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基于Python的协议栈软件内部数据查询方法
资料介绍
分布式数通设备已广泛应用于各运营商的组网环境之中,目前在设备搭载的协议栈软件运行过程中,其承载的某一条业务链路出现故障时,无法快速有效且在不影响其他业务的情况下定位问题原因。文章针对这一现状进行了分析及研究,提出了快速查询数通设备协议栈软件内部模块数据的方法,基于Linux系统设计开发,同时兼容Windows系统,实现过程涉及C语言及Python脚本编写。该方法可直接使用命令在屏幕上输出所查数据结构中的所有数据,规避了传统查询协议栈软件内部数据使用断点或单步调试方式引起的协议断临、业务中断等问题,该方法的工作效率、工作精度和工作质量均较高,非常适于推广应用。
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第
期
２
２０１８
ꢀ
光 通 信 研 究
２０１８．０４
总第
期
（
）
２０６
ＳＴＵＤＹ ＯＮ ＯＰＴＩＣＡＬＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ
ꢀ ꢀ ꢀ
Ｓｕｍ．Ｎｏ．２０６
：
／
ｄｏｉ１０．１３７５６ ．ｔｘ ．２０１８．０２．００９
ｊｇ ｙｊ
光通信系统与网络技术
基于
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
的协议栈软件内部数据查询方法
１
，
蒋玉玲 肖亚楠
２
１
涛
，
方
ꢀ
（ ，
烽火通信科技股份有限公司 武汉
１．
；
，
）
４３００７４
武汉邮电科学研究院 武汉
４３００７４ ２．
ꢀ
ꢀ
ꢀ
： ， ，
摘要 分布式数通设备已广泛应用于各运营商的组网环境之中 目前在设备搭载的协议栈软件运行过程中 其承载的某一条
， 。 ，
业务链路出现故障时 无法快速有效且在不影响其他业务的情况下定位问题原因 文章针对这一现状进行了分析及研究 提
，
，
，
系统 实现过程涉及
Ｗｉｎｄｏｗｓ
出了快速查询数通设备协议栈软件内部模块数据的方法 基于
系统设计开发 同时兼容
Ｌｉｎｕｘ
脚本编写 该方法可直接使用命令在屏幕上输出所查数据结构中的所有数据 规避了传统查询协议栈软件
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
。
，
语言及
Ｃ
、 ， 、 ，
内部数据使用断点或单步调试方式引起的协议断临 业务中断等问题 该方法的工作效率 工作精度和工作质量均较高 非常
。
适于推广应用
： ； ；
关键词 分布式数通设备 协议栈软件 数据结构
：
：
Ａ
：
文章编号
１００５８７８８２０１８０２００２９０３
ꢀꢀꢀ
（
）
中图分类号
文献标志码
ＴＮ９１５
ꢀꢀꢀ
－
－
－
ＡｎＩｎｔｅｒｎａｌＤａｔａ ｕｅｒ ＭｅｔｈｏｄｏｆＰｒｏｔｏｃｏｌＳｔａｃｋＳｏｆｔｗａｒｅｂａｓｅｄｏｎＰｔｈｏｎ
ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ
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ｙ
Ｑ ｙ
ꢀ
１ ２
ＪＩＡＮＧＹｕｌｉｎ ＸＩＡＯＹａｎａｎ ＦＡＮＧＴａｏ
ꢀ
１
，
，
ꢀ
－
ꢀ
－
ｇ
（
， ， ，
１．ＦｉｂｅｒＨｏｍｅＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｉｅｓＣｏ．Ｌｔｄ．Ｗｕｈａｎ４３００７４ Ｃｈｉｎａ
ꢀ
；
ꢀ
ꢀ
ｇ
ꢀ
，
，
）
２．ＷｕｈａｎＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｏｓｔｓａｎｄＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｗｕｈａｎ４３００７４ Ｃｈｉｎａ
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ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
：
