專利名稱：基于嵌入式虛擬化平臺(tái)的域間文件數(shù)據(jù)共享方法
基于嵌入式虛擬化平臺(tái)的域間文件數(shù)據(jù)共享方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于嵌入式系統(tǒng)虛擬化平臺(tái)上域間數(shù)據(jù)共享技術(shù)領(lǐng)域，具體來說就是提出了一種可靠的基于嵌入式虛擬化平臺(tái)的域間共享塊設(shè)備上文件數(shù)據(jù)的方法。
背景技術(shù)：
嵌入式系統(tǒng)從虛擬化技術(shù)中獲得的最直接好處是針對(duì)客戶操作系統(tǒng)(如Linux、 Android等)以及其他運(yùn)行環(huán)境(自行設(shè)計(jì)的內(nèi)核、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序等)采取嚴(yán)格的硬件隔離，從而改善嵌入式系統(tǒng)的可靠性和安全性。這種隔離避免了在智能設(shè)備的獨(dú)立功能區(qū)中 (如移動(dòng)電話中的基帶和用戶界面代碼)代碼和數(shù)據(jù)的非故意破壞，而且也阻止了終端用戶通過下載的代碼進(jìn)行惡意訪問。
然而，虛擬化技術(shù)為嵌入式應(yīng)用所帶來的穩(wěn)健性與傳統(tǒng)的嵌入式設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)相悖。 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)在多個(gè)嵌入式軟件組件之間有效地共享數(shù)據(jù)，但是將代碼嚴(yán)格地分割到各個(gè)域時(shí)，這種數(shù)據(jù)共享將被阻礙或被禁止。由于在各種不同的虛擬機(jī)上運(yùn)行的代碼中沒有高效的域間通信技術(shù)，利用傳統(tǒng)的域間數(shù)據(jù)共享技術(shù)將會(huì)使嵌入式系統(tǒng)的性能降低到無法忍受的水平。
在系統(tǒng)虛擬化領(lǐng)域，域間文件數(shù)據(jù)共享都是基于網(wǎng)絡(luò)的方式，即基于TCP/IP協(xié)議來實(shí)現(xiàn)文件數(shù)據(jù)共享(例如SAMBA、NFS技術(shù)等)。對(duì)嵌入式系統(tǒng)來講，依靠網(wǎng)絡(luò)的方式來實(shí)現(xiàn)域間的文件數(shù)據(jù)的共享，不僅性能較低，占用資源多，可靠性也不高，這對(duì)嵌入式系統(tǒng)是不允許的。在一個(gè)系統(tǒng)虛擬機(jī)環(huán)境里，硬件資源被客戶操作系統(tǒng)Guest OS(也稱為Domain域)共享，硬件資源的分配和訪問由軟件層一虛擬監(jiān)控程序(Virtual Machine Monitor)，如果不采用網(wǎng)絡(luò)的方式，單單依靠設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序以及Domain域中的虛擬文件系統(tǒng)VFS (Virtual File System)來實(shí)現(xiàn)文件數(shù)據(jù)的共享，文件數(shù)據(jù)的一致性則得不到保證。 比如，當(dāng)一個(gè)文件被多個(gè)Domain域中的進(jìn)程同時(shí)訪問時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)同步異常。具體來說，如果兩個(gè)Domain域的進(jìn)程對(duì)文件的同一位置進(jìn)行寫，由于緩存的存在，結(jié)果會(huì)不可預(yù)知。另外，如果一個(gè)Domain中的進(jìn)程對(duì)文件進(jìn)行寫，另一個(gè)Domain中的進(jìn)程對(duì)同一文件進(jìn)行讀， 讀數(shù)據(jù)的結(jié)果也不可預(yù)知。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在嵌入式虛擬化平臺(tái)上可靠的域間數(shù)據(jù)共享方法，實(shí)現(xiàn)了 Domain域間對(duì)塊設(shè)備上文件數(shù)據(jù)安全可靠的共享，并且提高了共享塊設(shè)備文件數(shù)據(jù)的傳輸性能。
一種基于嵌入式虛擬化平臺(tái)的域間數(shù)據(jù)共享方法，VFS中的索引節(jié)點(diǎn)分為前端索引節(jié)點(diǎn)和后端索引節(jié)點(diǎn)，前端索引節(jié)點(diǎn)位于客戶操作系統(tǒng)Domain域中，后端索引節(jié)點(diǎn)位于軟件層一虛擬監(jiān)控程序VMM中，該方法包括打開文件、讀寫文件和關(guān)閉文件三個(gè)步驟
所述打開文件步驟為
(A. DDomain域的進(jìn)程從待打開文件的路徑獲取待打開文件對(duì)應(yīng)的前端索引節(jié)點(diǎn)Fl和塊設(shè)備BDl信息，為本次打開操作分配文件號(hào)，創(chuàng)建包含前端索引節(jié)點(diǎn)F1、塊設(shè)備BDl 和文件號(hào)信息的文件結(jié)構(gòu)對(duì)象01，將其加入文件描述符數(shù)組；
