CN114840354A - 实现进程间高效处理数据请求的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了实现进程间高效处理数据请求的方法及系统，属于分布式系统技术领域，本发明要解决的技术问题为如何提高读写进程之间的请求处理效率，采用的技术方案为：该方法是在客户进程和服务进程之间使用同一块连续的共享内存区域，在共享内存区域上创建共享内存环形且无锁队列和共享内存数据区，客户进程无锁访问写入请求到共享内存环形且无锁队列中，服务进程读取共享内存环形且无锁队列的请求及数据，并在处理后写入共享内存环形且无锁队列；其中，请求的实际数据存储在共享内存数据区中。该系统包括划分模块、发送模块、读取模块及响应模块。
Description
技术领域
本发明涉及分布式系统技术领域，具体地说是一种实现进程间高效处理数据请求的方法及系统。
背景技术
操作系统多个进程间的请求处理常规使用的是RPC(Remote Procedure Call)-远程过程调用的方法，需要服务进程启动监听端口，客户进程发送请求到监听端口。这个过程需要经过操作系统的系统调用，涉及系统态和用户态的切换，请求数据也需要在客户进程中从用户态复制到系统态，在服务进程中再次从系统态复制到用户态，并且数据也需要在客户进程进行编码，传输到服务进程后再进行解码。这种处理流程增加额外的系统调用和内存复制，不适合频繁、低延时的数据请求处理场景。
故如何提高读写进程之间的请求处理效率是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的技术任务是提供一种实现进程间高效处理数据请求的方法及系统，来解决如何提高读写进程之间的请求处理效率的问题。
本发明的技术任务是按以下方式实现的，一种实现进程间高效处理数据请求的方法，该方法是在客户进程(写进程)和服务进程(读进程)之间使用同一块连续的共享内存区域，在共享内存区域上创建共享内存环形且无锁队列和共享内存数据区，客户进程无锁访问写入请求到共享内存环形且无锁队列中，服务进程读取共享内存环形且无锁队列的请求及数据，并在处理后写入共享内存环形且无锁队列；其中，请求的实际数据存储在共享内存数据区中。
作为优选，共享内存环形且无锁队列按请求条目的大小切分，并设置两个指针，具体如下：
①、head：用于指示下一个可写的条目；
②、tail：用于指示下一个可读的条目。
作为优选，每个共享内存环形且无锁队列的条目是固定长度，共享内存环形且无锁队列的条目包括三个属性，具体如下：
①、ID：请求的标识；
②、Start：该请求数据在共享内存数据区的起始地址
③、End：该请求数据在共享内存数据区的结束地址。
作为优选，共享内存数据区按固定大小分割为若干block，便于灵活分配和回收，用于支持多并发请求的读取处理。
作为优选，客户进程发送请求具体如下：
从共享内存数据区申请size大小的共享内存，得到Start起始的n个共享内存block，客户进程将请求数据写入该共享内存block中；
客户进程检查共享内存环形且无锁队列是否已满：
若能够写入新的请求，则申请一个请求ID，并创建共享内存环形且无锁队列条目，写入共享内存环形且无锁队列head位置的共享内存数据区；
写入成功后，将head指向共享内存环形且无锁队列的下一个位置；
当head已经移到共享内存环形且无锁队列尾部时，则将head指向共享内存环形且无锁队列起始位置。
作为优选，服务进程读取请求具体如下：
服务进程检查共享内存环形且无锁队列是否非空(tail！＝head)：
若有未读取的条目，则从共享内存环形且无锁队列的tail位置读取一个请求条目，根据请求条目的[start,end]索引，从共享内存数据区读取内存block，解析得到请求的数据，并交给执行线程处理该请求；
请求处理成功后，服务进程释放共享内存数据区中的数据，并将共享内存环形且无锁队列的tail指针移到下一个位置；
当tail已经移到共享内存环形且无锁队列尾部时，将tail重置到共享内存环形且无锁队列起始位置。
更优地，服务进程处理请求后，需要返回处理结果给客户进程具体如下：
共享内存环形且无锁队列有两个实例，分别为请求队列和响应队列；其中，请求队列用于保存客户进程的请求条目；响应队列用于保存服务进程处理请求后的结果；当客户进程无需请求处理结果时，无需响应队列；
服务进程从共享内存数据区申请共享内存block，将处理结果写入共享内存block，并构建响应条目：ID＝请求的ID，[Start,End]＝已分配的共享内存block地址；
将响应条目写入响应队列；
客户进程轮询检查响应队列，取出响应队列中的条目，与请求ID比较，识别请求的处理结果数据。
一种实现进程间高效处理数据请求的系统，该系统包括，
划分模块，用于通过操作系统申请一片连续的共享内存区域，将该共享内存区域划分为共享内存环形且无锁队列和共享内存数据区；
发送模块，用于在客户进程中从共享内存数据区申请size大小的共享内存，得到start起始的n个共享内存block，同时客户进程将请求数据写入该共享内存block中；
