CN111400096A - 基于linux缺页机制的内存镜像方法及其系统和装置 - Google Patents

基于linux缺页机制的内存镜像方法及其系统和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电子设备数据存储技术领域，尤其涉及基于linux缺页机制的内存镜像方法及其系统和装置。一种基于linux缺页机制的内存镜像方法，包括以下步骤：主内存设备预留权限为只读的内存空间；在主内存设备用户程序和数据拷贝到内存空间时，进行缺页异常检测；缺页异常检测驱动主内存设备将数据写到内存物理地址并将主内存设备的数据传输到镜像内存设备。通过在主内存设备预留权限为只读的内存空间，在准备数据写入时，进行缺页异常检测，然后驱动主内存设备的写入数据的存储和写入数据在镜像内存设备的备份。不经过文件系统层，直接在内存层做镜像，可以对运行在内存的程序和用户数据都做克隆。

Description

基于linux缺页机制的内存镜像方法及其系统和装置
技术领域
本发明涉及电子设备数据存储技术领域，尤其涉及基于linux缺页机制的内存镜像方法及其系统和装置。
背景技术
在计算机存储技术领域，为了提高存储性能和可靠性，通常会使用双系统备份。当A设备在工作的时候，同时把数据同步存储到B设备上。这样，如果A设备发生异常掉电，等A设备重新上电后，B设备再将缓存数据恢复到A设备上。
现有缓存镜像技术的实现方法，通过文件系统buffer IO的方式存储数据，截取文件系统缓存数据，通过计算机高速总线通信方法传输到B设备作为缓存镜像。以上方法依赖文件系统IO，只能做基于文件系统的数据备份。
发明内容
本发明提供的基于linux缺页机制的内存镜像方法及其系统和装置不经过文件系统层，直接在内存层做镜像，可以对运行在内存的程序和用户数据都做克隆，以更好的处理用户业务；同时解决设备重启导致内存数据丢失的问题。
基于上述内容，本发明第一方面的技术方案提供了一种基于linux缺页机制的内存镜像方法，主内存设备和镜像内存设备各自含有CPU以及存储外部资源；
所述内存镜像方法包括以下步骤：
主内存设备预留权限为只读的内存空间；
在所述主内存设备用户程序和数据拷贝到所述内存空间时，进行缺页异常检测；
所述缺页异常检测驱动所述主内存设备将数据写到所述内存物理地址并将所述主内存设备的数据传输到所述镜像内存设备。
在一些可能的实施方式中，所述主内存设备断电重启后，所述主内存设备获得所述镜像内存设备的镜像数据。
在一些可能的实施方式中，所述镜像内存设备检测所述主内存设备的状态，若是重启状态，则所述镜像内存设备恢复镜像数据到所述主内存设备。
在一些可能的实施方式中，所述镜像内存设备采用心跳机制判断所述主内存设备的重启状态。
在一些可能的实施方式中，所述主内存设备与所述镜像内存设备的数据传输采用高速总线进行。
本发明第二方面的技术方案提供了一种基于linux缺页机制的内存镜像系统，包括：
内存权限管理模块，用于主内存设备预留权限为只读的内存空间；
缺页异常检测模块，用于在所述主内存设备用户程序和数据拷贝到所述内存空间时，进行缺页异常检测；
备份数据模块，用于所述缺页异常检测驱动所述主内存设备将数据写到所述内存物理地址并将所述主内存设备的数据传输到所述镜像内存设备。
在一些可能的实施方式中，所述系统还包括心跳检测模块，用于所述镜像内存设备采用心跳机制判断所述主内存设备的重启状态，若是重启状态，则所述镜像内存设备恢复镜像数据到所述主内存设备。
在一些可能的实施方式中，所述系统还包括高速传输模块，用于所述主内存设备与所述镜像内存设备的数据传输。
本发明第三方面的技术方案提供了一种存储介质，用于存储可执行指令，所述可执行指令在被执行时实现上述的基于linux缺页机制的内存镜像方法的步骤。
本发明第四方面的技术方案提供了一种基于linux缺页机制的内存镜像装置，含有上述的存储介质。
本发明与现有技术相比至少具有以下有益效果：
1、本发明提供基于linux缺页机制的内存镜像方法，不经过文件系统层，直接在内存层做镜像，可以对运行在内存的程序和用户数据都做克隆。
2、本发明运行在两个设备内存上的程序和数据完全一样，可以作为“双活”系统来处理用户业务，并解决因设备掉电而导致的内存数据丢失的问题。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1示出了本发明第一个实施例中所涉及的基于linux缺页机制的内存镜像方法的流程框图；
图2示出了本发明第二个实施例中所涉及的基于linux缺页机制的内存镜像方法的流程框图；
图3示出了本发明第三个实施例中所涉及的基于linux缺页机制的内存镜像方法的流程框图；
图4示出了本发明第四个实施例中所涉及的嵌入式系统本地数据循环备份系统的结构框图；
图5示出了本发明第五个实施例中所涉及的嵌入式系统本地数据循环备份系统的结构框图；
图6示出了本发明第五个实施例中所涉及的嵌入式系统本地数据循环备份系统的另一种结构框图；
图7示出了本发明第六个实施例中所涉及的基于linux缺页机制的内存镜像方法的流程框图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不限于下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示，按照本发明第一个实施例的基于linux缺页机制的内存镜像方法，主内存设备和镜像内存设备各自含有CPU以及存储外部资源；
内存镜像方法包括以下步骤：
主内存设备预留权限为只读的内存空间；
在主内存设备用户程序和数据拷贝到内存空间时，进行缺页异常检测；
缺页异常检测驱动主内存设备将数据写到内存物理地址并将主内存设备的数据传输到镜像内存设备。
本发明实施例提供的基于linux缺页机制的内存镜像方法，通过在主内存设备预留权限为只读的内存空间，在准备数据写入时，进行缺页异常检测，然后驱动主内存设备的写入数据的存储和写入数据在镜像内存设备的备份。不经过文件系统层，直接在内存层做镜像，可以对运行在内存的程序和用户数据都做克隆。
在一些可能的实施方式中，所述主内存设备与所述镜像内存设备的数据传输采用高速总线进行。
即主内存设备的数据通过高速总线备份到镜像内存设备。
如图2所示，按照本发明第二个实施例的基于linux缺页机制的内存镜像方法，主内存设备和镜像内存设备各自含有CPU以及存储外部资源；
