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分类: LINUX

2012-05-07 15:56:07

有很多种IPC或者网络通信系统,如:CORBA, DCE,DCOM, DCOP, XML-RPC, SOAP, MBUS, Internet Communications Engine(ICE)等等,可能会有数百种,dbus的目的主要是下面两点:
1.在同一个桌面会话中,进行桌面应用程序之间的通讯
2.桌面程序与内核或者守护进程的通信。

Dbus是一套进程通信体系,它有以下几层:
1.libdbus库,提供给各个应用程序调用,使应用程序具有通信和数据交换的能力,两个应用程序可以直接进行通信,就像是一条socket通道,两个程序之间建立通道之后,就可以通讯了。
2.消息守护进程,在libdbus的基础上创建,可以管理多个应用程序之间的通信。每个应用程序都和消息守护进程建立dbus的链接,然后由消息守护进程进行消息的分派。
3.各种包装库,有libdbus-glib,libdbus-qt等等,目的是将dbus的底层api进行一下封装。

下面有一张图可以很方便说明dbus的体系结构。

dbus中的消息由一个消息头(标识是哪一种消息)和消息数据组成,比socket的流式数据更方便一些。bus daemon就像是一个路由器,与各个应用程序进行连接,分派这些消息。bus daemon在一台机器上有多个实例,第一个实例是全局的实例,类似于sendmail和或者apache,这个实例有很严格的安全限制,只接受一些特定的系统消息,用于系统通信。其他busdaemon是一些会话,用于用户登录之后,在当前会话(session)中进行的通讯。系统的bus daemon 和会话的busdaemon 是分开的,彼此不会互相影响,会话bus daemon 不会去调用系统的bus daemon 。

Native Objects and Object Paths
在不同的编程语言中,都定义了一些“对象”,如java中的java.lang.Object,GLIB中的GObject,QT中的QObject等等。D-BUS的底层接口,和libdbusAPI相关,是没有这些对象的概念的,它提供的是一种叫对象路径(objectpath),用于让高层接口绑定到各个对象中去,允许远端应用程序指向它们。objectpath就像是一个文件路径,可以叫做/org/kde/kspread/sheets/3/cells/4/5等。

Methods and Signals
每个对象都有一些成员,两种成员:方法(methods)和信号(signals),在对象中,方法可以被调用。信号会被广播,感兴趣的对象可以处理这个信号,同时信号中也可以带有相关的数据。每一个方法或者信号都可以用一个名字来命名,如”Frobate”或者 “OnClicked”。

Interfaces
每个对象都有一个或者多个接口,一个接口就是多个方法和信号的集合。dbus使用简单的命名空间字符串来表示接口,如org.freedesktop.Introspectable。可以说dbus接口相当于C++中的纯虚类。

Proxies
代理对象用于模拟在另外的进程中的远端对象,代理对象像是一个正常的普通对象。d-bus的底层接口必须手动创建方法调用的消息,然后发送,同时必须手动接受和处理返回的消息。高层接口可以使用代理来替换这些,当调用代理对象的方法时,代理内部会转换成dbus的方法调用,等待消息返回,对返回结果解包,返回给相应的方法。可以看看下面的例子,使用dbus底层接口编写的代码:
Message message = newMessage("/remote/object/path", "MethodName", arg1, arg2);
Connection connection = getBusConnection();
connection.send(message);
Message reply = connection.waitForReply(message);
if (reply.isError()) {

} else {
Object returnValue = reply.getReturnValue();
}
使用代理对象编写的代码:
Proxyproxy = new Proxy(getBusConnection(), "/remote/object/path");
Object returnValue = proxy.MethodName(arg1, arg2);
客户端代码减少很多。

Bus Names
当一个应用程序连接上busdaemon时,daemon会分配一个唯一的名字给它。以冒号(:)开始,这些名字在daemon的生命周期中是不会改变的,可以认为这些名字就是一个IP地址。当这个名字映射到应用程序的连接上时,应用程序可以说拥有这个名字。同时应用可以声明额外的容易理解的名字,比如可以取一个名字com.mycompany.TextEditor,可以认为这些名字就是一个域名。其他应用程序可以往这个名字发送消息,执行各种方法。

名字还有第二个重要的用途,可以用于跟踪应用程序的生命周期。当应用退出(或者崩溃)时,与bus的连接将被OS内核关掉,bus将会发送通知,告诉剩余的应用程序,该程序已经丢失了它的名字。名字还可以检测应用是否已经启动,这往往用于只能启动一个实例的应用。

