一种众核间通信方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明适用于【技术领域】，提供了一种众核间通信方法，所述方法包括：服务管理进程向微内核操作系统申请共享内存，将微内核操作系统分配的共享内存映射到自己的虚拟地址空间；接收并记录注册的系统服务进程的服务标识和与服务标识对应的第二共享内存地址；根据系统服务请求所携带的服务标识，查找系统服务请求所携带服务标识对应的第二共享内存地址；将系统服务请求所携带服务标识、第一共享内存地址以及所述服务标识对应的第二共享内存地址发送所述用户进程。通过本发明可以解决现有技术存在的，在微内核的众核架构下，用户进程和系统服务进程通信需要多次上下文切换的问题。
【专利说明】-种众核间通信方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明属于计算机硬件【技术领域】，尤其涉及一种众核间通信方法及系统。
【背景技术】
[0002] 微内核操作系统(英文：Microkernel Operating System)结构，是20世纪80年代 后期发展起来的，由于有效地支持多处理机运行，非常适用于分布式系统环境。微内核是一 种能够提供必要服务的操作系统内核，其中必要的服务包括任务、线程、进程间通信(英文： Inter Process Communication,简称：IPC)以及内存管理等。微内核的所有服务(包括设 备驱动）在用户态下运行，而处理服务与处理其它程序一样，并且每个服务都在自己的地址 空间中运行，服务彼此之间受到了保护。
[0003] 图1是现有技术提供的微内核操作系统基于客户/服务器模型示意图，在图1中， 用户进程和系统服务都与微内核连接，用户需要请求系统服务时，首先用户通过用户进程 向所述微内核发送系统服务的请求信息，微内核响应接收到的请求信息，调度所请求信息 对应的系统服务进程，系统服务处理完用户请求后，会发送消息给内核，最后内核响应接收 到的消息，调度之前需要请求系统服务的用户进程。
[0004] 在众核架构下，多个微内核实例同时存在，每个中央处理器(英文：Central Processing Unit,简称：CPU)运行一个独立的微内核实例，并且用户态的各个进程可以随 意放置在各个微内核实例上运行。因此用户进程和系统服务进程可能不在同一个微内核上 运行，此时两者之间的信息交换需要采用IPC核间通信机制。
[0005] 图2是现有技术提供的众核架构用户进程与系统服务进程通信交互的一示意图， 如图2所示，IPC核间通信需要在每个微内核上运行一个代理服务监控（英文 ：Monit〇r)， Monitor负责管理微内核数据结构，以及协调核内和核间通信，并且系统启动完成后，系统 中所有Monitor构成全连接，两两相连。同时Monitor采用一个数组维护本微内核上的服 务列表，并且提供了每个服务在系统中全局唯一标识。
[0006] 用户进程请求服务时，首先会发送消息给微内核，微内核调度Monitor运行， Monitor会根据消息内容来判断用户所请求系统服务是否在同一微内核上，若否，则根据图 2所示处理，即本地Monitor会发送消息给所请求系统服务所在的微内核上的Monitor,此 过程的消息通信是采用IPC核间通信机制，然后远程Monitor发送消息给所述远程Monitor 所在的微内核，微内核调度目标服务进程；目标服务处理完消息后，发送消息给微内核，然 后微内核调度Monitor，Monitor通过IPC核间通信将消息发送给所需要系统服务的微内核 上的Monitor, Monitor再发送消息给微内核，最后微内核调度用户进程，从而完成一次用 户进程和服务进程不在同一个微内核上的请求和响应的调度过程。
[0007] 从图1和图2可以看出，当用户进程和系统服务进程都在同一微内核上时，至少需 要四次上下文切换，即四次消息交换过程。
[0008] 图3是现有技术提供的众核架构用户进程与系统服务进程通信交互的另一示 意图，图3示出了当用户进程与系统服务进程不在同一微内核上时，至少需要八次上下 文切换和两次IPC核间通信，如果系统服务进程不能处理用户进程请求而需要调用其他 服务时，则需要更多次数的上下文切换和核间通信，而早期的宏内核(英文：M〇n〇lithic Kernel，简称：Mono Kernel)操作系统中，仅需要两次上下文切换。
[0009] 因此现有技术存在的问题是，在微内核的众核架构下，用户进程和系统服务进程 通信需要多次上下文切换，微内核操作系统效率很低。
