CN115827045B - 嵌入式系统中容器的接口配置系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种嵌入式系统中容器的接口配置系统和方法，其属于嵌入式系统领域，该系统设置在容器层和实时操作系统层之间，该系统包括操作系统抽象模块、容器系统兼容模块以及容器管理模块；所述操作系统抽象模块与所述容器层连接，所述容器层中设置有多个容器；所述容器系统兼容模块分别与所述操作系统抽象模块和所述实时操作系统层连接；所述容器管理模块分别与所述操作系统抽象模块和所述容器系统兼容模块连接，所述容器管理模块用于切换所述容器系统兼容模块与所述实时操作系统层之间的连接接口。本申请具有降低嵌入式系统中容器的接口配置成本的效果。

Description

嵌入式系统中容器的接口配置系统和方法

技术领域

本申请涉及嵌入式系统领域，尤其是涉及嵌入式系统中容器的接口配置系统和方法。

背景技术

目前，对于硬件资源有限和实时响应要求高的设备都需要嵌入式系统，如手机、可视电话、数字相机(DC)、高清电视(HDTV)、游戏机、汽车电子、医疗仪器以及航天航空设备等都是典型的嵌入式系统。为了使嵌入式系统能够为用户提供多种服务，在嵌入式系统中配置有多个容器，一个容器内运行有一个容器镜像，容器中运行容器镜像能够实现使嵌入式系统提供对应的一种服务。

由于实时操作系统层中存储有多种软件资源，所以在容器运行容器镜像时，需要将容器与嵌入式系统的实时操作系统层连接起来，由实时操作系统层中的多种软件资源搭建起容器运行容器镜像时所需的运行环境，以保障容器顺利运行容器镜像。

但是，当前的容器不具有自动切换与实时操作系统层的连接接口的功能，所以要想更换容器中运行的容器镜像就需要技术人员修改容器的源代码，而每次修改容器的源代码不仅难度大，而且不利于后续维护，导致嵌入式系统中的容器的接口配置成本不断升高。

发明内容

本申请提供一种嵌入式系统中容器的接口配置系统和方法，具有降低嵌入式系统中容器的接口配置成本的特点。

本申请目的一是提供一种嵌入式系统中容器的接口配置系统。

本申请的上述申请目的一是通过以下技术方案得以实现的：

一种嵌入式系统中容器的接口配置系统，设置在容器层和实时操作系统层之间，包括操作系统抽象模块、容器系统兼容模块以及容器管理模块；

所述操作系统抽象模块与所述容器层连接；

所述容器系统兼容模块分别与所述操作系统抽象模块和所述实时操作系统层连接；

所述容器管理模块分别与所述操作系统抽象模块和所述容器系统兼容模块连接，所述容器管理模块用于切换所述容器系统兼容模块与所述实时操作系统抽象模块之间的连接接口。

通过采用上述技术方案，在容器更换容器镜像时，操作系统抽象模块和容器层之间的连接接口不变，而容器系统兼容模块作为执行端，在容器管理模块的管控下，自动切换与实时操作系统层之间的连接接口，从而实现在不修改容器源代码的情况下，由实时操作系统层支持容器运行更换后的容器镜像，进而实现了降低嵌入式系统中容器的接口配置成本的目的。

本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述容器管理模块还分别连接有用户终端和云端；

所述用户终端用于输入请求构建指令；

所述容器管理模块用于接收请求构建指令并远程发送至云端中；

所述云端用于接收所述请求构建指令，并依据所述请求构建指令构建指定的容器镜像并返回所述容器管理模块中。

通过采用上述技术方案，本申请将构建容器镜像的任务外包至云端中，由云端统一为多个容器构建容器镜像，从而为容器更换容器镜像提供数据支持。另外，用户终端输出请求构建指令，以触发云端构建容器镜像，从而便于驱动本申请为容器配置连接接口。

本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述容器管理模块还连接有虚拟机管理器，所述虚拟机管理器存储有硬件层的硬件资源信息；

