标准化模块接口--统一消息

本来今晚想写如何搞动态加载和动态补丁的，但很不幸，翻遍了硬盘，也没找到以前的代码，连网盘里都没备份。这时候，才焕然大悟--半年前我换上现在的笔记本，淘汰了那台老掉牙的台式机。所幸硬盘没丢，不过一时时也没法读里面的数据了。等过些日子，读出里面的数据再谈动态加载和动态补丁技术。今天说些简单的，能在软件设计中立即用得上的，模块间通信技术--统一消息。

统一消息模型，最早的启发是UT的Wacos SSI。那是一个很不错的通信模型，允许模块间的通信统一成队列通信；而在物理上，模块可能位于各种网络中的不同的实体，又或者是不同的进程，线程。记得那会调试核心网的程序，在板卡上是没有什么调试环境的，除了WindShell（同CSHELL）外，就没什么支撑了。于是我们就把软件用GDB加载到目标机（无盘工作站），然后开始测试。有人不理解了，这没啥啊！现实是这价值很大，大型系统的嵌入式开发，能争取到的机房空间、设备和板卡总是奇缺，就当时的情况来说，我们三四个人才能分到一套设备。Wacos_SSI的队列通信技术，让我们可以把目标机做成功能板块，且只需要极少量的修改，就能和实际系统的主控板进行通讯联测，工作效率的提升自不待言。

再后来，哥在Nortel的时候知道了TIPC协议，好象是E///和IBM捣腾出来的东西。思路上，和Wacos SSI很接近。所不同的是，Wacos SSI在消息头里使用了IP地址，而TIPC则是自定义的节点地址，也因此包含了一个额外的节点地址和特定网络间的地址翻译过程。另外一个区别是，Wacos SSI考虑了远程节点间通信和本地通信的差别，只有远程通信时才传递消息实体，而本地则是传递标识（Handle）来快速完成。TIPC则没讲述这个层次的程序设计问题，也因此在工程实践中应用寥寥。

现如今，UT没了，Nortel也没了。特别是UT，十多年过去了，哥特别怀念那段日子，和我的那个团队。无奈，哥就是灾星，跟喜欢的公司相克。很多局外人都说UT不咋的，就一个做小灵通的；可哥的眼里，那的许多软件开发团队，战斗力一点不比Huawei差。就说哥做的网关城域交换机，才十来个人，而huawei是几十人，好几倍啊，最后市场表现还是平分秋色。当然，我还是蛮佩服huawei的，他们的东西真心做的漂亮，维护界面人性化，不像我们的，很多事情要命令行来实现。不过我们也有特点，就是架构做的非常好，以至于客户的需求，总是能很快实现，而且基本上对现有功能是0风险。呵呵，据说气死不少人！

这当中，有三大功臣：

• Wacos SSI；
• 状态机；
• 数据驱动模型。

状态机的代码，已经在昨晚的内存泄漏里的链接里提供了，有兴趣可以下载或是用在喜欢的地方，哥只希望它有更多机会发挥价值。

嗯，Wacos SSI排在第一！是的，Wacos SSI的消息通信让我们的系统变得非常柔性，模块与模块间几乎没有什么复杂的耦合。想想现在那些公司招聘需求里，要求什么多任务多线程编程能力，精通什么信号量和同步技术，哥就想哭，这就是我们的软件水平，时刻准备着处在玩死自己。哥做程序，只考虑CPU有几个线程核，至于系统有几个进程线程，都是这个决定的，而且合并拆解任务，都是分分钟能改代码实现的事。跟哥一起做软件，就只要记住几点：无论你和谁通信，你只要知道他的地址，然后发消息给他就好了；而你也只要看着自己的队列，有消息就干活，没消息就歇着。至于发消息，就一个标准的函数，而消息封装格式，也是统一的。至于系统函数库里提供的什么信号量，管道啥的，千万别尝试在应用里面使用，否则，编译器会用编译错误来告诉你行不通。

有点扯远了，回到正题。

统一消息的定义，包含两个部分，消息标签和消息头，具体如下：

typedef struct _MSG_TAG_TYPE_
{
zAddr_t srcAddr;
zAddr_t dstAddr;
zHandle_t msgHandle;
} PACKED zMsg_t;

typedef struct _MSG_HEAD_TYPE_
{
byte_t sysrsvd[8]; //reserved for adding src & dst addresses on network. 
word_t msgLen;
word_t msgId; 
dword_t srcInst;
dword_t dstInst;
} PACKED zMsgHdr_t;

typedef struct _MSG_HEAD_EX_TYPE_
{
zAddr_t srcAddr;
zAddr_t dstAddr; 
word_t msgLen;
word_t msgId; 
dword_t srcInst;
dword_t dstInst;
byte_t msgBuf[1];
} PACKED zMsgHdrEx_t;