读取模块，用于在服务进程中检查共享内存环形且无锁队列是否非空(tail！＝head)：若有未读取的条目，则从共享内存环形且无锁队列的tail位置读取一个请求条目，根据请求条目的[start,end]索引，从共享内存数据区读取内存block，解析得到请求的数据，并交给执行线程处理该请求；
响应模块，用于在服务进程从共享内存数据区申请共享内存block，将处理结果写入共享内存block，并构建响应条目：ID＝请求的ID，[Start,End]＝已分配的共享内存block地址；再将响应条目写入响应队列；当客户进程轮询检查响应队列时，取出响应队列中的条目，与请求ID比较，识别请求的处理结果数据。
一种电子设备，包括：存储器和至少一个处理器；
其中，所述存储器上存储有计算机程序；
所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机程序，使得所述至少一个处理器执行如上述的实现进程间高效处理数据请求的方法。
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中存储有计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以实现如上述的实现进程间高效处理数据请求的方法。
本发明的实现进程间高效处理数据请求的方法及系统具有以下优点：
(一)本发明可实现快速、高效的进程间请求处理，读写进程之间请求处理和响应的交互过程全流程都是在用户态执行，无需操作系统中断和系统态/用户态的切换，极大提高了读写进程之间的请求处理效率；
(二)共享内存是多个进程可以共同访问的一片内存区域，客户进程写请求到共享内存，读进程从共享内存读取请求并处理，整个流程无需系统调用和内存复制，而且也不需要数据编解码，降低了CPU计算负载；
(三)本发明基于共享内存实现进程间高效数据请求处理，客户进程(写进程)和服务进程(读进程)使用同一块共享内存区域，在共享内存上创建环形的请求响应队列和数据队列，读写进程可同时无锁的访问共享内存队列，完全在用户态进行请求和响应数据的交互，无需操作系统中断和系统态/用户态的切换，减少内存复制和数据编解码，可极大提高读写进程之间的请求处理效率，实现快速、高效的进程间请求响应处理；
(四)本发明在共享内存上建立环形请求/响应队列，实现无锁的队列读写，请求/响应的数据写入共享内存数据区，请求的处理与响应过程无需系统调用，没有系统态/用户态的内存复制，极大提高读写进程之间的请求处理效率。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
附图1为共享内存的结构示意图；
附图2为请求响应队列的示意图。
具体实施方式
参照说明书附图和具体实施例对本发明的实现进程间高效处理数据请求的方法及系统作以下详细地说明。
实施例1：
如附图1所示，本发明的实现进程间高效处理数据请求的方法，该方法是在客户进程(写进程)和服务进程(读进程)之间使用同一块连续的共享内存区域，在共享内存区域上创建共享内存环形且无锁队列和共享内存数据区，客户进程无锁访问写入请求到共享内存环形且无锁队列中，服务进程读取共享内存环形且无锁队列的请求及数据，并在处理后写入共享内存环形且无锁队列；其中，请求的实际数据存储在共享内存数据区中。
本实施例中的共享内存环形且无锁队列按请求条目的大小切分，并设置两个指针，具体如下：
①、head：用于指示下一个可写的条目；
②、tail：用于指示下一个可读的条目。
本实施例中，每个共享内存环形且无锁队列的条目是固定长度，共享内存环形且无锁队列的条目包括三个属性，具体如下：
①、ID：请求的标识；
②、Start：该请求数据在共享内存数据区的起始地址
③、End：该请求数据在共享内存数据区的结束地址。
本实施例中的共享内存数据区按固定大小分割为若干block，便于灵活分配和回收，用于支持多并发请求的读取处理。
本实施例中的客户进程发送请求具体如下：
(1)、从共享内存数据区申请size大小的共享内存，得到Start起始的n个共享内存block，客户进程将请求数据写入该共享内存block中；
(2)、客户进程检查共享内存环形且无锁队列是否已满：
若能够写入新的请求，则申请一个请求ID，并创建共享内存环形且无锁队列条目，写入共享内存环形且无锁队列head位置的共享内存数据区；
(3)、写入成功后，将head指向共享内存环形且无锁队列的下一个位置；
(4)、当head已经移到共享内存环形且无锁队列尾部时，则将head指向共享内存环形且无锁队列起始位置。
本实施例中的服务进程读取请求具体如下：
(1)、服务进程检查共享内存环形且无锁队列是否非空(tail！＝head)：
若有未读取的条目，则从共享内存环形且无锁队列的tail位置读取一个请求条目，根据请求条目的[start,end]索引，从共享内存数据区读取内存block，解析得到请求的数据，并交给执行线程处理该请求；
(2)、请求处理成功后，服务进程释放共享内存数据区中的数据，并将共享内存环形且无锁队列的tail指针移到下一个位置；
