理服务的命令处理线程，代理服务的命令处理线程获取共享内存中的处理结果并发送给分析工具。本发明中通过共享内存实现代理服务和目标进程的数据共享，通过消息队列发送命令，实现了多命令并发处理和对多个进程同时在线调试分析，从而提高了产品开发调试分析的效率和质量。

进一步的，步骤2)还包括：如果代理服务判断命令为代理服务本进程的普通命令，则发送消息到代理服务的命令处理线程，代理服务的命令处理线程根据接收到的消息处理相应的普通命令，包括调用对应的命令处理函数并将处理结果发送给分析工具。

本发明通过判断是普通命令还是扩展命令，从而将命令发送给对应的命令处理线程，使得代理服务和目标进程之间分工明确，提高命令处理效率。

进一步的，所述共享内存包括特征字符串以及每个目标进程对应的注册信息和命令队列；在目标进程注册完成时，占用一个注册信息和命令队列；目标进程将心跳信息发送到所述注册信息中。

本发明中通过共享内存实现代理服务和目标进程的数据共享，通过消息队列发送命令，实现了多命令并发处理和对多个进程同时在线调试分析，从而提高了产品开发调试分析的效率和质量。

进一步的，所述普通命令对应的消息队列包括消息类型、进程命令类型、进程条目类型和进程命令索引；所述扩展命令对应的消息队列包括消息类型、进程命令类型、进程条目类型、进程命令索引、消息队列数据长度和消息队列数据。

本发明对命令类型进行区分，判断命令是代理服务本进程的普通命令还是目标进程处理后的扩展命令，并通过消息队列发送给不同的处理进程，然后将处理结果放入共享内存，实现多命令的同时处理。

进一步的，所述代理服务还包括设备搜索连接线程，所述设备搜索连接线程用于将系统的属性信息发送给所述分析工具，所述属性信息包括系统IP地址、子网掩码、网关和操作系统版本号。

本发明通过在代理服务中设置设备搜索连接线程，使得分析工具与代理服务能够对应连接，便于后续多命令的同时处理。

本发明还提供了一种基于Linux系统的多命令并发式代理服务系统，包括处理器和存储器，所述处理器用于执行存储器中的指令以实现如下步骤：

1)代理服务的命令接收线程接收分析工具的请求信息，形成命令并放入共享内存；同时将命令类型、命令在共享内存中的位置信息放入消息队列；

2)如果代理服务判断命令为目标进程的命令，则发送消息到目标进程的命令处理线程；

3)目标进程的命令处理线程根据接收到的消息处理相应的命令，将处理结果放入共享内存，同时通过消息队列发送对应的扩展命令到代理服务的命令处理线程；

4)代理服务的命令处理线程根据接收到的扩展命令获取共享内存中的处理结果，将处理结果回复给分析工具；

所述目标进程为通过注册与代理服务共用所述共享内存的待调试进程。

本发明中代理服务接收分析工具发来的请求命令，将接收到的请求命令放入共享内存中，然后通过消息队列给对应的目标进程发送消息，目标进程的处理结果存储在共享内存中，然后发消息给代理服务的命令处理线程，代理服务的命令处理线程获取共享内存中的处理结果并发送给分析工具。本发明中通过共享内存实现代理服务和目标进程的数据共享，通过消息队列发送命令，实现了多命令并发处理和对多个进程同时在线调试分析，从而提高了产品开发调试分析的效率和质量。

进一步的，步骤2)还包括：如果代理服务判断命令为代理服务本进程的普通命令，则发送消息到代理服务的命令处理线程，代理服务的命令处理线程根据接收到的消息处理相应的普通命令，包括调用对应的命令处理函数并将处理结果发送给分析工具。

本发明通过判断是普通命令还是扩展命令，从而将命令发送给对应的命令处理线程，使得代理服务和目标进程之间分工明确，提高命令处理效率。

进一步的，所述共享内存包括特征字符串以及每个目标进程对应的注册信息和命令队列；在目标进程注册完成时，占用一个注册信息和命令队列；目标进程将心跳信息发送到所述注册信息中。

本发明中通过共享内存实现代理服务和目标进程的数据共享，通过消息队列发送命令，实现了多命令并发处理和对多个进程同时在线调试分析，从而提高了产品开发调试分析的效率和质量。

进一步的，所述普通命令对应的消息队列包括消息类型、进程命令类型、进程条目类型和进程命令索引；所述扩展命令对应的消息队列包括消息类型、进程命令类型、进程条目类型、进程命令索引、消息队列数据长度和消息队列数据。

本发明对命令类型进行区分，判断命令是代理服务本进程的普通命令还是目标进程处理后的扩展命令，并通过消息队列发送给不同的处理进程，然后将处理结果放入共享内存，实现多命令的同时处理。