 

zMsg_t结构是消息标签，应用程序收、发消息时，都是收发的这个数据结构，如下：
int zMsgSend(zMsg_t *msg);
通常来说，我们应该把这个消息标签做的比较小，因为做的太大，来回复制它的内容是需要耗费CPU时间的。比如，你可以将zAddr_t定义成word，zHandle_t定义成dword，这样只需要8字节就够了。不过记得字节对齐，一般来说，要保证长度是4的倍数。

消息头就是消息内容的头部格式段，除了这个头部，剩下的就是应用自定义的payload部分。zMsgHdr_t和zMsgHdrEx_t实质上是一样的。这里面的地址部分，不是必须的，只有当消息透过网络或是总线传递时，才是必须的，否则没法由边界模块还原。而对于应用，如无特别约定，那几个字节是无意义且内容不确定的。

消息标签和消息间是通过msgHandle关联。这样，当消息在本地传递时，msgHandle指向的是一块普通内存；而当消息在本地进程间通信时，则指向共享内存；至于网络或是某个总线传递，边界模块负责本地内存数据和网络数据间的转换。如此一来，最大程度的减少实际消息体的拷贝开销，让消息传递变得高效，且细节处理对应用透明。

Wacos SSI的地址部分，填的是IP地址；当然，它还定义了一个模块号来配合这个地址使用。整个通信过程很简单，应用只需要申请一个队列，并告知SSI，这个队列和哪个目的模块号使用。正常情况下，这个做法都能满足需求，但碰上程序模块重新规划或是特俗测试目的，就有点力不从心了。因此，哥在zMsg_t标签里彻底放弃了IP+module的地址组成，改为TIPC的地址方式。不过这也就让系统必须维护一个路由表，用来完成特定目的地址到队列的映射。

统一消息路由表定义如下：

typedef struct Z_UDP_ADDR_TYPE
{
dword_t ip;
word_t port;
} zUDPAddr_t;
typedef struct Z_MSGQ_ADDR_TYPE
{
void *qid;
} zQueAddr_t;

typedef struct Z_MSGQ_OUT_TYPE
{
zAddr_t addr; 
zUDPAddr_t udpAddr;
zQueAddr_t queAddr; 
} zMsgRoute_t;

路由表项里首先是地址，对应的是消息的目的地址。接下来是网络地址和队列地址，可以有一个或是都有。

• 仅队列地址：说明是本地（或者是需要经隐形边界代理转发）的消息，目的地址为队列所有者；
• 仅网络地址：说明是远程消息，且应该直接网络发送，无需经过边界代理，目的地址为远端模块地址；
• 含两类地址：远程消息，应用发送时通过队列地址送入边界模块，再通过网络地址发送，，目的地址为远端模块地址。

总上面的关系可以看出，队列和地址间的关系是一对多的关系，即多个地址的消息可能被投送到同一个队列。这就让模块合并变得异常容易，当然，不安规则出牌的模块什么时候什么方法都白搭。通常来说，如果有IP网络的通信要求，系统就需要创建一个基础的网络边界模块。这个模块本身可能并不需要地址，而只需要提供一个消息聚合的队列。当然，在一个开放的网络环境下，这个边界模块可能还需要做些安全性的工作，比如过滤非法消息等，这可以通过在模块内额外配置源IP地址，端口或是源目的地址等实现。如果远端并不支持zMsg_t工作，则这时候的边界模块就需要做好消息的翻译过程，为远端模块分配映射模块地址。当然，这些都是本地的，不属于路由表内容。

从地址映射到真实的目的队列或是网络地址，是个频繁的操作，设计上必须要非常高效。对于地址非常少的系统，比如总共才七八个模块，可以用一个紧凑的数据来做，简单且不妨碍效率。但对于有数十或是上百个地址的系统来说，遍历方法就不可取了。这时应该用二分搜索，或是平衡二叉树。比如城域交换机，有十来块子功能卡，每张卡上有十来个模块，整个系统的地址空间有一百多，采用二分搜索，最多8次就够了！相比消息处理函数的指令数，这部分开销完全可以接受。而从另一个角度来说，统一消息让程序变得简单可控，系统内减少了消息的拷贝操作，所带来的系统效率和性能提升，远远大于查询路由表的开销。

当嵌入式世界有了统一消息后，哪些多线程的开发技巧还有很大价值么？一般应用开发者真的需要理解这些知识么？