D-Bus體系系列

本文轉自Roboter's blog

對D-Bus Tutorial
進行了一些翻譯加上自己的一些理解。

有很多種IPC或者網路通訊系統，如：CORBA, DCE, DCOM, DCOP, XML-RPC, SOAP, MBUS, Internet Communications Engine (ICE)等等，可能會有數百種，dbus的目的主要是下面兩點：
1.在同一個案頭會話中，進行傳統型應用程式之間的通訊
2.傳統型程式與核心或者守護進程的通訊。

Dbus是一套進程通訊體系，它有以下幾層：
1.libdbus庫，提供給各個應用程式調用，使應用程式具有通訊和資料交換的能力，兩個應用程式可以直接進行通訊，就像是一條socket通道，兩個程式之間建立通道之後，就可以通訊了。
2.訊息守護進程，在libdbus的基礎上建立，可以管理多個應用程式之間的通訊。每個應用程式都和訊息守護進程建立dbus的連結，然後由訊息守護進程進行訊息的指派。
3.各種封裝庫，有libdbus-glib，libdbus-qt等等，目的是將dbus的底層api進行一下封裝。

下面有一張圖可以很方便說明dbus的體繫結構。

dbus中的訊息由一個訊息頭（標識是哪一種訊息）和訊息資料群組成，比socket的流式資料更方便一些。bus daemon
就像是一個路由器，與各個應用程式進行串連，指派這些訊息。bus daemon
在一台機器上有多個執行個體，第一個執行個體是全域的執行個體，類似於sendmail和或者apache，這個執行個體有很嚴格的安全限制，只接受一些特定的系統訊息，
用於系統通訊。其他bus daemon是一些會話，用於使用者登入之後，在當前會話(session)中進行的通訊。系統的bus daemon
和會話的bus daemon 是分開的，彼此不會互相影響，會話bus daemon 不會去調用系統的bus daemon 。

Native Objects and Object Paths
在不同的程式設計語言中，都定義了一些“對象”，如java中的java.lang.Object，GLIB中的GObject，QT中的QObject等
等。D-BUS的底層介面，和libdbus API相關，是沒有這些對象的概念的，它提供的是一種叫物件路徑（object
path），用於讓高層介面綁定到各個對象中去，允許遠端應用程式指向它們。object
path就像是一個檔案路徑，可以叫做/org/kde/kspread/sheets/3/cells/4/5等。

Methods and Signals
每個對象都有一些成員，兩種成員:方法(methods)和訊號(signals)，在對象中，方法可以被調用。訊號會被廣播，感興趣的對象可以處理這個
訊號，同時訊號中也可以帶有相關的資料。每一個方法或者訊號都可以用一個名字來命名，如”Frobate” 或者 “OnClicked”。

Interfaces
每個對象都有一個或者多個介面，一個介面就是多個方法和訊號的集合。dbus使用簡單的命名空間字串來表示介面，如org.freedesktop.Introspectable。可以說dbus介面相當於C++中的純虛類。

Proxies
代理對象用於類比在另外的進程中的遠端對象，代理對象像是一個正常的普通對象。d-bus的底層介面必須手動建立方法調用的訊息，然後發送，同時必須手動
接受和處理返回的訊息。高層介面可以使用代理來替換這些，當調用代理對象的方法時，代理內部會轉換成dbus的方法調用，等待訊息返回，對返回結果解包，
返回給相應的方法。可以看看下面的例子，使用dbus底層介面編寫的代碼：
Message message = new Message("/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();
}
使用代理對象編寫的代碼：
Proxy proxy = new Proxy(getBusConnection(), "/remote/object/path");
Object returnValue = proxy.MethodName(arg1, arg2);

用戶端代碼減少很多。

 

Bus Names
當一個應用程式串連上bus
daemon時，daemon會分配一個唯一的名字給它。以冒號（:）開始，這些名字在daemon的生命週期中是不會改變的，可以認為這些名字就是一個
IP地址。當這個名字映射到應用程式的串連上時，應用程式可以說擁有這個名字。同時應用可以聲明額外的容易理解的名字，比如可以取一個名字
com.mycompany.TextEditor，可以認為這些名字就是一個網域名稱。其他應用程式可以往這個名字發送訊息，執行各種方法。

名字還有第二個重要的用途，可以用於跟蹤應用程式的生命週期。當應用退出（或者崩潰）時，與bus的串連將被OS核心關掉，bus將會發送通知，告訴剩餘的應用程式，該程式已經丟失了它的名字。名字還可以檢測應用是否已經啟動，這往往用於只能啟動一個執行個體的應用。

Addresses
使用d-bus的應用程式既可以是server也可以是client，server監聽到來的串連，client串連到server，一旦串連建立，訊息
就可以流轉。如果使用dbus daemon，所有的應用程式都是client，daemon監聽所有的串連，應用程式初始化串連到daemon。

dbus地址指明server將要監聽的地方，client將要串連的地方，例如，地址：unix:path=/tmp/abcdef表明
server將在/tmp/abcdef路徑下監聽unix域的socket，client也將串連到這個socket。一個地址也可以指明是TCP
/IP的socket，或者是其他的。

