CN1968288A

CN1968288A - 用于分布式系统的数据通信系统与方法

Info

Publication number: CN1968288A
Application number: CN 200610116450
Authority: CN
Inventors: 周金明; 陈勇辉
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2006-09-22
Filing date: 2006-09-22
Publication date: 2007-05-23
Anticipated expiration: 2026-09-22
Also published as: CN100536480C

Abstract

本发明公开了一种用于分布式系统的数据通信系统与方法，CNI(通信网络接口)底层通信的具体实现采用标准TCP/IP协议的socket(套接字)接口进行数据通信，分为外部接口单元、Server处理单元、Client处理单元、Select处理单元、定位功能单元、FD操作单元、传输机制单元、特定工具单元、错误处理单元、内存管理单元等，对外提供统一的接口模式，从而屏蔽掉底层的通信细节。本发明屏蔽掉了底层的通信细节，使得使用者不需要socket通信的知识就能直接通过调用所提供的外部接口来实现跨平台数据通信。

Description

用于分布式系统的数据通信系统与方法

所属技术领域

本发明涉及数字信息的传输领域，特别是关于一种用于分布式系统的数据通信系统与方法。

背景技术

分布式系统是一种复杂的系统，通常其不同分系统运行的操作系统也各不相同。以光刻机系统为例，主控系统是SUN的SPARC工作站，运行的操作系统为Solaris；其它分系统有些运行于PowerPC上，操作系统为实时操作系统VxWorks，还有些分系统则运行于工业用工控机上，操作系统为Windows；另外，有一些基于PC机的调试平台，也运行Windows操作系统，这些计算机系统通过工业以太网联接在一起。

请参照图1，图1是光刻机系统的网络连接示意图。在这些系统上，运行的任务/进程非常多，任务/进程之间需要协同处理，这就涉及到了通信问题，包括同一系统上任务/进程之间的通信，也包括不同系统上任务/进程之间的通信。因此，在工业控制等高精尖技术领域中，迫切需要一个能够让日益增多的分系统之间相互通信的解决方案。但是，由于不同的分系统往往使用不同的操作系统，这样就为构建一个统一的通信平台带来了困难。

为了解决以上问题，有论文提出了以套接字Socket为基础的跨平台嵌入式实时系统的通信模型。这种通信机制主要是采用基于TCP/IP的套接字的方式，在通信之前，进程双方都创建一个端点，服务器端绑定一个固定的端口，客户端则可以随机的申请一个端口。客户可以通过网络向服务器的端口发送连接请求，服务器端接收到请求后允许客户端的连接。这样，服务器端和客户端就建立了一个双向的通信通道。

但是，采用上述通信机制，使用者必须有socket通信知识作为基础，才能实现跨平台通信；而且，这种方法适合通信量不大的网络，对于多任务的复杂系统，则会因为系统网络通信过于复杂，而缺乏可操作性。

发明内容

本发明的目的就是解决上述现有技术问题，实现直接用逻辑地址(服务器Address)来进行通信，从而屏蔽掉底层的通信细节，使得使用者不需要socket通信的知识就能直接通过调用所提供的外部接口来实现数据通信。

为实现上述发明目的，本发明提供一种用于分布式系统的数据通信系统，其特征在于CNI(通信网络接口)底层通信的具体实现采用标准TCP/IP协议的socket接口进行数据通信，分为外部接口单元、Server处理单元、Client处理单元、select处理单元、定位功能单元、FD操作单元、传输机制单元、特定工具单元、错误处理单元、内存管理单元等，对外提供统一的接口模式。

其中所述的外部接口单元包含所有的外部接口，不管是哪个平台上，外部接口都是统一的。所述的Server处理单元负责Server特定的动作和数据处理，Client处理单元负责Client特定的动作和数据处理，select处理单元负责与select操作相关的操作原型。由于，每个Server都位于“逻辑主机”上，需将逻辑主机映射到物理主机，所以本发明设置定位功能模块，将每个Server的逻辑地址映射到相应的物理地址并提供相应的序列号。所述的FD操作单元提供通用的文件描述符的操作，而传输机制单元提供传输机制特定相关的对文件描述符的操作。另外，所述的特定工具单元提供一些有用的工具，如获取任务/进程ID号、判断任务/进程是否激活等等功能；错误处理单元提供特定的错误处理操作；内存管理单元对于进程之间的数据是独立的UNIX或Windows系统，提供进程之间共享数据需要采用的一些特定的操作，而对于任务之间的数据是共享的VxWorks系统，则为需要任务独立的数据提供需要进行特定的操作。