Addresses
使用d-bus的应用程序既可以是server也可以是client,server监听到来的连接,client连接到server,一旦连接建立,消息就可以流转。如果使用dbusdaemon,所有的应用程序都是client,daemon监听所有的连接,应用程序初始化连接到daemon。

dbus地址指明server将要监听的地方,client将要连接的地方,例如,地址:unix:path=/tmp/abcdef表明server将在/tmp/abcdef路径下监听unix域的socket,client也将连接到这个socket。一个地址也可以指明是TCP/IP的socket,或者是其他的。

当使用busdaemon时,libdbus会从环境变量中(DBUS_SESSION_BUS_ADDRESS)自动认识“会话daemon”的地址。如果是系统daemon,它会检查指定的socket路径获得地址,也可以使用环境变量(DBUS_SESSION_BUS_ADDRESS)进行设定。

当dbus中不使用daemon时,需要定义哪一个应用是server,哪一个应用是client,同时要指明server的地址,这不是很通常的做法。

Big Conceptual Picture
要在指定的对象中调用指定的方法,需要知道的参数如下:
Address -> [Bus Name] -> Path-> Interface -> Method
busname是可选的,除非是希望把消息送到特定的应用中才需要。interface也是可选的,有一些历史原因,DCOP不需要指定接口,因为DCOP在同一个对象中禁止同名的方法。

Messages - Behind the Scenes
如果使用dbus的高层接口,就可以不用直接操作这些消息。DBUS有四种类型的消息:
1.方法调用(method call) 在对象上执行一个方法
2.方法返回(method return)返回方法执行的结果
3.错误(error)调用方法产生的异常
4.信号(signal)通知指定的信号发生了,可以想象成“事件”。

要执行 D-BUS对象的方法,需要向对象发送一个方法调用消息。它将完成一些处理并返回一个方法返回消息或者错误消息。信号的不同之处在于它们不返回任何内容:既没有“信号返回”消息,也没有任何类型的错误消息。

每个消息都有一个消息头,包含多个字段,有一个消息体,包含多个参数。可以认为消息头是消息的路由信息,消息体作为一个载体。消息头里面的字段包含发送的busname,目标busname,方法或者信号名字等,同时消息头里面定义的字段类型规定了消息体里面的数据格式。例如:字符“i”代表了”32-bitinteger”,“ii”就代表了消息体里面有两个”32-bit integer”。

Calling a Method - Behind the Scenes
在dbus中调用一个方法包含了两条消息,进程A向进程B发送方法调用消息,进程B向进程A发送应答消息。所有的消息都由daemon进行分派,每个调用的消息都有一个不同的序列号,返回消息包含这个序列号,以方便调用者匹配调用消息与应答消息。调用消息包含一些参数,应答消息可能包含错误标识,或者包含方法的返回数据。

方法调用的一般流程:
1.使用不同语言绑定的dbus高层接口,都提供了一些代理对象,调用其他进程里面的远端对象就像是在本地进程中的调用一样。应用调用代理上的方法,代理将构造一个方法调用消息给远端的进程。
2.在DBUS的底层接口中,应用需要自己构造方法调用消息(method call message),而不能使用代理。
3.方法调用消息里面的内容有:目的进程的bus name,方法的名字,方法的参数,目的进程的对象路径,以及可选的接口名称。
4.方法调用消息是发送到bus daemon中的。
5.bus daemon查找目标的busname,如果找到,就把这个方法发送到该进程中,否则,daemon会产生错误消息,作为应答消息给发送进程。
6.目标进程解开消息,在dbus底层接口中,会立即调用方法,然后发送方法的应答消息给daemon。在dbus高层接口中,会先检测对象路径,接口,方法名称,然后把它转换成对应的对象(如GObject,QT中的QObject等)的方法,然后再将应答结果转换成应答消息发给daemon。
7.bus daemon接受到应答消息,将把应答消息直接发给发出调用消息的进程。
8.应答消息中可以包容很多返回值,也可以标识一个错误发生,当使用绑定时,应答消息将转换为代理对象的返回值,或者进入异常。

busdaemon不对消息重新排序,如果发送了两条消息到同一个进程,他们将按照发送顺序接受到。接受进程并需要按照顺序发出应答消息,例如在多线程中处理这些消息,应答消息的发出是没有顺序的。消息都有一个序列号可以与应答消息进行配对。

Emitting a Signal - Behind the Scenes
在dbus中一个信号包含一条信号消息,一个进程发给多个进程。也就是说,信号是单向的广播。信号可以包含一些参数,但是作为广播,它是没有返回值的。