进一步的，所述代理服务还包括设备搜索连接线程，所述设备搜索连接线程用于将系统的属性信息发送给所述分析工具，所述属性信息包括系统IP地址、子网掩码、网关和操作系统版本号。

本发明通过在代理服务中设置设备搜索连接线程，使得分析工具与代理服务能够对应连接，便于后续多命令的同时处理。

附图说明

图1是本发明方法的组成结构示意图；

图2是本发明的动态接口库示意图；

图3是本发明的共享内存组成示意图；

图4是本发明的消息队列组成示意图；

图5是本发明的代理服务数据流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明的方法包括三部分：分析工具、代理服务和目标进程，这三部分均为软件实现。分析工具为运行在PC机上的处理软件，代理服务和目标进程运行在Linux系统中。

分析工具运行在PC机上，通过程序实现向Linux系统中的代理服务发送命令以及接收代理服务反馈回来的信息；代理服务与目标进程运行在Linux系统中，代理服务用于接收分析工具发来的命令并发送给对应的进程，同时接收目标进程发送过来的处理信息，最后将处理结果发送给分析工具。目标进程需要在代理服务中完成注册，注册完成后称为注册进程。

本发明的关键在于代理服务与各目标进程之间通过共享内存的方式实现数据查看和调用，同时通过消息队列的方式发送命令信息，实现了多命令并发处理和对多个进程同时在线调试分析，从而提高了产品开发调试分析的效率和质量。

下面对软件设计的各种进程、线程、共享内存的设置、消息队列的设置等内容进行详细说明。

分析工具发送RPC通讯协议上自定义的通信报文(命令)给代理服务，本发明中支持的命令包括：读系统中的进程命令和ID、读指定进程所加载的动态库名称及加载地址、读指定进程内存地址、写指定进程内存地址、读指定进程ID全部内存、读系统运行时间以及读系统磁盘大小。

分析工具连接目标进程的流程：分析工具首先通过代理服务的设备搜索连接线程调用设备搜索连接函数获取连接到Linux系统的IP地址，之后通过向获取的IP和端口发送命令获取注册进程的进程列表，即进程ID和名称；进一步，通过获取到的进程ID获取指定进程所加载的动态库列表和地址，以及读取指定进程ID和全部内存。最后分析工具可以根据获取的动态库列表，加载所有动态库的目标文件并同时解析其符号表。同时为了防止调试过程中的误操作，不同地址空间范围不一样，所以连接过程中首先需要获取注册进程的地址范围。分析工具连接到注册进程后，就可以对注册进程进行调试分析。

代理服务采用多线程处理方式，其中设备搜索连接线程用于启动monitor搜索连接函数，将Linux系统中IP地址、子网掩码、网关、操作系统版本号等相关信息发送到分析工具，以便分析工具发现并连接到Linux系统目标进程。

命令接收线程用于激活命令接收函数从而接收分析工具发送过来的请求报文，接收的报文需先经过报文效验，包括：数据包参数效验、包尾标志效验、客户端版本号效验等，如果是读写内存数据则还包括数据宽度和长度效验。经过效验后，代理服务通过命令标识调用不同的命令处理函数，将请求命令放入共享内存中，并通过消息队列发送消息给相应的命令处理线程，消息队列属于系统内核的服务，用于在进程(线程)之间传递消息。

命令处理线程用来激活命令处理函数，在接收消息队列发送的消息后，一旦接收到消息则启动线程，处理命令，如果是本进程命令则调用本地接口函数，并将返回结果发送给分析工具；如果是注册进程命令，则搜索共享内存中是否有命令回复，如果有命令回复则将此结果发送给分析工具。如图1中所示，上述三个线程分别调用对应的函数从而实现对应的功能。

注册进程为了能方便接入系统，需调用代理服务设计的一个“接口动态库”中的三个接口函数，包括：初始化函数、信息交互函数和注销函数。信息交互函数启动了两个线程：一个线程用于目标进程信息注册，支持多进程注册，只有注册过的进程才能通过工具进行数据透视；另一个线程用于命令处理，处理代理服务发送给目标进程的命令并进行命令回复。

如图2所示，代理服务设计的“接口动态库”中有三个函数：初始化函数、信息交互函数和注销函数。初始化函数包括：共享内存和消息队列的初始化；初始化函数中涉及用户权限设置问题，初始化函数调用System v接口函数中的信号量、消息队列和共享内存的创建函数，创建函数中其中一个参数包括9比特的权限标识，每三个比特为一组，分别标识创建者读写执行权限、创建者所属组的读写执行权限和除了创建者以及所属组以外的用户的读写执行权限，本发明中代理服务的设置权限应该设定为全读写权限，即在普通用户模式，即非管理员模式下也能运行目标进程，也能接入系统。

