CN110928604B - 基于无锁环状队列的密码卡异步调用方法 - Google Patents

基于无锁环状队列的密码卡异步调用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于无锁环状队列的密码卡异步调用方法，所述方法包括：根据密码卡所在宿主机CPU核数，确定上行队列的个数；将待处理数据采用调用异步接口的方式添加至上行队列，以供密码卡调用。采用本发明，与异步架构业务系统的适配性好，借助异步架构业务系统提供的异步框架，可以使用较少的步骤完成异步调用，减少中间内存拷贝等，使得实现变的简单高效。

Description

基于无锁环状队列的密码卡异步调用方法
技术领域
本发明涉及网络安全领域，尤其涉及一种基于无锁环状队列的密码卡异步调用方法。
背景技术
数据加解密、数据签名、数据验签等是网络安全中比较有效的数种保护手段，密码卡就是实现这些算法的典型硬件设备产品，提供这些算法的接口按照是否延时可以分为分为同步接口及异步接口，同步接口是指调用一次接口，需要等待返回，然后才能够执行后继程序，有个等待过程。异步接口是指调用一次接口，不需要等待返回，随时可以执行后继程序，即不需要等待。异步接口可以有效提供加解密服务，且性能更高。
随着对性能的要求越来越高，在实现操作系统及业务系统时，采用异步架构的方式也越来越多。异步架构业务系统是一种让CPU暂时搁置当前请求的响应，处理下一个请求，当通过轮询或其他方式得到回调通知后再开始执行的多任务并行处理的架构方式，它可以使处理流程化且最大程度地提高性能。当一个异步过程调用发出后，调用者不能立刻得到结果，实际处理这个调用的部件在完成后，通过状态、通知和回调来通知调用者。调用者在回调中非阻塞等待被调用者(密码卡)执行完成，整个过程都是非阻塞的。
相关技术中，采用单一业务队列实现异步接口，存在以下缺点：单一队列则使得队列长度过长，队列庞大，不能发挥密码卡多核优势，不利于性能提升；与异步架构业务系统的适配性不好。
发明内容
本发明实施例提供一种基于无锁环状队列的密码卡异步调用方法，用以解决现有技术中密码卡加解密服务性能较低的问题。
本发明实施例提出一种基于无锁环状队列的密码卡异步调用方法，包括：
根据密码卡所在宿主机CPU核数，确定上行队列的个数；
将待处理数据采用调用异步接口的方式添加至所述上行队列，以供密码卡调用。
根据本发明的一些实施例，所述上行队列的个数为所述CPU核数的整数倍。
根据本发明的一些实施例，所述上行队列为无锁环状队列。
根据本发明的一些实施例，所述方法，还包括：
根据所述CPU核数，确定下行队列的个数；
将所述密码卡处理过的已处理数据采用所述调用异步接口的方式添加至所述下行队列；
在异步调用设备的异步架构业务系统中设置HOOK点，采用callback函数将所述已处理数据从所述下行队列中取出。
本发明实施例还提出一种基于无锁环状队列的密码卡异步调用方法，包括：
异步接口从上行队列中取出待处理数据并传送至密码卡驱动；
所述密码卡驱动将所述待处理数据发送至算法核；
所述算法核对所述待处理数据进行处理。
根据本发明的一些实施例，所述异步接口从上行队列中取出待处理数据并传送至密码卡驱动，包括：
所述异步接口采用持续轮询的方式从上行队列中取出待处理数据并传送至密码卡驱动。
根据本发明的一些实施例，所述方法，还包括：
根据密码卡所在宿主机CPU核数，确定密码卡的算法核个数。
根据本发明的一些实施例，所述方法，还包括：
所述算法核将已处理数据发送至所述密码卡驱动；
所述密码卡驱动将所述已处理数据发送至所述异步接口。
本发明实施例还提出一种基于无锁环状队列的密码卡异步调用设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上所述的信号测量方法的步骤。
本发明实施例还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有信息传递的实现程序，所述程序被处理器执行时实现如上所述的方法的步骤。
采用本发明实施例，与异步架构业务系统的适配性好，借助异步架构业务系统提供的异步框架，可以使用较少的步骤完成异步调用，减少中间内存拷贝等，使得实现变的简单高效。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例中基于无锁环状队列的密码卡异步调用方法流程图；
图2是本发明实施例中基于无锁环状队列的密码卡异步调用方法流程图；
图3是本发明实施例中基于无锁环状队列的密码卡异步调用方法流程图；
图4是本发明实施例中基于无锁环状队列的密码卡异步调用方法流程图；
图5是本发明实施例中基于无锁环状队列的密码卡异步调用方法流程图；
图6是本发明实施例中基于无锁环状队列的密码卡异步调用设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如图1所示，本发明实施例提出一种基于无锁环状队列的密码卡异步调用方法，包括：