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｄａｔａｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｅｕｉ ｍｅｎｔｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌ ｕｓｅｄｉｎｔｈｅｏｅｒａｔｏｒ＇ｓｎｅｔｗｏｒｋｉｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｒｏ
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ｙ
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，
，
ｔｏｃｏｌｓｔａｃｋｓｏｆｔｗａｒｅｗｈｉｃｈｉｓｒｕｎｎｉｎ ｏｎｔｈｅｅｕｉ ｍｅｎｔｍａ ｒｕｎｉｎｔｏａｗｒｏｎ ｂｒａｎｃｈ ｒｅｓｕｌｔｉｎ ｉｎａｎｅｒｒｏｒ．Ｃｕｒｒｅｎｔｌ ｗｈｅｎ
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ｇ
ꢀ
ｇ
ꢀ
ꢀ
，
ｒｏｔｏｃｏｌｓｔａｃｋｍｅｅｔａｌｉｎｋｅｒｒｏｒ ｉｔｃａｎｎｏｔｂｅ ｕｉｃｋｌ ａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｌｏｃａｔｅｔｈｅ ｒｏｂｌｅｍ ｗｉｔｈｏｕｔａｆｆｅｃｔｉｎ ｏｔｈｅｒｂｕｓｉｎｅｓｓ．Ｉｎｔｈｉｓ
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ꢀ
ｙ
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ｇ
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ꢀ
ꢀ
，
，
ａｅｒ ｔｈｉｓｉｓｓｕｅｉｓａｎａｌｚｅｄａｎｄｉｎｖｅｓｔｉａｔｅｄ ａｎｄａｍｅｔｈｏｄｏｆ ｕｉｃｋｌ ｕｅｒｉｎ ｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｍｏｄｕｌｅｄａｔａｏｆｔｈｅｓｅｒｉａｌｃｏｍｍｕｎｉ
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ꢀ
ꢀ
，
，
ｃａｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅｉｓ ｒｏｏｓｅｄ．ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＬｉｎｕｘｏｅｒａｔｉｎ ｓｓｔｅｍ Ｃ ｒｏｒａｍｍｉｎ ｌａｎｕａｅａｎｄＰｔｈｏｎｓｃｒｉｔ ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｃａｎ
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ｐ
ꢀ
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ꢀ
，
ｕｓｅｔｈｅｃｏｍｍａｎｄｔｏｄｉｒｅｃｔｌ ｖｉｅｗａｌｌｔｈｅｄａｔａｉｎｔｈｅｓｅｃｉｆｉｅｄｄａｔａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｈｉｃｈｃａｎａｖｏｉｄｔｈｅｓｅｒｖｉｃｅｉｎｔｅｒｒｕｔｉｏｎ ｒｏｂｌｅｍ
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ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ｐ
ｃａｕｓｅｄｂ ｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｕｅｒ ｒｏｔｏｃｏｌｓｔａｃｋｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｂｒｅａｋｏｉｎｔｏｒｔｈｅｓｉｎｌｅｓｔｅ ｄｅｂｕ ｉｎ ｍｅｔｈｏｄ．Ｉｔｉｓｓｈｏｗｎｔｈａｔｔｈｅ
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ꢀ
ｐ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