所述云端在接收到所述请求构建指令时生成请求配置信息；

所述虚拟机管理器用于在接收到所述请求配置指令时将所述硬件资源信息上传至云端中；

所述云端依据所述硬件资源信息生成指定的容器镜像。

通过采用上述技术方案，虚拟机管理器将硬件资源信息上传至云端中，便于云端在构建容器镜像时，搭建出宿主机的硬件层能够运行的且是容器所需的容器镜像。

本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述容器管理模块包括数据发送单元、数据处理单元、数据生成单元；

所述数据发送单元分别与所述云端、实时操作系统层连接；

所述数据处理单元与所述数据发送单元连接；

所述数据生成单元分别与所述数据处理单元、操作系统抽象模块、容器系统兼容模块以及实时操作系统层连接。

通过采用上述技术方案，由数据发送单元、数据处理单元、数据生成单元共同配合，在容器更换运行的容器镜像时，共同管控操作系统抽象模块和容器系统兼容模块，以使得无需技术人员修改容器的源代码就能够实现切换运行的容器镜像的目的，从而保障了降低嵌入式系统中容器的接口配置成本。

本申请目的二是提供一种嵌入式系统中容器的接口配置方法。

本申请的上述申请目的二是通过以下技术方案得以实现的：

一种嵌入式系统中容器的接口配置方法，应用于容器管理模块中，包括发送请求构建指令；

接收并解压指定的容器镜像得到目标应用程序，根据所述目标应用程序确定目标操作系统；

根据所述目标操作系统生成配置结果。

通过采用上述技术方案，容器管理模块作为调度中心，能够在容器更换运行的容器镜像时，保持操作系统抽象模块和容器层之间的连接接口不变，而将容器系统兼容模块作为执行端，切换容器系统兼容模块与实时操作系统层之间的连接接口，从而实现在不修改容器源代码的情况下，由实时操作系统层支持容器运行更换后的容器镜像，进而实现了降低嵌入式系统中容器的接口配置成本的目的。

本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述发送请求构建指令后，包括：

云端接收到请求构建指令时生成请求配置指令传输至虚拟机管理器中；

虚拟机管理器接收到请求配置指令后上传硬件资源信息至云端中；

云端依据所述硬件资源信息构建指定的容器镜像并返回容器管理模块中。

通过采用上述技术方案，云端获取虚拟机管理器上传的硬件资源信息，从而构建出宿主机的硬件层能够运行的且是容器所需的容器镜像，使得云端能够支持容器更换运行的容器镜像，进而为本申请为容器配置接口提供了保障。

本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述根据所述目标应用程序确定目标操作系统包括：

由实时操作系统层运行目标应用程序；

将支持实时操作系统层运行目标应用程序运行的软件资源统称为目标操作系统。

本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述根据所述目标操作系统生成配置结果包括：

依据目标操作系统确定容器系统兼容模块和目标操作系统之间的连接接口；

依据目标操作系统确定导通操作系统抽象模块与目标容器之间的连接接口；

根据所述容器系统兼容模块和目标操作系统之间的连接接口、操作系统抽象模块与目标容器之间的连接接口生成配置结果；

所述目标容器为运行所述指定的容器镜像的容器。

通过采用上述技术方案，确定目标操作系统后，将容器系统兼容模块和目标操作系统之间的接口连接起来，并仅导通操作系统抽象模块与目标容器之间的连接接口，使得目标容器与目标操作系统之间建立连接，从而实现了在不修改容器源代码的情况下，切换目标容器中运行的容器镜像，且由目标操作系统支持目标容器运行指定的容器镜像，进而实现了降低嵌入式系统中容器的接口配置成本的目的。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.在容器更换容器镜像时，操作系统抽象模块和容器层之间的连接接口不变，而容器系统兼容模块作为执行端，在容器管理模块的管控下，自动切换与实时操作系统层之间的连接接口，从而实现在不修改容器源代码的情况下，由实时操作系统层支持容器运行更换后的容器镜像，进而实现了降低嵌入式系统中容器的接口配置成本的目的；

