[发明专利]基于分离式数据分发服务的域内共享内存传输架构及机制

说明书

本发明公开了一种基于分离式数据分发服务的域内共享内存传输架构及机制，在DDS服务端的DDS协议栈内引入共享内存管理模块，并行于网络会话管理模块；通过DDS服务端直接实现域内DDS节点的发现机制，并协调所有DDS应用的共享内存资源和同步机制；自适应的选择共享内存作为域内DDS的传输机制，同时又不影响域间DDS的正常通信；实现DDS应用的生命监控和资源回收，避免资源泄漏和残留；提供借用和归还机制，实现更高性能的零拷贝传输；简化配置流程和使用方式，提升用户体验。本发明基于分离式的数据分发服务架构，在不改变域间数据分发服务传输方式的基础上，提供高性能、易用的域内共享内存传输服务。

技术领域

本发明涉及数据分发服务、共享内存传输等领域，尤其涉及一种基于分离式数据分发服务的域内共享内存传输架构及机制。

背景技术

数据分发服务(Data Distribution Service，DDS)是新一代分布式实时通信中间件协议，采用发布/订阅体系架构，强调以数据为中心，提供丰富的QoS服务质量策略，以保障数据进行实时、高效、灵活地分发，可满足各种分布式实时通信应用需求。

相比于其他的通信中间件协议，DDS的显著优势之一就是其能提供不依赖于传输层的可靠性，并且支持丰富的传输机制，无论是传统的UDP/TCP传输,或是域内的共享内存传输，或是高确定性的TSN传输，等等。

其中，共享内存传输(SHM)依赖于主机操作系统提供的共享内存机制，允许运行在同一处理单元/机器上的DDS实体之间进行快速通信。共享内存传输(SHM)能够提供比其他网络传输(如UDP/TCP)更好的性能，即使这些传输使用环回接口。这主要是由于以下因素决定的：

1、大消息支持：为了符合特定的协议和网络协议栈要求，网络协议需要对数据进行分片，这无疑增加了通信开销。共享内存传输允许完整的消息复制，唯一的大小限制来自于机器的内存容量。

2、减少内存拷贝的数量：当发送相同的消息到不同的对端时，共享内存传输可以直接与所有的目标端点共享相同的内存缓冲区。而其他协议则要求对每个端点执行一次消息的拷贝。

3、更小的操作系统开销：一旦完成了初始设置，共享内存传输需要的系统调用要比其他协议少得多。因此，使用共享内存可以有效的提升性能，减少时间消耗。

鉴于共享内存传输上述的优势，目前大部分主流的DDS中间件产品都支持了域内共享内存传输机制，主要有以下两种形式：

1、内建型的共享内存传输，其特点是将共享内存的机制集成在DDS协议栈内部，通过配置显式的指定共享内存传输方式。缺点是每个DDS应用都要进行相关的配置，用户需要保证所有配置的正确性，否则无法正常进行共享内存传输；每个DDS协议栈要额外的拉起多个线程用于负责共享内存的发现流程和数据传输，实现不够轻量级；共享内存传输与其他的传输机制是割离的，不能自适应的选择合适的传输类型；当DDS应用进程退出后，会残留未销毁的共享内存块、信号量、互斥锁等资源，由于缺乏全局的管理角色，用户还需要手动的去清理这些资源，以保证下次DDS应用拉起时能够正常的申请。

2、配合共享内存套件实现共享内存传输，其特点是在全局部署一个共享内存服务端，由该服务端负责协调域内所有DDS应用的共享内存资源和同步机制，DDS协议栈里调用共享内存套件的接口进行共享内存传输。缺点是额外引入了共享内存套件，增加了DDS协议栈的依赖条件，不易于开发和维护；用户数据的传输需要经过DDS协议栈层和共享内存套件层，没有真正意义的实现零拷贝；用户需要搭建共享内存套件的运行环境，需要学习和了解共享内存套件的配置方式和使用方法，用户体验较差。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种基于分离式数据分发服务的域内共享内存传输架构及机制。

为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：