dbusplus
参考链接:
网上有一篇叫“D-Bus Tutorial”的文章,流传较广。不少介绍dbus的资料,都引用了其中的段落。其实相对于这篇文章,我建议大家直接读“D-Bus Specification”,篇幅不算长,文字也不算枯燥。
D-Bus是针对桌面环境优化的IPC(interprocess communication )机制,用于进程间的通信或进程与内核的通信。最基本的D-Bus协议是一对一的通信协议。但在很多情况下,通信的一方是消息总线。消息总线是一个特殊的应用,它同时与多个应用通信,并在应用之间传递消息。
DBUS是一种高效、易用的进程间通信方式。DBUS支持进程间一对一和多对多的对等通信,在多对多的通讯时,需要后台进程的角色去分转消息,当一个进程发消息给另外一个进程时,先发消息到后台进程,再通过后台进程将信息转发到目的进程。DBUS后台进程充当着一个路由器的角色。
DBUS中主要概念为总线,连接到总线的进程可通过总线接收或传递消息,总线收到消息时,根据不同的消息类型进行不同的处理。DBUS中消息分为四类:
\1. Methodcall消息:将触发一个函数调用 ;
\2. Methodreturn消息:触发函数调用返回的结果;
\3. Error消息:触发的函数调用返回一个异常 ;
\4. Signal消息:通知,可以看作为事件消息。
DBus分为两种类型:system bus(系统总线),用于系统(Linux)和用户程序之间进行通信和消息的传递;session bus(会话总线),用于桌面(GNOME, KDE等)用户程序之间进行通信。
支持dbus的系统都有两个标准的消息总线:系统总线和会话总线。系统总线用于系统与应用的通信。会话总线用于应用之间的通信。网上有一个叫d-feet的Python程序,我们可以用它来观察系统中的dbus世界。
DBUS总线分为系统总线与会话总线两类,两者之前不能互相通信,所以任何应用程序不能欺骗系统事件,安全性很好。
GDBus是GNOME的Gitlab上GLib项目的一部分,而sd-bus是Github上systemd项目的一部分。
在freedesktop.org Gitlab实例上的项目dbus
中可获得D-Bus规范的最新版本和参考实现。dbus/dbus
根据DBUS消息类型可知,DBUS提供一种高效的进程间通信机制,主要用于进程间函数调用以及进程间信号广播。
1 . 函数调用
DBUS可以实现进程间函数调用,进程A发送函数调用的请求(Methodcall消息),经过总线转发至进程B。进程B将应答函数返回值(Method return消息)或者错误消息(Error消息)。
2 . 消息广播
进程间消息广播(Signal消息)不需要响应,接收方需要向总线注册感兴趣的消息类型,当总线接收到“Signal消息”类型的消息时,会将消息转发至希望接收的进程。
DBUS是一种低延迟、低开销、高可用性的进程间通信机制。其协议是二进制的,避免序列化的过程,通信效率较高。DUBUS可以提供一些更高层的功能:
\1. 结构化的名字空间;
\2. 独立于架构的数据格式;
\3. 支持消息中的大部分通用数据元素;
\4. 带有异常处理的通用远程调用接口;
\5. 支持广播类型的通信。
DBUS是一种高级的IPC通信机制,通信流程如下图所示。在DBUS通信过程中,存在一个后台进程(BUS Daemon Process)。后台进程和普通进程间信息交互是通过域套接字进行通信。
进程1(Process1)需先连接到总线(dbus_bus_get),其次构造消息(dbus_message_new_signal),然后发送消息(dbus_connection_send)到后台进程。后台进程接收消息,然后根据消息类型对消息进行不同处理(bus_dispatch_matches)。
进程2(Process2)接收消息前需要连接到总线,并告知总线自己希望得到的消息类型(dbus_bus_add_match),然后等待接收消息(dbus_connection_pop_message)。进程2(Process2)收到总线转发的消息时会根据消息类型,做不同的处理(若是信号类型则不需要发送返回值给总线)。
Dbus-glib是GNU标准库,在Dbus接口上封装,方便上层服务与应用更好的使用。其形如一个DBUS代理服务器,由它进行所有DBUS消息的遍历与转发,服务端与消息发送端只需要向DBUSdeamon申请注册唯一的DBUSname 、绑定GOBJECT后,DBUSdeamon就会将申请连到到该DBUSname的DBUS信息转发给指定应用。
D-Bus最重要的概念在dbus-glib和GDBus中都是相似的.都用对象表示连接,代理 和 方法执行,但也有一些重要的不同点:
不使用libdbus可以使GDBus避免一些多线程方面的问题.
