CN113032162A - 一种基于共享内存备份机制的多进程通讯方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于共享内存备份机制的多进程通讯方法，包括：接收通讯字符串数据和数据缓存长度；根据通讯字符串数据进行哈希值计算处理，根据哈希值和数据缓存长度顺序开辟存储空间相同的N个共享内存块；写进程根据索引地址依次查询每个共享内存块的状态信息；当共享内存块为空闲状态或者写入状态时，写进程将写数据指针指向共享内存块，直至全部共享内存块写满，写进程将写数据指针指向第1个共享内存块；同时，读进程根据索引地址依次查询每个共享内存块的状态信息；当共享内存块为空闲状态或者读取状态时，读进程将读数据指针指向共享内存块，并对共享内存块内的写入数据和/或读数据指针的指针地址进行读取。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于共享内存备份机制的多进程通讯方法。
背景技术
自动驾驶系统通常是由多个模块组成，包括但不限于定位模块，感知模块，决策规划模块，地图引擎模块，中间件模块。各个模块除了独立工作，也需要其他模块辅助。无论是从自动驾驶安全性，还是自动驾驶的性能要求，亦或是流畅性的角度来看，自动驾驶的各个模块间配合协同工作，对自动驾驶系统的实时性具有较高的要求。
自动驾驶系统中，不同节点中进行通讯，且同时要求通讯实时性的情况下，共享内存是一个比较契合自动驾驶系统要求的通讯方式。但多模块通讯的场景下，共享内存缺少同步机制，同步机制之后，多模块通讯也容易产生进程阻塞问题。
因此，自动驾驶系统中，急需一种适用于多模块的高效通信方式，来确保自动驾驶系统的各个模块之间的协同工作，进而确保自动驾驶的实时性。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种基于共享内存备份机制的多进程通讯方法，解决了多用户状态下共享资源无法实现资源互斥的问题，以及多模块阻塞状态下，通讯效率降低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于共享内存备份机制的多进程通讯方法，所述多进程通讯方法包括：
接收通讯字符串数据和数据缓存长度；
根据所述通讯字符串数据进行哈希值计算处理，得到哈希值，根据所述哈希值和所述数据缓存长度顺序开辟存储空间相同的N个共享内存块，并将初始化信息存储至第1个共享内存块；所述N为正整数；所述初始化信息包括数据缓存长度和索引地址；
写进程获取所述索引地址，根据所述索引地址自循环队列的队头开始依次查询每个所述共享内存块的状态信息；所述状态信息包括写入状态、读取状态和空闲状态；
当共享内存块为空闲状态或者写入状态时，所述写进程将写数据指针指向共享内存块，直至全部所述共享内存块写满，所述写进程将写数据指针指向第1个共享内存块；
同时，读进程获取索引地址，根据索引地址自循环队列的队头开始依次查询每个共享内存块的状态信息；
当所述共享内存块为空闲状态或者读取状态时，读进程将读数据指针指向共享内存块，并对共享内存块内的写入数据和/或读数据指针的指针地址进行读取。
优选的，所述第2至N个共享内存块内存储：写入数据。
优选的，所述初始化信息还包括：模块连接数量数据；所述多进程通讯方法还包括：
统计所述写进程的数量和读进程的数量，并根据所述写进程的数量和读进程的数量生成模块连接数量数据。
优选的，所述写入状态和读取状态互斥。
本发明实施例提供的一种基于共享内存备份机制的多进程通讯方法，确保了多用户状态下共享数据的互斥性，减少了传输中的数据拷贝，显著提升信息传输效率与通讯实时性，同时减少了单一模块产生多路负载的问题，解除了各个模块间的高耦合行为，实现自动驾驶系统场景下整体模块通信性能的优化。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于共享内存备份机制的多进程通讯方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的共享内存块的结构示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明提供的一种基于共享内存备份机制的多进程通讯方法，确保了多用户状态下共享数据的互斥性，减少了传输中的数据拷贝，显著提升信息传输效率与通讯实时性，同时减少了单一模块产生多路负载的问题，解除了各个模块间的高耦合行为，实现自动驾驶系统场景下整体模块通信性能的优化。
为便于理解本发明的技术方案，首先对以下涉及到的名词共享内存进行解释。
共享内存，允许两个或多个进程共享同一块内存，当一个进程改变该地址内容时，其他进程可以得到其修改后的内容。为提高共享内存的使用效率，本发明的共享内存可以同一时刻支持多进程读，同一时刻支持多进程写。模块内通信可通过指针来直接访问共享资源，进一步提升资源访问的效率。
图2为本发明实施例提供的共享内存块的结构示意图，如图2所示，本发明在进行数据传输之前，拷贝了多份数据，能够有效防止单一共享内存块被频繁读写，影响通讯效率。
图1为本发明实施例提供的基于共享内存备份机制的多进程通讯方法的流程图，以下结合图1对本发明技术方案进行详述。
步骤110，接收通讯字符串数据和数据缓存长度；
具体的，通讯字符串可以理解为共享内存标识符，数据缓存长度可以理解为占用的内存大小。
