CN113342805A - 多进程共享数据的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多进程共享数据的系统及方法，其包括共享Hash表模块、共享链表模块、共享内存池模块、共享内存块模块，每一个模块均包含初始化单元、进程同步单元、数据校验单元、进程访问控制单元、数据操作单元、存储单元，通过用于校验共享数据结构所占内存的CRC值是否正确的数据校验单元，给共享内存增加了越界检测机制，保障了数据访问的正确性；同时通过用于当进程操作共享数据结构时，对该进程的操作权限进行检测的进程访问控制单元，保障了共享数据的操作安全性和数据本身的安全；同时大大简化了多进程共享Hash表、共享链表、共享内存池、共享内存块的操作，提高了开发效率和数据共享的效率。

Description

多进程共享数据的系统及方法
技术领域
本发明涉及数据共享技术领域，尤其是涉及一种多进程共享数据的系统及方法。
背景技术
在常用IT业务系统中，为了模块化设计，不同的进程完成不同的功能，同时，各个进程之间也需要有数据的共享。目前常用的数据共享方式是使用共享内存的方式，这种方式对于连续内存数据的共享是非常方便，但对于结构化数据，特别是共享hash表的实现装置和应用都非常缺乏，使得进程间访问同一Hash表的通信效率得不到充分的发挥和利用。在另一方面，在多业务多进程的业务场景中，需要将数据共享给多个公司的应用程序使用，但是只允许指定A进程修改数据，指定B进程只能读取数据，防止B进程的误操作对数据产生影响，目前共享内存管理机制太简单了，无法做到精细化权限控制。同时，目前的共享内存管理机制中，没有对共享内存中重要的数据结构进行正确性校验，如果发生数据写越界，不容易发现。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种多进程共享数据的系统及方法，以解决上述问题。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案第一方面提供一种多进程共享数据的系统，其包括共享Hash表模块、共享链表模块、共享内存池模块、共享内存块模块，所述共享Hash表模块、共享链表模块、共享内存池模块、共享内存块模块均包括如下功能单元：
初始化单元，用于创建共享数据结构，并对共享数据结构进行初始化；
进程同步单元，用于采用进程间读写锁的方式使多进程对共享数据结构进行同步控制；
数据校验单元，用于校验共享数据结构所占内存的CRC值是否正确；
进程访问控制单元，用于当进程操作共享数据结构时，对该进程的操作权限进行检测；
数据操作单元，用于提供对共享数据结构进行申请、释放操作的数据操作接口；
存储单元，用于存储所有的数据结构。
本发明第二方面提供一种多进程共享数据的方法，其包括如下步骤：
设置权限管理库，建立共享内存核心管理节点；
通过授权KEY在权限管理库中查询进程的操作权限；
校验共享数据结构所占内存的CRC值是否正确；
创建共享数据结构，并对共享数据结构进行初始化；
多进程向共享数据结构进行申请、释放操作。
采用本发明所述多进程共享数据的系统及方法，大大简化了多进程共享Hash表、共享链表、共享内存池、共享内存块的操作，提高了开发效率和数据共享的效率；且在共享内存数据正确性方面，增加了数据校验机制，保障了数据访问的正确性；另外通过共享内存访问权限的机制，一方面保障了共享数据的操作安全性；另一方面实现了共享数据对不同用户的隔离，保障了数据本身的安全；同时通过CRC校验值给共享内存增加了越界检测机制，更早的发现内存越界的问题。
附图说明
图1是本发明实施例所述的多进程共享数据的系统的功能单元框图；
图2是本发明实施例所述多进程共享数据的系统的具体功能单元框图；
图3是本发明实施例所述的多进程共享数据的方法的流程框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1和图2所示，本发明的实施例提供了一种多进程共享数据的系统，其包括共享Hash表模块、共享链表模块、共享内存池模块、共享内存块模块。如图1所示，所述共享Hash表模块、共享链表模块、共享内存池模块、共享内存块模块均包括如下功能单元：