信号触发者是不了解信号接受者的,接受者向daemon注册感兴趣的信号,注册规则是”matchrules”,记录触发者名字和信号名字。daemon只向注册了这个信号的进程发送信号。

信号的一般流程如下:
1.当使用dbus底层接口时,信号需要应用自己创建和发送到daemon,使用dbus高层接口时,可以使用相关对象进行发送,如Glib里面提供的信号触发机制。
2.信号包含的内容有:信号的接口名称,信号名称,发送进程的bus name,以及其他参数。
3.任何进程都可以依据”match rules”注册相关的信号,daemon有一张注册的列表。
4.daemon检测信号,决定哪些进程对这个信号感兴趣,然后把信号发送给这些进程。
5.每个进程收到信号后,如果是使用了dbus高层接口,可以选择触发代理对象上的信号。如果是dbus底层接口,需要检查发送者名称和信号名称,然后决定怎么做。

Glib绑定接口在"dbus/dbus-glib.h"头文件中定义。
dbus和glib的数据类型映射如下:

D-Bus basic typeGTypeFree functionNotes
BYTEG_TYPE_UCHAR  
BOOLEANG_TYPE_BOOLEAN  
INT16G_TYPE_INT Will be changed to a G_TYPE_INT16 once
GLib has it
UINT16G_TYPE_UINT Will be changed to a G_TYPE_UINT16 once
GLib has it
INT32G_TYPE_INT Will be changed to a G_TYPE_INT32 once
GLib has it
UINT32G_TYPE_UINT Will be changed to a G_TYPE_UINT32 once
GLib has it
INT64G_TYPE_GINT64  
UINT64G_TYPE_GUINT64  
DOUBLEG_TYPE_DOUBLE  
STRINGG_TYPE_STRINGg_free 
OBJECT_PATHDBUS_TYPE_G_PROXYg_object_unrefThe returned proxy does not have an interface set; use
dbus_g_proxy_set_interface toinvoke methods

Container type mappings
dbus数据也有包容器类型,像DBUS_TYPE_ARRAY 和DBUS_TYPE_STRUCT,dbus的数据类型可以是嵌套的,如有一个数组,内容是字符串的数组集合。

但是,并不是所有的类型都有普通的使用,DBUS_TYPE_STRUCT应该可以包容非基本类型的数据类型。glib绑定尝试使用比较明显的方式进行声明。

D-Bus type signatureDescriptionGTypeC typedefFree functionNotes
asArray of stringsG_TYPE_STRVchar**g_strfreev 
vGeneric value containerG_TYPE_VALUEGValue*g_value_unsetThe calling conventions for values expect that method callershave
allocated return values; see below.

同时定义了新的数组类型集合。

D-Bus type signatureDescriptionGTypeC typedefFree functionNotes
ayArray of bytesDBUS_TYPE_G_BYTE_ARRAYGArray*g_array_free 
auArray of uintDBUS_TYPE_G_UINT_ARRAYGArray*g_array_free 
aiArray of intDBUS_TYPE_G_INT_ARRAYGArray*g_array_free 
axArray of int64DBUS_TYPE_G_INT64_ARRAYGArray*g_array_free 
atArray of uint64DBUS_TYPE_G_UINT64_ARRAYGArray*g_array_free 
adArray of doubleDBUS_TYPE_G_DOUBLE_ARRAYGArray*g_array_free 
abArray of booleanDBUS_TYPE_G_BOOLEAN_ARRAYGArray*g_array_free 

定义了字典类型

D-Bus type signatureDescriptionGTypeC typedefFree functionNotes
a{ss}Dictionary mapping strings to stringsDBUS_TYPE_G_STRING_STRING_HASHTABLEGHashTable*g_hash_table_destroy 

client端编写

我们的程序在使用dbus的时候,首先需要连接上dbus,使用dbus_g_bus_get获得dbus连接。然后可以创建代理对象。

需要调用方法的时候,可以有两种方式:1.同步调用,使用dbus_g_proxy_call发送方法请求到远端对象,dbus会阻塞等待远端对象的回应,输出参数里将会带有相应的回应数据,以G_TYPE_INVALID作为终止符。2.异步调用,使用dbus_g_proxy_begin_call,它将返回一个DBusGPendingCall对象,可以使用dbus_g_pending_call_set_notify连接到自己的处理函授中。

可以使用dbus_g_proxy_add_signal 和dbus_g_proxy_connect_signal来连接信号,dbus_g_proxy_add_signal用来声明信号处理函数,属于必须被调用的接口,dbus_g_proxy_connect_signal可以调用多次。