内存镜像方法包括以下步骤：
主内存设备预留权限为只读的内存空间；
在主内存设备用户程序和数据拷贝到内存空间时，进行缺页异常检测；
缺页异常检测驱动主内存设备将数据写到内存物理地址并将主内存设备的数据传输到镜像内存设备；
主内存设备断电重启后，主内存设备获得镜像内存设备的镜像数据。
该实施例中，基于linux缺页机制的内存镜像方法不经过文件系统层，直接在内存层做镜像，可以对运行在内存的程序和用户数据都做克隆，运行在两个设备内存上的程序和数据完全一样，可以作为“双活”系统来处理用户业务，解决设备掉电而导致的内存数据丢失的问题。
在一些可能的实施方式中，所述主内存设备与所述镜像内存设备的数据传输采用高速总线进行。
即主内存设备的数据通过高速总线备份到镜像内存设备；和/或镜像内存设备通过高速总线恢复镜像数据到主内存设备。
如图3所示，按照本发明第三个实施例的基于linux缺页机制的内存镜像方法，主内存设备和镜像内存设备各自含有CPU以及存储外部资源；
内存镜像方法包括以下步骤：
主内存设备预留权限为只读的内存空间；
在主内存设备用户程序和数据拷贝到内存空间时，进行缺页异常检测；
缺页异常检测驱动主内存设备将数据写到内存物理地址并将主内存设备的数据传输到镜像内存设备；
镜像内存设备检测主内存设备的状态，若是重启状态，则镜像内存设备恢复镜像数据到主内存设备。
在一些可能的实施方式中，所述镜像内存设备采用心跳机制判断所述主内存设备的重启状态。
在一些可能的实施方式中，所述主内存设备与所述镜像内存设备的数据传输采用高速总线进行。
即主内存设备的数据通过高速总线备份到镜像内存设备；和/或镜像内存设备通过高速总线恢复镜像数据到主内存设备。
如图4所示，按照本发明第四个实施例的基于linux缺页机制的内存镜像系统，包括：
内存权限管理模块，用于主内存设备预留权限为只读的内存空间；
缺页异常检测模块，用于在所述主内存设备用户程序和数据拷贝到所述内存空间时，进行缺页异常检测；
备份数据模块，用于所述缺页异常检测驱动所述主内存设备将数据写到所述内存物理地址并将所述主内存设备的数据传输到所述镜像内存设备。
本发明实施例提供的基于linux缺页机制的内存镜像系统，通过内存权限管理模块在主内存设备预留权限为只读的内存空间；缺页异常检测模块设置为在准备数据写入时，进行缺页异常检测；然后备份数据模块驱动主内存设备的写入数据的存储和写入数据在镜像内存设备的备份。不经过文件系统层，直接在内存层做镜像，可以对运行在内存的程序和用户数据都做克隆。
在一些可能的实施方式中，所述系统还包括高速传输模块，用于所述主内存设备与所述镜像内存设备的数据传输。即主内存设备的数据通过高速总线备份到镜像内存设备。
如图5所示，按照本发明第五个实施例的基于linux缺页机制的内存镜像系统，包括：
内存权限管理模块，用于主内存设备预留权限为只读的内存空间；
缺页异常检测模块，用于在所述主内存设备用户程序和数据拷贝到所述内存空间时，进行缺页异常检测；
备份数据模块，用于所述缺页异常检测驱动所述主内存设备将数据写到所述内存物理地址并将所述主内存设备的数据传输到所述镜像内存设备；
心跳检测模块，用于所述镜像内存设备采用心跳机制判断所述主内存设备的重启状态，若是重启状态，则所述镜像内存设备恢复镜像数据到所述主内存设备。
该实施例中，增加心跳检测模块，以判断主内存设备是否重启，若是重启状态，则镜像内存设备恢复镜像数据到主内存设备，解决设备掉电而导致的内存数据丢失的问题。
如图6所示，在一些可能的实施方式中，所述系统还包括高速传输模块，用于所述主内存设备与所述镜像内存设备的数据传输。
基于linux缺页机制的内存镜像方法及其系统，如图7所示，本发明的第六个实施例提供了基于linux缺页机制的内存镜像方法，步骤如下：
1.双系统A设备和B设备都各自含有CPU及存储外部资源，且A设备和B设备通过心跳机制检测对方状态。
2.A设备预留一块内存M1，通过MMU(内存管理单元)设置内存权限为只读权限。写操作会产生缺页异常。
3.A设备用户程序和数据拷贝到内存M1运行时，进到缺页异常处理。将数据通过高速总线传输到B设备内存，同时忽略异常继续将数据写到A设备实际的内存物理地址。
4.当A设备发生异常掉电重启后，B设备能维持相同的程序和数据继续运行。同时通过心跳通信检测到A设备发生了异常重启，也可以通过高速总线将内存镜像恢复到A设备内存。
通过内存管理单元修改内存访问权限为只读，制造内存写操作时产生linux缺页异常；使用缺页异常检测机制，通过高速总线传输对整个内存层做克隆，保证内存中所有数据都存在一份运行中的镜像；通过数据恢复解决设备掉电，内存数据丢失的问题。
基于上述的基于linux缺页机制的内存镜像方法，本发明的实施例还提供了一种存储介质，用于存储可执行指令，所述可执行指令在被执行时实现上述的基于linux缺页机制的内存镜像方法的步骤。
本发明的实施例还提供了一种基于linux缺页机制的内存镜像装置，含有上述的存储介质。
基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在执行本发明各种实施场景的方法的电子设备上。存储介质中还可以包括其他模块。
另外，需要说明的是，本发明上述不同的实施例中，在一些可能的实施方式中的技术特征可进行任意的组合来形成不同的实施例。在此，就不再赘述。
在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或虚拟连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和装置的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
在本说明书的描述中，术语“一些可能的实施方式”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实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或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。
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。