2.云端获取虚拟机管理器上传的硬件资源信息，从而构建出宿主机的硬件层能够运行的且是容器所需的容器镜像，使得云端能够支持容器更换运行的容器镜像，进而为本申请为容器配置接口提供了保障。

附图说明

图1为本申请实施例的示例性运行环境示意图。

图2为本申请实施例的容器管理模块的结构框图。

图3为应用于容器管理模块的嵌入式系统中容器的接口配置方法流程图。

附图标记说明：1、容器层；2、接口配置层；21、操作系统抽象模块；22、容器系统兼容模块；23、容器管理模块；231、数据发送单元；232、数据处理单元；233、数据生成单元；3、实时操作系统层；4、硬件层；41、虚拟机管理器；5、云端。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1示出了能够在其中实现本申请实施例的示例性运行环境示意图，该示意图也为宿主机的组成结构图。参照图1，该宿主机的组成结构从里到外依次为容器层1、接口配置层2、实时操作系统层3以及硬件层4。

其中，硬件层4内设置虚拟机管理器41，虚拟机管理器41用于与用户终端连接，当用户终端输入请求服务指令时，虚拟机管理器41在硬件层4中建立对应的虚拟机，由虚拟机响应服务请求指令，以为宿主机实现多功能的服务提供技术支持。同时，虚拟机管理器41还具有撤销虚拟机的功能，使得在虚拟机处于空闲状态时虚拟机管理器41解散该虚拟机，避免过多空闲的虚拟机占用宿主机的内存。另外，硬件层4内还存储有多种硬件资源，例如x86、ARM、RISC-V、C-SKY、MIPS等具有计算功能和/或存储功能的器件或者设备，虚拟机管理器41中存储有与硬件层4中的硬件资源对应的硬件资源信息，硬件层4中的多种硬件资源为虚拟机管理器41建立多个虚拟机提供硬件支持。

上述的用户终端可以是手机、平板、电脑等智能设备。

实时操作系统层3位于硬件层4中，实时操作系统层3内存储有多种软件资源，例如Hopen RTOS、linux OS、Other RTOS等保证在一定时间限制内完成特定服务的软件资源。

实时操作系统层3内配置有一个或者多个容器，一个容器内运行有一个容器镜像。在本实施例中，将位于同一个实时操作系统层3中的所有容器统称为容器层1。如图1所示，容器层1内设置有N个容器，N为大于2以上的正整数。具体地，容器在运行容器镜像时，由实时操作系统层3为其提供运行环境，因此，在实时操作系统层3和容器之间设置有多个连接接口，通过连接接口使实时操作系统层3支持容器运行容器镜像。但是，当前的容器不具有自动切换与实时操作系统层3的连接接口的功能，当容器需要更换运行依赖于不同操作系统的容器镜像时，需要技术人员修改容器的源代码，把容器完整地移植到新的操作系统上，使得移植的容器可以在新的操作系统上运行。在完成整个容器的移植工作后，才能达到切换容器中运行的容器镜像的目的。然而，修改容器的源代码难度大，成本高，不利于容器的长远发展。另外，当实时切换容器镜像时，如果新的容器镜像依赖于不同的操作系统的话，需要对宿主机进行更换操作系统的操作。而这个操作在目前常用的嵌入式系统的配置方法中，一般不能够及时地自动实现。而是需要技术人员对设备进行远程或者本地的维护升级才能够完成。为此，本申请针对这一难点提出了解决的技术方案，具体如下。

首先，在容器层1和实时操作系统层3之间设置了接口配置层2，一个接口配置层2可以对应多个容器，容器层1中的容器通过接口配置层2与实时操作系统层3连接，容器层1中的容器通过接口配置层2还与云端5通信连接。云端5配置有远程容器管理器和镜像构建系统，远程容器管理器用于管理容器和容器镜像。镜像构建系统用于搭建容器镜像，即容器中运行的容器镜像由云端5提供。