Generated Bindings
使用内置的xml文件,可以很方便地自动创建出易于使用的dbus代理对象。如下的一个xml文件描述了了一个方法:













“in”标识输入参数,“out”标识输出参数。
使用dbus-binding-tool工具来生成头文件,如dbus-binding-tool–mode=glib-client my-object.xml> my-object-bindings.h,会产生如下的内联函数原型:


gboolean
com_example_MyObject_many_args (DBusGProxy *proxy, const guintIN_x,
const char * IN_str, const gdouble IN_trouble,
gdouble* OUT_d_ret, char ** OUT_str_ret,
GError **error);


DBusGProxyCall*
com_example_MyObject_many_args_async (DBusGProxy *proxy, constguint IN_x,
const char * IN_str, const gdouble IN_trouble,
com_example_MyObject_many_args_reply callback,
gpointer userdata);


typedef void
(*com_example_MyObject_many_args_reply)
(DBusGProxy *proxy, gdouble OUT_d_ret, char * OUT_str_ret,
GError *error, gpointer userdata);

所有函数的第一个参数都是DBusGProxy对象,一般是使用dbus_g_proxy_new_*函数创建出来的。客户端发送方法请求可以增加标记,目前只有org.freedesktop.DBus.GLib.NoReply标记,dbus可以不要回应消息,没有“out”参数,这样运算速度会快一点。

server端的编写

在GLib中,通过dbus表现出GObject,必须写XML文件描述这个对象的方法等属性。像上一篇文章中提到的例子:












一旦写完XML,运行dbus-binding-tool工具,如 dbus-binding-tool–mode=glib-server my-object.xml> my-object-glue.h.

然后在本地代码中include产生的头文件,调用dbus_g_object_class_install_info进行类的初始化,传递对象和对象信息进去,如dbus_g_object_type_install_info (COM_FOO_TYPE_MY_OBJECT,&com_foo_my_object_info);每个对象类都需要这样做。

为了执行方法,需要定义一个C函数,如my_object_many_args,需要遵守的规则如下:
1.函数返回gboolean,true表示成功,false标识失败。
2.第一个参数必须是对象实例的指针。
3.跟在实例指针后面的参数是方法的输入参数。
4.输入参数后面是输出参数。
5.最后一个参数必须是GError **,如果函数返回失败,必须使用g_set_error填充该错误参数。
如下的xml文件




对应的函数定义为:
gboolean
my_object_increment (MyObject *obj, gint32 x, gint32 *ret, GError**error);

最后可以使用dbus_g_connection_register_g_object输出一个对象,如
dbus_g_connection_register_g_object(connection,”/com/foo/MyObject”, obj);

server端的声明(Annotations):
org.freedesktop.DBus.GLib.CSymbol
org.freedesktop.DBus.GLib.Async
org.freedesktop.DBus.GLib.Const
org.freedesktop.DBus.GLib.ReturnVal

dbus启动问题

首先需要启动守护进程
dbus-daemon –system –print-pid –print-address
结果提示 Failed to start message bus: Could not get UID and GID forusername “messagebus”
dbus需要有一个messagebus用户,创建该用户即可,useradd messagebus,问题解决。

执行一个dbus测试程序,提示:D-Bus library appears to be incorrectly set up;failed to read machine uuid: Failed to open“/usr/var/lib/dbus/machine-id”: No such file or directory
没有machine-id文件,查了一下,需要给它定义一个id,使用dbus-uuidgen>/usr/var/lib/dbus/machine-id
产生这个文件,该问题解决。

再次执行测试程序,又有问题:Couldn’t connect to session bus: Failed to executedbus-launch to autolaunch D-Bus session,看了帮助
AUTOMATICLAUNCHING一节,需要设置DBUS_SESSION_BUS_ADDRESS环境变量的值,先执行dbus-launch,获得了DBUS_SESSION_BUS_ADDRESS值,再export一下,最后执行测试程序,OK了

在dbus帮助中有一篇关于,可以在脚本中启动dbus-launch,同时自动设置DBUS_SESSION_BUS_ADDRESS环境变量,脚本文件rundbus如下:

if test -z"$DBUS_SESSION_BUS_ADDRESS" ; then
## if not found, launch a new one
eval `dbus-launch --sh-syntax --exit-with-session`
echo "D-Bus per-session daemon address is:$DBUS_SESSION_BUS_ADDRESS"
fi

执行. rundbus即可。

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