为实现本发明的目的，本发明还提供了一种用于分布式系统的数据通信方法，包括下列步骤：客户端通过外部接口单元发送请求消息；外部接口单元将请求消息传递给编解码模块；编解码模块对数据编码，并将其发送到客户端的通信网络接口；客户端的通信网络接口通过选择(select)单元处理，将数据发送给相应的服务器端的通信网络接口；服务器端的通信网络接口将收到的数据发送给编解码模块；编解码模块将数据解码后发送给服务器端进行处理；服务器端进行相应处理后，将处理结果发送给编解码模块；编解码模块将处理结果编码后发送给服务器端的通信网络接口；服务器端的通信网络接口将返回的数据发送给对应的客户端通信网络接口；客户端的通信网络接口将接收的处理结果发送给编解码模块进行解码；编解码模块将解码后的处理结果发送给外部接口单元；外部接口单元将处理结果信息返回给客户端。所述的数据通信方法中，客户端发送请求消息，是通过对外部接口单元的外部接口函数需要的参数赋值实现的。外部接口单元将处理结果信息返回给客户端，也是通过函数返回的形式实现的。

另外，本发明的数据通信方法还包括为系统提供特定的错误处理操作的步骤和为独立数据的共享和共享数据的独立提供特定操作的步骤

本发明较好地完成了分布式系统的数据通信功能，屏蔽了底层复杂的通信机制，提供了统一的外部使用接口，使得复杂的网络通信变得简单可靠，保证了数据通信的稳定与可靠。

附图说明

图1是光刻机系统的网络连接示意图。

图2是光刻机系统中任务/进程之间通过CNI进行通信的示意图。

图3是CNI的模块层次划分图。

图4是select功能使用示例图。

图5是利用CNI实现远程函数调用示例图。

具体实施方式

本发明是关于一种用于分布式系统的数据通信系统与方法。本发明针对跨平台多任务数据通信需要解决的问题，采用如下的技术方案进行具体实现：Server接收Client端的请求消息时，serv_addr表示Server的地址，len用于表示允许接收的最大请求消息长度，timeout表示等待接收请求的超时时间；msg表示接收请求消息存放的消息缓冲指针，用于存放接收到的请求消息；act_len表示实际接收到的消息长度，repl_addr表示返回地址所存放的地址指针；Server没有消息到时将会阻塞，直到有消息到来或超时为止；当同时有几个Client发送请求消息给Server时，将采用轮询调度来保证所有的Client公平地被服务；通过轮询方式可以防止一个Client不停地发请求给Server，而导致其它同时发请求给Server的Client被阻塞住。Client发送一个请求消息给Server时，serv_addr表示Server地址，msg表示需要发送的请求消息的指针，len表示将要发送的消息长度，retry_interval表示当Server没有侦听时的重发时间间隔；当经过指定的时间间隔之后，如果Server还没有进行侦听，将返回相应的错误代码并记录错误信息；如果从一开始，Server就没有进行侦听，CNI将每秒重试一次，这些重试很多情况下将有助于解决Server启动时Client的访问问题。Client向Server发送一个请求消息并接收相应的返回消息时，serv_addr表示Server的地址，req_msg表示发送请求的数据指针，req_len表示发送请求的消息长度，rep_len表示允许返回消息的最大长度，retry_interval表示当Server没有侦听时重发的时间间隔，timeout表示等待返回消息接收的超时时间，rep_msg表示接收返回消息应该存放的消息缓冲指针，act_len表示实际接收到的返回消息长度；当经过指定的时间间隔之后，Server还没有进行侦听，将返回相应的错误代码并记录错误信息；如果一开始Server就没有进行侦听，每秒重试一次；timeout用于设定接收返回消息的超时时间，以防被阻塞。Client接收从Server发来的返回消息时，serv_addr表示Server地址，len表示允许接收的最大返回消息长度，timeout表示等待接收消息的超时时间，msg表示接收返回消息所要存放的缓冲指针，act_len表示实际接收到的消息长度；len用于指定接收返回消息的最大长度，超出部分的消息将被CNI所丢弃；timeout用于设定超时。Server地址列表中包含三部分：Server地址名字、Server地址所在的逻辑主机号、指定的网络端口号，Server地址列表信息存放于可以访问到的文本文件中，如存于主控计算机SUN工作站上，其它分系统可通过NFS或FTP来获取此文本文件；也可以每个分系统本地保存一份统一的Server地址列表信息，这样分系统可以没有NFS Client或FTP Client功能，但要确保列表信息的统一。