在本实施例中，接口配置层2也称为配置系统，配置系统包括操作系统抽象模块21、容器系统兼容模块22以及容器管理模块23，容器管理模块23用于管控操作系统抽象模块21和容器系统兼容模块22，以达到切换容器与实时操作系统层3之间的连接接口的目的。其中，操作系统抽象模块21分别与容器层1和容器系统兼容模块22连接，而容器系统兼容模块22还连接有实时操作系统层3。具体地，操作系统抽象模块21为容器提供统一的接口标准，当容器需要切换容器镜像时，容器与操作系统抽象模块21之间的连接接口不发生变化，而是将容器系统兼容模块22作为执行端，通过切换容器系统兼容模块22与实时操作系统层3的连接接口来实现切换容器镜像的目的。

在一种可能实现的方式中，切换容器镜像的过程为：实时操作系统层3发送请求构建指令至云端5中，云端5依据请求构建指令搭建容器镜像后，将容器镜像返回到容器管理模块23实时操作系统层3中，容器管理模块23再从实时操作系统层3中获取到容器镜像。容器管理模块23获取到容器镜像后，一方面是将容器镜像传输至容器中，另一方面是根据容器镜像确定容器运行容器镜像所需的运行环境，从而切换容器系统兼容模块22与实时操作系统层3的连接接口，并由云端5通知虚拟机管理器41切换实时操作系统层3，使得实时操作系统层3支持容器运行容器镜像。

在另一种可能实现的方式中，切换容器镜像的过程为：容器管理模块23发送请求构建指令至云端5中，云端5依据请求构建指令搭建容器镜像后，将容器镜像返回到容器管理模块23中，容器管理模块23获取到容器镜像后，一方面是将容器镜像传输至容器中，另一方面是根据容器镜像确定容器运行容器镜像所需的运行环境，从而切换容器系统兼容模块22与实时操作系统层3的连接接口，并由云端5通知虚拟机管理器41切换实时操作系统层3，使得实时操作系统层3支持容器运行容器镜像。

由此可知，在切换容器中的容器镜像时，并未直接改变容器的连接接口，而是改变容器系统兼容模块22与实时操作系统层3的连接接口。具体地， 如果容器运行容器镜像需要依赖于新的实时操作系统，则不需要移植整个容器，而是移植操作系统抽象模块21和容器系统兼容模块22就可以了。这就极大地降低了容器的移植成本。并且，在实时操作系统层3不具有运行容器镜像所需的软件资源时，可以通过虚拟机管理器41建立的虚拟机为其提供所需的软件资源，以满足容器镜像对运行环境的要求，即不需要重新安装部署嵌入式系统，进而节约了嵌入式系统的运维和配置成本。

参照图2，为了便于容器管理模块23实现在无需技术人员参与的情况下，切换容器系统兼容模块22与实时操作系统层3的连接接口，以更换容器中运行的容器镜像，并由实时操作系统层3支持容器运行更换后的容器镜像，容器管理模块23还包括数据发送单元231、数据处理单元232以及数据生成单元233。

其中，数据发送单元231分别与云端5和实时操作系统层3连接。数据处理单元232与数据发送单元231连接。而数据生成单元233分别与数据处理单元232、操作系统抽象模块21、容器系统兼容模块22以及实时操作系统层3连接。数据发送单元231、数据处理单元232以及数据生成单元233共同配合，以实现管控操作系统抽象模块21和容器系统兼容模块22，使得无需技术人员参与就能够实现切换运行的容器镜像的目的，从而保障了降低嵌入式系统中容器的接口配置成本。

为了更好地说明配置系统具有为容器自动切换容器镜像的功能，本申请还提供了一种嵌入式系统中容器的接口配置方法，该方法主要应用于接口配置层2中，具体应用于容器管理模块23中。

参照图3，一种嵌入式系统中容器的接口配置方法的主要流程描述如下：

步骤S1：发送请求构建指令。

请求构建指令是技术人员或者用户通过用户终端输入的、用于驱动容器运行指定的容器镜像的控制命令，而将运行该指定的容器镜像的容器标记为目标容器。在本实施例中，容器管理模块23与用户终端通信连接，容器管理模块23在获取到用户终端输入的请求构建指令时，远程发送至云端5中。