初始化单元，用于创建共享数据结构，并对共享数据结构进行初始化；
进程同步单元，用于采用进程间读写锁的方式使多进程对共享数据结构进行同步控制；
数据校验单元，用于校验共享数据结构所占内存的CRC值是否正确；
进程访问控制单元，用于当进程操作共享数据结构时，对该进程的操作权限进行检测；
数据操作单元，用于提供对共享数据结构进行申请、释放操作的数据操作接口；
存储单元，用于存储所有的数据结构。
具体的，所述共享Hash表模块用于在多进程之间共享hash表，使之在每个进程里都能像本地hash表一样操作，同时，对hash表的操作在其他进程也能看到。如图2所示，所述共享Hash表模块包括如下功能单元：
Hash表初始化单元，用于创建共享Hash表，并对共享Hash表进行初始化；
Hash表进程同步单元，用于采用进程间读写锁的方式使多进程对共享Hash表进行同步控制；
Hash表数据校验单元，用于校验共享Hash表中各项操作所占内存的CRC值是否正确；
Hash表进程访问控制单元，用于当进程操作共享Hash表时，对该进程的操作权限进行检测；
Hash表数据操作单元，用于提供对共享Hash表进行申请、释放操作的数据操作接口；
Hash计算单元，用于计算待操作数据的Hash值，从而确定待操作数据Hash值在Hash桶中的槽位号；
Hash值比较单元，用于将待操作数据Hash值与Hash桶中其他值进行比较，判断是否相同Hash值。
Hash桶存储单元，用于存储所有初始化完成的共享Hash桶。
所述共享链表模块用于在多进程之间共享链表，使之在每个进程里都能像本地链表一样操作，同时，对链表的操作在其他进程也能看到。如图2所示，所述共享链表模块包括如下功能单元：
链表初始化单元，用于创建共享链表，并对共享链表进行初始化；
链表进程同步单元，用于采用进程间读写锁的方式使多进程对共享链表进行同步控制；
链表数据校验单元，用于校验共享链表中各项操作所占内存的CRC值是否正确；
链表进程访问控制单元，用于当进程操作共享链表时，对该进程的操作权限进行检测；
链表数据操作单元，用于提供对共享链表进行申请、释放操作的数据操作接口；
链表存储单元，用于存储所有初始化完成的共享链表头。
所述共享内存池模块用于在多进程之间共享内存池，使得每个进程都能从这个内存池申请和释放内存单元，且申请的内存池单元只能用于挂载到共享链表或共享hash表使用。如图2所示，所述共享内存池模块包括如下功能单元：
内存池初始化单元，用于创建共享内存池，并对共享内存池进行初始化；
内存池进程同步单元，用于采用进程间读写锁的方式使多进程对共享内存池进行同步控制；
内存池数据校验单元，用于校验共享内存池中各项操作所占内存的CRC值是否正确；
内存池进程访问控制单元，用于当进程操作共享内存池时，对该进程的操作权限进行检测；
内存池数据操作单元，用于提供对共享内存池进行申请、释放操作的数据操作接口；
内存池管理单元，用于管理内存池中已经使用的内存池单元、空闲的内存池单元、内存池使用量；
内存池存储单元，用于存储所有的内存池单元。
所述共享内存块模块用于在多进程之间共享内存块，使得每个进程都能从这个内存块管理单元申请到指定大小的内存块，并存储需要共享的数据，其他进程可以读取到相应的共享数据。如图2所示，所述共享内存块模块包括如下功能单元：
内存块初始化单元，用于创建共享内存块，并对共享内存块进行初始化；
内存块进程同步单元，用于采用进程间读写锁的方式使多进程对共享内存块进行同步控制；
内存块数据校验单元，用于校验共享内存块中各项操作所占内存的CRC值是否正确；
内存块进程访问控制单元，用于当进程操作共享内存块时，对该进程的操作权限进行检测；
内存块数据操作单元，用于提供对共享内存块进行申请、释放操作的数据操作接口；
内存块管理单元，用于管理内存块单元中已经使用的内存地址和大小、空闲的内存地址和大小、内存块的使用情况。
内存块存储单元，用于存储所有的内存块。
