一种嵌入式RPC的设计与实现

摘要：在研究远程过程调用的原理和嵌入式系统特点的基础上，提出一种远程过程调用的设计以及在VxWorks操作系统上服务器端和在Win-dows探作系统上客户端的实现。经在项目中的应用，本设计与实现体现了良好的实用性、移植性和扩展性。
关键词：远程过程调用；嵌入式系统；网络；状态机

远程过程调用(Renmte Procedure call，RPC)最早是在B．J．Nelson的博士论文中论述的。这里的过程等价于例程，函数的意思。RPC的思想源于大多数的程序都以过程作为最小设计单位。RPC扩展了过程调用机制，允许客户端的过程通过网络调用服务器端的过程。
从RPC的思想出发，不同的组织和公司开发了不同的RPC协议。有SUN公司的ONC RPC，开放软件基金会的DCE RPC，微软公司的MSRPC等。这些RPC都依赖与特定操作系统，并且定义了自己的接口描述语言(IDL)，对于嵌入式开发过于复杂。

1 RPC的机制
1．1 过程调用
典型的过程调用就是过程A将参数和控制权交给过程B，过程B经过一系列运算或者下一级过程，最后把结果和控制权返回给过程A。
1．2 RPC流程
RPC分为同步RPC和异步RPC。在同步RPC中客户端发出RPC调用的线程将被阻塞，直到从服务器端完成。异步RPC中客户端发出调用的线程不会被阻塞而是继续执行。本文以同步RPC为研究对象。
RPC的思想就是使远程过程调用看上去就像在本地的过程调用一样。从程序运行角度来看，其流程如图1所示。客户端(MACHINE A)的进程通过网络发送远程过程调用请求给服务器(MACHINE B)。服务器收到请求后处理，调用相应的过程执行，执行完毕后服务器返回结果给客户进程。客户进程在发出远程过程调用后被阻塞，直到服务器返回结果给客户进程。

1．3 RPC的结构模型
从描述的角度出发，产生不同的RPC模型如Andrew S．Tanenhum在其著作分布式操作系统中论述的模型以及B.J．Nelson论文中的RPC模型等。但这些模型的主要组件都是相同的。图2是B.J．Nelson博士的RPC结构模型。客户进程、客户存根和RPC运行库实例在客户端执行。服务进程、服务器存根和RPC运行库实例在服务器端执行。客户过程调用相应的客户存根。客户存根打包参数。客户端的RPC运行库将打包好的参数通过网络发送给服务器RPC运行库。服务器存根拆包参数，然后调用服务器过程。完成后返回结果给服务器存根。服务器存根打包结果给服务器RPC运行库。服务器RPC运行库发送打包好的参数给客户RPC运行库。客户存根拆包并将结果取出返回给客户。

尽管RPC的思想比较简单，但有很多问题需要考虑。由于有很多不同的CPU，如X86、ARM、SPARC等以及各种DSP、单片机，产生了参数传递问题。如X86采用最低有效字节优先，而SPARC是最高字节优先。有些大型机采用EBCDIC码，而其他处理器采用ASCII码。存根就是用来解决这些问题。还有指针问题，涉及物理地址、虚拟地址、地址空间等很多考虑。我们知道不同计算机之间无法直接访问彼此的地址。还有过程的参数如果为数据结构，这就引出数据对齐的问题。由此可以推断所有的RPC实现都在一定的范围适用。本文的RPC设计假定客户端和服务器端有相同的大小端和并且都是32位处理器。
1．4 SunRPC
Sun RPC有时也称为ONC(Open Network Computing)RPC。Sun RPC提供了一个接口语言IDL和rpcgen用于C语言支持。这门语言可以定义constants，typedef，structure，union。rpcgen可以产生server code，client stub和头文件。server code主要是建立socket，注册端口和监听，接受连接，拆参数，调用实际的过程，打包返回值。client stub则是打包参数，发送给server，将返回值解包。Sun RPC缺点就是对Windows没有很好的支持。

2 设计
本设计与传统的模型不同，服务器端分为：网络通讯，接收状态机和过程处理。客户端分为网络通讯，发送状态机和过程调用。
图3是服务器端的状态机。服务器进程从初始状态进入GetHeader状态。GetHeader是读取远程过程调用的头信息。如果一次得到了所有数据，也就是nCurLen>=dwTotalSize，则进入GetComplatePacket状态，反之进入GetData状态。GetData是读取参数数据，读取数据直到得到所有的数据进入GetComplatePacket状态。期间如果超时，则回到GetHeader状态。超时的起始时间从GetHeader韵第一个字节算起，如果在定义的时间无法读取dwTotalSize个字节，则Timeout从而回到GetHeader状态。在GetHeader和GetData时，如果读取数据有错误(如客户端断开连接，recv函数返回错误)则状态机退出。GetComplatePacket是得到了完整的包。CheckCall判断当前的调用是否是有效的过程调用。如果无效则进入状态，并回复无效命令给客户端，最后进入GetHeader状态。如果有效，则处理此调用，最后发送结果给客户端。