CN114928660B - 一种嵌入式操作系统透明进程间通信的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种嵌入式操作系统透明进程间通信的方法,属于网络通信领域。本发明对于已实现TCP/IP网络协议栈的嵌入式操作系统,可通过对套接字抽象层将透明进程间通信协议向TCP/IP网络协议栈注册的方式实现对透明进程间通信协议的支持,不需要再增加透明进程间通信协议栈。本发明中嵌入式操作系统可基于已有的TCP/IP网络协议栈,实现进程间通信,不需要实现新的协议栈。透明进程间通信不需要指定IP地址,通信无需关注通信端的物理位置。透明进程间通信使用以太网传输介质,实现同一范围节点的通信。
Description
技术领域
本发明属于网络通信领域,具体涉及一种嵌入式操作系统透明进程间通信的方法。
背景技术
进程通信是指进程间的信息交换,透明进程间通信是一种用于进程间通信的网络通信协议,基于底层的通信框架进程间进行通信,进程间通信时无需关注与之通信的进程的IP地址和物理位置。由于通信时无需关注与之通信进程的 IP地址和物理位置,通信的进程像透明的一样,因此称作透明进程间通信。
网络协议栈是一组计算机网络协议的实现,按照分层的思想,网络协议栈分为OSI七层模型和TCP/IP五层模型,TCP/IP五层模型的网络协议栈,又被称为 TCP/IP协议栈。套接字Socket是应用层和传输层之间的一个抽象层,把TCP/IP 层协议接口抽象为几个简单标准的接口供应用层调用,为应用层提供服务。
国家普通发明专利“一种支持分布式系统的透明进程间通信系统及方法”(公布号CN105426260A)公开了一种支持分布式系统的透明进程间通信系统及方法,解决进程间通信技术无法同时满足高透明度、高效率的问题。
论文“Linux TIPC网络协议栈的分析与改进”(中国电子学会第十六届信息论学术年会论文集,第5部分网络理论与技术),对TIPC网络协议栈进行了分析,并提出了逻辑地址同步和link建立的改进方案。
国家普通发明专利“一种支持分布式系统的透明进程间通信系统及方法”通过定义节点接收消息时,节点定义为进程模块11,节点发送消息时,节点定义为进程模块21,实现跨节点进程间通信,统一了节点内部进程间通信和跨节点进程间通信,但该通信系统及方法重点关注通过进程模块11和进程模块21解决跨节点通信问题,没有解决利用嵌入式实时操作系统已有通信协议栈实现进程间通信问题。
论文“Linux TIPC网络协议栈的分析与改进”是基于Linux操作系统对TIPC 网络协议栈进行了改进,但没有解决嵌入式操作系统对透明进程间通信支持问题。
TCP/IP作为通用的协议栈,已经被广泛应用于各种环境中,具备网络通信能力的操作系统几乎都集成了TCP/IP网络协议栈。而透明进程间通信协议有特定的地址格式、网络拓扑等,通常的透明进程间通信的支持是通过加入透明进程间通信协议栈的方式实现。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何提供一种嵌入式操作系统透明进程间通信的方法,以解决嵌入式操作系统进程间透明通信问题,解决基于套接字socket 的网络通信只能依靠IP地址和通信端口才能通信的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题,本发明提出一种嵌入式操作系统透明进程间通信的方法,该方法包括:
嵌入式操作系统协议栈套接字层封装套接字层封装接口,定义协议无关的抽象函数指针数据结构,抽象函数指针数据结构用于屏蔽底层协议差异,统一参数个数及参数类型,通信协议通过注册抽象函数指针数据结构在TCP/IP协议栈注册协议接口;通过套接字socket调用套接字层封装接口,套接字层封装接口通过抽象函数指针调用协议接口;
其中,透明进程间通信协议通过将操作接口注册到抽象函数指针数据结构,实现透明进程间通信协议向TCP/IP网络协议栈的注册;
套接字进行透明进程间通信时使用物理无关的参数,该参数包括节点编号和通信类型;
透明进程间通信协议维护一个全局的通信路由表,路由表记录节点的通信链路是否存在;
透明进程间通信协议使用以太网的网线作为传输介质,数据附载在网线上传输;节点之间的通信连接抽象为链路层,链路层完成消息的实际传输。
