CN109240800B - 一种基于Hypervisor多***共享内存的管理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于Hypervisor多***共享内存的管理方法，将Hypervisor上的guest OS与guest OS之间、guest OS与host OS之间的共享内存区域进行统一管理，每个操作***均能实时的查询当前共享内存区域的使用/通信状态，支持一个guest OS与多个guest OS的共享内存通信，也支持一个guest OS对另一个guest OS的多个进程的共享内存通信，并且对于用户而言，等价于***内多进程的通信，简单易用。

Description

一种基于Hypervisor多***共享内存的管理方法
技术领域
本发明涉及计算机通信技术领域，具体涉及一种基于Hypervisor多***共享内存的管理方法。
背景技术
Hypervisor是一种运行在物理服务器和操作***之间的中间层软件，它可以允许多个操作***和应用共享一套基础物理硬件，又称为虚拟机监视器(virtual machinemonitor)。Hypervisor是所有虚拟化技术的核心，非中断的支持多工作负载迁移是hypervisor的基本功能。当硬件/操作***上运行Hypervisor时，Hypervisor允许创建多个虚拟机，并且会给每一台虚拟机分配适量的内存、cpu、网络和磁盘资源，还会加载所有虚拟机的客户操作***(guest OS)，并使得这些客户操作***(guest OS)运行。那么承载Hypervisor运行的操作***被称为host OS，运行在Hypervisor提供的虚拟机上的操作***被称为guest OS。
目前基于共享内存通信的管理方式均是在同一个操作***中多进程之间使用共享内存通信的管理方法，这种管理方法的功能只限于在同一个操作***内部的多进程间的通信，无法满足于运行在Hypervisor上的多个客户机操作***(guest OS)之间跨操作***的共享内存通信的管理需求。目前在Hypervisor上，处理多个guest OS之间的共享内存通信的常用做法是为两个guest OS之间相互通信的进程通过一些简单的自定义协议(添加包头，指定读写通道等)的方式进行通信，每一次发送和接收都需要封包、拆包和校验，这会使得共享内存的通信效率低，通信方式单一，很难支持一个guest OS与多个guest OS之间的通信，也很难支持一个guest OS中的一个进程与另一个guest OS中的多个进程间的通信。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于Hypervisor多***共享内存的管理方法，将Hypervisor上的guest OS与guest OS之间、guest OS与host OS之间的共享内存区域进行统一管理，每个操作***均能实时的查询当前共享内存区域的使用/通信状态，支持一个guest OS与多个guest OS的共享内存通信，也支持一个guest OS对另一个guest OS的多个进程的共享内存通信，并且对于用户而言，等价于***内多进程的通信，简单易用。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种基于Hypervisor多***共享内存的管理方法，包括：
由创建共享内存的guestOS在共享内存首页创建多个管理列表并为每个client分配不同大小的共享内存空间；所述多个管理列表分别对应不同的client；每个client对其对应的共享内存空间具有可读写权限，其他client仅具有只读权限；
所述管理列表中包括源索引、目标索引、该管理列表对应的索引号、该管理列表对应的共享内存长度、队列指针；
接收数据时，所有guestOS进行中断操作，所有client检测共享内存control page的status字段的低16位，获取数据发送client的管理列表索引号；
根据所述管理列表索引号查询数据发送client对应的管理列表，判断本client是否为数据接收client，若是，则根据所述队列指针读取数据；
发送数据时，检测共享内存中control page的status字段的高16位，数据发送client判断数据接收client是否在线，并检测数据发送client的共享内存中是否存在空闲的共享内存块；
若存在，数据发送client将待发送数据写入所述空闲的共享内存块中，同时更新队列指针。
进一步，所述管理列表，包括：
port字段，用于标记源索引和目标索引，用于client判断自己是否为数据接收client；
index字段，用于记录本client对应的管理列表索引号；
shmemdata字段，用于记录本client管理的共享内存的首地址；
size字段，用于记录本client共享内存的长度，以字节为单位；
wr_len字段，用于记录本client每次操作共享内存的长度；
w_bit字段，用于作为shmem_arr数组的可用位表；
q_tab字段，包括queue_begin成员和queue_tail成员，分别用于标记待发送数据队列的队列头与队列尾；
shmem_arr数组，其每一个元素均包括next成员和data成员，next成员用于构建队列指针，data成员用于指向一块共享内存。
进一步，所述的根据所述管理列表索引号查询其对应的管理列表，判断本client是否为数据接收client，若是，则根据所述队列指针读取数据，包括：
