基于OpenWrt平臺的進程間通信

張一弓

摘 要：OpenWrt是一款基于Linux內核的開源路由器操作系統(tǒng)，文章研究內容是，利用Linux進程間通信中的命名管道方法，設計一系列接口函數(shù)，提供消息的注冊、注銷、發(fā)送、接收。使消息傳遞在簡單、方便的同時，也能滿足路由器系統(tǒng)的要求。這種函數(shù)庫稱為消息總線。

關鍵詞：進程間通信（IPC）；Linux；消息總線

1 消息總線設計需求

D-Bus消息總線是面向桌面系統(tǒng)設計，接口豐富，但占用資源較多。重新設計的消息總線將滿足占用系統(tǒng)資源少，且可以滿足路由器軟件系統(tǒng)的消息轉發(fā)需求。消息總線（Message Bus，以后簡稱M-Bus）模塊作為路由器軟件系統(tǒng)的基礎軟件模塊，M-Bus被設計成了一個為路由器操作系統(tǒng)各應用程序提供模塊間通信的唯一上層平臺。M-Bus自身被抽象化成一個提供進程間通信方法的函數(shù)功能庫，負責路由器軟件系統(tǒng)各模塊間的消息轉發(fā)和消息廣播，實現(xiàn)的方式是向整個系統(tǒng)提供C的API接口以供其他應用程序調用。M-Bus底層是使用套接字、信號量、管道等Linux基本進程間通信方法進行封裝。M-Bus在消息處理方式是消息的直接轉發(fā)。消息的直接轉發(fā)使用命名管道來實現(xiàn)，參與通信的各個進程直接調用M-Bus庫函數(shù)，各個應用程序根據(jù)自身注冊到消息總線上的消息處理函數(shù)，做出下一步的動作。

2 消息總線總體設計

消息總線被設計成了一個為路由器操作系統(tǒng)各應用程序提供模塊間通信的唯一上層平臺。消息總線自身被抽象化成一個提供進程間通信方法的函數(shù)功能庫，負責路由器軟件系統(tǒng)各模塊間的消息轉發(fā)和消息廣播，實現(xiàn)的方式是向整個系統(tǒng)提供C的API接口以供其他應用程序調用。消息總線底層是使用套接字、信號量、管道等Linux基本進程間通信方法進行封裝。消息總線在消息處理方式是消息的直接轉發(fā)。消息的直接轉發(fā)使用命名管道來實現(xiàn)，參與通信的各個進程直接調用消息總線庫函數(shù)，各個應用程序根據(jù)自身注冊到消息總線上的消息處理函數(shù)，做出下一步的動作。消息總線包括以下三個子模塊：（1）消息總線的接口集合，包括消息的發(fā)送、消息的接收、消息發(fā)送者與接收者的登記等一系列消息總線能夠提供的API函數(shù)。（2）消息總線的守護進程。（3）消息總線內部工作處理，為上層API函數(shù)提供基礎。路由器的各應用程序通過調用消息總線的API函數(shù)來使用消息總線的功能。消息總線提供了本地資源初始化、銷毀本地資源、注冊、卸載、發(fā)送消息、接收消息、登記消息處理等API函數(shù)。消息總線中所定義的消息，是進程間傳遞數(shù)據(jù)的載體，消息的定義遵循以下原則：（1）每個消息都有自身的名字，消息的名字表示要發(fā)送的消息是什么命令。（2）消息的名字在系統(tǒng)中是唯一的。（3）系統(tǒng)能處理消息的種類的能力是有限的。各個模塊收到消息后會跟據(jù)消息的名字執(zhí)行相應的處理函數(shù)，（4）消息具有統(tǒng)一定義的數(shù)據(jù)結構，包括消息頭、攜帶數(shù)據(jù)、消息上下文（Context）。消息的名字（也可稱為消息的類型）作為消息頭中的一個數(shù)據(jù)域的形式存在。

3 消息總線數(shù)據(jù)結構的設計

消息的自身是數(shù)據(jù)傳遞的載體并且消息具有相應的結構。消息結構組織分為兩類：一類是各模塊之間通信的消息結構；另一類是各模塊本地維護的消息結構。

其中，消息頭被定義成各模塊間通信的唯一結構，各模塊間的通信是通過解析消息頭來提取數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)進程間的通信。而各模塊本地維護的消息結構稱之為消息上下文，每個模塊都會有自身的消息上下文，由各個模塊自己組織與管理，與外界隔離。圖1描述了消息頭的數(shù)據(jù)結構：