进一步地,在嵌入式操作系统中,把套接字作为一种特殊的文件,创建套接字时生成系统唯一的文件描述符,该文件描述符与套接字一一对应,以文件描述符作为套接字接口传递的参数,实现了套接字接口通过文件描述符访问指定套接字。
进一步地,套接字接口包括:socket,创建套接字;bind,绑定套接字到本地地址和端口;listen,开启监听模式;accept,阻塞态等待连接;connect,客户端主动连接服务器;send,发送数据;recv,接收数据;sendto,发送数据到指定的IP地址和端口;recvfrom,接收数据,返回数据远端的IP地址和端口;以及closesocket,关闭套接字。
进一步地,套接字层封装接口包括:socreate,创建套接字抽象层实现; sobind,绑定套接字到本地地址和端口抽象层实现;solisten,开启监听模式抽象层实现;soaccept,阻塞态等待连接抽象层实现;soconnect,客户端主动连接服务器抽象层实现;sosend,发送数据抽象层实现;sorecv,接收数据抽象层实现;以及soclose,关闭套接字抽象层实现。
进一步地,套接字层为TCP协议、UDP协议、透明进程间通信协议的上一级抽象层。
进一步地,协议无关的抽象函数指针数据结构中包括:pru_attach、pru_bind、pru_listen、pru_accept、pru_connect、pru_send、pru_rcvd以及 pru_detach。
进一步地,套接字层封装接口涉及socket属性配置的处理,抽象函数指针是注册不同协议操作函数的函数指针数据结构。
进一步地,当一个新的节点被创建时,节点将主动发出路由更新请求,路由表中将增加该节点信息;节点被删除时,也将发出路由删除请求,路由表中删除该节点信息,更新路由表。
进一步地,链路层传输数据分为低优先级、正常优先级、高优先级和重要优先级,当链路层发送的数据超过可传输阈值时,链路层将阻塞标识为阻塞,此时进程是否能发送数据根据待发送数据的优先级而定,低优先级和正常优先级数据将先被加入等待队列,高优先级和重要优先级数据将被立即发送;当链路层数据小于阈值,链路层的阻塞标识清除,等待队列的低优先级和正常优先级数据再进行发送。
进一步地,链路层实现通信链路的建立和维护,链路层是传输介质封装抽象层,维护链路信息及数据维护,链路层记录的链路信息包括:节点编号、链路状态、阻塞标识和数据记录,数据记录包括发送数据计数、接收数据计数、发送数据状态、接收数据状态、发送进程和接收进程。
(三)有益效果
本发明提出一种嵌入式操作系统透明进程间通信的方法,本发明对于已实现TCP/IP网络协议栈的嵌入式操作系统,可通过对套接字抽象层将透明进程间通信协议向TCP/IP网络协议栈注册的方式实现对透明进程间通信协议的支持,不需要再增加透明进程间通信协议栈。
本发明中嵌入式操作系统可基于已有的TCP/IP网络协议栈,实现进程间通信,不需要实现新的协议栈。透明进程间通信不需要指定IP地址,通信无需关注通信端的物理位置。透明进程间通信使用以太网传输介质,实现同一范围节点的通信。
附图说明
图1为本发明套接字抽象层次结构示意图;
图2为本发明通信协议层次结构示意图;
图3为本发明节点通信示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚,下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明的目的是基于嵌入式操作系统已有的TCP/IP网络协议栈实现透明进程间通信协议,解决嵌入式操作系统进程间透明通信问题,解决基于套接字 socket的网络通信只能依靠IP地址和通信端口才能通信的问题。
套接字Socket是计算机之间一种约定俗称的通信方式,网络通信程序多是基于Socket编程实现。本发明的透明进程间通信方法是将透明进程间通信协议作为套接字通信的下一层协议,像TCP、UDP传输协议一样。
套接字socket及其套接字接口包括:
1)socket,创建套接字;
2)bind,绑定套接字到本地地址和端口;
3)listen,开启监听模式;
4)accept,阻塞态等待连接;
5)connect,客户端主动连接服务器;
6)send,发送数据;
7)recv,接收数据;
8)sendto,发送数据到指定的IP地址和端口;
9)recvfrom,接收数据,返回数据远端的IP地址和端口;
10)closesocket,关闭套接字。