在其他实施例中，用户终端也可以与实时操作系统层3通信连接，并由实时操作系统层3远程发送请求构建指令至云端5中。

云端5在获取到请求构建指令时，发送请求配置指令至虚拟机管理器41或者容器管理模块23中，虚拟机管理器41或者容器管理模块23在接收到请求配置指令后，将宿主机的硬件资源信息上传至云端5中，云端5依据宿主机的硬件资源信息，搭建宿主机能够运行的且所需的指定的容器镜像，并返回至容器管理模块23或者实时操作系统层3中。

需要说明的是，当指定的容器镜像传输至容器管理模块23中时，容器管理模块23将指定的容器镜像输入目标容器中，并进入下一步骤。而当指定的容器镜像传输至实时操作系统层3中时，容器管理模块23从实时操作系统层3中获取到指定的容器镜像后，再将指定的容器镜像输入目标容器，并再进入下一步骤。

步骤S2：接收并解压指定的容器镜像得到目标应用程序，根据目标应用程序确定目标操作系统。

容器管理模块23在接收到指定的容器镜像后，解压指定的容器镜像得到目标应用程序，目标应用程序能够在实时操作系统层3中运行，本实施例中，将实时操作系统层3运行该目标操作系统所应用到的软件资源统称为目标操作系统。因此，在实时操作系统层3中运行目标应用程序则能够确定出目标操作系统。

步骤S3：根据目标操作系统生成配置结果。

确定目标操作系统后，也就确定了接口配置层2需要完成的配置任务，即容器管理模块23依据目标操作系统生成配置结果。具体地，容器管理模块23通过管控操作系统抽象模块21和容器系统兼容模块22，为目标容器和目标操作系统搭建连接的通道。

在本实施例中，容器管理模块23首先识别容器系统兼容模块22与实时操作系统层3当前处于连接状态的接口，如果处于已连接状态的接口与容器系统兼容模块22和目标操作系统之间的连接接口重合，则保持该部分接口的已连接状态；否则，当处于已连接状态的接口与容器系统兼容模块22和目标操作系统之间的连接接口不相同时，断开已连接状态的接口，并切换为容器系统兼容模块22和目标操作系统之间的连接接口。

在容器系统兼容模块22和目标操作系统之间的连接接口调整完毕后，容器管理模块23仅导通操作系统抽象模块21与目标容器之间的连接接口，从而实现搭建目标容器与目标操作系统之间的连接通道的目的，也就是在目标容器运行指定的容器镜像时，由目标操作系统为目标容器运行指定的容器镜像提供运行环境。

需要说明的是，由于容器与操作系统抽象模块21的连接接口不变，所以容器管理模块23在连接目标容器和目标操作系统时，是通过切换操作系统抽象模块21和实时操作系统层3的连接接口实现的。因此，在容器切换运行的容器镜像时，容器本身的源代码是保持不变的。

综上所述，本申请实施例嵌入式系统中容器的接口配置方法的原理为：首先，容器管理模块23发送请求构建指令至云端5中，云端5依据请求构建指令构建指定的容器镜像并返回容器管理模块23中，容器管理模块23获取到指定的容器镜像后，将其传输至目标容器中，同时还解压指定的容器镜像得到目标应用程序，并根据目标应用程序确定目标操作系统。最后，容器管理模块23通过管控操作系统抽象模块21和容器系统兼容模块22，为目标容器和目标操作系统搭建连接的通道，使得在目标容器运行指定的容器镜像时，由目标操作系统为目标容器运行指定的容器镜像提供运行环境。也可以认为：当容器镜像需要依赖于新的实时操作系统时，不需要移植整个容器，而是移植操作系统抽象模块21和容器系统兼容模块22就可以了，具体为容器系统兼容模块22切换与其连接的实时操作系统层3的连接接口。这就极大地降低了容器的移植成本。并且，在实时操作系统层3不具有运行容器镜像所需的软件资源时，可以通过虚拟机管理器41建立的虚拟机为其提供所需的软件资源，以满足容器镜像对运行环境的要求，即不需要重新安装部署嵌入式系统，进而节约了嵌入式系统的运维和配置成本。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离前述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其他技术方案。例如上述特征与本申请中公开的（但不限于）具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (6)