，
，
ｗｏｒｋｅｆｆｉｃｉｅｎｃ ｒｅｃｉｓｉｏｎａｎｄｔｈｅ ｕａｌｉｔ ｏｆｗｏｒｋａｒｅｈｉｈ ｗｈｉｃｈｍａ ｈａｖｅｔｈｅ ｏｔｅｎｔｉａｌｆｏｒｆｕｒｔｈｅｒ ｒｏｍｏｔｉｏｎ．
ｙ ｐ
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ꢀ
ꢀ
ｙ
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ꢀ
ꢀ
：
；
；
Ｋｅ ｗｏｒｄｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｄａｔａｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｅｕｉ ｍｅｎｔ ｒｏｔｏｃｏｌｓｔａｃｋｓｏｆｔｗａｒｅ ｄａｔａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
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ꢀ
ꢀ
ｐ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ｙ
ꢀ
速查询数据方法的设计与实现以及快速查询数据方
引 言
ꢀ ꢀ
０
，
法的仿真测试 个方面 详细地介绍了该方法的优
３
， ，
随着通信产业的快速发展 市场竞争日益激烈 虽然
，
势及设计思路 并提供了仿真测试结果论证其可行
，
产品质量及功能是设备制造商关注的重点 但产品
。
性
。
的故障定位处理亦不可忽视 业内较为成熟的故障
协议栈软件数据查询方法的研究及
１
ꢀ
，
查询手段各有利弊 有的可以直观查看数据但会导
分析
，
致业务中断 有的可以保证业务正常但时效性较差
；
，
综合大家之 所 长 通 过 编 写
，
为了方便描述 我们将模块内部用来保存记录
ꢀꢀ
脚 本自 动 解 析
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
， ，
提取软件模块内部数据 且自动生成打印函数 可通
，
数据的数据结构称为控制块 现有的查询控制块数
［］
１
。
： 、
据的通用方法有 种 查看日志文件 通过人工编写
３
过命令调用该函数将数据直接打印于屏幕上
每
，
个数据结构均对应不同功能 通过检查数据是否异
各个控制块的数据打印函数导入终端进行查询和通
， ，
常 可以快速判断系统状态和问题产生的原因 由于
。
过添加调试断点直接查看数据 上述方法存在以下
，
只对数据作读操作 故不会对软件运行造成任何影
：
缺陷
。
，
该方法的提出既解决了查询数据的时效问题
（）
查看日志文件 查看日志文件可以看到较为详
１
：
响
，
又兼顾了协议栈软件运行的稳定性 对数通设备运
，
细的定制信息 但是日志文件的打印会在一定程度
。
，
上 影 响 设 备 性 能 故 日 志 文 件 信 息 一 般 是 分 级
维及协议栈软件调试意义重大
、
本文从协议栈软件数据查询方法的研究与分析 快
， ，
打印的 非重要的信息不打印 并且设备文件系统预
：
收稿日期
２０１７１０１１
－ －
：
作者简介 蒋玉玲
（
１９７３－
），
女
， 。 ， ，
安徽砀山人 高级工程师 硕士 主要研究方向为计算机网络
。
２９
光通信研究
年
第
期
总第
ꢀ
期
２０６
２０１８
２
ꢀ
。
留给日志文件的存储空间有限 当日志打印量较大
输入模块
头文件名
，
时 短时间内日志信息会快速地被覆盖
。
生成各控制块
回调函数模型
（） ：
打印函数 人工编写各个控制块的信息显示函
２
命令行
查找模块
头文件
查询单元
，
数的工作量很大 不仅耗时而且可能在编写过程中
解析字段偏移
量及长度填入
回调函数
，
出现错误 所以这种方法在由较多模块组成的协议
制定
查询
注册
回调
函数
过滤代码
。
栈软件中基本不使用
命令行
冗余内容
（） ： ，
断点调试 对于协议模块而言 各模块之间通常
３
No
内嵌子结构
结构体
命令行
与回调
函数
，
会有异步通信的协议报文交互 如果设置断点查询
内容解析
Yes
，
控制块数据的时间过长 极易导致因信令超时和协
解析字段偏移
量及长度填入
回调函数
扩展结构
解析
、 ，