S11，根据密码卡所在宿主机CPU核数，确定上行队列的个数；
S12，将待处理数据采用调用异步接口的方式添加至上行队列，以供密码卡调用。
采用本发明实施例，可以提高密码卡与异步架构业务系统的适配性，借助异步架构业务系统提供的异步框架，可以使用较少的步骤完成异步调用，减少中间内存拷贝等，使得实现变的简单高效。
在上述实施例的基础上，进一步提出各变型实施例，在此需要说明的是，为了使描述简要，在各变型实施例中仅描述与上述实施例的不同之处。
根据本发明的一些实施例，上行队列的个数为CPU核数的整数倍。
根据本发明的一些实施例，上行队列为无锁环状队列。
根据本发明的一些实施例，所述方法，还包括：
根据所述CPU核数，确定下行队列的个数；
将密码卡处理过的已处理数据采用调用异步接口的方式添加至下行队列；
在异步调用设备的异步架构业务系统中设置HOOK点，采用callback函数将已处理数据从下行队列中取出。
如图2所示，本发明实施例还提出一种基于无锁环状队列的密码卡异步调用方法，包括：
S21，异步接口从上行队列中取出待处理数据并传送至密码卡驱动；
S22，密码卡驱动将待处理数据发送至算法核；
S23，算法核对待处理数据进行处理。
采用本发明实施例，可以提高密码卡与异步架构业务系统的适配性，借助异步架构业务系统提供的异步框架，可以使用较少的步骤完成异步调用，减少中间内存拷贝等，使得实现变的简单高效。
在上述实施例的基础上，进一步提出各变型实施例，在此需要说明的是，为了使描述简要，在各变型实施例中仅描述与上述实施例的不同之处。
根据本发明的一些实施例，上行队列的个数为CPU核数的整数倍。
根据本发明的一些实施例，上行队列为无锁环状队列。
根据本发明的一些实施例，异步接口从上行队列中取出待处理数据并传送至密码卡驱动，包括：
异步接口采用持续轮询的方式从上行队列中取出待处理数据并传送至密码卡驱动。
根据本发明的一些实施例，所述方法，还包括：
根据所述CPU核数，确定密码卡的算法核个数。
根据本发明的一些实施例，所述方法，还包括：
算法核将已处理数据发送至密码卡驱动；
密码卡驱动将已处理数据发送至异步接口。
下面参照图3-图5以具体的实施例详细描述根据本发明实施例的基于无锁环状队列的密码卡异步调用方法。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对本发明的具体限制。凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
数据加解密、数据签名、数据验签等是网络安全中比较有效的数种保护手段，密码卡就是实现这些算法的典型硬件设备产品，提供这些算法的接口按照是否延时可以分为分为同步接口及异步接口，异步接口可以有效提供加解密服务，且性能更高。
随着对性能的要求越来越高，在实现操作系统及业务系统时，采用异步架构的方式也越来越多，因此提出一种基于无锁环状队列的密码卡异步调用实现方法。
相关技术中，采用单一业务队列实现异步接口。该技术方案存在的主要的不足之一是不利于性能提升，单一队列则使得队列长度过长，队列庞大，不能发挥密码卡多核优势。其次是与异步架构业务系统的适配性不好，异步架构业务系统本身支持多核且异步调用，则密码卡在支持异步调用服务时应该充分考虑依托异步架构业务系统提供的有利条件。另外，不支持多队列并行实现且不支持多核绑定，加密数据流与解密数据流未作分开。
需要解释说明的是，异步架构业务系统：一种让CPU暂时搁置当前请求的响应，处理下一个请求，当通过轮询或其他方式得到回调通知后再开始执行的多任务并行处理的架构方式，它可以使处理流程化且最大程度地提高性能。当一个异步过程调用发出后，调用者不能立刻得到结果，实际处理这个调用的部件在完成后，通过状态、通知和回调来通知调用者。调用者在回调中非阻塞等待被调用者(密码卡)执行完成，整个过程都是非阻塞的。
数据加解密、数据签名、数据验签：密码卡提供的数据处理的功能，加解密等功能由密码卡国标规范规定，包括《PCI密码卡技术规范》、《密码设备应用接口规范》、《密码模块安全技术要求》等。
同步异步的区别：一个需要等待，一个不需要等待，在部分情况下，我们的项目开发中都会优先选择不需要等待的异步交互方式。
基于此，为了解决在异步架构业务系统上，异步调用密码卡加解密功能，以及密码卡加解密服务性能较低的问题，高效实现异步调用，本发明实施例提出一种基于无锁环状队列的密码卡异步调用方法。
实施例一
如图3-图5所示，基于无锁环状队列的密码卡异步调用方法，包括：
S31、根据密码卡所在宿主机的CPU核数以及密码卡的算法核个数，确定上行队列个数和下行队列个数；
S32、初始化上行队列和下行队列、并申请相应内存空间、注册callback函数；
S33、使用调用异步接口的方式将待加解密的数据添加至上行队列；
S34、密码卡异步接口函数处理上行队列内的数据，并将数据传递到密码卡驱动。