根据所述数据发送client的管理列表索引号查询该管理列表索引号对应的管理列表，判断管理列表中port字段的目标索引与本client的索引号是否一致；
若一致，则说明本client为数据接收client，则根据所述数据发送client的管理列表中q_tab字段和shmem_arr数组记录的数据，从共享内存中读取数据，并将队头数据出队。
进一步，所述的根据所述管理列表索引号查询其对应的管理列表，判断本client是否为数据接收client，若是，则根据所述队列指针读取数据，还包括：
判断q_tab字段的queue_begin成员的值是否为NULL，若为NULL，则说明数据读取完毕，否则根据所述数据发送client的管理列表中q_tab字段和shmem_arr数组记录的数据，从共享内存中读取数据，并将队头数据出队。
进一步，所述的数据发送client将待发送数据写入所述空闲的共享内存块中，同时更新队列指针，包括：
对于shmem_arr字段而言，其成员通过顺序表和链表的特性实现环形队列，用q_tab字段的queue_begin成员标记队头，当作环形内存的方式使用；
将待发送数据拷贝到共享内存中；
判断数据是否发送完成，若未完成则将数据加入队尾，并且用q_tab字段的queue_tail成员标记。
本发明的有益效果是：本发明通过在共享内存首页创建管理列表，每个client可以分配不同大小的共享内存空间，每个client单独管理，操作简单，管理效率高；通过队列的方式发送和接收数据，并且没有封包与拆包的过程，保证数据的完整性；每个client独占一块共享内存，具有可读写属性，其他client具有只读属性，并通过源和目标索引的方式标记，可实现多个client之间的通信并且保证数据的安全。
附图说明
图1为本发明实施例提供的管理列表结构示意图；
图2为本发明实施例提供的方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明将Hypervisor上的guest OS与guest OS之间、guest OS与host OS之间的共享内存区域进行统一管理，每个操作***均能实时的查询当前共享内存区域的使用/通信状态，每一个操作***均用定制长度不一的共享内存块进行通信，通过源和目标索引的方式标志当前共享内存区域作为某两个操作***之间的通信，数据的发送和接收无需封包和拆包，通信效率高；本发明支持一个guest OS与多个guest OS的共享内存通信，也支持一个guest OS对另一个guest OS的多个进程的共享内存通信。并且对于用户而言，等价于***内多进程的通信，简单易用。
本发明解决Hypervisor上跨***之间共享内存通信时，高效稳定的管理方法问题。
由创建共享内存的guestOS在共享内存首页创建多个管理列表并为每个client分配不同大小的共享内存空间；所述多个管理列表分别对应不同的client；每个client对其对应的共享内存空间具有可读写权限，其他client仅具有只读权限；
具体的，在Hypervidor的共享内存中的factory page中shmem字段获取共享内存起始地址，将第一页(4KB)共享内存分配作为管理列表区域,标记为shmem_m。
然后，建立16个管理列表(目前支持16个client)，每个client有独立的列表管理区；
管理列表的数据结构如图1所示，其中，port字段标记源和目标索引，作为接收client判断目标是否为自己，index字段记录本client索引；shmemdata字段记录本client管理的共享内存的首地址；size字段记录本client共享内存的长度，以字节为单位；wr_len字段记录本client每次操作共享内存的长度(例如为1024Byte)；w_bit字段作为shmem_arr数组的可用位表(例如0位置位表示shmem_arr[0]可用)；q_tab字段记录队列头与队列尾；shmem_arr字段的每一个元素的next成员构建队列指针，data成员指向一块共享内存。
本发明通过在共享内存首页创建管理列表，每个client可以分配不同大小的共享内存空间，每个client单独管理，操作简单，管理效率高；通过队列的方式发送和接收数据，并且没有封包与拆包的过程，保证数据的完整性；每个client独占一块共享内存，具有可读写属性，其他client具有只读属性，并通过源和目标索引的方式标记，可实现多个client之间的通信并且保证数据的安全。
如图2所示，本发明方法包括以下步骤：
1.通过在共享内存的factory page中的shmem字段获取共享内存起始地址，将第一个页(4KB)作为管理列表页，将其称为shmem_m字段，在其中建立16个管理列表，对应于每一个client。管理列表只建立一次，由创建共享内存的guest OS创建，其他OS附加并管理。一个client可对应于OS中的一个进程。
2.每一个管理列表用其对应的client初始化。每一个client的索引对应于control page的索引号顺序，列表的查找主要依赖于索引号index。
3.共享内存的访问规则是：每一个client会独占一块共享内存，对其有可读写权限，其他client对其只有可读属性。
4.发送数据：
(1)检测control page的status字段的高16位，判断目标client是否在线。