(A.2)若Domain域中已存在前端索引節(jié)點(diǎn)F1，則Fl的使用計(jì)數(shù)加一，否則，在 Domain域中建立前端索引節(jié)點(diǎn)F1，并在塊設(shè)備BDl中讀出待打開文件在塊設(shè)備BDl上的物理位置分布信息；
(A. 3)Domain域向VMM發(fā)送包含前端索引節(jié)點(diǎn)Fl和塊設(shè)備BDl的ID信息的超級(jí)調(diào)用請(qǐng)求，VMM對(duì)前端索引節(jié)點(diǎn)Fl和塊設(shè)備BDl的ID作哈希計(jì)算，依據(jù)計(jì)算得到的后端索引節(jié)點(diǎn)索引值在后端索引節(jié)點(diǎn)哈希鏈表中找到其對(duì)應(yīng)的后端索引節(jié)點(diǎn)Bl ；
(A.4)若VMM中存在后端索引節(jié)點(diǎn)Bi，則Bl的使用計(jì)數(shù)加一，否則，在VMM中建立后端索引節(jié)點(diǎn)Bi，將其插入后端索引節(jié)點(diǎn)哈希鏈表中，插入和查找該哈希鏈表所使用的哈希值依據(jù)前端索引節(jié)Fl和塊設(shè)備BDl的ID計(jì)算；
所述讀寫文件步驟包括讀寫文件請(qǐng)求子步驟和讀寫文件執(zhí)行子步驟，所述讀寫文件請(qǐng)求子步驟將讀寫文件請(qǐng)求掛載到塊設(shè)備的讀寫請(qǐng)求隊(duì)列上，讀寫文件執(zhí)行子步驟執(zhí)行讀寫請(qǐng)求隊(duì)列中的讀寫請(qǐng)求；
所述讀寫文件請(qǐng)求子步驟具體為
(B. DDomain域的進(jìn)程發(fā)出讀寫操作請(qǐng)求，讀寫操作請(qǐng)求包含待讀寫文件的文件號(hào)、用戶空間數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、待讀寫文件的邏輯偏移、讀寫數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和讀寫類型；
(B. 2)依據(jù)待讀寫文件的文件號(hào)索引進(jìn)程的文件描述符數(shù)組找到文件結(jié)構(gòu)對(duì)象 02 ；
(B. 3)獲取文件結(jié)構(gòu)對(duì)象02中的前端索引節(jié)點(diǎn)F2和塊設(shè)備BD2 ；
(B. 4)查詢待讀寫文件的邏輯偏移對(duì)應(yīng)的頁(yè)緩存是否已經(jīng)在內(nèi)存中，若存在，進(jìn)入步驟(B. 5)，否則，分配頁(yè)緩存，進(jìn)入步驟(B. 5)；
(B. 5)查詢待讀寫文件的邏輯偏移對(duì)應(yīng)的頁(yè)緩存標(biāo)志位以判斷所述頁(yè)緩存是否是最新，若是，則進(jìn)入步驟(B. 6)，否則，進(jìn)入步驟(B. 7)；
(B. 6)若為讀請(qǐng)求，則將所述頁(yè)緩存復(fù)制到用戶空間數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，讀寫操作結(jié)束， 否則，將用戶空間數(shù)據(jù)緩沖區(qū)復(fù)制到所述應(yīng)頁(yè)緩存中，讀寫操作結(jié)束；
(B. 7)根據(jù)前端索引節(jié)點(diǎn)F2找到待讀寫文件在塊設(shè)備BD2的物理位置分布信息， 并結(jié)合待讀寫文件的邏輯偏移得到待讀寫文件在塊設(shè)備上的物理位置，再根據(jù)該物理位置和讀寫數(shù)據(jù)長(zhǎng)度得到讀寫區(qū)間；
(B. 8)對(duì)前端索引節(jié)點(diǎn)F2和塊設(shè)備BD2作哈希計(jì)算得到第一后端索引節(jié)點(diǎn)索引值，并分配讀寫請(qǐng)求對(duì)象R2和文件鎖對(duì)象L2，所述讀寫請(qǐng)求對(duì)象R2包含待讀寫文件在塊設(shè)備上的物理位置、讀寫數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、頁(yè)緩存位置和進(jìn)程號(hào)，所述文件鎖對(duì)象L2包含讀寫區(qū)間和讀寫類型；
(B. 9)Domain域向VMM發(fā)送包含第一后端索引節(jié)點(diǎn)索引值、讀寫請(qǐng)求對(duì)象R2和文件鎖對(duì)象L2的超級(jí)調(diào)用請(qǐng)求；
(B. 10) VMM依據(jù)第一后端索引節(jié)點(diǎn)索引值在后端索引節(jié)點(diǎn)哈希鏈表中查找對(duì)應(yīng)的后端索引節(jié)點(diǎn)B2;
(B. 11)依據(jù)文件鎖對(duì)象L2中的讀寫類型和讀寫區(qū)間，判定該文件鎖對(duì)象L2是否與后端索引節(jié)點(diǎn)B2的文件鎖列表某一文件鎖對(duì)象LO有沖突，若有沖突，則進(jìn)入步驟(B. 12)，否則，進(jìn)入(B. 13)；
(B. 12)將讀寫操作請(qǐng)求對(duì)象R2和文件鎖對(duì)象L2掛載在沖突的文件鎖對(duì)象LO的沖突鏈表上，結(jié)束；
(B. 13)將讀寫操作請(qǐng)求R2掛載到塊設(shè)備BD2的讀寫請(qǐng)求隊(duì)列，將文件鎖對(duì)象L2 掛載到后端索引節(jié)點(diǎn)B2的文件鎖鏈表上，結(jié)束；