當使用bus
daemon時，libdbus會從環境變數中（DBUS_SESSION_BUS_ADDRESS）自動認識“會話daemon”的地址。如果是系統
daemon，它會檢查指定的socket路徑獲得地址，也可以使用環境變數（DBUS_SESSION_BUS_ADDRESS）進行設定。

當dbus中不使用daemon時，需要定義哪一個應用是server，哪一個應用是client，同時要指明server的地址，這不是很通常的做法。

Big Conceptual Picture
要在指定的對象中調用指定的方法，需要知道的參數如下：
Address -> [Bus Name] -> Path -> Interface -> Method

bus name是可選的，除非是希望把訊息送到特定的應用中才需要。interface也是可選的，有一些曆史原因，DCOP不需要指定介面，因為DCOP在同一個對象中禁止同名的方法。

Messages - Behind the Scenes
如果使用dbus的高層介面，就可以不用直接操作這些訊息。DBUS有四種類型的訊息：
1.方法調用（method call） 在對象上執行一個方法
2.方法返回（method return）返回方法執行的結果
3.錯誤（error）調用方法產生的異常
4.訊號（signal）通知指定的訊號發生了，可以想象成“事件”。

要執行 D-BUS 對象的方法，需要向對象發送一個方法調用訊息。它將完成一些處理並返回一個方法返回訊息或者錯誤訊息。訊號的不同之處在於它們不返回任何內容：既沒有“訊號返回”訊息，也沒有任何類型的錯誤訊息。

每個訊息都有一個訊息頭，包含多個欄位，有一個訊息體，包含多個參數。可以認為訊息頭是訊息的路由資訊，訊息體作為一個載體。訊息頭裡面的欄位包含
發送的bus name，目標bus
name，方法或者訊號名字等，同時訊息頭裡面定義的欄位類型規定了訊息體裡面的資料格式。例如：字元“i”代表了”32-bit
integer”，“ii”就代表了訊息體裡面有兩個”32-bit integer”。

Calling a Method - Behind the Scenes
在dbus中調用一個方法包含了兩條訊息，進程A向進程B發送方法調用訊息，進程B向進程A發送應答訊息。所有的訊息都由daemon進行指派，每個調用
的訊息都有一個不同的序號，返回訊息包含這個序號，以方便調用者匹配調用訊息與應答訊息。調用訊息包含一些參數，應答訊息可能包含錯誤標識，或者包含
方法的返回資料。

方法調用的一般流程：
1.使用不同語言綁定的dbus高層介面，都提供了一些代理對象，調用其他進程裡面的遠端對象就像是在本地進程中的調用一樣。應用調用代理上的方法，代理將構造一個方法調用訊息給遠端的進程。
2.在DBUS的底層介面中，應用需要自己構造方法調用訊息（method call message），而不能使用代理。
3.方法調用訊息裡面的內容有：目的進程的bus name，方法的名字，方法的參數，目的進程的物件路徑，以及可選的介面名稱。
4.方法調用訊息是發送到bus daemon中的。
5.bus daemon尋找目標的bus name，如果找到，就把這個方法發送到該進程中，否則，daemon會產生錯誤訊息，作為應答訊息給發送進程。
6.目標進程解開訊息，在dbus底層介面中，會立即調用方法，然後發送方法的應答訊息給daemon。在dbus高層介面中，會先檢測物件路徑，介面，
方法名稱，然後把它轉換成對應的對象（如GObject，QT中的QObject等）的方法，然後再將應答結果轉換成應答訊息發給daemon。
7.bus daemon接受到應答訊息，將把應答訊息直接發給發出調用訊息的進程。
8.應答訊息中可以包容很多傳回值，也可以標識一個錯誤發生，當使用綁定時，應答訊息將轉換為代理對象的傳回值，或者進入異常。

bus daemon不對訊息重新排序，如果發送了兩條訊息到同一個進程，他們將按照發送順序接受到。接受進程並需要按照順序發出應答訊息，例如在多線程中處理這些訊息，應答訊息的發出是沒有順序的。訊息都有一個序號可以與應答訊息進行配對。

Emitting a Signal - Behind the Scenes
在dbus中一個訊號包含一條訊號訊息，一個進程發給多個進程。也就是說，訊號是單向的廣播。訊號可以包含一些參數，但是作為廣播，它是沒有傳回值的。

訊號觸發者是不瞭解訊號接受者的，接受者向daemon註冊感興趣的訊號，註冊規則是”match rules”，記錄觸發者名字和訊號名字。daemon只向註冊了這個訊號的進程發送訊號。

