一种基于UDP通信的远程过程调用方法

1 引言

远程过程调用（Remote Procedure Call，RPC）是一种通过网络从远程计算机程序上请求服务。通过RPC，使用者无需了解底层网络技术，快速开发部署业务功能逻辑[1]。因此，在RPC在分布式系统中的系统环境建设和应用程序设计中有着广泛的应用[2]，如：分布式操作系统的进程间通讯、构造分布式计算的软件环境、远程数据库服务、分布式应用程序设计、分布式程序的调试等。

RPC主流实现的方式[3]有：基于TCP协议、基于HTTP协议。基于TCP协议实现RPC，由于处于协议栈底层，可更灵活地对协议字段进行定制，减少网络传输字节数，提高性能，但受所定义协议的局限，需要关注底层实现细节，难以实现跨平台调用，不同的终端需要开发不同的工具包来进行请求发送和响应解析，代码量高，工作量大[4]；基于HTTP协议实现RPC，作为通用的格式标准，使用JSON和XML格式开发相对成熟，但与TCP传输性能的存在较大差距[5]。

综上所述，基于上述协议的主流RPC框架，虽然有适用面广、功能强大的优点，但是也存在着代码量多、流程复杂、对系统开销较大的缺点，用于小型应用程序上过于庞大，因此，本文提出一种基于UDP通信的远程过程调用方法，采用对系统开销较小的UDP协议，利用负载均衡策略，基于服务进程向注册进程注册服务的方式，应用进程从注册进程获取服务进程的相关信息，实现应用与服务进程的直接RPC通信，具备构架轻便、系统开销小的特点，满足小型应用程序的轻量化要求，具有重要的意义。

2 基于UDP通信的远程调用方法

RPC系统采用C/S模式，请求程序作为客户机，服务提供程序作为服务器，由请求程序向服务程序发送调用信息，能够获得答复信息并获得进程结果，交互流程如图1所示。

图1 RPC交互流程

基于UDP通信的远程调用方法，包含以下重要部分：①服务端服务进程注册模块、②客户端查询注册进程模块、③应用进程负载均衡策略、④客户端发送RPC服务请求模块、⑤服务端执行对应的业务流程模块、⑥服务端发送响应信息模块、⑦客户端接收响应信息模块，各部分对应的步骤如图2所示。

图2 基于UDP通信的远程调用方法

系统处理流程如下：①首先，客户进程中，应用层调用RPC接口的API发起请求，调用系统网络接口发送请求，通过网络数据包从客户端发到服务端；②然后，服务进程中，RPC请求从服务端的系统层传递到用户层的RPC接口，通过RPC请求解析后，找到对应的服务层，并将执行结果发回给RPC接口，调用系统网络接口回复执行结果；③最后，客户进程中，执行结果通过网络数据包从服务端发到客户端，从客户端的系统层传递到用户层的RPC接口，将执行结果转给对应的应用层，完成请求任务。

各部分详细介绍如下。

2.1 服务端服务进程注册模块

服务进程是提供RPC服务的应用程序，需要注册在服务器上，其对应信息包含：RPC服务信息（服务名、服务说明等）以及相应的UDP端口号。服务信息的结构定义如下：

2.2 客户端查询注册进程模块

客户端的应用进程是需要使用RPC服务的应用程序，当应用进程需要调用RPC服务时，可根据服务名向注册进程发送查询请求；注册进程可以依据查询请求中携带的服务名，查找当前可以提供相应RPC服务的服务进程，并向应用进程发送反馈信息，反馈信息中可包含有提供RPC服务的各个服务进程的链接信息，包括：服务进程的IP地址、UDP端口号等。反馈信息的结构定义如下：

2.3 负载均衡策略

每个服务进程可以提供多个不同的RPC服务，因此，针对同一项RPC服务而言，可以提供该项RPC服务的服务进程可能有多个，即应用进程接收的反馈信息中可能包含有多个服务进程的相关信息。

系统应用进程设计按照可以依据负载均衡策略，选取出一个合适的服务进程作为目标服务进程，利用该目标服务进程提供相应的RPC服务。

2.4 客户端发送RPC服务请求模块

应用进程依据该链接信息，可向目标服务进程发送RPC服务请求。设计基于UDP通信的远程调用，将RPC服务请求以UDP数据包的形式发送到目标服务进程所在IP地址的UDP端口上，RPC服务请求中可以包含请求号、服务名、请求参数等信息。RPC服务请求的结构定义如下：

为了可以一次发送多个RPC服务请求，在RPC服务请求中增加了参数reqId，该参数在每个请求中都是不同了，唯一标识一个RPC服务请求消息。参数serviceName是请求的服务名。参数textArg和binArg是请求参数，格式是服务自定义的。为了方便使用，textArg使用扩展性好的JSON格式，保存可以用字符串表达的参数，binArg保存不能用字符串表达的参数，这样两种类型的参数已经可以覆盖业务需求，并且良好的扩展性，便于后期维护。

2.5 服务端执行对应的业务流程

目标服务进程提供的RPC服务可能有多个，依据RPC服务请求中携带的服务名，可以获知需要执行哪一项RPC服务，从而调用相应的业务流程。请求参数可以看做是该业务流程的输入参数，经过业务流程的处理，可以得到相应的执行结果。

2.6 服务端发送响应信息

业务进程可以一次发送多个RPC服务请求，为了便于区分每个RPC服务请求的执行结果，在响应信息中可以携带请求号和服务名，其中，该请求号和RPC服务请求中的请求号相同，该服务名是和RPC服务请求中的服务名相同。响应信息的结构定义如下，

响应消息中的参数reqId、serviceName和RPC服务请求中的参数是一致的，textResult保存可以用字符串表达的结果，binResult保存不能用字符串表达的结果。

2.7 客户端接收响应信息

如果响应信息的数据量很大，可以分为多个UDP包发送，在消息的包头中可以用消息的分片序号来标识每个数据包，在客户端的RPC接口层中进行重组后提交给上层。

3 结论

本文所提的基于UDP通信的远程过程调用方法，采用了对系统开销较小的UDP协议，设计了简单快捷的处理流程，快速的配置下发和状态查询功能既能满足轻量级应用程序的需求，又能减轻系统负担，在2/3/4/5G通信网业务功能设计、DPI设备系统、协议解析设备系统中有广泛的应用，特别适用于功能简单、网络情况良好的应用场景。