圖1 消息頭數(shù)據(jù)結構示意圖

消息頭中包含以下定義內容：（1）消息的發(fā)送者：定義該消息是由哪個模塊發(fā)送的，路由器所有模塊的名稱均用宏定義。（2）當前進程PID：該消息的發(fā)送進程的PID。（3）消息的名字：該消息發(fā)的是什么指令。（4）消息的同步：當接收進程收到消息后需要做反饋操作，回復發(fā)送進程進行收到確認。如果不做同步操作則不需要回復。（5）數(shù)據(jù)長度：消息所攜帶的數(shù)據(jù)長度。（6）攜帶數(shù)據(jù)起始位：所攜帶數(shù)據(jù)的起始位地址。起始位地址加上所攜帶數(shù)據(jù)的長度就可以表示該消息攜帶的所有數(shù)據(jù)，即消息的消息體。作者稱各模塊自身維護的消息為本地消息，描述本地消息的數(shù)據(jù)結構稱為消息上下文，路由器軟件系統(tǒng)中每個模塊（每個應用程序）自身只能存在一個消息上下文。設計消息上下文的原因在于是想把使用消息總線的所有數(shù)據(jù)與操作方式都組織到一起，然后封裝成統(tǒng)一的結構來進行描述。每個應用程序注冊到消息總線上的時候，都會生成自身的消息上下文。圖2描述了消息上下文的數(shù)據(jù)結構定義。

圖2 消息上下文數(shù)據(jù)結構示意圖

消息上下文中包括了以下內容：（1）注冊到消息總線上的應用程序自身名字。名字由字符串表示，系統(tǒng)中所有的應用程序名字均使用宏進行定義。（2）當前注冊到消息總線上的進程ID。進程ID用于表示消息總線使用者的身份。（3）當前接收消息的文件描述符。當一個進程新注冊到消息總線上時，該文件描述符設置為-1。當該進程參與消息的發(fā)送或接收時，該文件描述符表示文件操作句柄。（4）進程退出函數(shù)指針，typedef void（*pf_user_exit）（void）。當一個已在消息總線上注冊過的進程想要從消息總線上卸載時，調用自身定義的退出函數(shù)實現(xiàn)退出。（5）消息處理函數(shù)指針。當應用程序收到消息時解析該消息，根據(jù)解析到的消息名字調用相對應的消息處理函數(shù)。當應用程序向消息總線上注冊時，必須注冊對應消息的處理函數(shù)。（6）默認消息處理函數(shù)指針。（7）消息頭。

參考文獻

[1]Bird Intern Articles on Routing Software Openwrt[M].Hephaestus Books，2011：115-120.

[2]Jim Brown.Articles on Routers[M].Hephaestus Books，2011：45-59.

[3]Andrew.Network Security Hacks Lockhart[M].USA：Media Inc，2006：245-230.endprint

摘 要：OpenWrt是一款基于Linux內核的開源路由器操作系統(tǒng)，文章研究內容是，利用Linux進程間通信中的命名管道方法，設計一系列接口函數(shù)，提供消息的注冊、注銷、發(fā)送、接收。使消息傳遞在簡單、方便的同時，也能滿足路由器系統(tǒng)的要求。這種函數(shù)庫稱為消息總線。

關鍵詞：進程間通信（IPC）；Linux；消息總線

1 消息總線設計需求

D-Bus消息總線是面向桌面系統(tǒng)設計，接口豐富，但占用資源較多。重新設計的消息總線將滿足占用系統(tǒng)資源少，且可以滿足路由器軟件系統(tǒng)的消息轉發(fā)需求。消息總線（Message Bus，以后簡稱M-Bus）模塊作為路由器軟件系統(tǒng)的基礎軟件模塊，M-Bus被設計成了一個為路由器操作系統(tǒng)各應用程序提供模塊間通信的唯一上層平臺。M-Bus自身被抽象化成一個提供進程間通信方法的函數(shù)功能庫，負責路由器軟件系統(tǒng)各模塊間的消息轉發(fā)和消息廣播，實現(xiàn)的方式是向整個系統(tǒng)提供C的API接口以供其他應用程序調用。M-Bus底層是使用套接字、信號量、管道等Linux基本進程間通信方法進行封裝。M-Bus在消息處理方式是消息的直接轉發(fā)。消息的直接轉發(fā)使用命名管道來實現(xiàn)，參與通信的各個進程直接調用M-Bus庫函數(shù)，各個應用程序根據(jù)自身注冊到消息總線上的消息處理函數(shù)，做出下一步的動作。