步骤S34的过程为一直轮询状态，传递的方式可以有两种，第一种直接内存拷贝，第二种共享内存，数据接收后继续往算法核心传送；
S35、算法核接收密码卡驱动发来的数据，并处理。
所述处理方式包括并不限于加密、解密、签名或验签等。
S36、算法核发送已处理数据给密码卡驱动；
S37、异步接口接收密码卡驱动传送的已处理数据，送入下行队列，等待HOOK操作相关函数调用取出；
S38、应用层提供轮询HOOK，使用callback函数，从下行队列中提取数据。
本发明实施例所提出的密码卡异步调用方法的原理之一是基于无锁环状队列，无锁环状队列是设计硬件驱动时采用的一种设计方案，本发明实施例将其拆分并改进到异步调用实现的整个过程当中，从加解密服务的调用，到待处理数据的轮询，到已处理数据的输出均始终使用该无锁环状队列，提高性能。
本发明实施例所提出的密码卡异步调用方法的原理之二是基于异步架构业务系统，异步架构业务系统本身提供异步调用及callback机制，将密码卡的队列根据密码卡所在宿主机CPU核数拆分，并根据数据上行(数据输入)和数据下行(数据输出)的不同，设计两套队列，进一步提升性能。
通过以上的技术原理，可以实现基于无锁环状队列的密码卡异步调用方法，该方法可有效借助异步架构业务系统的优势，充分提升加解密服务异步调用的性能，本异步调用实现方法可以在特定的异步架构业务系统上实现(例如NGTOS)。
基于无锁环状队列的密码卡异步调用方法，根据密码卡所在异步架构业务系统(宿主机)的CPU核数以及密码卡内部算法核个数，确定上下行队列个数，一个CPU核心对应一个上行(待加/解密)队列和一个下行(已加/解密)队列，或者构造为一个CPU核心对应整数倍个加密队列和整数倍个解密队列；以及CPU核个数与加密卡算法核个数在设计时保持对应的关系，使得加解密时性能高效且稳定。
待加/解密数据组成的下行队列和已加/解密数据组成的上行队列由异步架构系统应用层申请、调用及轮询，可以使用内存拷贝或共享内存方式将该上行队列和下行队列传递到密码卡的驱动内，密码卡的驱动仅负责提供待加/解密数据给算法核以及提供已加/解密数据给应用层，输入数据与返回数据的一一对应由异步架构系统完成。这种异步调用实现方式使得接口调用更加灵活。
采用本发明实施例：
1)可以在异步架构业务系统上，实现异步调用密码卡加解密功能；
2)提高密码卡提供的加解密服务的性能；
3)本发明提供的方法，与异步架构业务系统的适配性好，借助异步架构业务系统提供的异步框架，可以使用较少的步骤完成异步调用，减少中间内存拷贝等，使得实现变的简单高效。
实施例二
基于无锁环状队列的密码卡异步调用方法，包括：
1)首先在异步架构业务系统添加配置，该配置决定业务系统及密码卡是否开启异步调用方式；
2)根据密码卡所在异步架构业务系统(宿主机)的CPU核数以及密码卡内部算法核个数，确定上下行队列个数，初始化数据上行队列、数据下行队列，并注册callback函数，设置HOOK点；
3)有待处理数据被请求时，将该待处理数据添加入上行队列；
4)密码卡驱动不断轮询上行队列，一旦有数据入队列(内存拷贝或共享内存方式)立刻将数据搬运至算法核心，并将原有队列位置置为空；
5)算法核心处理数据，并将处理后数据交给密码卡驱动；
6)密码卡驱动不断轮询下行队列，在数据被送入下行队列后，立即通知异步架构业务系统取走数据；
7)异步架构业务系统取走数据，并将原有队列位置置为空
需要说明的是，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，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。
本发明实施例还提出一种基于无锁环状队列的密码卡异步调用设备，如图6所示，包括：存储器1010、处理器1020及存储在所述存储器1010上并可在所述处理器1020上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器1020执行时实现如下步骤：
S11，根据密码卡所在宿主机CPU核数，确定上行队列的个数；
S12，将待处理数据采用调用异步接口的方式添加至上行队列，以供密码卡调用。
S21，异步接口从上行队列中取出待处理数据并传送至密码卡驱动；
S22，密码卡驱动将待处理数据发送至算法核；
S23，算法核对待处理数据进行处理。
S31、根据密码卡所在宿主机的CPU核数以及密码卡的算法核个数，确定上行队列个数和下行队列个数；
S32、初始化上行队列和下行队列、并申请相应内存空间、注册callback函数；
S33、使用调用异步接口的方式将待加解密的数据添加至上行队列；
S34、密码卡异步接口函数处理上行队列内的数据，并将数据传递到密码卡驱动。
步骤S34的过程为一直轮询状态，传递的方式可以有两种，第一种直接内存拷贝，第二种共享内存，数据接收后继续往算法核心传送；