信息交互函数：包括进程注册、进程心跳和命令处理。每个进程需要被分析工具透视，都必须先经过进程注册，同时注册过的进程需要通过检测心跳从而判断进程是否处于运行状态，只有在运行状态的进程才能被透视；命令处理是注册进程处理代理服务发送过来的命令的命令处理线程，注册进程判断是否为本进程的处理命令，如果是则处理，并将处理结果放入共享内存，发送消息给代理服务处理线程，处理线程接收到消息后启动线程，并将共享内存中的回复结果发送给分析工具。

注销函数：注销消息队列、注销共享内存和结束线程都通过注销函数来实现。

需要说明的是，接口动态库中的初始化函数和注销函数可以通过修改现有的相关函数获得；对于信息交互函数，根据上述描述的内容本领域的人员可以在系统中实现该函数。

如图3所示，代理服务与注册进程之间采用共享内存进行信息交互，代理服务和注册进程都可以直接操作共享内存，其中一个进程写入到共享内存的内容，另一个进程也能直接看到(代理服务本身也是一个进程)。

共享内存分为两个部分：第一部分是特征字符串，标识该共享内存，占200字节；第二部分是注册进程信息，本发明中设计最大可容纳20个进程注册，每个进程都有自己特定的命令队列。注册进程要不断发送心跳信息到注册进程信息中，用于实时查看该进程是否正常运行，否则分析工具将无法监控透视，代理服务将接收到的命令，放入指定进程的命令队列中，并发送消息给指定的注册进程，注册进程接收到消息后，启动命令处理线程，查看是否有本进程命令，如果有，则处理并将数据放入共享内存中，并设置已处理标识，最后通过代理服务把处理结果发送给分析工具。

共享内存无锁方案设计：共享内存是多个进程共同访问的数据结构，常规情况下应该加锁保护访问，本发明中进程仅在注册时抢占一个进程条目，并且设置该条目为本进程专有，该进程条目自身带有相应的命令队列，所以不同进程访问共享内存命令队列时不会产生冲突。

如图4所示，代理服务中消息队列设计为普通消息队列和扩展消息队列两种结构，普通消息队列用于代理服务本进程命令和目标进程命令消息数据块的发送，每个数据块都被认为含有一个类型，接收进程可以独立的有选择的接收含有不同类型值的数据块，消息队列中数据块信息：进程命令条目用于区分是普通命令还是扩展消息命令；进程索引和命令索引用于定位此次消息放入共享内存的具体位置；接收进程接收消息队列进行命令处理时，不用轮询消息队列查询命令，只需通过消息队列中索引值定位共享内存中命令信息并进行处理，将处理后的回复信息放入相应的共享内存中，大大缩短了查询时间，优化程序。

扩展消息队列是目标进程处理完命令后发送给代理服务的内容，用于内存泄漏监视和锁监视中数据块的发送，扩展消息队列比普通消息队列中多出的数据块用于存放内存泄漏监视模块收集到的内存监视信息或者锁监视模块收集到的锁监视信息。

进一步的，本发明中采用消息队列用于进程间通信，不需要由进程自己来提供同步方法，消息队列接收函数msgrcv为阻塞式，在没有接收消息队列发送的消息时，进程阻塞等待，可以防止命令处理线程在未接收到命令时，一直处于轮询共享内存状态，减少了系统的cpu资源耗费，提高了系统性能。

经过上面的说明，结合图5，本发明中代理服务数据处理流程包括以下步骤：

(1)代理服务接收分析工具发送的命令报文，并将收到的报文先经过报文效验，包括数据包参数效验、包尾标志效验、客户端版本号效验，如果是读写内存数据还包括数据宽度和长度效验。

(2)将效验通过的命令放入共享内存中，并将命令标识、命令在共享内存中的定位信息放入消息队列。

(3)如果判定命令是代理服务本进程的命令，则通过消息队列向代理服务命令处理线程发送对应的消息，属于代理服务本进程的命令类型包括读系统中的进程名称和ID、读系统运行时间和读系统磁盘大小；如果判定命令是目标进程的命令，则通过消息队列将相应的消息发送给对应的目标进程的命令处理线程，属于目标进程的命令包括读指定进程所加载的动态库名称及加载地址、读指定进程内存地址、写指定进程内存地址和读指定进程ID全部内存。

(4)目标进程的命令处理线程接收到消息队列的消息后，从共享内存中获取对应的命令进行处理，并将处理结果放入共享内存，同时产生对应的扩展命令消息并通过消息队列发送给代理服务的命令处理线程。