上述方案包括以下机制：整个分布式系统中的任何一个任务或进程要使用CNI，都需要首先向CNI进行注册，注册时以任务/进程为单位，一旦注册后，就可以使用CNI的功能。Client或Server在发送/接收消息时，都可以根据需要通过len指定消息的长度。在接收消息时，通过timeout来指定超时时间，一旦timeout时间后还没有消息来到，将会返回超时错误信息。在发送消息时，通过retry_interval来指定重发间隔时间，当发送消息时对端没有侦听时，在经过retry_interval时间后，将尝试再次连接发送。select机制用于等待一组Server地址中的一个消息被接收：sel_addrs表示包含等待的Server地址的数组，每个入口都包含一个布尔信息以指明调用它的是Server的地址，还是Client以及Client对应发送的Server地址；作为Client的任务会将select地址表中的所有’sl_is_server’设为FALSE，而Server则会将相应的’sl_is_server’设为TRUE；round_robin表示激活的地址是否按轮询方式服务(TRUE为轮询服务，数组中第一个地址有最高优先级，FALSE则按优先级来进行)，timeout用来在指定的这些Server地址上等待接收的超时时间，index表示返回就绪的地址在地址数组中的索引值；一个Server使用select等待它的Clients的请求消息，或者等待一个或多个其子Server的返回消息，请参照图4，图4是Select功能使用示例图；一旦某个Server有消息来临，将返回此Server在数组中对应的索引值，后面就可以对此Server进行接收等动作。对各个分系统网络状态的监视机制中，在每个分系统上都专门有一个独立的任务/进程运行，主控计算机上运行的作为Server，其它分系统运行的作为Client，Clients通过CNI每隔一定时间向Server报告自己的状态，Server则根据Clients报告的状态将对应的分系统网络状态标识出来，一定时间没有接收到Client的报告，就表示Client对应的分系统与Server之间的网络出现故障。

下面结合附图和具体实施方案，对本发明作进一步的说明。

图1是光刻机系统的网络连接示意图。其中，主控系统是SUN的SPARC工作站，运行的操作系统为Solaris。还包括很多分系统，图1只列出了一些：如工件台掩模台分系统、曝光照明控制分系统、对准控制分系统等，都使用PowerPC控制板卡，操作系统为实时操作系统VxWorks；而硅片传输控制分系统等则是基于PC工控机，操作系统为Windows；另外，也有一些分系统基于PC机的调试平台(未图示)，也运行Windows操作系统。这些计算机系统通过Ethernet(工业以太网)联接在一起。

图2是光刻机系统中任务/进程之间通过CNI进行通信的示意图。CNI提供在多个不同操作系统平台上统一的接口形式，可以实现系统上任何任务/进程之间的透明通信。包括同一系统上任务/进程之间的通信：如上位机系统中的流程控制任务与曝光控制任务之间的通信；工件台掩模台分系统中的扫描控制任务与工件台控制任务、同步控制任务、掩模台控制任务之间的通信。也包括不同系统上任务/进程之间的通信：如上位机系统中的曝光控制任务与工件台掩模台分系统中的扫描控制任务之间通过CNI发送曝光数据和回应消息；工件台掩模台分系统中的扫描控制任务与曝光照明控制分系统中的曝光照明控制任务之间通过CNI进行通信。

图3是CNI的模块层次划分图。其中外部接口模块、Server处理模块、Client处理模块、Select处理模块两两相连接，Server处理模块还与定位功能模块相连接，Select处理模块还与FD操作模块和传输机制模块相连接，另外还包括特定工具模块、错误处理模块和内存管理模块。

图4是Select功能使用示例图。一个Selecting Server使用select等待它的0..N Clients Send request message，或者等待其1..M Sub-ServersSend reply message，一旦某个Server有消息来临，将返回此Server在数组中对应的索引值，后面就可以对此Server进行接收等动作。

图5是利用CNI实现远程函数调用示例图，是本发明包含但不仅限于的一个实施案例。其中，某模块AA，其处理任务实体(即server)运行于分系统A上；某模块BB，运行于另一个分系统B上，BB作为Client；BB需要发送请求消息给AA，AA接收到BB的请求消息后进行相应的处理工作，处理完后再发送回应消息给BB。我们采用的方式是直接由Server端提供相应的外部接口函数库，这些外部接口函数库可以实现远程调用，内部通信的问题完全由server的外部接口函数与自己的任务实体进行通信解决。这种外部接口提供方式其实就是一种广义的远程调用方式。只要有AA模块提供在各个分系统上的外部接口库libAAXA，那么其它分系统上的任何模块就可以直接调用AA的外部接口AAXA_xxx函数，请求AA模块进行相应的处理，就像在本地调用某个函数一样，而不用管AA模块到底是在哪一个分系统上，运行的是哪一种操作系统。