dbus-glib的方法参数和返回值使用Gobject类型系统,其中包含了一个特定结构的自有容器.GDBus依赖专为匹配D-Bus类型而设计的GVariant类型系统.
dbus-glib 只能提供D-Bus接口,不为对象提供任何类型;
GDBus同时提供D-Bus接口(通过GDBusInterface, GDBusProxy 和 GDBusInterfaceStub 类型)和对象接口(通过GDBusObject, GDBusObjectStub 和 GDBusObjectProxy 类型)
GDBus 为org.freedesktop.DBus.Properties (通过 GDBusProxy 类型) 和 org.freedesktop.DBus.ObjectManager D-Bus接口,包含了本地支持,dbus-glib没有.
dbus-glib中导出对象的典型方法是使用dbus-binding-tool根据XML内省数据生成代码,GDBus也提供了一个类似的工具叫做gdbus-codegen,这个工具也可以生成Docbook D-Bus接口文件.
dbus-glib不提供战友和监视总线名字的方便的API,GDBus提供了g_bus_own_name()
和g_bus_watch_name()
系列的方便函数.
GDBus提供API来解析、生成 和 工作的内省XML,dbus-glib不提供。
sdbusplus包含两个部分:
sdbusplus库需要sd-bus,它包含在libsystemd中。
sdbus ++应用程序需要Python 3和Python库mako和inflection。
sdbusplus库建立在sd-bus库的基础上, 以创建用于D-Bus的现代C ++ API。该库尝试尽可能轻量级,通常完全编译为必要的sd-bus API调用,同时还提供现代C ++做法提供的编译时类型安全和内存泄漏保护。
考虑以下代码:
auto b = bus::new_default_system();
auto m = b.new_method_call("org.freedesktop.login1",
"/org/freedesktop/login1",
"org.freedesktop.login1.Manager",
"ListUsers");
auto reply = b.call(m);
std::vector<std::tuple<uint32_t, std::string, message::object_path>> users;
reply.read(users);
在一些相对简洁的C ++行中,此代码片段将创建到系统总线的D-Bus连接,并调用systemd登录管理器以获取活动用户列表。当消息和总线对象离开作用域时,它们将自动释放,并且消息格式字符串将在编译时根据读取的类型生成。将其与logind中的相应服务器代码进行比较。
通常,该库尝试模仿sd-bus库的命名约定:例如。sd_bus_call
变成sdbusplus::bus::call
, sd_bus_get_unique_name
变成sdbusplus::bus::get_unique_name
, sd_bus_message_get_signature
变成sdbusplus::message::get_signature
等等。这允许相对直接地转换回sd-bus函数,以查找手册页详细信息。
在systemd的新v221版本中, 我们宣布systemd 随附的 sd-bus API 稳定。sd-bus是我们最小的D-Bus IPC C库,同时支持经典的基于套接字的D-Bus和 kdbus作为后端。该库已经成为systemd的一部分,但仅在内部使用,因为我们希望自由地进行API更改而不影响库的外部使用者。
让我们首先快速提醒一下D-Bus实际上是什么 :它是用于Linux和其他操作系统的功能强大的通用IPC系统。它了解总线,对象,接口,方法,信号,属性等概念。它为您提供了细粒度的访问控制,丰富的系统,可发现性,自省,监视,可靠的多播,服务激活,文件描述符传递等。在Linux上有许多编程语言的绑定。
十多年来,D-Bus一直是Linux系统的核心组件。它无疑是Linux上建立最广泛的高级本地IPC系统。自systemd诞生以来,它一直是IPC系统,它公开其接口。甚至在systemd之前,它就是IPC系统Upstart用来公开其接口。GNOME,KDE和各种系统组件都使用它。
D-Bus既指规范,又指参考实现。该参考实现同时提供了总线服务器组件和客户端库。尽管有多种其他流行的客户端库重新实现(针对C语言和其他编程语言),但唯一常用的服务器端是参考实现中的一种。(但是,kdbus项目正在努力提供此服务器实现的替代方案,作为内核组件。)
或简单地说:D-Bus很棒。 如果您入侵Linux项目并需要本地IPC,那么它应该是您的首选。 不仅因为D-Bus的设计合理,而且还因为没有很多替代品可以涵盖相似的功能。
让我们讨论一下为什么sd-bus存在,如何与其他现有的C D-Bus库进行比较,以及为什么它可能是您的项目要考虑的库。
对于C,有两个已建立的流行的D-Bus库:libdbus(它在D-Bus的参考实现中提供),以及GDBus(GLib的组件)GLib(GNOME的低级工具库)。
在这两个libdbus中,有更老的一个,因为它是在规范合并时编写的。该库的编写着眼于可移植性,并可用作高级语言绑定的后端。这两个目标都要求API具有通用性,从而导致相对巴洛克式,难以使用的API,缺少使C语言易于使用和有趣的功能。它提供了构建基块,但实际上没有多少工具可以很容易地从他们那里盖房子。另一方面,该库适用于大多数用例(例如,它是OOM安全的,因此适合编写最低级别的系统软件),并且可移植到Windows或更多奇特的UNIXes等操作系统。