(3)、当tail已经移到共享内存环形且无锁队列尾部时，将tail重置到共享内存环形且无锁队列起始位置。
如附图2所示，本实施例中的服务进程处理请求后，需要返回处理结果给客户进程具体如下：
(一)、共享内存环形且无锁队列有两个实例，分别为请求队列和响应队列；其中，请求队列用于保存客户进程的请求条目；响应队列用于保存服务进程处理请求后的结果；当客户进程无需请求处理结果时，无需响应队列；
(二)、服务进程从共享内存数据区申请共享内存block，将处理结果写入共享内存block，并构建响应条目：ID＝请求的ID，[Start,End]＝已分配的共享内存block地址；
(3)、将响应条目写入响应队列；
(4)、客户进程轮询检查响应队列，取出响应队列中的条目，与请求ID比较，识别请求的处理结果数据。
实施例2：
本实施例提供了一种实现进程间高效处理数据请求的系统，该系统包括，
划分模块，用于通过操作系统申请一片连续的共享内存区域，将该共享内存区域划分为共享内存环形且无锁队列和共享内存数据区；
发送模块，用于在客户进程中从共享内存数据区申请size大小的共享内存，得到start起始的n个共享内存block，同时客户进程将请求数据写入该共享内存block中；
读取模块，用于在服务进程中检查共享内存环形且无锁队列是否非空(tail！＝head)：若有未读取的条目，则从共享内存环形且无锁队列的tail位置读取一个请求条目，根据请求条目的[start,end]索引，从共享内存数据区读取内存block，解析得到请求的数据，并交给执行线程处理该请求；
响应模块，用于在服务进程从共享内存数据区申请共享内存block，将处理结果写入共享内存block，并构建响应条目：ID＝请求的ID，[Start,End]＝已分配的共享内存block地址；再将响应条目写入响应队列；当客户进程轮询检查响应队列时，取出响应队列中的条目，与请求ID比较，识别请求的处理结果数据。
本实施例在服务进程和客户进程之间共享一片内存区域，在共享内存上建立共享内存环形且无锁队列和共享内存数据区，客户进程将请求数据写入共享内存数据区，并将请求条目写入共享内存环形且无锁队列；服务进程轮询检查共享内存环形且无锁队列条目，并根据条目从共享内存数据区读取数据。将进程间交互的数据存储在共享内存数据区，共享内存环形且无锁队列条目只记录请求数据的指针，使用2个指针分别记录队列条目的写位置和读位置。服务进程以轮询、无锁方式读取共享内存环形且无锁队列中的新条目，不需要系统调用、系统中断，没有系统态/用户态的切换。
实施例3：
本实施例还提供了一种电子设备，包括：存储器和处理器；
其中，存储器存储计算机执行指令；
处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，使得处理器执行本发明任一实施例中的实现进程间高效处理数据请求的方法。
实施例4：
本实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，指令由处理器加载，使处理器执行本发明任一实施例中的实现进程间高效处理数据请求的方法。具体地，可以提供配有存储介质的系统或者装置，在该存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施例的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机(或CPU或MPU)读出并执行存储在存储介质中的程序代码。
在这种情况下，从存储介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能，因此程序代码和存储程序代码的存储介质构成了本发明的一部分。
用于提供程序代码的存储介质实施例包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘(如CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RYM、DVD-RW、DVD+RW)、磁带、非易失性存储卡和ROM。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机上下载程序代码。
此外，应该清楚的是，不仅可以通过执行计算机所读出的程序代码，而且可以通过基于程序代码的指令使计算机上操作的操作系统等来完成部分或者全部的实际操作，从而实现上述实施例中任意一项实施例的功能。
此外，可以理解的是，将由存储介质读出的程序代码写到插入计算机内的扩展板中所设置的存储器中或者写到与计算机相连接的扩展单元中设置的存储器中，随后基于程序代码的指令使安装在扩展板或者扩展单元上的CPU等来执行部分和全部实际操作，从而实现上述实施例中任一实施例的功能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。
Claims (10)