上述案例具体实施步骤如下：1表示模块BB直接调用AA模块的外部接口函数库libAAXA中的外部接口函数AAXA，将请求发送给AA，而且对于BB来说，AAXA就是其系统中的一个可直接调用的接口函数，BB只需要将AAXA需要的参数正确赋值即可。2表示模块AA的外部接口函数AAXA将赋值进来的参数传递给编解码模块AAXI。3表示AAXI模块对数据进行编码，并发送给CNI。4表示CNI根据传入的数据会知道该发送给哪个server，然后将相关数据发送给对应server端的CNI。5表示Server端的CNI接收到数据包后，将数据发送给编解码模块AAXI。6表示AAXI将数据包进行解码，然后发送给主任务处理模块AAMA。7表示主任务模块AAMA执行相应的请求，进行相应的处理，处理完后，将处理结果发送给AAXI。8表示AAXI将处理结果进行编码，将打包好的数据发送给CNI。9表示CNI将AAXI传过来的数据回应给Client端的CNI。10表示Client端的CNI将接收到的回应消息发送给AAXI进行解码。11表示AAXI将解码后的数据发送给外部接口模块AAXA。12表示外部接口函数AAXA将处理结果信息通过函数返回的形式直接返回给Client BB。

以上介绍的仅仅是基于本发明的几个较佳实施例，并不能以此来限定本发明的范围。任何对本发明的机制作本技术领域内熟知的部件的替换、组合、分立，以及对本发明实施步骤作本技术领域内熟知的等同改变或替换均不超出本发明的揭露以及保护范围。

Claims

1、一种用于分布式系统的数据通信系统，其特征在于包括：用以对外部提供统一接口的外部接口单元，与外部接口单元相连接的用于处理与服务器有关的动作和数据的服务器处理单元，与外部接口单元相连接的用于处理与客户端有关的动作和数据的客户端处理单元，与外部接口单元相连接的负责与选择(select)操作相关的操作的选择(select)处理单元，与服务器处理单元相连接的用于将每个服务器的逻辑地址映射到相应的物理地址并提供相应的序列号的定位功能单元，与选择(select)处理单元相连接的用于提供通用的文件描述符的操作的实际数据(FD)操作单元，与选择(select)处理单元相连接的用于提供传输机制特定相关的对文件描述符的操作的传输机制单元；系统通信网络接口底层通信的具体实现采用标准TCP/IP协议的套接字接口进行数据通信，对外提供统一的接口模式。

2、如权利要求1所述的数据通信系统，其特征在于所述的外部接口单元包含所有的外部接口，外部接口都是统一的。

3、如权利要求1所述的数据通信系统，其特征在于所述的服务器处理单元负责服务器特定的动作和数据处理，包括接收客户端的请求消息和向客户端发送回应消息。

4、如权利要求3所述的数据通信系统，其特征在于所述的服务器，每个都位于逻辑主机上，需将逻辑主机映射到物理主机。

5、如权利要求1所述的数据通信系统，其特征在于所述的客户端处理单元负责客户端特定的动作和数据处理，包括向服务器发送请求消息和接收相应的返回消息。

6、如权利要求1所述的数据通信系统，其特征在于所述的选择(select)处理单元负责与选择(select)操作相关的操作原型，包括服务器用于等待其客户端的请求消息或者等待一个或多个其子服务器的返回消息时的操作。

7、如权利要求1所述的数据通信系统，其特征在于还包括特定工具单元，该单元为系统提供实用工具。

8、如权利要求1所述的数据通信系统，其特征在于还包括错误处理单元，该单元为系统提供特定的错误处理操作。

9、如权利要求1所述的数据通信系统，其特征在于还包括内存管理单元，该单元为独立数据的共享和共享数据的独立提供特定操作。

10、一种用于分布式系统的数据通信方法，其特征在于包括以下步骤：客户端通过外部接口单元发送请求消息；外部接口单元将请求消息传递给编解码模块；编解码模块对数据编码，并将其发送到客户端的通信网络接口；客户端的通信网络接口通过选择(select)单元处理，将数据发送给相应的服务器端的通信网络接口；服务器端的通信网络接口将收到的数据发送给编解码模块；编解码模块将数据解码后发送给服务器端进行处理；服务器端进行相应处理后，将处理结果发送给编解码模块；编解码模块将处理结果编码后发送给服务器端的通信网络接口；服务器端的通信网络接口将返回的数据发送给对应的客户端通信网络接口；客户端的通信网络接口将接收的处理结果发送给编解码模块进行解码；编解码模块将解码后的处理结果发送给外部接口单元；外部接口单元将处理结果信息返回给客户端。

11、如权利要求10所述的数据通信方法，其特征在于：客户端发送请求消息，是通过对外部接口单元的外部接口函数需要的参数赋值实现的。

12、如权利要求10所述的数据通信方法，其特征在于：外部接口单元将处理结果信息返回给客户端，是通过函数返回的形式实现的。

13、如权利要求10所述的数据通信方法，其特征在于还包括为系统提供特定的错误处理操作的步骤。

14、如权利要求10所述的数据通信方法，其特征在于还包括为独立数据的共享和共享数据的独立提供特定操作的步骤。