【发明内容】
[0010] 本发明实施例提供一种众核间通信方法，以解决现有技术在微内核的众核架构 下，用户进程和服务进程通信需要多次上下文切换，微内核操作系统效率很低的问题。
[0011] 第一方面，所述众核间通信方法包括：
[0012] 服务管理Service Manager进程向微内核操作系统申请共享内存，将所述微内核 操作系统分配的第一共享内存映射到所述Service Manager进程的虚拟地址空间；Service Manager进程接收系统服务进程的注册消息，记录所述注册消息所携带的所述系统服务进 程的服务标识和所述服务标识对应的第二共享内存地址；Service Manager进程向所述系 统服务进程发送所述注册消息的响应消息，所述响应消息携带第一共享内存地址；Service Manager进程接收用户进程的系统服务请求，根据所述系统服务请求所携带的服务标识，查 找到所述服务标识对应的第二共享内存地址；Service Manager进程将所述服务标识、所述 第一共享内存地址以及所述服务标识对应的第二共享内存地址发送给所述用户进程，以使 得所述用户进程把所述第一共享内存地址对应的第一共享内存和所述第二共享内存地址 对应的第二共享内存映射到用户进程的虚拟地址空间。
[0013] 在第一方面的第一种可能的实现方式中，在所述Service Manager进程接收系统 服务进程的注册消息之前还包括：
[0014] Service Manager进程通过本地代理服务监控Monitor向所有远程Monitor发送 Service Manager进程的启动消息，所述启动消息携带第一共享内存地址，以使得所述所有 远程Monitor将所述第一共享内存地址对应的第一共享内存映射到所述所有远程Monitor 的虚拟地址空间，建立Service Manager进程和所述所有远程Monitor的连接；
[0015] 所述所有远程Monitor包括用户进程的Monitor和系统服务进程的Monitor ;
[0016] 所述Service Manager进程接收系统服务进程的注册消息，包括：
[0017] 所述Service Manager进程通过系统服务进程的Monitor接收系统服务进程的注 册消息；
[0018] 所述Service Manager进程向所述系统服务进程发送所述注册消息的响应消息， 包括：
[0019] 所述Service Manager进程通过系统服务进程的Monitor向所述系统服务进程发 送所述注册消息的响应消息；
[0020] 所述Service Manager进程接收用户进程的系统服务请求，包括：
[0021] 所述Service Manager进程通过用户进程的Monitor接收用户进程的系统服务请 求；
[0022] 所述Service Manager进程将所述服务标识、所述第一共享内存地址以及所述服 务标识对应的第二共享内存地址发送给所述用户进程，包括：
[0023] 所述Service Manager进程通过用户进程的Monitor将所述服务标识、所述第一 共享内存地址以及所述服务标识对应的第二共享内存地址。
[0024] 在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述方法包括：
[0025] 当系统服务进程迁移至目标微内核时，Service Manager进程接收并记录系统服 务进程的服务标识和所述服务标识对应的第三共享内存地址；
[0026] Service Manager进程接收用户进程的系统服务请求，根据系统服务请求所携带 的服务标识，查找到所述系统服务请求所携带的服务标识对应的第三共享内存地址；
[0027] Service Manager进程将所述第三共享内存地址发送至用户进程，以使得用户进 程将所述第三共享内存地址对应的第三共享内存映射到用户进程的虚拟地址空间；
[0028] Service Manager进程将用户进程的系统服务请求转发给系统服务进程，以使得 系统服务进程处理所述用户进程的系统服务请求并将处理结果发送至用户进程。
[0029] 第二方面，所述众核间通信方法包括：
[0030] 系统服务进程向微内核操作系统申请共享内存，将微内核操作系统分配的第二共 享内存映射到自己的虚拟地址空间；
[0031] 系统服务进程向Service Manager进程发送注册消息，所述注册消息携带系统服 务进程的服务标识和所述服务标识对应的第二共享内存地址；