所述讀寫文件執(zhí)行子步驟具體為
(C. 1)若塊設(shè)備BD3的讀寫請(qǐng)求隊(duì)列非空，則VMM執(zhí)行塊設(shè)備BD3的讀寫請(qǐng)求隊(duì)列中的當(dāng)前讀寫請(qǐng)求對(duì)象R3;
(C. 2)執(zhí)行完畢時(shí)釋放R3對(duì)應(yīng)的文件鎖對(duì)象L3，更新頁(yè)緩存的標(biāo)志位，向讀寫請(qǐng)求對(duì)象R3的來源Domain域發(fā)出軟中斷以喚醒R3中的進(jìn)程號(hào)指定的讀寫進(jìn)程；
(C. 3)若釋放的文件鎖對(duì)象L3的沖突鏈表非空，則激活當(dāng)前文件鎖對(duì)象L4，判定文件鎖對(duì)象L4是否與其對(duì)應(yīng)的后端索引節(jié)點(diǎn)B4的文件鎖隊(duì)列存在沖突，若有沖突，進(jìn)入步驟(C. 4)，否則，進(jìn)入步驟(C. 5)；
(C. 4)被激活的文件鎖對(duì)象L4及其對(duì)應(yīng)的讀寫請(qǐng)求對(duì)象R4掛載在沖突的文件鎖對(duì)象Γ0的沖突鏈表上，返回步驟(C. 1)；
(C. 5)將讀寫請(qǐng)求對(duì)象R4掛載到塊設(shè)備BD3的讀寫請(qǐng)求隊(duì)列，將文件鎖對(duì)象L4掛載到后端索引節(jié)點(diǎn)B4的文件鎖鏈表上，返回步驟(C. 1)；
所述關(guān)閉文件步驟具體為
(D. 1)將待關(guān)閉文件對(duì)應(yīng)的前端索引節(jié)點(diǎn)F4的使用計(jì)數(shù)減一，若F4的使用計(jì)數(shù)為 0，則釋放F4 ；
(D. 2) Domain域的進(jìn)程對(duì)待關(guān)閉文件的前端索引節(jié)點(diǎn)F3和塊設(shè)備BD4作哈希計(jì)算得到第二后端索引節(jié)點(diǎn)索引值；
(D. 3)Domain域向VMM發(fā)出包含第二后端索引節(jié)點(diǎn)索引值的超級(jí)調(diào)用請(qǐng)求；
(D. 4) VMM依據(jù)第二后端索引節(jié)點(diǎn)索引值在后端索引節(jié)點(diǎn)哈希鏈表中查找對(duì)應(yīng)的后端索引節(jié)點(diǎn)B5，對(duì)后端索引節(jié)點(diǎn)B5的使用計(jì)數(shù)減一，若后端索引節(jié)點(diǎn)B5的使用計(jì)數(shù)為 0，則釋放后端索引節(jié)點(diǎn)B5。
本發(fā)明能夠保證Domain域在共享文件數(shù)據(jù)時(shí)的一致性，具體做法是通過修改 Domain域中的VFS層，將VFS層的索引節(jié)點(diǎn)對(duì)象分為前端索引節(jié)點(diǎn)和后端索引節(jié)點(diǎn)。前端索引節(jié)點(diǎn)位于Domain中的VFS (Virtual File System)層，向Domain域中的進(jìn)程提供操作文件的接口。后端索引節(jié)點(diǎn)位于VMM (Virtual Machine Monitor)中，與塊設(shè)備上的文件一一對(duì)應(yīng)，是控制VMM上不同的Domain域在讀寫塊設(shè)備同一個(gè)文件時(shí)在內(nèi)存中存在的唯一的控制節(jié)點(diǎn)；同時(shí)在后端索引節(jié)點(diǎn)上引入了文件鎖，通過后端索引節(jié)點(diǎn)上的文件鎖保證同一個(gè)文件的同一區(qū)段被VMM上的Domain域進(jìn)行讀寫時(shí)的數(shù)據(jù)一致性，根據(jù)文件讀寫請(qǐng)求的種類
(1)當(dāng)發(fā)出讀文件請(qǐng)求時(shí)，若后端索引節(jié)點(diǎn)的鎖隊(duì)列上對(duì)應(yīng)的區(qū)段已經(jīng)有寫文件鎖存在，則發(fā)生鎖沖突，將讀文件請(qǐng)求的讀文件鎖掛載在沖突的寫文件鎖沖突隊(duì)列上。
(2)當(dāng)發(fā)出寫文件請(qǐng)求時(shí)，若后端索引節(jié)點(diǎn)的鎖隊(duì)列上對(duì)應(yīng)的區(qū)段已經(jīng)有讀文件鎖存在，則發(fā)生鎖沖突，將寫文件請(qǐng)求的寫文件鎖掛載在沖突的讀文件鎖沖突隊(duì)列上。
(3)當(dāng)發(fā)出寫文件請(qǐng)求時(shí)，若后端索引節(jié)點(diǎn)的鎖隊(duì)列上對(duì)應(yīng)的區(qū)段已經(jīng)有寫文件鎖存在，則發(fā)生鎖沖突，將寫文件請(qǐng)求的寫文件鎖掛載在沖突的寫文件鎖沖突隊(duì)列上。
當(dāng)某個(gè)文件請(qǐng)求被完成后，VMM將解除對(duì)應(yīng)區(qū)段的文件鎖，此時(shí)，若該文件鎖上的鎖沖突隊(duì)列不為空，則將鎖沖突隊(duì)列上的鎖激活。