GDBus 是更新得多的实现。它是在使用libdbus周围的GLib / GObject包装器的丰富经验之后编写的。GDBus从头开始实现,不与libdbus共享任何代码。它的设计与libdbus完全不同,它包含代码生成器,以使其特别容易在总线上公开GObject对象,或将D-Bus对象作为GObject对象进行通信。它将D-Bus数据类型转换为GLib强大的数据序列化格式GVariant。如果您习惯使用GLib风格的编程,那么您会感到宾至如归,用它来入侵D-Bus服务和客户端要比使用libdbus简单得多。
现在,通过sd-bus,我们提供了第三个实现,不与libdbus或GDBus共享任何代码。对我们来说,重点是在libdbus和GDBus之间提供一种中间立场:一个实际上很有趣的低级C库,它具有足够的语法糖,可以轻松地使用它编写客户端和服务。另一方面,它比GDBus / GLib / GObject / GVariant更底层。为了能够在systemd的各个系统级组件中使用它,它必须是OOM安全且最小的。除了原始D-Bus规范(“ dbus1”)的套接字传输之外,我们还想集中关注的另一个主要方面是从一开始就支持kdbus后端。实际上,我们希望将库设计为与kdbus的语义更接近,而不是与dbus1的语义更接近,无论它们在何处有所不同,但仍能很好地涵盖这两种传输。与libdbus或GDBus相比,可移植性不是sd-bus的优先事项,相反,我们尝试充分利用Linux平台并在有利的地方公开特定的Linux概念。最后,性能也是一个问题(尽管是次要的):libdbus和GDBus都不会赢得任何速度记录。我们想提高性能(吞吐量和延迟),但是简单性和正确性对我们来说更为重要。我们相信我们的工作成果可以很好地实现我们的目标:该库使用起来很有趣,支持kdbus和套接字作为后端,相对来说是最小的,并且 libdbus和GDBus都不会赢得任何速度记录。我们想提高性能(吞吐量和延迟),但是简单性和正确性对我们来说更为重要。我们相信我们的工作成果可以很好地实现我们的目标:该库使用起来很有趣,支持kdbus和套接字作为后端,相对来说是最小的,并且 libdbus和GDBus都不会赢得任何速度记录。我们想提高性能(吞吐量和延迟),但是简单性和正确性对我们来说更为重要。我们相信我们的工作成果可以很好地实现我们的目标:该库使用起来很有趣,支持kdbus和套接字作为后端,相对来说是最小的,并且 性能大大优于 libdbus和GDBus。
要决定为您的C项目使用三种API中的哪一种,请参考以下简短指南:
(我在这里不专门介绍C ++,这仅是关于纯C的。但是请注意:如果您使用Qt,则QtDBus是选择的D-Bus API,是libdbus的包装器。)
systemd包含了一个工具busctl
,该工具可用于探索D-Bus对象系统并与之交互。不带参数调用时,它将显示连接到系统总线的所有对等方的列表。
busctl
知道许多其他操作。例如,您可以使用它来监视D-Bus通信量(包括生成 .cap
文件以供Wireshark!使用),也可以设置或获取特定属性。但是,此博客故事本应是关于sd-bus的,而不是sd-bus的,busctl
因此让我们在这里简短介绍一下,如果您想了解更多有关该工具的信息,请允许我转到手册页。
busctl
(如系统的其余部分)是使用sd-bus API实现的。因此,它揭示了sd总线本身的许多功能。例如,您可以用来连接到远程或容器总线。它既了解kdbus和经典D-Bus,也了解更多!
root@obmc:~# busctl
NAME PID PROCESS USER CONNECTION UNIT
:1.1 1 systemd root :1.1 init.scope
:1.10 186 phosphor-certif root :1.10 [email protected]
:1.104 446 mctpd root :1.104 xyz.openbmc_project.mctpd@FCP_Baseboard_2fMCTP_SMBus_PCIe_slot.service
:1.11 208 phosphor-system root :1.11 phosphor-systemd-target-monitor.service
:1.12 202 ipmbbridged root :1.12 ipmb.service
:1.147 2318 busctl root :1.147 [email protected]
[....]
com.xxxx.crashdump 173 crashdump root :1.5 com.xxxx.crashdump.service
org.freedesktop.Avahi 371 avahi-daemon avahi :1.85 avahi-daemon.service
org.freedesktop.DBus 1 systemd root - init.scope
org.freedesktop.hostname1 - - - (activatable) -
org.freedesktop.login1 218 systemd-logind root :1.47 systemd-logind.service
org.freedesktop.network1 419 systemd-network systemd-network :1.96 systemd-networkd.service
xyz.openbmc_project.Control.Host.NMI 221 power-control root :1.50 xyz.openbmc_project.Chassis.Control.Power.service
[...]