[0032] 系统服务进程接收所述Service Manager进程发送的注册消息的响应消息，并将 所述响应消息携带的第一共享内存地址对应的第一共享内存对应映射到所述系统服务进 程的虚拟地址空间。
[0033] 在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述方法还包括：
[0034] 当系统服务进程迁移至目标微内核时，系统服务进程向微内核操作系统申请共享 内存，将所述微内核操作系统分配的第三共享内存映射到自己的虚拟地址空间；
[0035] 系统服务进程将系统服务进程的服务标识和所述服务标识对应的第三共享内存 地址发送至Service Manager进程。
[0036] 第三方面，一种众核间通信系统，所述通信系统包括：
[0037] 映射单元，用于向微内核操作系统申请共享内存，将所述微内核操作系统分配的 第一共享内存映射到Service Manager进程的虚拟地址空间；
[0038] 接收单元，用于接收系统服务进程的注册消息，记录所述注册消息所携带的所述 系统服务进程的服务标识和所述服务标识对应的第二共享内存地址；
[0039] 响应单元，用于向所述系统服务进程发送注册消息的响应消息，所述响应消息携 带第一共享内存地址；
[0040] 接收单元，还用于接收用户进程的系统服务请求，根据所述系统服务请求所携带 的服务标识，查找到所述服务标识对应的第二共享内存地址；
[0041] 发送单元，用于将所述服务标识、所述第一共享内存地址以及所述服务标识对应 的第二共享内存地址发送至所述用户进程，以使得所述用户进程把所述第一共享内存地址 对应的第一共享内存和第二共享内存地址对应的第二共享内存映射到用户进程的虚拟地 址空间。
[0042] 在第三方面的第一种可能的实现方式中，
[0043] 所述发送单元还用于：
[0044] 通过本地代理服务监控Monitor向所有远程Monitor发送Service Manager进程 的启动消息，所述启动消息携带第一共享内存地址，以使得所述所有远程Monitor将所述 第一共享内存地址对应的第一共享内存映射到所述所有远程Monitor的虚拟地址空间，建 立Service Manager进程和所述所有远程Monitor的连接；
[0045] 所述所有远程Monitor包括用户进程的Monitor和系统服务进程的Monitor ;
[0046] 所述接收单元具体用于：通过所述系统服务进程的Monitor接收系统服务进程的 注册消息，记录所述注册消息所携带的所述系统服务进程的服务标识和所述服务标识对应 的第二共享内存地址；以及，
[0047] 通过所述用户进程的Monitor接收用户进程的系统服务请求，根据所述系统服务 请求所携带的服务标识，查找到所述服务标识对应的第二共享内存地址；
[0048] 所述响应单元具体用于：通过所述系统服务进程的Monitor向所述系统服务进程 发送所述注册消息的响应消息；
[0049] 所述发送单元具体用于：通过所述用户进程的Monitor将所述服务标识、所述第 一共享内存地址以及所述服务标识对应的第二共享内存地址发送至所述用户进程。
[0050] 在第三方面的第二种可能的实现方式中，
[0051] 所述接收单元，还用于当系统服务进程迁移至目标微内核时，Service Manager进 程接收并记录系统服务进程的服务标识和所述服务标识对应的第三共享内存地址；
[0052] 所述接收单元，还用于接收用户进程的系统服务请求，根据系统服务请求所携带 的服务标识，查找到所述服务标识对应的第三共享内存地址；
[0053] 所述发送单元，还用于将所述第三共享内存地址发送至用户进程，以使得用户进 程将所述第三共享内存地址对应的第三共享内存映射到用户进程的虚拟地址空间；
[0054] 所述发送单元，还用于将用户进程的系统服务请求转发给系统服务进程，以使得 系统服务进程处理所述用户进程的系统服务请求并将处理结果发送至用户进程。
[0055] 第四方面，一种众核间通信系统，所述通信系统包括：
[0056] 映射单元，用于向微内核操作系统申请共享内存，将微内核操作系统分配的第二 共享内存映射到自己的虚拟地址空间；
[0057] 发送单元，用于向Service Manager进程发送注册消息，所述注册消息携带系统服 务进程的服务标识和所述服务标识对应的第二共享内存地址；
[0058] 接收单元，用于接收注册消息的响应消息，所述响应消息携带第一共享内存地址， 将所述第一共享内存地址对应的第一共享内存映射到系统服务进程的虚拟地址空间。