該方法還能夠提高數(shù)據(jù)的傳輸效率，減少Domain域和VMM上下文切換次數(shù)。具體做法是將塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)從Domain域中完全去掉，而將塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)放在VMM中。當(dāng)Domain域中的進(jìn)程發(fā)起文件數(shù)據(jù)訪問時(shí)，在Domain域的內(nèi)核態(tài)，將要讀寫數(shù)據(jù)的信息組成一個(gè)讀寫請(qǐng)求，然后向VMM發(fā)送超級(jí)調(diào)用將讀寫請(qǐng)求掛載在VMM中的塊設(shè)備讀寫請(qǐng)求隊(duì)列上。每次從VMM返回Domain前夕，VMM檢測(cè)共享塊設(shè)備上的讀寫請(qǐng)求隊(duì)列，VMM完成塊設(shè)備讀寫，并向發(fā)起文件讀寫的Domain發(fā)出軟中斷，以通知對(duì)應(yīng)的Domain讀寫請(qǐng)求已經(jīng)完成。
本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn)或用途
(1)可以保證多個(gè)Domain對(duì)文件進(jìn)行讀寫時(shí)的數(shù)據(jù)一致性
當(dāng)Domain域中的用戶進(jìn)程發(fā)起讀寫訪問時(shí)，檢測(cè)后端索引節(jié)點(diǎn)上掛載的文件鎖。 當(dāng)發(fā)出讀文件請(qǐng)求時(shí)，若后端索引節(jié)點(diǎn)的鎖隊(duì)列上對(duì)應(yīng)的區(qū)段已經(jīng)有寫文件鎖存在，則發(fā)生鎖沖突，將讀文件請(qǐng)求的讀文件鎖掛載在沖突的寫文件鎖沖突隊(duì)列上；若當(dāng)發(fā)出讀文件請(qǐng)求時(shí)，后端索引節(jié)點(diǎn)的鎖隊(duì)列上對(duì)應(yīng)的區(qū)段是讀文件鎖，則不發(fā)生沖突，進(jìn)行正常的讀寫操作。當(dāng)發(fā)出寫文件請(qǐng)求時(shí)，若后端索引節(jié)點(diǎn)的鎖隊(duì)列上對(duì)應(yīng)的區(qū)段已經(jīng)有讀文件鎖存在， 則發(fā)生鎖沖突，將寫文件請(qǐng)求的寫文件鎖掛載在沖突的讀文件鎖沖突隊(duì)列上；若當(dāng)發(fā)出寫文件請(qǐng)求時(shí)，后端索引節(jié)點(diǎn)的鎖隊(duì)列上對(duì)應(yīng)的區(qū)段是寫文件鎖，則發(fā)生鎖沖突，將寫文件請(qǐng)求的寫文件鎖掛載在沖突的寫文件鎖沖突隊(duì)列上。
(2)提高了 Domain域間數(shù)據(jù)共享的數(shù)據(jù)傳輸性能
將1/0調(diào)度模塊和塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)放在VMM中，VMM將決定調(diào)度的時(shí)機(jī)和向塊設(shè)備發(fā)起讀寫命令，而不由Domain域來做出讀寫決定，這樣做將會(huì)大大減少Domain域和VMM之間上下文切換的頻率，提高系統(tǒng)性能。


圖1為該發(fā)明主要對(duì)象之間的關(guān)系圖2為該發(fā)明打開文件時(shí)操作索引節(jié)點(diǎn)的流程圖3為該發(fā)明Domain域用戶進(jìn)程發(fā)起讀寫請(qǐng)求時(shí)的流程圖4為該發(fā)明VMM響應(yīng)塊設(shè)備讀寫請(qǐng)求的流程圖5為該發(fā)明關(guān)閉文件是操作索引節(jié)點(diǎn)的流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明
系統(tǒng)主要對(duì)象關(guān)系圖如圖1所示。VFS中的前端索引節(jié)點(diǎn)位于Domain域中，后端索引節(jié)點(diǎn)位于VMM中。1/0調(diào)度模塊以及塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序位于VMM中。前端索引節(jié)點(diǎn)與 Domain中用戶進(jìn)程以及VFS中的塊設(shè)備緩存和傳統(tǒng)的VFS對(duì)象(如超級(jí)塊，文件結(jié)構(gòu)，掛載點(diǎn))聯(lián)系密切，后端索引節(jié)點(diǎn)與塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序操作聯(lián)系密切。該方法包括打開文件、讀寫文件和關(guān)閉文件三個(gè)步驟
一、打開文件步驟
Domain域中的用戶進(jìn)程對(duì)共享塊設(shè)備上的文件讀寫之前，必須要讓進(jìn)程和文件建立一個(gè)連接，即一個(gè)獨(dú)立的上下文。這個(gè)獨(dú)立的上下文由打開文件號(hào)加以標(biāo)識(shí)，這個(gè)打開的文件號(hào)由打開文件操作結(jié)束后提供。Domain域中的用戶進(jìn)程打開共享塊設(shè)備上的文件的主要操作步驟和傳統(tǒng)的VFS打開操作基本相同，不同的地方在操作索引節(jié)點(diǎn)。結(jié)合圖2，操作索引節(jié)點(diǎn)時(shí)，進(jìn)程提供的主要參數(shù)為文件路徑、打開模式(如只讀，可讀寫等)。其主要操作步驟如下