1.一种嵌入式系统中容器的接口配置系统，设置在容器层(1)和实时操作系统层(3)之间，包括：操作系统抽象模块(21)、容器系统兼容模块(22)以及容器管理模块(23)；

所述操作系统抽象模块(21)与所述容器层(1)连接，所述容器层(1)中设置有多个容器；

所述容器系统兼容模块(22)分别与所述操作系统抽象模块(21)和所述实时操作系统层(3)连接；

所述容器管理模块（23）分别与所述操作系统抽象模块(21)、所述容器系统兼容模块(22)、用户终端、云端(5)以及虚拟机管理器(41)连接，所述虚拟机管理器(41)存储有硬件层(4)的硬件资源信息；

所述用户终端用于输入请求构建指令，所述请求构建指令用于驱动容器运行指定的容器镜像的控制命令，将运行指定的容器镜像的容器作为目标容器；

所述容器管理模块(23)用于接收请求构建指令并远程发送至云端(5)中；

所述云端(5)在接收到所述请求构建指令时发送请求配置指令至虚拟机管理器(41)中；

所述虚拟机管理器(41)用于在接收到所述请求配置指令时将所述硬件资源信息上传至云端(5)中；

所述云端(5)依据所述硬件资源信息生成指定的容器镜像；所述容器管理模块（23）根据容器镜像确定容器运行容器镜像所需的运行环境；

所述容器管理模块（23）还用于接收并解压指定的容器镜像得到目标应用程序，目标应用程序能够在实时操作系统层(3)中运行，将实时操作系统层(3)运行目标应用程序所应用到的软件资源作为目标操作系统；根据所述目标操作系统生成配置结果；

所述容器管理模块（23）还用于依据所述运行环境切换容器系统兼容模块(22)与实时操作系统层(3)的连接接口，以为目标容器和目标操作系统搭建连接的通道。

2.根据权利要求1所述的嵌入式系统中容器的接口配置系统，其特征在于：所述容器管理模块(23)包括数据发送单元(231)、数据处理单元(232)、数据生成单元(233)；

所述数据发送单元(231)分别与云端(5)、实时操作系统层(3)连接；

所述数据处理单元(232)与所述数据发送单元(231)连接；

所述数据生成单元(233)分别与所述数据处理单元(232)、操作系统抽象模块(21)、容器系统兼容模块(22)以及实时操作系统层(3)连接。

3.一种嵌入式系统中容器的接口配置方法，应用于如权利要求1-2中任一项所述的容器管理模块(23)中，其特征在于，包括：

发送请求构建指令；

接收并解压指定的容器镜像得到目标应用程序，根据所述目标应用程序确定目标操作系统；

根据所述目标操作系统生成配置结果。

4.根据权利要求3所述的嵌入式系统中容器的接口配置方法，其特征在于，所述发送请求构建指令后，包括：

云端(5)接收到请求构建指令时生成请求配置指令传输至虚拟机管理器(41)中；

虚拟机管理器(41)接收到请求配置指令后上传硬件资源信息至云端(5)中；

云端(5)依据所述硬件资源信息构建指定的容器镜像并返回容器管理模块(23)中。

5.根据权利要求4所述的嵌入式系统中容器的接口配置方法，其特征在于，所述根据所述目标应用程序确定目标操作系统包括：

由实时操作系统层(3)运行目标应用程序；

将支持实时操作系统层(3)运行目标应用程序运行的软件资源统称为目标操作系统。

6.根据权利要求3所述的嵌入式系统中容器的接口配置方法，其特征在于，所述根据所述目标操作系统生成配置结果包括：

依据目标操作系统确定容器系统兼容模块(22)和目标操作系统之间的连接接口；

依据目标操作系统确定导通操作系统抽象模块(21)与目标容器之间的连接接口；

根据所述容器系统兼容模块(22)和目标操作系统之间的连接接口、操作系统抽象模块(21)与目标容器之间的连接接口生成配置结果。

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