[0059] 在第四方面的第一种可能的实现方式中，
[0060] 所述映射单元，还用于当系统服务进程迁移至目标微内核时，向微内核操作系统 申请共享内存地址，将微内核操作系统分配的第三共享内存地址对应的第三共享内存映射 到自己的虚拟地址空间；
[0061] 所述发送单元，还用于将系统服务进程的服务标识和所述服务标识对应的第三共 享内存地址发送至Service Manager进程。
【专利附图】
【附图说明】
[0062] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述 中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些 实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附 图获得其他的附图。
[0063] 图1是现有技术提供的微内核操作系统基于客户/服务器模型示意图；
[0064] 图2是现有技术提供的众核架构用户进程与系统服务进程通信交互的一示意图；
[0065] 图3是现有技术提供的众核架构用户进程与系统服务进程通信交互的另一示意 图；
[0066] 图4是本发明一实施例提供的众核间通信方法所适用的场景示意图；
[0067] 图5是本发明另一实施例提供的众核间通信方法的实现流程图；
[0068] 图6是本发明另一实施例提供的众核间通信方法的实现流程图；
[0069] 图7是本发明另一实施例提供的操作共享内存方法的示意图；
[0070] 图8是本发明另一实施例提供的众核间通信系统的组成结构图；
[0071] 图9是本发明另一实施例提供的众核间通信系统的组成结构图；
[0072] 图10是本发明另一实施例提供的网络设备的组成结构图；
[0073] 图11是本发明另一实施例提供的网络设备的组成结构图。
【具体实施方式】
[0074] 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。
[0075] 图4示出了本发明一实施例提供的众核间通信方法所适用的场景。
[0076] 在本实施例中，所有的微内核使用同一微内核操作系统，在系统中指定一特定的 微内核，以单核单线程的方式运行特定的服务管理(英文Service Manager)进程，用来系 统提供的所有服务，并管理用户所请求的系统服务进程与用户进程之间建立通信连接，用 户进程包括用户进程A和用户进程B，系统服务进程包括：进程服务、设备驱动、文件服务、 虚拟内存和其它服务。
[0077] 在本实施例中，当一个系统服务进程调用另外一个系统服务进程时，主动调用的 系统服务进程作为用户进程，而被调用的进程作为系统服务进程。
[0078] 每个微内核上运行一个代理服务Monitor，所有的Monitor之间可以建立全连接， 即所有的Monitor之间两两连接。
[0079] 图5示出了本发明一实施例提供的众核间通信方法的实现流程，该实施例的执行 主体是Service Manager,该方法过程详述如下：
[0080] 在步骤S501中，Service Manager进程向微内核操作系统申请共享内存，将微内 核操作系统分配的第一共享内存映射到Service Manager进程的虚拟地址空间。
[0081] 需要说明的是，在Service Manager进程启动时，会向微内核操作系统申请共享内 存，上述微内核操作系统是Service Manager进程所在微内核使用的操作系统。
[0082] 在本文中，"第一"、"第二"和"第三"并不指代先后顺序，而是用于区分共享内存和 共享内存地址，所述第一共享内存是微内核操作系统内存管理模块为Service Manager进 程分配的共享内存，第一共享内存的地址为第一共享内存地址。
[0083] 在本实施例中，Service Manager进程、系统服务进程和用户进程位于同一处理器 的不同微内核或者位于多个不同处理器的微内核。
[0084] 如表1所示，微内核操作系统内存管理模块会将线性内存地址分成3部分，包括： 内核空间、用户空间和共享内存空间，共享内存空间是从〇Xf?f开始分配，并且第一块的 特定共享内存区域是专门分配给Service Manager进程使用的，剩余的共享内存空间分配 给系统服务进程。系统服务进程启动后向微内核操作系统申请一块固定大小的内存，这里 称为系统服务进程的共享内存，也就是第二共享内存，或者系统服务进程迁移至目标微内 核后，系统服务进程重新向微内核操作系统申请一块固定大小的内存，这里也称为系统服 务进程的共享内存，也就是第三共享内存。