(A. DDomain域的進(jìn)程從待打開文件的路徑獲取待打開文件對(duì)應(yīng)的前端索引節(jié)點(diǎn) Fl和塊設(shè)備BDl信息，為本次打開操作分配文件號(hào)，建立包含前端索引節(jié)點(diǎn)F1、塊設(shè)備BDl 和文件號(hào)信息的文件結(jié)構(gòu)對(duì)象01，將其加入文件描述符數(shù)組；
(A.2)若Domain域中已存在前端索引節(jié)點(diǎn)F1，則Fl的使用計(jì)數(shù)加一，否則，在 Domain域中建立前端索引節(jié)點(diǎn)F1，并在塊設(shè)備BDl中讀出待打開文件在塊設(shè)備BDl上的物理位置分布信息；
(A. 3)Domain域向VMM發(fā)送包含前端索引節(jié)點(diǎn)Fl和塊設(shè)備BDl的ID信息的超級(jí)調(diào)用請(qǐng)求，VMM對(duì)前端索引節(jié)點(diǎn)Fl和塊設(shè)備BDl的ID作哈希計(jì)算，依據(jù)計(jì)算得到的哈希值找到其對(duì)應(yīng)的后端索引節(jié)點(diǎn)Bl ；
(A.4)若VMM中存在后端索引節(jié)點(diǎn)Bi，則Bl的使用計(jì)數(shù)加一，否則，在VMM中建立后端索引節(jié)點(diǎn)Bi，將其插入后端索引節(jié)點(diǎn)哈希鏈表中，插入和查找該哈希鏈表所使用的哈希值依據(jù)前端索引節(jié)Fl和塊設(shè)備BDl的ID計(jì)算；
二、讀寫文件步驟
讀寫文件步驟包括讀寫文件請(qǐng)求子步驟和讀寫文件執(zhí)行子步驟，所述讀寫文件請(qǐng)求子步驟將讀寫文件請(qǐng)求掛載到塊設(shè)備的讀寫請(qǐng)求隊(duì)列上，讀寫文件執(zhí)行子步驟執(zhí)行讀寫請(qǐng)求隊(duì)列中的讀寫請(qǐng)求
所述讀寫文件請(qǐng)求子步驟
打開文件操作完成后，會(huì)提供一個(gè)打開文件號(hào)，用于讀寫文件時(shí)，標(biāo)識(shí)進(jìn)程與要讀寫文件的上下文。下面結(jié)合圖3，Domain域中的用戶進(jìn)程對(duì)共享的塊設(shè)備上發(fā)出讀寫文件請(qǐng)求命令時(shí)，除了提供打開文件號(hào)之外，還需要用戶空間數(shù)據(jù)緩沖區(qū)地址，以及要讀寫文件的偏移和數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度。其主要操作步驟如下
(B. DDomain域的進(jìn)程發(fā)出讀寫操作請(qǐng)求，讀寫操作請(qǐng)求包含待讀寫文件的文件號(hào)、用戶空間數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、待讀寫文件的邏輯偏移、讀寫數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和讀寫類型；
(B. 2)依據(jù)待讀寫文件的文件號(hào)索引進(jìn)程的文件描述符數(shù)組找到文件結(jié)構(gòu)對(duì)象 02 ；
(B. 3)獲取文件結(jié)構(gòu)對(duì)象02中的前端索引節(jié)點(diǎn)F2和塊設(shè)備BD2 ；
(B. 4)查詢待讀寫文件的邏輯偏移對(duì)應(yīng)的頁(yè)緩存是否已經(jīng)在內(nèi)存中，若存在，進(jìn)入步驟(B. 5)，否則，分配頁(yè)緩存，進(jìn)入步驟(B. 5)；
(B. 5)查詢待讀寫文件的邏輯偏移對(duì)應(yīng)的頁(yè)緩存標(biāo)志位以判斷該頁(yè)緩存是否是最新，若是，則進(jìn)入步驟(B. 6)，否則，進(jìn)入步驟(B. 7)；
(B. 6)若為讀請(qǐng)求，則將對(duì)應(yīng)頁(yè)緩存復(fù)制到用戶緩沖區(qū)間中，操作結(jié)束。否則，將用戶緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)復(fù)制到對(duì)應(yīng)頁(yè)緩存中。
(B. 7)根據(jù)前端索引節(jié)點(diǎn)F2找到待讀寫文件在塊設(shè)備BD2的物理位置分布信息，并結(jié)合待讀寫文件的邏輯偏移得到待讀寫文件在塊設(shè)備上的物理位置，再根據(jù)該物理位置和讀寫數(shù)據(jù)長(zhǎng)度得到讀寫區(qū)間；
(B. 8)對(duì)前端索引節(jié)點(diǎn)F2和塊設(shè)備BD2作哈希計(jì)算得到第一后端索引節(jié)點(diǎn)索引值，并分配讀寫請(qǐng)求對(duì)象R2和文件鎖對(duì)象L2，所述讀寫請(qǐng)求對(duì)象R2包含待讀寫文件在塊設(shè)備上的物理位置、讀寫數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、頁(yè)緩存位置和進(jìn)程號(hào)，所述文件鎖對(duì)象L2包含讀寫區(qū)間和讀寫類型；
(B. 9)Domain域向VMM發(fā)送包含第一后端索引節(jié)點(diǎn)索引值、讀寫請(qǐng)求對(duì)象R2和文件鎖對(duì)象L2的超級(jí)調(diào)用請(qǐng)求；