2 消息總線總體設計

消息總線被設計成了一個為路由器操作系統(tǒng)各應用程序提供模塊間通信的唯一上層平臺。消息總線自身被抽象化成一個提供進程間通信方法的函數(shù)功能庫，負責路由器軟件系統(tǒng)各模塊間的消息轉發(fā)和消息廣播，實現(xiàn)的方式是向整個系統(tǒng)提供C的API接口以供其他應用程序調用。消息總線底層是使用套接字、信號量、管道等Linux基本進程間通信方法進行封裝。消息總線在消息處理方式是消息的直接轉發(fā)。消息的直接轉發(fā)使用命名管道來實現(xiàn)，參與通信的各個進程直接調用消息總線庫函數(shù)，各個應用程序根據(jù)自身注冊到消息總線上的消息處理函數(shù)，做出下一步的動作。消息總線包括以下三個子模塊：（1）消息總線的接口集合，包括消息的發(fā)送、消息的接收、消息發(fā)送者與接收者的登記等一系列消息總線能夠提供的API函數(shù)。（2）消息總線的守護進程。（3）消息總線內部工作處理，為上層API函數(shù)提供基礎。路由器的各應用程序通過調用消息總線的API函數(shù)來使用消息總線的功能。消息總線提供了本地資源初始化、銷毀本地資源、注冊、卸載、發(fā)送消息、接收消息、登記消息處理等API函數(shù)。消息總線中所定義的消息，是進程間傳遞數(shù)據(jù)的載體，消息的定義遵循以下原則：（1）每個消息都有自身的名字，消息的名字表示要發(fā)送的消息是什么命令。（2）消息的名字在系統(tǒng)中是唯一的。（3）系統(tǒng)能處理消息的種類的能力是有限的。各個模塊收到消息后會跟據(jù)消息的名字執(zhí)行相應的處理函數(shù)，（4）消息具有統(tǒng)一定義的數(shù)據(jù)結構，包括消息頭、攜帶數(shù)據(jù)、消息上下文（Context）。消息的名字（也可稱為消息的類型）作為消息頭中的一個數(shù)據(jù)域的形式存在。

3 消息總線數(shù)據(jù)結構的設計

消息的自身是數(shù)據(jù)傳遞的載體并且消息具有相應的結構。消息結構組織分為兩類：一類是各模塊之間通信的消息結構；另一類是各模塊本地維護的消息結構。

其中，消息頭被定義成各模塊間通信的唯一結構，各模塊間的通信是通過解析消息頭來提取數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)進程間的通信。而各模塊本地維護的消息結構稱之為消息上下文，每個模塊都會有自身的消息上下文，由各個模塊自己組織與管理，與外界隔離。圖1描述了消息頭的數(shù)據(jù)結構：

圖1 消息頭數(shù)據(jù)結構示意圖

消息頭中包含以下定義內容：（1）消息的發(fā)送者：定義該消息是由哪個模塊發(fā)送的，路由器所有模塊的名稱均用宏定義。（2）當前進程PID：該消息的發(fā)送進程的PID。（3）消息的名字：該消息發(fā)的是什么指令。（4）消息的同步：當接收進程收到消息后需要做反饋操作，回復發(fā)送進程進行收到確認。如果不做同步操作則不需要回復。（5）數(shù)據(jù)長度：消息所攜帶的數(shù)據(jù)長度。（6）攜帶數(shù)據(jù)起始位：所攜帶數(shù)據(jù)的起始位地址。起始位地址加上所攜帶數(shù)據(jù)的長度就可以表示該消息攜帶的所有數(shù)據(jù)，即消息的消息體。作者稱各模塊自身維護的消息為本地消息，描述本地消息的數(shù)據(jù)結構稱為消息上下文，路由器軟件系統(tǒng)中每個模塊（每個應用程序）自身只能存在一個消息上下文。設計消息上下文的原因在于是想把使用消息總線的所有數(shù)據(jù)與操作方式都組織到一起，然后封裝成統(tǒng)一的結構來進行描述。每個應用程序注冊到消息總線上的時候，都會生成自身的消息上下文。圖2描述了消息上下文的數(shù)據(jù)結構定義。