议断邻引发的业务中断 设备重启等问题 这在工程
关联
。 ，
环境中基本是不可用的 因此 目前最有效的
ＧＤＢ
结束
［］
头文件
２
）
断 点 调 试 法 对 于 协 议 模 块 来
（
ＧＮＵ Ｄｅｂｕ ｅｒ
ꢀ
ｇｇ
控制块处理单元
解析单元
，
说 仅适用于实验室
。
图
控制块数据查询方法流程图
１
ꢀ
，
针对以上缺 陷 本 文 提出一 种基于
实现 的
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
根据文件存储的相对路径查找并遍历导入的包含待
，
查询协议栈软件控制块数据的方法 该方法具有以
，
解析模块控制块结构的所有头文件 过滤源代码中
编译相关宏定义及代码注释等除结构体以外的冗余
：
下优点
（）
１
，
控制块中所有数据均可以查看 不用担心不常
，
内容 将解析的结构体内容保存在以控制块结构命
；
用的数据没有记录 只有在命令行调用时才输出数
，
名的数组中 若控制块结构中嵌套有联合体等其他
， ，
据 故基本不影响设备性能 且打印出的数据不会被
， ，
数据结构 则会转入其他结构的解析流程 原理同结
。
覆盖
［］
３
。
用
； ，
构体解析类似 此外 头文件解析单元亦支持扩展模
（）
２ Ｐｔｈｏｎ
ｙ
程序解析效率 和 代 码 正 确 率 高
块外部结构或结构体内部未定义内存类型字段的解
，
脚本可以大大减少编码工作量 并且不易引
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
。
析
，
入人为的编码错误 同时控制块新增的字段可直接
，
头文件解析完成后转入控制块处理单元 针对控制
，
解析 无需重新编码
。
，
块结构内各字段逐一进行分析处理 获取每一字段
（） ，
不设置断点即可查看模块内部数据 避免了协
３
，
的偏移量和长度 如遇基础数据类型和指针类型字
，
议模块因断点可能引起的一系列问题 使用该方法
， ；
段 则直接打印发送至输出界面 若控制块中包含子
，
可以随时查看模块内部数据 方便问题定位及模块
，
控制块结构 则重复上述过程直至控制块中不再包
。
维护
。
含除基础数据结构和指针外的其他结构 所有控制
（） 。
一条命令可以查看模块内部所有控制块 一般
４
， ，
块解析完成后 进入生成回调函数流程 回调函数用
，
命令行只能显示单个控制块的部分数据 对于较多
。
于输出解析完成后的控制块数据 根据上述控制块
。
控制块需要扩展大量的命令行 该方法使用一条命
，
处理流程构造通用的回调函数模型 用于生成各控
，
令即可查看模块内部所有控制块数据 且若新增控
，
制块对应回调函数 此回调函数模型适用于协议栈
， ，
制块 只需扩展控制块索引及控制块键值即可 使用
； ， ，
所有模块 另外 为增强函数易读性 当控制块中内
。
非常方便
， 。
容过多时 将自动生成多个子回调函数 生成完毕
快速查询数据方法的设计与实现
２
ꢀ
，
后将所有回调函数自动注册在同一二叉树中 方便
；
查询和调用 然后将模块所有控制块回调函数统一
。
控制块数据查询方法的实现流程如图 所示
１
，
输出至同一 文件中 方便代码管理
Ｃ
。
，
根据此流程我们设计了一个系统 该系统由 个单
３
， ，
最后 进入命令行查询单元 编写一条通用控制块输
， 、
元组成 分别为头文件解析单元 控制块处理单元和
， 、 、
出命令行 命令行参数由模块名 查询方式 控制块
。
命令行查询单元 头文件解析和控制块处理单元代
，
序号及控制块键值组成 例如
：
Ｓｈｏｗ
、
模块名
ｄｅｂｕ
；
脚 本自 动 生 成 只 需 制 定 一 条
ｇ
码通过编写
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
、 。
查询方式 控制块序号以及控制块键值 模块名
ｃｂ
，
参数可变的各模块通用命令行 并无大量重复代码
；
参数用于区分针对不同模块的查询 查询方式参数
，
编写 故命令行查询单元的代码手动编写
。
（ ： 、
预留供后续扩展查询方式 例如 按地址查找 按树
，
首先 执行
，
脚本程序进入头文件解析单元
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
３０
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