(B. 10) VMM依據(jù)第一后端索引節(jié)點(diǎn)索引值在后端索引節(jié)點(diǎn)哈希鏈表中查找對(duì)應(yīng)的后端索引節(jié)點(diǎn)B2;
(B. 11)依據(jù)文件鎖對(duì)象L2中的讀寫類型和讀寫區(qū)間，判定該文件鎖對(duì)象L2是否與后端索引節(jié)點(diǎn)B2的文件鎖列表某一文件鎖對(duì)象LO有沖突，若有沖突，則進(jìn)入步驟 (B. 12)，否則，進(jìn)入(B. 13)；
(B. 12)將讀寫操作請(qǐng)求對(duì)象R2和文件鎖對(duì)象L2掛載在沖突的文件鎖對(duì)象LO的沖突鏈表上，結(jié)束；
(B. 13)將讀寫操作請(qǐng)求R2掛載到塊設(shè)備BD2的讀寫請(qǐng)求隊(duì)列，將文件鎖對(duì)象L2 掛載到后端索引節(jié)點(diǎn)B2的文件鎖鏈表上，結(jié)束；
所述讀寫文件執(zhí)行子步驟
從用戶進(jìn)程發(fā)起讀寫操作，到讀寫操作被執(zhí)行是一個(gè)異步的過程。用戶進(jìn)程在將讀寫請(qǐng)求發(fā)給VMM，讀寫請(qǐng)求被掛載在塊設(shè)備讀寫請(qǐng)求隊(duì)列后，便返回。響應(yīng)塊設(shè)備上掛載的請(qǐng)求隊(duì)列發(fā)生在VMM切換回Domain空間時(shí)，在CPU每次從VMM返回Domain之前，系統(tǒng)檢查共享塊設(shè)備的請(qǐng)求隊(duì)列，若隊(duì)列非空，則進(jìn)行塊設(shè)備讀寫操作。結(jié)合圖4，其操作步驟如下
(C. 1)若塊設(shè)備BD3的讀寫請(qǐng)求隊(duì)列非空，則VMM執(zhí)行塊設(shè)備BD3的讀寫請(qǐng)求隊(duì)列中的當(dāng)前讀寫請(qǐng)求對(duì)象R3;
(C. 2)執(zhí)行完畢時(shí)釋放R3對(duì)應(yīng)的文件鎖對(duì)象L3，更新頁(yè)緩存的標(biāo)志位，向讀寫請(qǐng)求對(duì)象R3的來源Domain域發(fā)出軟中斷以喚醒R3中的進(jìn)程號(hào)指定的讀寫進(jìn)程；
(C. 3)若釋放的文件鎖對(duì)象L3的沖突鏈表非空，則激活當(dāng)前文件鎖對(duì)象L4，判定文件鎖對(duì)象L4是否與其對(duì)應(yīng)的后端索引節(jié)點(diǎn)B4的文件鎖隊(duì)列存在沖突，若有沖突，進(jìn)入步驟(C. 4)，否則，進(jìn)入步驟(C. 5)；
(C. 4)被激活的文件鎖對(duì)象L4及其對(duì)應(yīng)的讀寫請(qǐng)求對(duì)象R4掛載在沖突的文件鎖對(duì)象Γ0的沖突鏈表上，返回步驟(C. 1)；
(C. 5)將讀寫請(qǐng)求對(duì)象R4掛載到塊設(shè)備BD3的讀寫請(qǐng)求隊(duì)列，將文件鎖對(duì)象L4掛載到后端索引節(jié)點(diǎn)B4的文件鎖鏈表上，返回步驟(C. 1)；
三、關(guān)閉文件步驟
Domain域中的用戶進(jìn)程對(duì)共享塊設(shè)備上的文件讀寫結(jié)束后，發(fā)出關(guān)閉文件請(qǐng)求釋放在內(nèi)存中的資源。關(guān)閉文件的主要操作步驟和傳統(tǒng)的VFS操作基本相同，不同的地方在于減少索引節(jié)點(diǎn)的使用計(jì)數(shù)同時(shí)也減少后端索引節(jié)點(diǎn)的使用計(jì)數(shù)。結(jié)合圖5，操作時(shí)，需要的參數(shù)是打開文件號(hào)，其具體操作過程是
(D. 1)將待關(guān)閉文件對(duì)應(yīng)的前端索引節(jié)點(diǎn)F4的使用計(jì)數(shù)減一，若F4的使用計(jì)數(shù)為 0，則釋放F4 ；
(D. 2) Domain域的進(jìn)程對(duì)待關(guān)閉文件的前端索引節(jié)點(diǎn)F3和塊設(shè)備BD4作哈希計(jì)算得到第二后端索引節(jié)點(diǎn)索引值；
(D. 3)Domain域向VMM發(fā)出包含第二后端索引節(jié)點(diǎn)索引值的超級(jí)調(diào)用請(qǐng)求；
(D. 4) VMM依據(jù)第二后端索引節(jié)點(diǎn)索引值在后端索引節(jié)點(diǎn)哈希鏈表中查找對(duì)應(yīng)的后端索引節(jié)點(diǎn)B5，對(duì)后端索引節(jié)點(diǎn)B5的使用計(jì)數(shù)減一，若后端索引節(jié)點(diǎn)B5的使用計(jì)數(shù)為 0，則釋放后端索引節(jié)點(diǎn)B5。