[0085]
【权利要求】
1. 一种众核间通信方法，其特征在于，所述方法包括： 服务管理Service Manager进程向微内核操作系统申请共享内存，将所述微内核操作 系统分配的第一共享内存映射到所述Service Manager进程的虚拟地址空间； Service Manager进程接收系统服务进程的注册消息，记录所述注册消息所携带的所 述系统服务进程的服务标识和所述服务标识对应的第二共享内存地址； Service Manager进程向所述系统服务进程发送所述注册消息的响应消息，所述响应 消息携带第一共享内存地址； Service Manager进程接收用户进程的系统服务请求，根据所述系统服务请求所携带 的服务标识，查找到所述服务标识对应的第二共享内存地址； Service Manager进程将所述服务标识、所述第一共享内存地址以及所述服务标识对 应的第二共享内存地址发送给所述用户进程，以使得所述用户进程把所述第一共享内存地 址对应的第一共享内存和所述第二共享内存地址对应的第二共享内存映射到用户进程的 虚拟地址空间。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述Service Manager进程接收系统服务 进程的注册消息之前，还包括： Service Manager进程通过本地代理服务监控Monitor向所有远程Monitor发送 Service Manager进程的启动消息，所述启动消息携带第一共享内存地址，以使得所述所有 远程Monitor将所述第一共享内存地址对应的第一共享内存映射到所述所有远程Monitor 的虚拟地址空间，建立Service Manager进程和所述所有远程Monitor的连接； 所述所有远程Monitor包括用户进程的Monitor和系统服务进程的Monitor ; 所述Service Manager进程接收系统服务进程的注册消息，包括： 所述Service Manager进程通过系统服务进程的Monitor接收系统服务进程的注册消 息； 所述Service Manager进程向所述系统服务进程发送所述注册消息的响应消息，包 括： 所述Service Manager进程通过系统服务进程的Monitor向所述系统服务进程发送所 述注册消息的响应消息； 所述Service Manager进程接收用户进程的系统服务请求，包括： 所述Service Manager进程通过用户进程的Monitor接收用户进程的系统服务请求； 所述Service Manager进程将所述服务标识、所述第一共享内存地址以及所述服务标 识对应的第二共享内存地址发送给所述用户进程，包括： 所述Service Manager进程通过用户进程的Monitor将所述服务标识、所述第一共享 内存地址以及所述服务标识对应的第二共享内存地址。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括： 当系统服务进程迁移至目标微内核时，Service Manager进程接收并记录系统服务进 程的服务标识和所述服务标识对应的第三共享内存地址； Service Manager进程接收用户进程的系统服务请求，根据系统服务请求所携带的服 务标识，查找到所述系统服务请求所携带的服务标识对应的第三共享内存地址； Service Manager进程将所述第三共享内存地址发送至用户进程，以使得用户进程将 所述第三共享内存地址对应的第三共享内存映射到用户进程的虚拟地址空间； Service Manager进程将用户进程的系统服务请求转发给系统服务进程，以使得系统 服务进程处理所述用户进程的系统服务请求并将处理结果发送至用户进程。
4. 一种众核间通信方法，其特征在于，所述方法包括： 系统服务进程向微内核操作系统申请共享内存，将微内核操作系统分配的第二共享内 存映射到自己的虚拟地址空间； 系统服务进程向Service Manager进程发送注册消息，所述注册消息携带系统服务进 程的服务标识和所述服务标识对应的第二共享内存地址； 系统服务进程接收所述Service Manager进程发送的注册消息的响应消息，并将所述 响应消息携带的第一共享内存地址对应的第一共享内存对应映射到所述系统服务进程的 虚拟地址空间。