Claims (10)

1.一种基于linux缺页机制的内存镜像方法，其特征在于，主内存设备和镜像内存设备各自含有CPU以及存储外部资源；
所述内存镜像方法包括以下步骤：
主内存设备预留权限为只读的内存空间；
在所述主内存设备用户程序和数据拷贝到所述内存空间时，进行缺页异常检测；
所述缺页异常检测驱动所述主内存设备将数据写到所述内存物理地址并将所述主内存设备的数据传输到所述镜像内存设备。
2.根据权利要求1所述的基于linux缺页机制的内存镜像方法，其特征在于，所述主内存设备断电重启后，所述主内存设备获得所述镜像内存设备的镜像数据。
3.根据权利要求1所述的基于linux缺页机制的内存镜像方法，其特征在于，所述镜像内存设备检测所述主内存设备的状态，若是重启状态，则所述镜像内存设备恢复镜像数据到所述主内存设备。
4.根据权利要求3所述的基于linux缺页机制的内存镜像方法，其特征在于，所述镜像内存设备采用心跳机制判断所述主内存设备的重启状态。
5.根据权利要求1-4任一项所述的基于linux缺页机制的内存镜像方法，其特征在于，所述主内存设备与所述镜像内存设备的数据传输采用高速总线进行。
6.一种基于linux缺页机制的内存镜像系统，其特征在于，包括：
内存权限管理模块，用于主内存设备预留权限为只读的内存空间；
缺页异常检测模块，用于在所述主内存设备用户程序和数据拷贝到所述内存空间时，进行缺页异常检测；
备份数据模块，用于所述缺页异常检测驱动所述主内存设备将数据写到所述内存物理地址并将所述主内存设备的数据传输到所述镜像内存设备。
7.根据权利要求6所述的基于linux缺页机制的内存镜像系统，其特征在于，所述系统还包括心跳检测模块，用于所述镜像内存设备采用心跳机制判断所述主内存设备的重启状态，若是重启状态，则所述镜像内存设备恢复镜像数据到所述主内存设备。
8.根据权利要求6或7所述的基于linux缺页机制的内存镜像系统，其特征在于，所述系统还包括高速传输模块，用于所述主内存设备与所述镜像内存设备的数据传输。
9.一种存储介质，其特征在于，用于存储可执行指令，所述可执行指令在被执行时实现权利要求1-5任一项所述的基于linux缺页机制的内存镜像方法的步骤。
10.一种基于linux缺页机制的内存镜像装置，其特征在于，含有权利要求9所述的存储介质。
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