基于MiniGUI的多進(jìn)程圖形用戶界面的研究

0引言

嵌入式圖形用戶界面（Graphic User Interface）是嵌入式產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)的重點(diǎn)，隨著嵌入式產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，所實(shí)現(xiàn)的功能也日益強(qiáng)大和復(fù)雜，因此對(duì)嵌入式產(chǎn)品的GUI在功能、易用性、穩(wěn)定性等方面提出了更高的要求。目前的嵌入式GUI多是基于線程實(shí)現(xiàn)，在穩(wěn)定性和功能上具有一定的局限性，所以開發(fā)多進(jìn)程的GUI具有重要意義。

1多進(jìn)程圖形用戶界面分析

1.1 多進(jìn)程圖形用戶界面的優(yōu)勢(shì)

MiniGUI是由飛漫開發(fā)的基于事件驅(qū)動(dòng)的圖形用戶界面支持系統(tǒng)，采用微C/S機(jī)制和分層設(shè)計(jì)模型，利用Unix域套接字實(shí)現(xiàn)客戶應(yīng)用程序和服務(wù)器程序之間的交互。早期的MiniGUI采用基于POSIX線程進(jìn)行消息傳遞和窗口管理的機(jī)制，這種實(shí)現(xiàn)能夠提供最大程度的數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)多窗口系統(tǒng)，但是也造成體系結(jié)構(gòu)上的脆弱，所有的窗口在一個(gè)進(jìn)程或者地址空間中運(yùn)行，一旦某個(gè)線程因?yàn)榉欠ǖ臄?shù)據(jù)訪問而導(dǎo)致崩潰或終止運(yùn)行，整個(gè)圖形用戶界面系統(tǒng)都將受到影響。

在Linux系統(tǒng)中，任務(wù)是以進(jìn)程為單位實(shí)現(xiàn)的。進(jìn)程主要提供兩類虛擬化資源：虛擬地址空間和虛擬CPU。前者保證了進(jìn)程在分配和管理內(nèi)存時(shí)就像機(jī)器上只有這一個(gè)進(jìn)程。類似的，虛擬CPU也使進(jìn)程看上去獨(dú)占了CPU。 Linux系統(tǒng)為進(jìn)程提供了安全的運(yùn)行環(huán)境，保證每個(gè)進(jìn)程的獨(dú)立性，一個(gè)進(jìn)程的崩潰不會(huì)危及其他進(jìn)程。因此在多進(jìn)程模式下，能夠同時(shí)運(yùn)行多個(gè)客戶進(jìn)程，如果某個(gè)進(jìn)程不正常終止，其他的進(jìn)程不會(huì)受到影響，因此實(shí)現(xiàn)多進(jìn)程GUI將極大的提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1.2 進(jìn)程間通信方式的選擇

基于多進(jìn)程的GUI能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)界面窗口的并發(fā)運(yùn)行，通過進(jìn)程間通信（IPC）實(shí)現(xiàn)窗口切換。進(jìn)程間通信有多種形式，如管道、信號(hào)、共享內(nèi)存等。

共享內(nèi)存是由內(nèi)核出于在多個(gè)進(jìn)程間交互信息的目的而保留的一塊內(nèi)存空間，多個(gè)進(jìn)程共享該內(nèi)存空間，如果一個(gè)進(jìn)程更新了其中的數(shù)據(jù)，其他的進(jìn)程會(huì)立即看到更新，而且共享內(nèi)存也是速度最快的進(jìn)程間通訊機(jī)制。因此共享內(nèi)存作為進(jìn)程間的通信方式對(duì)于多窗口GUI系統(tǒng)的編程實(shí)現(xiàn)非常合適。

1.3 基于微C/S機(jī)制的多進(jìn)程模型

對(duì)于在微C/S機(jī)制上運(yùn)行的GUI系統(tǒng)，在運(yùn)行過程中只能有一個(gè)服務(wù)器程序，其余的應(yīng)用程序均為客戶程序。各客戶應(yīng)用程序分別運(yùn)行于各自不同的進(jìn)程空間中，并且根據(jù)需要在應(yīng)用程序之間通過進(jìn)程間通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，完成窗口切換等過程。

MiniGUI為了實(shí)現(xiàn)客戶端和服務(wù)器端之間的通信，定義了一種簡(jiǎn)單方便的請(qǐng)求/響應(yīng)結(jié)構(gòu)：客戶程序通過制定的結(jié)構(gòu)將請(qǐng)求發(fā)送到服務(wù)器，服務(wù)器處理請(qǐng)求并應(yīng)答。在圖形界面運(yùn)行后，服務(wù)器程序完成Server端連接初始化（ServerStart()），建立服務(wù)器端連接套接字Socket，其文件描述符為listenfd，進(jìn)入到偵聽客戶連接請(qǐng)求狀態(tài)，用一個(gè)Idlehandler4Server句柄等待接收客戶端的連接請(qǐng)求消息，在接受到來自于客戶端的連接請(qǐng)求消息后進(jìn)行處理，將客戶應(yīng)用程序加入到當(dāng)前活動(dòng)列表，并將客戶端套接字文件描述符clifd加入到偵聽文件集合中?？蛻舳顺绦蛟谕瓿蛇B接初始化后(cli_conn())建立客戶端套接字Socket，并發(fā)送連接請(qǐng)求消息給Server程序，之后采用句柄 IdelHandler4Client偵聽服務(wù)器的返回消息。此后服務(wù)器程序進(jìn)入一個(gè)消息循環(huán)過程，在此循環(huán)過程中繼續(xù)準(zhǔn)備接收已連接的客戶程序的其他消息、新的客戶程序連接請(qǐng)求消息以及由系統(tǒng)產(chǎn)生的鼠標(biāo)、鍵盤事件消息等，并在事件消息處理完成后用函數(shù)Send2Client將需要的消息發(fā)送到相應(yīng)的客戶端應(yīng)用程序。此后客戶端應(yīng)用程序從套接字讀取由服務(wù)器程序處理后返回的消息，并把消息寫到當(dāng)前進(jìn)程的桌面隊(duì)列中，交由本進(jìn)程消息循環(huán)進(jìn)行分發(fā)和處理。在獲得消息處理結(jié)果后用cli_quest()向服務(wù)器端發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求，服務(wù)器端接收數(shù)據(jù)請(qǐng)求后交由handle_request按照請(qǐng)求功能號(hào)的不同調(diào)用不同的服務(wù)例程進(jìn)行處理，完成后發(fā)送一個(gè){HWND_INVALID,0}消息和應(yīng)答數(shù)據(jù)，客戶端接收服務(wù)器應(yīng)答消息，至此完成一個(gè)基本的消息循環(huán)通信過程。

基于以上的分析， MiniGUI下的基于微C/S機(jī)制的多進(jìn)程GUI通信模型如圖1所示：

相比傳統(tǒng)的嵌入式圖形界面開發(fā)，多進(jìn)程圖形用戶界面系統(tǒng)在編程實(shí)現(xiàn)上有較大的復(fù)雜性。圖形用戶界面必須實(shí)現(xiàn)對(duì)窗口、層、異步事件、光標(biāo)或者加上觸摸屏的管理，MiniGUI本身的消息機(jī)制的管理與內(nèi)核系統(tǒng)的其他機(jī)制之間的配合等。