[發(fā)明專利]一種用戶進(jìn)程與系統(tǒng)服務(wù)之間的通信方法、裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310207082.2
• 申請日: 2013-05-29
• 公開（公告）號: CN104216862B
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 詹卿;王偉
• 申請（專利權(quán)）人: 華為技術(shù)有限公司
• 主分類號: G06F15/167
• 分類號: G06F15/167;G06F9/54
• 代理公司: 深圳中一專利商標(biāo)事務(wù)所44237
• 代理人: 張全文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用戶進(jìn)程與系統(tǒng)服務(wù)之間的通信方法、裝置。

背景技術(shù)

目前，處理器已進(jìn)入多核/眾核時(shí)代，然而，目前的操作系統(tǒng)僅以對稱多處理器（Symmetric Multi-Processing，SMP）方式使用多核/眾核處理器，并不能充分利用多核/眾核處理器的并行處理能力。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)處理器超過16個(gè)核，現(xiàn)有Linux的性能不再線性增長反而降低。因此，有必要設(shè)計(jì)一種新的操作系統(tǒng)。

微內(nèi)核操作系統(tǒng)（Microkernel Operating System）結(jié)構(gòu)，是20世紀(jì)80年代后期發(fā)展起來的。現(xiàn)代操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)突出思想是把操作系統(tǒng)中更多的成分和功能放到更高的層次（及用戶模式）中去運(yùn)行，而留下一個(gè)盡量小的內(nèi)核，用它來完成操作系統(tǒng)最基本的核心功能，這種技術(shù)被稱為微內(nèi)核技術(shù)。微內(nèi)核的設(shè)計(jì)目標(biāo)是將系統(tǒng)服務(wù)的實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)的基本操作規(guī)則分離開來，微內(nèi)核將許多系統(tǒng)服務(wù)放入分離的進(jìn)程，如文件系統(tǒng)，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，而進(jìn)程通過消息傳遞調(diào)用系統(tǒng)服務(wù)。這些非常模塊化的用戶態(tài)服務(wù)用于完成操作系統(tǒng)中比較高級的操作，這樣的設(shè)計(jì)使內(nèi)核中最基本的部分的設(shè)計(jì)更簡單。一個(gè)服務(wù)組件的出錯(cuò)并不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的崩潰，內(nèi)核需要做的，僅僅是重新啟動(dòng)這個(gè)組件，而不必影響其它的部分。

基于微內(nèi)核的操作系統(tǒng)具有如下特征：

1)足夠小的內(nèi)核

在微內(nèi)核操作系統(tǒng)中，內(nèi)核是指精心設(shè)計(jì)的、能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代OS最基本的核心功能的部分。微內(nèi)核并非是一個(gè)完整的OS，而只是操作系統(tǒng)中最基本的部分，它通常用于：

實(shí)現(xiàn)與硬件緊密相關(guān)的處理；

實(shí)現(xiàn)一些較基本的功能；

負(fù)責(zé)客戶和服務(wù)器之間的通信。

它們只是為構(gòu)建通用OS提供一個(gè)重要基礎(chǔ)，這樣就可以確保把操作系統(tǒng)內(nèi)核做得很小。這樣，在眾核平臺上，可以同時(shí)在每個(gè)中央處理器（Central Processing Unit，CPU）上運(yùn)行一個(gè)內(nèi)核kernel實(shí)例，每個(gè)CPU進(jìn)入內(nèi)核態(tài)時(shí)互不干擾，避免多個(gè)CPU爭搶內(nèi)核鎖產(chǎn)生的性能消耗。

2)基于客戶/服務(wù)器模式

將操作系統(tǒng)中最基本的部分放入內(nèi)核中，而把操作系統(tǒng)的絕大部分功能都放在微內(nèi)核外面的一組服務(wù)器中實(shí)現(xiàn)。這些系統(tǒng)服務(wù)都是被作為進(jìn)程來實(shí)現(xiàn)的，運(yùn)行在用戶態(tài)。因?yàn)橛脩魬B(tài)進(jìn)程間的地址空間是隔離的，所以通常情況下不同進(jìn)程間無法直接進(jìn)行通信。一旦不同進(jìn)程間需要調(diào)用，例如用戶進(jìn)程和系統(tǒng)服務(wù)、系統(tǒng)服務(wù)間調(diào)用都是借助微內(nèi)核提供的消息傳遞機(jī)制來實(shí)現(xiàn)信息交互的。所以，在用戶看來，這是一種類似客戶/服務(wù)器的模式，用戶向內(nèi)核發(fā)出請求，內(nèi)核控制相應(yīng)系統(tǒng)服務(wù)給予服務(wù)。

現(xiàn)有的微內(nèi)核一般只提供基本的硬件操作接口，它將所有操作系統(tǒng)(Operating System，OS)必須提供的功能通過系統(tǒng)服務(wù)的形式提供，不同的系統(tǒng)服務(wù)運(yùn)行在用戶態(tài)；系統(tǒng)服務(wù)相互之間隔離，即使某個(gè)系統(tǒng)服務(wù)出現(xiàn)異常也不會(huì)干擾到其他模塊；系統(tǒng)服務(wù)和系統(tǒng)服務(wù)之間通過進(jìn)程間通信（Inter Process Communication，IPC）的方式工作。

現(xiàn)有的微內(nèi)核操作系統(tǒng)都是基于客戶/服務(wù)器模型的，用戶進(jìn)程通過向OS發(fā)送請求消息通知OS需要使用一種系統(tǒng)服務(wù)，OS接收到請求消息后根據(jù)自身的情況調(diào)度相應(yīng)的系統(tǒng)服務(wù)來完成一次系統(tǒng)服務(wù)。通常用戶編寫自己的應(yīng)用程序，會(huì)使用一些系統(tǒng)提供的庫函數(shù)，這些庫大多提供封裝好的系統(tǒng)服務(wù)的接口，用戶只需要根據(jù)自己的需要，填寫相關(guān)的參數(shù)，就可以感覺上直接調(diào)用了一些系統(tǒng)服務(wù)，前面所說的功能步驟都是由OS完成。圖1展示了單核平臺上使用一次系統(tǒng)服務(wù)的過程。

在眾核平臺上，由于同時(shí)存在多個(gè)kernel實(shí)例，每個(gè)CPU運(yùn)行一個(gè)獨(dú)立的kernel實(shí)例，每個(gè)kernel實(shí)例相互之間不會(huì)干擾對方，同時(shí)用戶態(tài)的各個(gè)進(jìn)程可以隨意被各個(gè)kernel實(shí)例運(yùn)行。這種情況下還要考慮各個(gè)進(jìn)程可能不在同一個(gè)kernel上，這時(shí)發(fā)送消息需要使用核間通信。核間發(fā)送消息需要在每個(gè)kernel上開啟一個(gè)代理模塊（monitor），所有消息先匯集到代理，代理查找目標(biāo)核的位置，將消息從本地monitor發(fā)送到對端monitor，再由對端monitor發(fā)送到對端目標(biāo)進(jìn)程。所以，通常用戶使用一次系統(tǒng)服務(wù)的過程如圖2所示，可以歸結(jié)為以下幾個(gè)步驟：

1)用戶進(jìn)程組裝一個(gè)消息，并將消息發(fā)送給內(nèi)核；

2)內(nèi)核將消息發(fā)送到本地monitor；

3)本地monitor查找目標(biāo)核的位置，并將消息發(fā)往對端monitor；

4)對端monitor接收到消息后，將消息發(fā)往系統(tǒng)服務(wù)；