在嵌入式操作系统中,把套接字作为一种特殊的文件,创建套接字时生成系统唯一的文件描述符,该文件描述符与套接字一一对应,以文件描述符作为套接字接口传递的参数,实现了套接字接口通过文件描述符访问指定套接字。
嵌入式操作系统协议栈套接字层封装以下套接字层封装接口:
1)socreate,创建套接字抽象层实现;
2)sobind,绑定套接字到本地地址和端口抽象层实现;
3)solisten,开启监听模式抽象层实现;
4)soaccept,阻塞态等待连接抽象层实现;
5)soconnect,客户端主动连接服务器抽象层实现;
6)sosend,发送数据抽象层实现;
7)sorecv,接收数据抽象层实现;
8)soclose,关闭套接字抽象层实现;
以上接口实现对套接字接口的支持,套接字层为TCP协议、UDP协议、透明进程间通信协议的上一级抽象层。
为实现通信协议与套接字之间的抽象,定义协议无关的抽象函数指针数据结构如下:
抽象函数指针数据结构,用于屏蔽底层协议差异,统一参数个数及参数类型。通信协议像插件一样,通过注册抽象函数指针数据结构在TCP/IP协议栈注册协议接口或操作函数,实际应用时通过套接字socket调用套接字层封装接口,套接字层封装接口通过抽象函数指针调用协议接口,从而实现了协议的支持。同时,套接字层通过抽象的pr_usrreqs数据结构函数指针实现对协议接口的调用,而不需要关注底层协议的差异。
套接字层封装接口和抽象函数指针都是抽象处理,套接字层封装接口中涉及一些socket属性配置的处理,抽象函数指针是注册不同协议操作函数的函数指针数据结构。
以创建套接字为例,socreate接口通过调用(pr_usrreqs->pru_attach)(so,proto),实现对底层协议创建套接字接口的调用。透明进程间通信协议通过将操作接口注册到pr_usrreqs数据结构,实现透明进程间通信协议向 TCP/IP网络协议栈的注册,应用层可通过套接字socket实现透明进程间通信的网络编程实现。例如:
套接字进行透明进程间通信时使用节点编号、通信类型等物理无关的参数,而非IP地址和端口等物理位置相关的参数。
透明进程间通信协议维护一个全局的通信路由表,路由表记录节点的通信链路是否存在,当一个新的节点被创建时,节点将主动发出路由更新请求,路由表中将增加该节点信息。节点被删除时,也将发出路由删除请求,路由表中删除该节点信息,更新路由表。
透明进程间通信协议使用以太网的网线作为传输介质,数据附载在网线上传输。节点之间的通信连接抽象为链路层,链路层完成消息的实际传输。链路层传输数据分为低优先级、正常优先级、高优先级和重要优先级,当链路层发送的数据超过可传输阈值时,链路层将阻塞标识为阻塞。此时进程是否能发送数据根据待发送数据的优先级而定,低优先级和正常优先级数据将先被加入等待队列,高优先级和重要优先级数据将被立即发送。当链路层数据小于阈值,链路层的阻塞标识清除,等待队列的低优先级和正常优先级数据再进行发送。
链路层实现通信链路的建立和维护,链路层是传输介质封装抽象层,维护链路信息及数据维护。链路层通过以下数据结构记录链路信息:
本发明对于已实现TCP/IP网络协议栈的嵌入式操作系统,可通过对套接字抽象层将透明进程间通信协议向TCP/IP网络协议栈注册的方式实现对透明进程间通信协议的支持,不需要再增加透明进程间通信协议栈。
本发明中嵌入式操作系统可基于已有的TCP/IP网络协议栈,实现进程间通信,不需要实现新的协议栈。透明进程间通信不需要指定IP地址,通信无需关注通信端的物理位置。透明进程间通信使用以太网传输介质,实现同一范围节点的通信。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种嵌入式操作系统透明进程间通信的方法,其特征在于,该方法包括:
嵌入式操作系统协议栈套接字层封装套接字层封装接口,定义协议无关的抽象函数指针数据结构,抽象函数指针数据结构用于屏蔽底层协议差异,统一参数个数及参数类型,通信协议通过注册抽象函数指针数据结构在TCP/IP协议栈注册协议接口;通过套接字socket调用套接字层封装接口,套接字层封装接口通过抽象函数指针调用协议接口;
其中,透明进程间通信协议通过将操作接口注册到抽象函数指针数据结构,实现透明进程间通信协议向TCP/IP网络协议栈的注册;
套接字进行透明进程间通信时使用物理无关的参数,该参数包括节点编号和通信类型;