采用本发明所述多进程共享数据的系统，大大简化了多进程共享Hash表、共享链表、共享内存池、共享内存块的操作，提高了开发效率和数据共享的效率；且在共享内存数据正确性方面，增加了数据校验单元，保障了数据访问的正确性；另外还通过增设进程访问控制单元，一方面保障了共享数据的操作安全性；另一方面实现了共享数据对不同用户的隔离，保障了数据本身的安全；同时通过CRC校验值给共享内存增加了越界检测机制，更早的发现内存越界的问题。
基于上述多进程共享数据的系统，本发明还提供一种多进程共享数据的方法，如图3所示，其包括如下步骤：
S1、设置权限管理库，建立共享内存核心管理节点，创建并加载共享的结构化数据；
S2、通过授权KEY在权限管理库中查询进程的操作权限；
S3、校验共享数据结构所占内存的CRC值是否正确；
S4、多进程向共享数据结构进行申请、释放操作。
具体的，首先设置权限管理库，建立共享内存核心管理节点，并在共享内存管理系统中建立节点信息存储区、进程信息存储区、权限存储区、数据校验存储区、结构化数据存储区；所述节点信息存储区用于存储该共享内存的ID、大小、初始化的结构化数据的数量和类型、互斥锁等；所述进程信息存储区用于存储挂载该共享内存的所有进程信息；具体包括：进程ID、进程角色、共享内存首地址、挂载共享内存的时间、最后访问共享内存的时间、最后更改共享内存的时间；所述权限存储区用于存储运行挂载该共享内存的用户列表以及每个用户分配的权限；所述数据校验存储区用于存储重要数据的位置信息和该位置信息的CRC校验值，所述结构化数据存储区用于存储所有在该共享内存上申请的结构化数据。包括Hash表、链表、内存池、内存块。
由主进程创建共享的结构化数据，即创建共享内存并挂载到本进程中，初始化共享内存节点信息、进程信息、用户列表和权限信息、数据校验信息，根据不同类型分别初始化不同的结构化数据，将所有初始化信息分别相应写入共享内存中的节点信息存储区、进程信息存储区、权限存储区、数据校验存储区、结构化数据存储区。
接着由从进程加载共享的结构化数据，即加载共享内存以及共享内存中的节点信息、共享内存中的进程信息、共享内存中的用户列表和权限表、共享内存中的数据校验信息。判断该进程输入的用户是否有访问权限，如果没有访问该共享内存的权限，则直接卸载已经加载的共享内存，如果有访问该共享内存的权限，则将该进程的信息添加到共享内存进程信息存储区，并加载该进程有权限访问的结构化数据。
然后发起操作共享内存中结构化数据的请求，通过授权KEY校验该进程的操作是否有权限，操作类型包括对数据的增加、删除、修改、查询等；如果该进程没有相应的操作权限，则返回操作失败，如果该进程有相应的操作权限，则加载需要操作的结构化数据中的进程同步信息。
对同步信息中的锁进行加锁，通过存储的数据CRC校验码校验原始的结构化数据是否正确；如果没有通过数据正确性校验，则说明数据有错误，记录错误日志，返回操作失败，如果通过数据正确性校验，则对相应的结构化数据执行操作，操作类型包括增加、删除、修改、查询；根据修改后的结构化数据，更新数据校验区的该数据的CRC校验码，并对同步信息中的锁进行解锁。
其中，所述多进程共享hash表的具体步骤如下：
进程A加载共享内存池，解析该共享内存的核心管理节点，并通过自己的授权KEY查询自己的权限，同时通过存储的数据CRC校验码校验原始的结构化数据是否正确；
进程A向共享内存池申请一块内存池单元，将值存入内存池单元中。然后将该内存池单元插入到共享hash表中，操作之前，首先校验该进程对共享hash表的插入操作所占内存的CRC值是否正确，即比较新计算的CRC值和之前保存的CRC值是否一致，如果不一致，就返回错误；如果一致，对该进程的插入操作进行权限检查；
判断该进程是否有插入操作权限，如果没有，则插入失败，如果具备插入权限，计算待插入值在hash桶中的槽位号，然后遍历该槽位上的链表，判断是否有相同值已经插入，如果有相同值，则插入失败，如果遍历完成后没有该值，就将该值插入链表的头部，最后根据修改后的结构化数据，更新数据校验区的该数据的CRC校验码。
所述多进程共享链表的具体步骤与所述多进程共享hash表的具体步骤一致，在此不再赘述。