1.一种实现进程间高效处理数据请求的方法，其特征在于，该方法是在客户进程和服务进程之间使用同一块连续的共享内存区域，在共享内存区域上创建共享内存环形且无锁队列和共享内存数据区，客户进程无锁访问写入请求到共享内存环形且无锁队列中，服务进程读取共享内存环形且无锁队列的请求及数据，并在处理后写入共享内存环形且无锁队列；其中，请求的实际数据存储在共享内存数据区中。
2.根据权利要求1所述的实现进程间高效处理数据请求的方法，其特征在于，共享内存环形且无锁队列按请求条目的大小切分，并设置两个指针，具体如下：
①、head：用于指示下一个可写的条目；
②、tail：用于指示下一个可读的条目。
3.根据权利要求1所述的实现进程间高效处理数据请求的方法，其特征在于，每个共享内存环形且无锁队列的条目是固定长度，共享内存环形且无锁队列的条目包括三个属性，具体如下：
①、ID：请求的标识；
②、Start：该请求数据在共享内存数据区的起始地址
③、End：该请求数据在共享内存数据区的结束地址。
4.根据权利要求1所述的实现进程间高效处理数据请求的方法，其特征在于，共享内存数据区按固定大小分割为若干block，用于支持多并发请求的读取处理。
5.根据权利要求1所述的实现进程间高效处理数据请求的方法，其特征在于，客户进程发送请求具体如下：
从共享内存数据区申请size大小的共享内存，得到Start起始的n个共享内存block，客户进程将请求数据写入该共享内存block中；
客户进程检查共享内存环形且无锁队列是否已满：
若能够写入新的请求，则申请一个请求ID，并创建共享内存环形且无锁队列条目，写入共享内存环形且无锁队列head位置的共享内存数据区；
写入成功后，将head指向共享内存环形且无锁队列的下一个位置；
当head已经移到共享内存环形且无锁队列尾部时，则将head指向共享内存环形且无锁队列起始位置。
6.根据权利要求1所述的实现进程间高效处理数据请求的方法，其特征在于，服务进程读取请求具体如下：
服务进程检查共享内存环形且无锁队列是否非空(tail！＝head)：
若有未读取的条目，则从共享内存环形且无锁队列的tail位置读取一个请求条目，根据请求条目的[start,end]索引，从共享内存数据区读取内存block，解析得到请求的数据，并交给执行线程处理该请求；
请求处理成功后，服务进程释放共享内存数据区中的数据，并将共享内存环形且无锁队列的tail指针移到下一个位置；
当tail已经移到共享内存环形且无锁队列尾部时，将tail重置到共享内存环形且无锁队列起始位置。
7.根据权利要求1-6中任一所述的实现进程间高效处理数据请求的方法，其特征在于，服务进程处理请求后，需要返回处理结果给客户进程具体如下：
共享内存环形且无锁队列有两个实例，分别为请求队列和响应队列；其中，请求队列用于保存客户进程的请求条目；响应队列用于保存服务进程处理请求后的结果；当客户进程无需请求处理结果时，无需响应队列；
服务进程从共享内存数据区申请共享内存block，将处理结果写入共享内存block，并构建响应条目：ID＝请求的ID，[Start,End]＝已分配的共享内存block地址；
将响应条目写入响应队列；
客户进程轮询检查响应队列，取出响应队列中的条目，与请求ID比较，识别请求的处理结果数据。
8.一种实现进程间高效处理数据请求的系统，其特征在于，该系统包括，
划分模块，用于通过操作系统申请一片连续的共享内存区域，将该共享内存区域划分为共享内存环形且无锁队列和共享内存数据区；
发送模块，用于在客户进程中从共享内存数据区申请size大小的共享内存，得到start起始的n个共享内存block，同时客户进程将请求数据写入该共享内存block中；
读取模块，用于在服务进程中检查共享内存环形且无锁队列是否非空(tail！＝head)：若有未读取的条目，则从共享内存环形且无锁队列的tail位置读取一个请求条目，根据请求条目的[start,end]索引，从共享内存数据区读取内存block，解析得到请求的数据，并交给执行线程处理该请求；
响应模块，用于在服务进程从共享内存数据区申请共享内存block，将处理结果写入共享内存block，并构建响应条目：ID＝请求的ID，[Start,End]＝已分配的共享内存block地址；再将响应条目写入响应队列；当客户进程轮询检查响应队列时，取出响应队列中的条目，与请求ID比较，识别请求的处理结果数据。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器和至少一个处理器；
其中，所述存储器上存储有计算机程序；
所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机程序，使得所述至少一个处理器执行如权利要求1至7任一项所述的实现进程间高效处理数据请求的方法。
10.一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中存储有计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以实现如权利要求1至7中任一项所述的实现进程间高效处理数据请求的方法。
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