本發(fā)明通過修改VFS以及將Domain域中的塊讀寫請(qǐng)求隊(duì)列以及塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)完全轉(zhuǎn)移到VMM中，不僅實(shí)現(xiàn)了塊設(shè)備文件數(shù)據(jù)的可靠共享，而且因?yàn)镈omain域和VMM切換頻率低而具有性能高效的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1. 一種基于嵌入式虛擬化平臺(tái)的域間數(shù)據(jù)共享方法，其特征在于VFS中的索引節(jié)點(diǎn)分為前端索引節(jié)點(diǎn)和后端索引節(jié)點(diǎn)，前端索引節(jié)點(diǎn)位于客戶操作系統(tǒng)Domain域中，后端索引節(jié)點(diǎn)位于軟件層一虛擬監(jiān)控程序VMM中，該方法包括打開文件、讀寫文件和關(guān)閉文件三個(gè)步驟所述打開文件步驟為(A. DDomain域的進(jìn)程從待打開文件的路徑獲取待打開文件對(duì)應(yīng)的前端索引節(jié)點(diǎn)Fl 和塊設(shè)備BDl信息，為本次打開操作分配文件號(hào)，創(chuàng)建包含前端索引節(jié)點(diǎn)F1、塊設(shè)備BDl和文件號(hào)信息的文件結(jié)構(gòu)對(duì)象01，將其加入文件描述符數(shù)組；(A. 2)若Domain域中已存在前端索引節(jié)點(diǎn)Fl JUFl的使用計(jì)數(shù)加一，否則，在Domain 域中建立前端索引節(jié)點(diǎn)F1，并在塊設(shè)備BDl中讀出待打開文件在塊設(shè)備BDl上的物理位置分布信息；(A. 3)Domain域向VMM發(fā)送包含前端索引節(jié)點(diǎn)Fl和塊設(shè)備BDl的ID信息的超級(jí)調(diào)用請(qǐng)求，VMM對(duì)前端索引節(jié)點(diǎn)Fl和塊設(shè)備BDl的ID作哈希計(jì)算，依據(jù)計(jì)算得到的后端索引節(jié)點(diǎn)索引值在后端索引節(jié)點(diǎn)哈希鏈表中找到其對(duì)應(yīng)的后端索引節(jié)點(diǎn)Bl ；(A. 4)若VMM中存在后端索引節(jié)點(diǎn)Bi，則Bl的使用計(jì)數(shù)加一，否則，在VMM中建立后端索引節(jié)點(diǎn)Bi，將其插入后端索引節(jié)點(diǎn)哈希鏈表中，插入和查找該哈希鏈表所使用的哈希值依據(jù)前端索引節(jié)Fl和塊設(shè)備BDl的ID計(jì)算；所述讀寫文件步驟包括讀寫文件請(qǐng)求子步驟和讀寫文件執(zhí)行子步驟，所述讀寫文件請(qǐng)求子步驟將讀寫文件請(qǐng)求掛載到塊設(shè)備的讀寫請(qǐng)求隊(duì)列上，讀寫文件執(zhí)行子步驟執(zhí)行讀寫請(qǐng)求隊(duì)列中的讀寫請(qǐng)求；所述讀寫文件請(qǐng)求子步驟具體為(B. DDomain域的進(jìn)程發(fā)出讀寫操作請(qǐng)求，讀寫操作請(qǐng)求包含待讀寫文件的文件號(hào)、用戶空間數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、待讀寫文件的邏輯偏移、讀寫數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和讀寫類型；(B. 2)依據(jù)待讀寫文件的文件號(hào)索引進(jìn)程的文件描述符數(shù)組找到文件結(jié)構(gòu)對(duì)象02 ； (B. 3)獲取文件結(jié)構(gòu)對(duì)象02中的前端索引節(jié)點(diǎn)F2和塊設(shè)備BD2 ； (B. 4)查詢待讀寫文件的邏輯偏移對(duì)應(yīng)的頁(yè)緩存是否已經(jīng)在內(nèi)存中，若存在，進(jìn)入步驟 (B. 5)，否則，分配頁(yè)緩存，進(jìn)入步驟(B. 5)；(B. 5)查詢待讀寫文件的邏輯偏移對(duì)應(yīng)的頁(yè)緩存標(biāo)志位以判斷所述頁(yè)緩存是否是最新，若是，則進(jìn)入步驟(B. 6)，否則，進(jìn)入步驟(B. 7)；(B. 6)若為讀請(qǐng)求，則將所述頁(yè)緩存復(fù)制到用戶空間數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，讀寫操作結(jié)束，否則， 將用戶空間數(shù)據(jù)緩沖區(qū)復(fù)制到所述應(yīng)頁(yè)緩存中，讀寫操作結(jié)束；(B. 7)根據(jù)前端索引節(jié)點(diǎn)F2找到待讀寫文件在塊設(shè)備BD2的物理位置分布信息，并結(jié)合待讀寫文件的邏輯偏移得到待讀寫文件在塊設(shè)備上的物理位置，再根據(jù)該物理位置和讀寫數(shù)據(jù)長(zhǎng)度得到讀寫區(qū)間；(B. 8)對(duì)前端索引節(jié)點(diǎn)F2和塊設(shè)備BD2作哈希計(jì)算得到第一后端索引節(jié)點(diǎn)索引值，并分配讀寫請(qǐng)求對(duì)象R2和文件鎖對(duì)象L2，所述讀寫請(qǐng)求對(duì)象R2包含待讀寫文件在塊設(shè)備上的物理位置、讀寫數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、頁(yè)緩存位置和進(jìn)程號(hào)，所述文件鎖對(duì)象L2包含讀寫區(qū)間和讀寫類型；(B. 9)Domain域向VMM發(fā)送包含第一后端索引節(jié)點(diǎn)索引值、讀寫請(qǐng)求對(duì)象R2和文件鎖對(duì)象L2的超級(jí)調(diào)用請(qǐng)求；(B. 