采用本发明所述多进程共享数据的方法，大大简化了多进程共享Hash表、共享链表、共享内存池、共享内存块的操作，提高了开发效率和数据共享的效率；且在共享内存数据正确性方面，增加了数据校验机制，保障了数据访问的正确性；另外通过共享内存访问权限的机制，一方面保障了共享数据的操作安全性；另一方面实现了共享数据对不同用户的隔离，保障了数据本身的安全；同时通过CRC校验值给共享内存增加了越界检测机制，更早的发现内存越界的问题。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各实施例的模块、单元和/或方法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。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。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种多进程共享数据的系统，其特征在于，包括共享Hash表模块、共享链表模块、共享内存池模块、共享内存块模块，所述共享Hash表模块、共享链表模块、共享内存池模块、共享内存块模块均包括如下功能单元：
初始化单元，用于创建共享数据结构，并对共享数据结构进行初始化；
进程同步单元，用于采用进程间读写锁的方式使多进程对共享数据结构进行同步控制；
数据校验单元，用于校验共享数据结构所占内存的CRC值是否正确；
进程访问控制单元，用于当进程操作共享数据结构时，对该进程的操作权限进行检测；
数据操作单元，用于提供对共享数据结构进行申请、释放操作的数据操作接口；
存储单元，用于存储所有的数据结构。
2.根据权利要求1所述多进程共享数据的系统，其特征在于，所述共享Hash表模块还包括如下功能单元：
Hash计算单元，用于计算待操作数据的Hash值，从而确定待操作数据Hash值在Hash桶中的槽位号；
Hash值比较单元，用于将待操作数据Hash值与Hash桶中其他值进行比较，判断是否相同Hash值。
3.根据权利要求1所述多进程共享数据的系统，其特征在于，所述共享内存池模块还包括内存池管理单元：
所述内存池管理单元用于管理内存池中已经使用的内存池单元、空闲的内存池单元、内存池使用量。
4.根据权利要求1所述多进程共享数据的系统，其特征在于，所述共享内存块模块还包括内存块管理单元：
所述内存池管理单元用于管理内存块单元中已经使用的内存地址和大小、空闲的内存地址和大小、内存块的使用情况。
5.一种多进程共享数据的方法，其特征在于，包括如下步骤：
设置权限管理库，建立共享内存核心管理节点，创建并加载共享的结构化数据；
通过授权KEY在权限管理库中查询进程的操作权限；
校验共享数据结构所占内存的CRC值是否正确；
多进程向共享数据结构进行申请、释放操作。
6.根据权利要求5所述的一种多进程共享数据的方法，其特征在于，所述共享的结构化数据包括共享hash表、共享链表、共享内存池、共享内存块。
7.根据权利要求6所述的一种多进程共享数据的方法，其特征在于，所述多进程共享数据的方法还包括如下步骤：
在进程向共享hash表插入数据时，校验该进程对共享hash表的插入操作所占内存的CRC值是否正确；
在校验合格后，对该进程的插入操作进行权限检查，判断该进程是否有插入操作权限；
在判断该进程具有插入操作权限后，计算待插入值在hash桶中的槽位号；
遍历该槽位上的链表，判断是否有相同值已经插入，在遍历完成没有相同值后，将待插入值插入链表的头部。
8.根据权利要求7所述的一种多进程共享数据的方法，其特征在于，所述多进程共享数据的方法还包括如下步骤：
在进行CRC值校验之前，该进程向共享内存池申请一块内存池单元，将值存入内存池单元中。
9.根据权利要求8所述的一种多进程共享数据的方法，其特征在于，进程自共享内存池中申请的内存池单元用于挂载到共享链表或共享hash表使用。
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张伟等: "多进程共享的高效哈希表", 《计算机工程与设计》 *
张兵等: "基于Supersonic的并行分组聚集", 《计算机应用》 *
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