步骤120，根据通讯字符串数据进行哈希值计算处理，得到哈希值，根据哈希值和数据缓存长度顺序开辟存储空间相同的N个共享内存块，并将初始化信息存储至第1个共享内存块；
具体的，利用哈希算法将通讯字符串的每个字符参与哈希值计算，得到哈希值。这一步骤的目的是将字符串空间数据映射到整型空间，从而生成可靠性更强的唯一哈希值，防止生成重复的哈希值，申请共享内存块失败。
其中，N为正整数。第2至N个共享内存块内存储：写入数据。初始化信息包括数据缓存长度、索引地址和模块连接数量数据。
统计写进程的数量和读进程的数量，并根据写进程的数量和读进程的数量生成模块连接数量数据。具体模块连接数量数据可以是某一时刻的统计值，可以是累计值，也可以是某一时间段内的累计值。
步骤130，写进程获取索引地址，根据索引地址自循环队列的队头开始依次查询每个共享内存块的状态信息；
具体的，写进程自循环队列的队头开始，直到查询到状态信息为非读取状态，即空闲状态或者写入状态。
其中，状态信息包括写入状态、读取状态和空闲状态。写入状态和读取状态互斥。写入状态表示该共享内存块正在被写入，读取状态表示该共享内存块正在被读取，空闲状态表明该共享内存块当前没有被写入，也没有被读取。
步骤140，当共享内存块为空闲状态或者写入状态时，写进程将写数据指针指向共享内存块，直至全部共享内存块写满，写进程将写数据指针指向第1个共享内存块；
具体的，写进程将状态信息为空闲状态的共享内存块的状态信息修改为写入状态，由于写入状态和读取状态互斥，写入时不能读取该共享内存块，这一步骤能够有效防止读取数据为脏数据。
步骤150，读进程获取索引地址，根据索引地址自循环队列的队头开始依次查询每个共享内存块的状态信息；
具体的，读进程自循环队列的队头开始，直到查询到状态信息为非写入状态，即空闲状态或者读取状态。
步骤130和步骤150同时执行。
步骤160，当共享内存块为空闲状态或者读取状态时，读进程将读数据指针指向共享内存块，并对共享内存块内的写入数据和/或读数据指针的指针地址进行读取。
具体的，当写进程在写入时，共享内存块不能够被读取，当写进程写入完成后，才可以进行读取，读取数据时，可以多进程共同读取，提高数据传输效率。在发明中，为进一步提高数据传输效率，还可以对读数据指针进行读取，从而使得模块间的数据通过指针地址传输。
在优选的方案中，在指针地址中设置有计数器，能够准确得知模块根据指针地址读取数据的次数，有效保证数据的安全性。
由于现实系统中各进程可能存在本身的问题，比如某进程可能在读取过程中死掉或者读取效率过低影响共享内存块的数据更新，本发明优选的提供淘汰机制，可以对上述进程进行特定时间的等待或者淘汰。
在一个优选的方案中，如果写入操作追上读操作则等待读取操作，等读取操作读取完数据再写入。同时，为防止读进程死掉而出现死等情况，拟设定等待时间阈值，如果等待时间超过等待时间阈值，则认为读进程自行退出，不再等待。
在另一个优选的方案中，写进程不对读进程负责，不论是否已读完，如果写进程追上读进程，则写进程直接写入数据，覆盖之前的数据，但是会对各读进程因此而覆盖掉的数据量进行统计。
在另一个方案中，模块之间也可以采用端口号进行数据交换。
在另一个方案中，模块之间可以采用唯一指针地址进行数据交换，从而实现模块间一对一的信息传输。
本发明的一种基于共享内存备份机制的多进程通讯方法，确保了多用户状态下共享数据的互斥性，减少了传输中的数据拷贝，显著提升信息传输效率与通讯实时性，同时减少了单一模块产生多路负载的问题，解除了各个模块间的高耦合行为，实现自动驾驶系统场景下整体模块通信性能的优化。
专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于共享内存备份机制的多进程通讯方法，其特征在于，所述多进程通讯方法包括：
接收通讯字符串数据和数据缓存长度；
根据所述通讯字符串数据进行哈希值计算处理，得到哈希值，根据所述哈希值和所述数据缓存长度顺序开辟存储空间相同的N个共享内存块，并将初始化信息存储至第1个共享内存块；所述N为正整数；所述初始化信息包括数据缓存长度和索引地址；
写进程获取所述索引地址，根据所述索引地址自循环队列的队头开始依次查询每个所述共享内存块的状态信息；所述状态信息包括写入状态、读取状态和空闲状态；
当共享内存块为空闲状态或者写入状态时，所述写进程将写数据指针指向共享内存块，直至全部所述共享内存块写满，所述写进程将写数据指针指向第1个共享内存块；
同时，读进程获取索引地址，根据索引地址自循环队列的队头开始依次查询每个共享内存块的状态信息；
当所述共享内存块为空闲状态或者读取状态时，读进程将读数据指针指向共享内存块，并对共享内存块内的写入数据和/或读数据指针的指针地址进行读取。
2.根据权利要求1所述的基于共享内存备份机制的多进程通讯方法，其特征在于，所述第2至N个共享内存块内存储：写入数据。
3.根据权利要求1所述的基于共享内存备份机制的多进程通讯方法，其特征在于，所述初始化信息还包括：模块连接数量数据；所述多进程通讯方法还包括：
统计所述写进程的数量和读进程的数量，并根据所述写进程的数量和读进程的数量生成模块连接数量数据。
4.根据权利要求1所述的基于共享内存备份机制的多进程通讯方法，其特征在于，所述写入状态和读取状态互斥。
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