10) VMM依據(jù)第一后端索引節(jié)點(diǎn)索引值在后端索引節(jié)點(diǎn)哈希鏈表中查找對(duì)應(yīng)的后端索引節(jié)點(diǎn)B2 ；(B. 11)依據(jù)文件鎖對(duì)象L2中的讀寫類型和讀寫區(qū)間，判定該文件鎖對(duì)象L2是否與后端索引節(jié)點(diǎn)B2的文件鎖列表某一文件鎖對(duì)象LO有沖突，若有沖突，則進(jìn)入步驟(B. 12)，否則，進(jìn)入(B. 13)；(B. 12)將讀寫操作請(qǐng)求對(duì)象R2和文件鎖對(duì)象L2掛載在沖突的文件鎖對(duì)象LO的沖突鏈表上，結(jié)束；(B. 13)將讀寫操作請(qǐng)求R2掛載到塊設(shè)備BD2的讀寫請(qǐng)求隊(duì)列，將文件鎖對(duì)象L2掛載到后端索引節(jié)點(diǎn)B2的文件鎖鏈表上，結(jié)束； 所述讀寫文件執(zhí)行子步驟具體為(C. 1)若塊設(shè)備BD3的讀寫請(qǐng)求隊(duì)列非空，則VMM執(zhí)行塊設(shè)備BD3的讀寫請(qǐng)求隊(duì)列中的當(dāng)前讀寫請(qǐng)求對(duì)象R3 ；(C. 2)執(zhí)行完畢時(shí)釋放R3對(duì)應(yīng)的文件鎖對(duì)象L3，更新頁(yè)緩存的標(biāo)志位，向讀寫請(qǐng)求對(duì)象R3的來源Domain域發(fā)出軟中斷以喚醒R3中的進(jìn)程號(hào)指定的讀寫進(jìn)程；(C. 3)若釋放的文件鎖對(duì)象L3的沖突鏈表非空，則激活當(dāng)前文件鎖對(duì)象L4，判定文件鎖對(duì)象L4是否與其對(duì)應(yīng)的后端索引節(jié)點(diǎn)B4的文件鎖隊(duì)列存在沖突，若有沖突，進(jìn)入步驟 (C. 4)，否則，進(jìn)入步驟(C. 5)；(C. 4)被激活的文件鎖對(duì)象L4及其對(duì)應(yīng)的讀寫請(qǐng)求對(duì)象R4掛載在沖突的文件鎖對(duì)象 Γ0的沖突鏈表上，返回步驟(C. 1)；(C. 5)將讀寫請(qǐng)求對(duì)象R4掛載到塊設(shè)備BD3的讀寫請(qǐng)求隊(duì)列，將文件鎖對(duì)象L4掛載到后端索引節(jié)點(diǎn)B4的文件鎖鏈表上，返回步驟(C. 1)； 所述關(guān)閉文件步驟具體為(D. 1)將待關(guān)閉文件對(duì)應(yīng)的前端索引節(jié)點(diǎn)F4的使用計(jì)數(shù)減一，若F4的使用計(jì)數(shù)為0， 則釋放F4 ；(D. 2)Domain域的進(jìn)程對(duì)待關(guān)閉文件的前端索引節(jié)點(diǎn)F3和塊設(shè)備BD4作哈希計(jì)算得到第二后端索引節(jié)點(diǎn)索引值；(D. 3)Domain域向VMM發(fā)出包含第二后端索引節(jié)點(diǎn)索引值的超級(jí)調(diào)用請(qǐng)求； (D. 4) VMM依據(jù)第二后端索引節(jié)點(diǎn)索引值在后端索引節(jié)點(diǎn)哈希鏈表中查找對(duì)應(yīng)的后端索引節(jié)點(diǎn)B5，對(duì)后端索引節(jié)點(diǎn)B5的使用計(jì)數(shù)減一，若后端索引節(jié)點(diǎn)B5的使用計(jì)數(shù)為0，則釋放后端索引節(jié)點(diǎn)B5。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于嵌入式虛擬化平臺(tái)的域間數(shù)據(jù)共享方法，該方法將VFS系統(tǒng)中的索引節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)象一分為二，將與用戶層進(jìn)程聯(lián)系密切的前端索引節(jié)點(diǎn)放在Domain域中，將與底層塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序聯(lián)系緊密的后端索引節(jié)點(diǎn)放入VMM中；將塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)從Domain域轉(zhuǎn)移到VMM中，同時(shí)在VMM的后端索引節(jié)點(diǎn)上引入了文件鎖機(jī)制保證多個(gè)Domain域讀寫同一文件對(duì)象時(shí)的文件數(shù)據(jù)的一致性。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了Domain域間對(duì)塊設(shè)備上文件數(shù)據(jù)安全可靠的共享，并且提高了共享塊設(shè)備文件數(shù)據(jù)的傳輸性能。
文檔編號(hào)G06F17/30GK102521300SQ201110391529
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者伍箴水, 李海峰, 邵志遠(yuǎn), 金海 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)