(2)检测本client中是否还有数据，有可能数据是上一次通信，还没被接收完毕的，需要等待接收完毕。
(3)检测是否有空闲的共享内存块可用访问。
(4)对于shmem_arr字段而言，其成员通过顺序表和链表的特性实现环形队列，用q_tab字段的queue_begin成员标记队头，当作环形内存的方式使用。当有数据发送时，将数据加入队尾即可，并且用q_tab字段的queue_tail成员标记。
(5)将数据拷贝到共享内存中。
(6)判断数据是否发送完成，如果未完成，则循环第(3)步直到结束。
5.接收数据：
(1)guest OS收到中断后，进程检测control page的status字段的低16位，判断是哪一个client给自己发送数据，获取发送数据的client的索引index。
(2)通过索引获取此client的管理列表。
(3)判断管理列表的port字段的target_client_idx成员，与本client的索引index是否相等，如果相等，则判断此client是给本client发送数据的。
(4)从队头先将数据读取，然后将队头出队。
(5)判断q_tab字段的queue_begin成员是否为NULL，如果为NULL，则说明已经读取完数据，如果不为空，则继续循环第(3)步读取数据，直到读完所有数据(q_tab字段的queue_begin成员为空)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于Hypervisor多***共享内存的管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
由创建共享内存的guestOS在共享内存首页创建多个管理列表并为每个client分配不同大小的共享内存空间；所述多个管理列表分别对应不同的client；所述管理列表中包括源索引、目标索引、该管理列表对应的索引号、该管理列表对应的共享内存长度、待发送数据队列指针；
接收数据时，所有guestOS进行中断操作，所有client检测共享内存control page的status字段的低16位，获取数据发送client的管理列表索引号；
根据所述管理列表索引号查询数据发送client对应的管理列表，判断本client是否为数据接收client，若是，则根据所述队列指针读取数据；
发送数据时，检测共享内存中control page的status字段的高16位，数据发送client判断数据接收client是否在线，并检测数据发送client的共享内存中是否存在空闲的共享内存块；
若存在，数据发送client将待发送数据写入所述空闲的共享内存块中，同时更新队列指针。
2.根据权利要求1所述一种基于Hypervisor多***共享内存的管理方法，其特征在于，所述管理列表，包括：
port字段，用于标记源索引和目标索引，用于client判断自己是否为数据接收client；
index字段，用于记录本client的管理列表索引号；
shmemdata字段，用于记录本client管理的共享内存的首地址；
size字段，用于记录本client共享内存的长度，以字节为单位；
wr_len字段，用于记录本client每次操作共享内存的长度；
w_bit字段，用于作为shmem_arr数组的可用位表；
q_tab字段，包括queue_begin成员和queue_tail成员，分别用于标记待发送数据队列的队列头与队列尾；
shmem_arr数组，其每一个元素均包括next成员和data成员，next成员用于构建队列指针，data成员用于指向一块共享内存。
3.根据权利要求2所述一种基于Hypervisor多***共享内存的管理方法，其特征在于，所述的根据所述管理列表索引号查询其对应的管理列表，判断本client是否为数据接收client，若是，则根据所述队列指针读取数据，包括：
根据所述数据发送client的管理列表索引号查询该管理列表索引号对应的管理列表，判断管理列表中port字段的目标索引与本client的索引号是否一致；
若一致，则说明本client为数据接收client，则根据所述数据发送client的管理列表中q_tab字段和shmem_arr数组记录的数据，从共享内存中读取数据，并将队头数据出队。
4.根据权利要求3所述一种基于Hypervisor多***共享内存的管理方法，其特征在于，所述的根据所述管理列表索引号查询其对应的管理列表，判断本client是否为数据接收client，若是，则根据所述队列指针读取数据，还包括：
判断q_tab字段的queue_begin成员的值是否为NULL，若为NULL，则说明数据读取完毕，否则根据所述数据发送client的管理列表中q_tab字段和shmem_arr数组记录的数据，从共享内存中读取数据，并将队头数据出队。
5.根据权利要求2所述一种基于Hypervisor多***共享内存的管理方法，其特征在于，所述的数据发送client将待发送数据写入所述空闲的共享内存块中，同时更新队列指针，包括：
对于shmem_arr字段而言，其成员通过顺序表和链表的特性实现环形队列，用q_tab字段的queue_begin成员标记队头，当作环形内存的方式使用；
将待发送数据拷贝到共享内存中；
判断数据是否发送完成，若未完成则将数据加入队尾，并且用q_tab字段的queue_tail成员标记。
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