下图展示了4个时代的数据通信方式:
下图展示了DDS在网络栈中的位置,它位于传输层的上面,并且以tcp,udp为基础。
这个图之所以是沙漏形状是因为:两头的技术变化都发展很快,但是中间的却鲜有变化。
对比大家常见的Socker API,DDS有如下特点:
特性 | Socket API | DDS |
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架构 |
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平台独立 |
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发现 |
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类型安全 |
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通信行为定制 |
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互操作性 | 不
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DDS可以降低系统复杂度
对于分布式系统来说,有很多复杂的逻辑需要处理,比如:如何发现其他节点,保证消息的可靠性等
对于分布式系统来说,有很多复杂的逻辑需要处理,例如:如何发现其他节点,如何为每个节点分配地址,如何配置消息的可靠性等。这使得应用程序变得臃肿。
而如果说通信的中间件能够完全处理好这些逻辑,则应用程序将可以集中处理自己的业务,变得更加敏捷。
下图是两种情况的对比:
如果考虑系统的演化,问题会更突出。
由于分布式系统中包含了很多的角色需要互相通信,随着角色数量的不断增长,其通信的通道数量也会以爆炸式的增长
而如果有统一的DataBuse,而即使新增了通信角色其通信模型也不会变得复杂。
在DDS规范中,有两个描述标准的基本文档:
DDS是一个以数据为中心的中间件协议和API标准:
一个 Domain 可以创建多个 Publisher,每个 Publisher 可以创建多个 DataWriter,而一个 DataWriter 只能绑定一个 Topic
DDS提供了Qos控制的数据共享。应用程序通过发布和订阅topic进行通信。不同的DDS域彼此完全独立。DDS域之间没有数据共享。
从概念上讲,DDS会看到一个本地数据存储,称为“全局数据空间”。。对于应用程序,全局数据空间看起来像是通过API访问的本地内存。您写入看起来像本地存储的内容。实际上,DDS发送消息以更新远程节点上的适当存储。您从看起来像本地存储的地方阅读。
在DDS域内,信息共享的单元是“主题”中的数据对象。该主题由其名称标识,数据对象由一些“键”属性标识。这类似于如何使用关键属性来标识数据库中的记录。这是概念图。DDS进行点对点通信,不需要服务器或云来代理数据。
总之,本地存储给应用程序带来了访问整个全局数据空间的错觉。这只是一种幻想;没不存在所有数据都存在的全局位置。每个应用程序仅在本地存储所需的内容,并且仅存储所需的时间。DDS处理动态数据;全局数据空间是一个虚拟概念,实际上只是本地存储的集合。在任何系统上运行的几乎所有语言的每个应用程序都以最佳本机格式查看本地内存。全局数据空间通过任何传输方式在嵌入式,移动和云应用程序之间共享数据,而与语言或系统无关,并且延迟极低。
DDS提供发布者和订阅者的动态发现。动态发现使您的DDS应用程序可扩展。这意味着应用程序不必知道或配置用于通信的端点,因为它们是DDS自动发现的。这可以在运行时完成,而不必在设计或编译时完成,从而为DDS应用程序实现真正的“即插即用”。
FsatDDS的前身是Fast-RTPS,实现了许多 DDS 规范。它是一种高性能的实时发布订阅框架。
Fast-RTPS是eprosima对于RTPS的C++实现,这是一个免费开源软件,遵循Apache License 2.0。
Fast-RTPS支持平台包括:Windows, Linux, Mac OS, QNX, VxWorks, iOS, Android, Raspbian。
Fast-RTPS具有以下优点:
git clone https://github.com/eProsima/Fast-RTPS.git
Fast-RTPS提供了两个层次的API:
相较而言,后者更底层。两个层次的核心角色如下图所示:
Publisher-Subscriber层为大多数开发者提供了一个方便的抽象。它允许定义与Topic关联的发布者和订阅者,以及传输Topic数据的简单方法。
Writer-Reader层更接近于RTPS标准中定义的概念,并且可以进行更精细的控制,但是要求开发者直接与每个断点的历史记录缓存进行交互
Fast RTSP是并发而且基于事件的。每个参与者都会生成一组线程来处理后台任务,例如日志记录,消息接收和异步通信。
事件系统使得Fast RTPS能够响应某些条件并安排定期活动。用户中几乎不用感知它们,因为这些事件大多数仅仅与RTPS元数据有关。
下面是Fast-RTPS实现中的核心结构。
RTPS标准的高层类型。
RTPS的底层模型。包含下面几个子模块:
上面的数据结构中看到了许多Attributes后缀的类名。这些类包含了对协议或者对象的配置参数,很多特性都需要设置这些属性来完成。
这些类的定义基本都位于下面三个文件夹中:
Fast RTPS支持非常多的配置参数,并且参数的结构常常是嵌套的。
通过代码去配置这些参数会产生很多啰嗦的代码,而且最大的问题在于:每次更改配置参数都需要重新编译。这个问题并非Fast RTPS才有,只要包含大量配置参数的软件都会这样的问题。通常的解决方法就是:提供文本格式的配置文件的方式来配置参数。因此对于Fast-RTPS来说,除了支持通过代码配置参数,它也支持通过XML文件的方式来进行配置。
有了配置文件之后,在代码中直接读取就好了,例如:
Participant *participant = Domain::createParticipant("participant_xml_profile");
在这之后,如果需要调整配置,只需要修改配置文件,不用在改动代码,自然也不用重新编译。这对于项目部署是很重要的。
RTPS中的通信参与者之间,通过Domain进行隔离。
同一时刻可能会有多个Domain同时存在,一个Domain中可以包含任意数目的消息发送者和接收者。
其结构如下图所示:
开发者可以通过domainId
来指定参与者所属Domain。
如果没有指定,默认的domainId = 80。
作为DDS的实现,Fast-RTPS提供了Publisher和Subscriber自动发现和匹配的功能。在实现上,这分为两个步骤来完成:
这两个阶段对应了两个独立的协议:
Fast-RTPS提供了四种发现机制:
不同的发现机制具有一些共同的配置:
Fast-RTPS实现了可插拔的传输架构,这意味着每一个参与者可以随时加入和退出。
在传输上,Fast-RTPS支持以下五种传输方式:
默认的,当Participant创建时,会自动的配置两个传输通道:
当然,开发者可以改变这个默认行为,通过C++接口或者XML配置文件都可以。
SHM要求所有参与者位于同一个系统上,它是借助了操作系统提供的共享内存机制实现。共享内存的好处是:支持大数据传输,减少了数据拷贝,并且也减少系统负载。因此通常情况下,使用SHM会获得更好的性能。使用SHM时,可以配置共享内存的大小。
网络通信包含了非常多的参数需要配置,例如:Buffer大小,端口号,超时时间等等。框架本身为参数设置了默认值,大部分情况下开发者不用调整它们。但是知道这些默认值是什么,在一些情况下可能会对分析问题有所帮助。
与UDP不同,TCP传输是面向连接的,因此,Fast-RTPS必须在发送RTPS消息之前建立TCP连接。TCP传输可以具有两种行为:充当TCP服务器或充当TCP客户端。服务器打开一个TCP端口以侦听传入的连接,然后客户端尝试连接到服务器。服务器和客户端的概念独立于RTPS概念,例如:Publisher,Subscriber,Reader或Writer。它们中的任何一个都可以用作TCP服务器或TCP客户端,因为这些实体仅用于建立TCP连接,而RTPS协议可以在该TCP连接上工作。
源码:https://github.com/eProsima/Fast-DDS
https://blog.csdn.net/shoufei403/article/details/124394224?spm=1001.2014.3001.5506#t4
http://www.kuazhi.com/post/315061.html
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