(5)属于代理服务本进程的命令也称为普通命令，因此代理服务命令处理线程获取消息队列发送过来的消息后，首先判断消息对应的命令是普通命令还是扩展命令，如果为扩展命令，则从共享内存中获取对应目标进程处理后的结果并发送给分析工具，扩展命令对应的处理结果包括内存泄露信息或者锁监视信息；如果为普通命令，则从共享内存中获取对应的命令，并判断命令放入共享内存和接收共享内存信息是否超时，如果没有超时，则通过不同通信命令类型调用不同的命令处理函数，并将处理结果发送给分析工具。

实现本发明方法的具体方式可以有多种形式，例如现场有一台Linux设备(包括代理服务和目标进程)，操作人员通过一台PC(例如笔记本，包括分析工具)进行调试；或者现场有多台Linux设备(均包括代理服务和目标进程)，通过一台PC进行调试。

Claims (8)

1.一种基于Linux系统的多命令并发式代理服务方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）代理服务的命令接收线程接收分析工具的请求信息，形成命令并放入共享内存；同时将命令类型、命令在共享内存中的位置信息放入消息队列；

2）如果代理服务判断命令为目标进程的命令，则发送消息到目标进程的命令处理线程；

3）目标进程的命令处理线程根据接收到的消息处理相应的命令，将处理结果放入共享内存，同时通过消息队列发送对应的扩展命令到代理服务的命令处理线程；

4）代理服务的命令处理线程根据接收到的扩展命令获取共享内存中的处理结果，将处理结果回复给分析工具；

所述目标进程为通过注册与代理服务共用所述共享内存的待调试进程；

步骤2）还包括：如果代理服务判断命令为代理服务本进程的普通命令，则发送消息到代理服务的命令处理线程，代理服务的命令处理线程根据接收到的消息处理相应的普通命令，包括调用对应的命令处理函数并将处理结果发送给分析工具。

2.根据权利要求1所述的基于Linux系统的多命令并发式代理服务方法，其特征在于，所述共享内存包括特征字符串以及每个目标进程对应的注册信息和命令队列；在目标进程注册完成时，占用一个注册信息和命令队列；目标进程将心跳信息发送到所述注册信息中。

3.根据权利要求1所述的基于Linux系统的多命令并发式代理服务方法，其特征在于，所述普通命令对应的消息队列包括消息类型、进程命令类型、进程条目类型和进程命令索引；所述扩展命令对应的消息队列包括消息类型、进程命令类型、进程条目类型、进程命令索引、消息队列数据长度和消息队列数据。

4.根据权利要求3所述的基于Linux系统的多命令并发式代理服务方法，其特征在于，所述代理服务还包括设备搜索连接线程，所述设备搜索连接线程用于将系统的属性信息发送给所述分析工具，所述属性信息包括系统IP地址、子网掩码、网关和操作系统版本号。

5.一种基于Linux系统的多命令并发式代理服务系统，包括处理器和存储器，其特征在于，所述处理器用于执行存储器中的指令以实现如下步骤：

1）代理服务的命令接收线程接收分析工具的请求信息，形成命令并放入共享内存；同时将命令类型、命令在共享内存中的位置信息放入消息队列；

2）如果代理服务判断命令为目标进程的命令，则发送消息到目标进程的命令处理线程；

3）目标进程的命令处理线程根据接收到的消息处理相应的命令，将处理结果放入共享内存，同时通过消息队列发送对应的扩展命令到代理服务的命令处理线程；

4）代理服务的命令处理线程根据接收到的扩展命令获取共享内存中的处理结果，将处理结果回复给分析工具；

所述目标进程为通过注册与代理服务共用所述共享内存的待调试进程；

步骤2）还包括：如果代理服务判断命令为代理服务本进程的普通命令，则发送消息到代理服务的命令处理线程，代理服务的命令处理线程根据接收到的消息处理相应的普通命令，包括调用对应的命令处理函数并将处理结果发送给分析工具。

6.根据权利要求5所述的基于Linux系统的多命令并发式代理服务系统，其特征在于，所述共享内存包括特征字符串以及每个目标进程对应的注册信息和命令队列；在目标进程注册完成时，占用一个注册信息和命令队列；目标进程将心跳信息发送到所述注册信息中。

7.根据权利要求5所述的基于Linux系统的多命令并发式代理服务系统，其特征在于，所述普通命令对应的消息队列包括消息类型、进程命令类型、进程条目类型和进程命令索引；所述扩展命令对应的消息队列包括消息类型、进程命令类型、进程条目类型、进程命令索引、消息队列数据长度和消息队列数据。

8.根据权利要求7所述的基于Linux系统的多命令并发式代理服务系统，其特征在于，所述代理服务还包括设备搜索连接线程，所述设备搜索连接线程用于将系统的属性信息发送给所述分析工具，所述属性信息包括系统IP地址、子网掩码、网关和操作系统版本号。

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