圖2 消息上下文數(shù)據(jù)結構示意圖

消息上下文中包括了以下內容：（1）注冊到消息總線上的應用程序自身名字。名字由字符串表示，系統(tǒng)中所有的應用程序名字均使用宏進行定義。（2）當前注冊到消息總線上的進程ID。進程ID用于表示消息總線使用者的身份。（3）當前接收消息的文件描述符。當一個進程新注冊到消息總線上時，該文件描述符設置為-1。當該進程參與消息的發(fā)送或接收時，該文件描述符表示文件操作句柄。（4）進程退出函數(shù)指針，typedef void（*pf_user_exit）（void）。當一個已在消息總線上注冊過的進程想要從消息總線上卸載時，調用自身定義的退出函數(shù)實現(xiàn)退出。（5）消息處理函數(shù)指針。當應用程序收到消息時解析該消息，根據(jù)解析到的消息名字調用相對應的消息處理函數(shù)。當應用程序向消息總線上注冊時，必須注冊對應消息的處理函數(shù)。（6）默認消息處理函數(shù)指針。（7）消息頭。

參考文獻

[1]Bird Intern Articles on Routing Software Openwrt[M].Hephaestus Books，2011：115-120.

[2]Jim Brown.Articles on Routers[M].Hephaestus Books，2011：45-59.

[3]Andrew.Network Security Hacks Lockhart[M].USA：Media Inc，2006：245-230.endprint

摘 要：OpenWrt是一款基于Linux內核的開源路由器操作系統(tǒng)，文章研究內容是，利用Linux進程間通信中的命名管道方法，設計一系列接口函數(shù)，提供消息的注冊、注銷、發(fā)送、接收。使消息傳遞在簡單、方便的同時，也能滿足路由器系統(tǒng)的要求。這種函數(shù)庫稱為消息總線。

關鍵詞：進程間通信（IPC）；Linux；消息總線

1 消息總線設計需求

D-Bus消息總線是面向桌面系統(tǒng)設計，接口豐富，但占用資源較多。重新設計的消息總線將滿足占用系統(tǒng)資源少，且可以滿足路由器軟件系統(tǒng)的消息轉發(fā)需求。消息總線（Message Bus，以后簡稱M-Bus）模塊作為路由器軟件系統(tǒng)的基礎軟件模塊，M-Bus被設計成了一個為路由器操作系統(tǒng)各應用程序提供模塊間通信的唯一上層平臺。M-Bus自身被抽象化成一個提供進程間通信方法的函數(shù)功能庫，負責路由器軟件系統(tǒng)各模塊間的消息轉發(fā)和消息廣播，實現(xiàn)的方式是向整個系統(tǒng)提供C的API接口以供其他應用程序調用。M-Bus底層是使用套接字、信號量、管道等Linux基本進程間通信方法進行封裝。M-Bus在消息處理方式是消息的直接轉發(fā)。消息的直接轉發(fā)使用命名管道來實現(xiàn)，參與通信的各個進程直接調用M-Bus庫函數(shù)，各個應用程序根據(jù)自身注冊到消息總線上的消息處理函數(shù)，做出下一步的動作。

2 消息總線總體設計

消息總線被設計成了一個為路由器操作系統(tǒng)各應用程序提供模塊間通信的唯一上層平臺。消息總線自身被抽象化成一個提供進程間通信方法的函數(shù)功能庫，負責路由器軟件系統(tǒng)各模塊間的消息轉發(fā)和消息廣播，實現(xiàn)的方式是向整個系統(tǒng)提供C的API接口以供其他應用程序調用。消息總線底層是使用套接字、信號量、管道等Linux基本進程間通信方法進行封裝。消息總線在消息處理方式是消息的直接轉發(fā)。消息的直接轉發(fā)使用命名管道來實現(xiàn)，參與通信的各個進程直接調用消息總線庫函數(shù)，各個應用程序根據(jù)自身注冊到消息總線上的消息處理函數(shù)，做出下一步的動作。消息總線包括以下三個子模塊：（1）消息總線的接口集合，包括消息的發(fā)送、消息的接收、消息發(fā)送者與接收者的登記等一系列消息總線能夠提供的API函數(shù)。（2）消息總線的守護進程。（3）消息總線內部工作處理，為上層API函數(shù)提供基礎。路由器的各應用程序通過調用消息總線的API函數(shù)來使用消息總線的功能。消息總線提供了本地資源初始化、銷毀本地資源、注冊、卸載、發(fā)送消息、接收消息、登記消息處理等API函數(shù)。消息總線中所定義的消息，是進程間傳遞數(shù)據(jù)的載體，消息的定義遵循以下原則：（1）每個消息都有自身的名字，消息的名字表示要發(fā)送的消息是什么命令。（2）消息的名字在系統(tǒng)中是唯一的。（3）系統(tǒng)能處理消息的種類的能力是有限的。各個模塊收到消息后會跟據(jù)消息的名字執(zhí)行相應的處理函數(shù)，（4）消息具有統(tǒng)一定義的數(shù)據(jù)結構，包括消息頭、攜帶數(shù)據(jù)、消息上下文（Context）。消息的名字（也可稱為消息的類型）作為消息頭中的一個數(shù)據(jù)域的形式存在。

