[发明专利]一种基于Linux内核的多点到多点数据发布和订阅方法

说明书

技术领域

本发明属于数据通信领域，尤其涉及在多任务操作系统环境下，任务间通信的方法。

背景技术

Linux操作系统是多用户、多任务操作系统，广泛应用在各种通信和电子设备上。在多任务操作系统上，多个任务并发协同工作，可有效提高硬件平台的使用效率和业务的处理能力。但是同时，多任务并发协同工作，为设计人员带来了任务间同步和任务间通信的要求。

Linux操作系统下，常用的任务间通信(IPC)方法包括信号量、管道、共享内存、消息队列和套接字(Socket)，每种通信方式的特点如下：

信号量:信号量是一种异步通信机制，任务不需要执行任何操作来等待信号的到达。信号异步通知接收信号的任务发生了某个事件，然后操作系统将会中断接收到信号的任务的执行，转而去执行相应的信号处理程序。信号通知任务发生某种事件，无法传输大量数据。

管道：管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的任务间使用。

共享内存(shared memory)：共享内存就是映射一段能被其他任务所访问的内存，这段共享内存由一个任务创建，但多个任务都可以访问。共享内存是最快的IPC方式，它是针对其他任务间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制，如信号量，配合使用，来实现任务间的同步和通信。

套接字：套接字通过TCP/IP协议进行数据通信，可用于不同CPU间任务和同一个CPU上多任务之间的通信；

消息队列：消息队列是一个消息的链表，具有特定的格式及特定的优先级，写任务可以向消息队列中写入数据，读任务可以从消息队列冲读取消息；

各种通信方式都有其特点，因此，适合在各种不同通信需要情况下使用。例如：管道只能在具有亲缘关系的任务间使用，只支持单项数据流，管道所传送的是无格式字节流，不区分消息的边界；共享内存适合任务间大数据量的交互，但是由于多个任务可以同时访问同一块内存，数据的安全性和一致性需要严密的任务间同步来保证；套接字适合不同主机任务间通信，但是对于同一主机上的任务，套接字的网络特征却成了累赘，数据的传输要经过复杂的TCP/IP协议封装，各层报头封装，CRC校验和确认等等特征都降低了通信的传输效率；消息队列效率较高，但是，同一任务无法通过异步通知模型同时访问多个消息队列，而且消息队列只支持点对点数据通信，无法实现一点对多点或者多点对多点的数据通信。

发明内容

本专利的目的是提出一种轻量级的、高效率的、支持异步通知模型的、多点对多点的任务间通信方法，称为多点到多点数据发布和订阅方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种基于Linux内核的多点到多点数据发布和订阅方法，包括以下步骤：

S1:Linux系统加载内核模块，在其文件系统中生成发布文件和订阅文件，在内核中生成邮箱池；

S2:一个或多个发布任务分别进行发布数据准备，一个或多个接收任务分别进行订阅数据准备；

S3：一个或多个发布任务分别发送数据并将数据写入Linux内核，Linux内核通知每个接收任务分别接收数据，每个接收任务分别接收并读取数据，所有的接收任务均读取数据之后，Linux内核将数据删除。

其中，步骤S2中的发布任务进行发布数据准备具体为：

S201:发布任务打开发布文件，根据发布文件在邮箱池中查找与要创建的邮箱名称相同的邮箱，若找到，则将该邮箱的地址返回给发布任务；若未找到，则执行步骤S202；

S202：在内核中创建以该名称命名的邮箱，将邮箱插入邮箱池，然后为邮箱创建若干报头和若干报文，在邮箱的预留空间中登记发布任务的个数和接收任务的个数，将创建的邮箱的地址返回给发布任务。

其中，步骤S2中的接收任务进行订阅数据准备具体为：

S211：接收任务打开订阅文件并生成订单，订单中包含内核等待队列；

S212：根据订阅文件在邮箱池中查找与要订阅的邮箱名称相同的邮箱，若找到，则将生成的订单保存到该邮箱中；若未找到，则执行步骤S213；

S213：在内核中创建以该名称命名的邮箱，将邮箱插入邮箱池，然后为邮箱创建若干报头和若干报文，在邮箱的预留空间中登记发布任务的个数和接收任务的个数，将生成的订单保存到创建的邮箱中；

S214：将订单地址返回给接收任务；

S215：接收任务通过poll函数等待在订单的内核等待队列上。

其中，在内核中创建以该名称命名的邮箱，将邮箱插入邮箱池，然后为邮箱创建若干报头和若干报文，具体为：