该列表以当前连接到总线的所有对等方的列表开头。它们由对等名称标识,例如“:1.11”。这些在D-Bus术语中称为 唯一名称。基本上,每个对等方都有一个唯一的名称,并且当对等方连接到总线时会自动分配它们。如果您愿意,它们很像IP地址。您会注意到,已经有几个对等节点已经连接,包括我们的小型busctl工具本身以及许多系统服务。然后,该列表显示了总线上的所有实际服务,这些服务由服务名称标识(如上所述);为了将它们与唯一名称区别开来,这些服务也称为众所周知的名称)。在许多方面,众所周知的名称与DNS主机名类似,即,它们是引用对等方的更友好的方式,但是在较低的级别上,它们仅映射到IP地址,或在此比较中,唯一名称。就像可以通过主机名或IP地址连接到Internet上的主机一样,也可以通过其唯一名称或众所周知的名称连接到总线对等方。(请注意,每个对等方可以根据需要使用任意数量的知名名称,就像IP地址可以引用多个主机名一样)。
root@xxxx-obmc:~# busctl tree xyz.openbmc_project.Control.Host.NMI
`-/xyz
`-/xyz/openbmc_project
|-/xyz/openbmc_project/chassis
| `-/xyz/openbmc_project/chassis/buttons
| |-/xyz/openbmc_project/chassis/buttons/id
| |-/xyz/openbmc_project/chassis/buttons/nmi
| |-/xyz/openbmc_project/chassis/buttons/power
| `-/xyz/openbmc_project/chassis/buttons/reset
|-/xyz/openbmc_project/control
| `-/xyz/openbmc_project/control/host0
| |-/xyz/openbmc_project/control/host0/nmi
| `-/xyz/openbmc_project/control/host0/restart_cause
`-/xyz/openbmc_project/state
|-/xyz/openbmc_project/state/chassis0
|-/xyz/openbmc_project/state/host0
`-/xyz/openbmc_project/state/os
获取对象公开的接口,方法,信号和属性:
root@xxxx-obmc:~# busctl introspect xyz.openbmc_project.Control.Host.NMI /xyz/openbmc_project/chassis/buttons/id
NAME TYPE SIGNATURE RESULT/VALUE FLAGS
org.freedesktop.DBus.Introspectable interface - - -
.Introspect method - s -
org.freedesktop.DBus.Peer interface - - -
.GetMachineId method - s -
.Ping method - - -
org.freedesktop.DBus.Properties interface - - -
.Get method ss v -
.GetAll method s a{
sv} -
.Set method ssv - -
.PropertiesChanged signal sa{
sv}as - -
xyz.openbmc_project.Chassis.Buttons interface - - -
.ButtonPressed property b false emits-change
root@xxxxx-obmc:~# busctl introspect xyz.openbmc_project.Control.Host.NMI /xyz/openbmc_project/chassis/buttons
NAME TYPE SIGNATURE RESULT/VALUE FLAGS
org.freedesktop.DBus.Introspectable interface - - -
.Introspect method - s -
org.freedesktop.DBus.Peer interface - - -
.GetMachineId method - s -
.Ping method - - -
org.freedesktop.DBus.Properties interface - - -
.Get method ss v -
.GetAll method s a{
sv} -
.Set method ssv - -
.PropertiesChanged signal sa{
sv}as - -
调用一个方法:
root@xxxx-obmc:~# busctl call xyz.openbmc_project.Control.Host.NMI /xyz/openbmc_project/chassis/buttons/id org.freedesktop.DBus.Peer GetMachineId
s "278dd3da4e8141bfaf4468d662a6dd3d"
root@xxxx-obmc:~# busctl call xyz.openbmc_project.Control.Host.NMI /xyz/openbmc_project/chassis/buttons/id org.freedesktop.DBus.Properties GetAll
Call failed: Expected interface parameter
但是够了!让我们回到主题上,让我们谈谈sd-bus本身。
sd-bus API集大部分包含在头文件 sd-bus.h中。
这是一个随机选择的库功能,可以与其他可用实现进行比较。
该API当前尚未完全记录,但是我们正在努力完成手册页面集。有关详细信息, 请参见所有以sd_bus_
开头的页面。
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