3 消息總線數(shù)據(jù)結構的設計

消息的自身是數(shù)據(jù)傳遞的載體并且消息具有相應的結構。消息結構組織分為兩類：一類是各模塊之間通信的消息結構；另一類是各模塊本地維護的消息結構。

其中，消息頭被定義成各模塊間通信的唯一結構，各模塊間的通信是通過解析消息頭來提取數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)進程間的通信。而各模塊本地維護的消息結構稱之為消息上下文，每個模塊都會有自身的消息上下文，由各個模塊自己組織與管理，與外界隔離。圖1描述了消息頭的數(shù)據(jù)結構：

圖1 消息頭數(shù)據(jù)結構示意圖

消息頭中包含以下定義內容：（1）消息的發(fā)送者：定義該消息是由哪個模塊發(fā)送的，路由器所有模塊的名稱均用宏定義。（2）當前進程PID：該消息的發(fā)送進程的PID。（3）消息的名字：該消息發(fā)的是什么指令。（4）消息的同步：當接收進程收到消息后需要做反饋操作，回復發(fā)送進程進行收到確認。如果不做同步操作則不需要回復。（5）數(shù)據(jù)長度：消息所攜帶的數(shù)據(jù)長度。（6）攜帶數(shù)據(jù)起始位：所攜帶數(shù)據(jù)的起始位地址。起始位地址加上所攜帶數(shù)據(jù)的長度就可以表示該消息攜帶的所有數(shù)據(jù)，即消息的消息體。作者稱各模塊自身維護的消息為本地消息，描述本地消息的數(shù)據(jù)結構稱為消息上下文，路由器軟件系統(tǒng)中每個模塊（每個應用程序）自身只能存在一個消息上下文。設計消息上下文的原因在于是想把使用消息總線的所有數(shù)據(jù)與操作方式都組織到一起，然后封裝成統(tǒng)一的結構來進行描述。每個應用程序注冊到消息總線上的時候，都會生成自身的消息上下文。圖2描述了消息上下文的數(shù)據(jù)結構定義。

圖2 消息上下文數(shù)據(jù)結構示意圖

消息上下文中包括了以下內容：（1）注冊到消息總線上的應用程序自身名字。名字由字符串表示，系統(tǒng)中所有的應用程序名字均使用宏進行定義。（2）當前注冊到消息總線上的進程ID。進程ID用于表示消息總線使用者的身份。（3）當前接收消息的文件描述符。當一個進程新注冊到消息總線上時，該文件描述符設置為-1。當該進程參與消息的發(fā)送或接收時，該文件描述符表示文件操作句柄。（4）進程退出函數(shù)指針，typedef void（*pf_user_exit）（void）。當一個已在消息總線上注冊過的進程想要從消息總線上卸載時，調用自身定義的退出函數(shù)實現(xiàn)退出。（5）消息處理函數(shù)指針。當應用程序收到消息時解析該消息，根據(jù)解析到的消息名字調用相對應的消息處理函數(shù)。當應用程序向消息總線上注冊時，必須注冊對應消息的處理函數(shù)。（6）默認消息處理函數(shù)指針。（7）消息頭。

參考文獻

[1]Bird Intern Articles on Routing Software Openwrt[M].Hephaestus Books，2011：115-120.

[2]Jim Brown.Articles on Routers[M].Hephaestus Books，2011：45-59.

[3]Andrew.Network Security Hacks Lockhart[M].USA：Media Inc，2006：245-230.endprint