5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括： 当系统服务进程迁移至目标微内核时，系统服务进程向微内核操作系统申请共享内 存，将所述微内核操作系统分配的第三共享内存映射到自己的虚拟地址空间； 系统服务进程将系统服务进程的服务标识和所述服务标识对应的第三共享内存地址 发送至Service Manager进程。
6. -种众核间通信系统，其特征在于，所述系统包括： 映射单元，用于向微内核操作系统申请共享内存，将所述微内核操作系统分配的第一 共享内存映射到Service Manager进程的虚拟地址空间； 接收单元，用于接收系统服务进程的注册消息，记录所述注册消息所携带的所述系统 服务进程的服务标识和所述服务标识对应的第二共享内存地址； 响应单元，用于向所述系统服务进程发送注册消息的响应消息，所述响应消息携带第 一共享内存地址； 接收单元，还用于接收用户进程的系统服务请求，根据所述系统服务请求所携带的服 务标识，查找到所述服务标识对应的第二共享内存地址； 发送单元，用于将所述服务标识、所述第一共享内存地址以及所述服务标识对应的第 二共享内存地址发送至所述用户进程，以使得所述用户进程把所述第一共享内存地址对应 的第一共享内存和第二共享内存地址对应的第二共享内存映射到用户进程的虚拟地址空 间。
7. 如权利要求6所述的系统，其特征在于， 所述发送单元还用于： 通过本地代理服务监控Monitor向所有远程Monitor发送Service Manager进程的 启动消息，所述启动消息携带第一共享内存地址，以使得所述所有远程Monitor将所述第 一共享内存地址对应的第一共享内存映射到所述所有远程Monitor的虚拟地址空间，建立 Service Manager进程和所述所有远程Monitor的连接； 所述所有远程Monitor包括用户进程的Monitor和系统服务进程的Monitor ; 所述接收单元具体用于：通过所述系统服务进程的Monitor接收系统服务进程的注册 消息，记录所述注册消息所携带的所述系统服务进程的服务标识和所述服务标识对应的第 二共享内存地址；以及， 通过所述用户进程的Monitor接收用户进程的系统服务请求，根据所述系统服务请求 所携带的服务标识，查找到所述服务标识对应的第二共享内存地址； 所述响应单元具体用于：通过所述系统服务进程的Monitor向所述系统服务进程发送 所述注册消息的响应消息； 所述发送单元具体用于：通过所述用户进程的Monitor将所述服务标识、所述第一共 享内存地址以及所述服务标识对应的第二共享内存地址发送至所述用户进程。
8. 如权利要求6所述的系统，其特征在于， 所述接收单元，还用于当系统服务进程迁移至目标微内核时，Service Manager进程接 收并记录系统服务进程的服务标识和所述服务标识对应的第三共享内存地址； 所述接收单元，还用于接收用户进程的系统服务请求，根据系统服务请求所携带的服 务标识，查找到所述服务标识对应的第三共享内存地址； 所述发送单元，还用于将所述第三共享内存地址发送至用户进程，以使得用户进程将 所述第三共享内存地址对应的第三共享内存映射到用户进程的虚拟地址空间； 所述发送单元，还用于将用户进程的系统服务请求转发给系统服务进程，以使得系统 服务进程处理所述用户进程的系统服务请求并将处理结果发送至用户进程。
9. 一种的众核间通信系统，其特征在于，所述系统包括： 映射单元，用于向微内核操作系统申请共享内存，将微内核操作系统分配的第二共享 内存映射到自己的虚拟地址空间； 发送单元，用于向Service Manager进程发送注册消息，所述注册消息携带系统服务进 程的服务标识和所述服务标识对应的第二共享内存地址； 接收单元，用于接收注册消息的响应消息，所述响应消息携带第一共享内存地址，将所 述第一共享内存地址对应的第一共享内存映射到系统服务进程的虚拟地址空间。
10. 如权利要求9所述的系统，其特征在于， 所述映射单元，还用于当系统服务进程迁移至目标微内核时，向微内核操作系统申请 共享内存地址，将微内核操作系统分配的第三共享内存地址对应的第三共享内存映射到自 己的虚拟地址空间； 所述发送单元，还用于将系统服务进程的服务标识和所述服务标识对应的第三共享内 存地址发送至Service Manager进程。
【文档编号】G06F9/54GK104123265SQ201310150599
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年4月26日 优先权日:2013年4月26日
【发明者】吴小科 申请人:华为技术有限公司