S35、算法核接收密码卡驱动发来的数据，并处理。
所述处理方式包括加密、解密、签名或验签等。
S36、算法核发送已处理数据给密码卡驱动；
S37、异步接口接收数据后处理HOOK操作相关函数，将已处理数据送入下行队列；
S38、应用层提供轮询HOOK，使用callback函数，从下行队列中提取数据。
本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有信息传输的实现程序，所述程序被处理器1020执行时实现如下步骤：
S11，根据密码卡所在宿主机CPU核数，确定上行队列的个数；
S12，将待处理数据采用调用异步接口的方式添加至上行队列，以供密码卡调用。
S21，异步接口从上行队列中取出待处理数据并传送至密码卡驱动；
S22，密码卡驱动将待处理数据发送至算法核；
S23，算法核对待处理数据进行处理。
S31、根据密码卡所在宿主机的CPU核数以及密码卡的算法核个数，确定上行队列个数和下行队列个数；
S32、初始化上行队列和下行队列、并申请相应内存空间、注册callback函数；
S33、使用调用异步接口的方式将待加解密的数据添加至上行队列；
S34、密码卡异步接口函数处理上行队列内的数据，并将数据传递到密码卡驱动。
步骤S34的过程为一直轮询状态，传递的方式可以有两种，第一种直接内存拷贝，第二种共享内存，数据接收后继续往算法核心传送；
S35、算法核接收密码卡驱动发来的数据，并处理。
所述处理方式包括加密、解密、签名或验签等。
S36、算法核发送已处理数据给密码卡驱动；
S37、异步接口接收数据后处理HOOK操作相关函数，将已处理数据送入下行队列；
S38、应用层提供轮询HOOK，使用callback函数，从下行队列中提取数据。
本实施例所述计算机可读存储介质包括但不限于为：ROM、RAM、磁盘或光盘等。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算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，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，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结合。
需要说明的是，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种基于无锁环状队列的密码卡异步调用方法，其特征在于，包括：
根据密码卡所在宿主机CPU核数，确定密码卡的算法核个数；
根据所述密码卡所在宿主机CPU核数以及所述密码卡的算法核个数，确定上行队列的个数；所述上行队列为无锁环状队列；
将待处理数据采用调用异步接口的方式添加至所述上行队列，以供密码卡调用。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述上行队列的个数为所述CPU核数的整数倍。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法，还包括：
根据所述CPU核数，确定下行队列的个数；
将所述密码卡处理过的已处理数据采用所述调用异步接口的方式添加至所述下行队列；
在异步调用设备的异步架构业务系统中设置HOOK点，采用callback函数将所述已处理数据从所述下行队列中取出。
4.一种基于无锁环状队列的密码卡异步调用方法，其特征在于，包括：
根据密码卡所在宿主机CPU核数，确定密码卡的算法核个数；
异步接口从上行队列中取出待处理数据并传送至密码卡驱动；所述上行队列为无锁环状队列；
所述密码卡驱动将所述待处理数据发送至算法核；
所述算法核对所述待处理数据进行处理。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述异步接口从上行队列中取出待处理数据并传送至密码卡驱动，包括：
所述异步接口采用持续轮询的方式从上行队列中取出待处理数据并传送至密码卡驱动。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法，还包括：
所述算法核将已处理数据发送至所述密码卡驱动；
所述密码卡驱动将所述已处理数据发送至所述异步接口。
7.一种基于无锁环状队列的密码卡异步调用设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
8.一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上存储有信息传递的实现程序，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
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