透明进程间通信协议维护一个全局的通信路由表,路由表记录节点的通信链路是否存在;
透明进程间通信协议使用以太网的网线作为传输介质,数据附载在网线上传输;节点之间的通信连接抽象为链路层,链路层完成消息的实际传输;
其中,
套接字接口包括:socket,创建套接字;bind,绑定套接字到本地地址和端口;listen,开启监听模式;accept,阻塞态等待连接;connect,客户端主动连接服务器;send,发送数据;recv,接收数据;sendto,发送数据到指定的IP地址和端口;recvfrom,接收数据,返回数据远端的IP地址和端口;以及closesocket,关闭套接字;
套接字层封装接口包括:socreate,创建套接字抽象层实现;sobind,绑定套接字到本地地址和端口抽象层实现;solisten,开启监听模式抽象层实现;soaccept,阻塞态等待连接抽象层实现;soconnect,客户端主动连接服务器抽象层实现;sosend,发送数据抽象层实现;sorecv,接收数据抽象层实现;以及soclose,关闭套接字抽象层实现;
协议无关的抽象函数指针数据结构中包括:pru_attach、pru_bind、pru_listen、pru_accept、pru_connect、pru_send、pru_rcvd以及pru_detach;
套接字层封装接口涉及socket属性配置的处理,抽象函数指针是注册不同协议操作函数的函数指针数据结构。
2.如权利要求1所述的嵌入式操作系统透明进程间通信的方法,其特征在于,在嵌入式操作系统中,把套接字作为一种特殊的文件,创建套接字时生成系统唯一的文件描述符,该文件描述符与套接字一一对应,以文件描述符作为套接字接口传递的参数,实现了套接字接口通过文件描述符访问指定套接字。
3.如权利要求1所述的嵌入式操作系统透明进程间通信的方法,其特征在于,套接字层为TCP协议、UDP协议、透明进程间通信协议的上一级抽象层。
4.如权利要求1-3任一项所述的嵌入式操作系统透明进程间通信的方法,其特征在于,当一个新的节点被创建时,节点将主动发出路由更新请求,路由表中将增加该节点的信息;节点被删除时,也将发出路由删除请求,路由表中删除该节点的信息,更新路由表。
5.如权利要求4所述的嵌入式操作系统透明进程间通信的方法,其特征在于,链路层传输数据分为低优先级、正常优先级、高优先级和重要优先级,当链路层发送的数据超过可传输阈值时,链路层将阻塞标识为阻塞,此时进程是否能发送数据根据待发送数据的优先级而定,低优先级和正常优先级数据将先被加入等待队列,高优先级和重要优先级数据将被立即发送;当链路层数据小于阈值,链路层的阻塞标识清除,等待队列的低优先级和正常优先级数据再进行发送。
6.如权利要求5所述的嵌入式操作系统透明进程间通信的方法,其特征在于,链路层实现通信链路的建立和维护,链路层是传输介质封装抽象层,维护链路信息及数据维护,链路层记录的链路信息包括:节点编号、链路状态、阻塞标识和数据记录,数据记录包括发送数据计数、接收数据计数、发送数据状态、接收数据状态、发送进程和接收进程。
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松勤."Socket的基本操作".《百度https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI3NDc4NTQ0Nw==&mid=2247504906&idx=1&sn=d6d78aff81f08ca0d0a42f05bee97b65&chksm=eb0c21c2dc7ba8d401e26d84fbdd06e495b9a496e29ff9971795d37aa693845a762e732bd1b9&scene=27》.2021,正文第1页. * |
赵晨;张淑萍.透明进程间通信协议在集群系统中的应用.计算机工程与设计.2018,(第03期),全文. * |
透明进程间通信协议在集群系统中的应用;赵晨;张淑萍;;计算机工程与设计(第03期);全文 * |
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CN114928660A (zh) | 2022-08-19 |
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