訊號的一般流程如下：
1.當使用dbus底層介面時，訊號需要應用自己建立和發送到daemon，使用dbus高層介面時，可以使用相關對象進行發送，如Glib裡面提供的訊號觸發機制。
2.訊號包含的內容有：訊號的介面名稱，訊號名稱，發送進程的bus name，以及其他參數。
3.任何進程都可以依據”match rules”註冊相關的訊號，daemon有一張註冊的列表。
4.daemon活動訊號，決定哪些進程對這個訊號感興趣，然後把訊號發送給這些進程。
5.每個進程收到訊號後，如果是使用了dbus高層介面，可以選擇觸發代理對象上的訊號。如果是dbus底層介面，需要檢查寄件者名稱和訊號名稱，然後決定怎麼做。

 

 

Glib綁定介面在"dbus/dbus-glib.h"
標頭檔中定義。
dbus和glib的資料類型映射如下：

D-Bus basic type	GType	Free function	Notes
BYTE	G_TYPE_UCHAR
BOOLEAN	G_TYPE_BOOLEAN
INT16	G_TYPE_INT		Will be changed to a G_TYPE_INT16 once GLib has it
UINT16	G_TYPE_UINT		Will be changed to a G_TYPE_UINT16 once GLib has it
INT32	G_TYPE_INT		Will be changed to a G_TYPE_INT32 once GLib has it
UINT32	G_TYPE_UINT		Will be changed to a G_TYPE_UINT32 once GLib has it
INT64	G_TYPE_GINT64
UINT64	G_TYPE_GUINT64
DOUBLE	G_TYPE_DOUBLE
STRING	G_TYPE_STRING	g_free
OBJECT_PATH	DBUS_TYPE_G_PROXY	g_object_unref	The returned proxy does not have an interface set; use dbus_g_proxy_set_interface to invoke methods

Container type mappings
dbus資料也有包容器類型，像DBUS_TYPE_ARRAY 和 DBUS_TYPE_STRUCT，dbus的資料類型可以是嵌套的，如有一個數組，內容是字串的數組集合。

但是，並不是所有的類型都有普通的使用，DBUS_TYPE_STRUCT應該可以包容非基本類型的資料類型。glib綁定嘗試使用比較明顯的方式進行聲明。

D-Bus type signature	Description	GType	C typedef	Free function	Notes
as	Array of strings	G_TYPE_STRV	char **	g_strfreev
v	Generic value container	G_TYPE_VALUE	GValue *	g_value_unset	The calling conventions for values expect that method callers have allocated return values; see below.

同時定義了新的數群組類型集合。

D-Bus type signature	Description	GType	C typedef	Free function	Notes
ay	Array of bytes	DBUS_TYPE_G_BYTE_ARRAY	GArray *	g_array_free
au	Array of uint	DBUS_TYPE_G_UINT_ARRAY	GArray *	g_array_free
ai	Array of int	DBUS_TYPE_G_INT_ARRAY	GArray *	g_array_free
ax	Array of int64	DBUS_TYPE_G_INT64_ARRAY	GArray *	g_array_free
at	Array of uint64	DBUS_TYPE_G_UINT64_ARRAY	GArray *	g_array_free
ad	Array of double	DBUS_TYPE_G_DOUBLE_ARRAY	GArray *	g_array_free
ab	Array of boolean	DBUS_TYPE_G_BOOLEAN_ARRAY	GArray *	g_array_free

定義了字典類型

D-Bus type signature	Description	GType	C typedef	Free function	Notes
a{ss}	Dictionary mapping strings to strings	DBUS_TYPE_G_STRING_STRING_HASHTABLE	GHashTable *	g_hash_table_destroy

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client端編寫

我們的程式在使用dbus的時候，首先需要串連上dbus，使用dbus_g_bus_get獲得dbus串連。然後可以建立代理對象。

需要調用方法的時候，可以有兩種方式：1.同步調用，使用dbus_g_proxy_call發送方法請求到遠端對象，dbus會阻塞等待遠端對象
的回應，輸出參數裡將會帶有相應的回應資料,以G_TYPE_INVALID作為終止符。2.非同步呼叫，使用
dbus_g_proxy_begin_call，它將返回一個DBusGPendingCall對象，可以使用
dbus_g_pending_call_set_notify串連到自己的處理函授中。

可以使用dbus_g_proxy_add_signal 和
dbus_g_proxy_connect_signal來串連訊號，dbus_g_proxy_add_signal用來聲明訊號處理函數，屬於必須被
調用的介面，dbus_g_proxy_connect_signal可以調用多次。

Generated Bindings
使用內建的xml檔案，可以很方便地自動建立出便於使用的dbus代理對象。如下的一個xml檔案描述了了一個方法：


<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?>
<node name="/com/example/MyObject">
<interface name="com.example.MyObject">
<method name="ManyArgs">
<arg type="u" name="x" direction="in" />
<arg type="s" name="str" direction="in" />
<arg type="d" name="trouble" direction="in" />
<arg type="d" name="d_ret" direction="out" />
<arg type="s" name="str_ret" direction="out" />
</method >
</interface >
</node >


“in”標識輸入參數，“out”標識輸出參數。
使用dbus-binding-tool工具來產生標頭檔，如dbus-binding-tool –mode=glib-client
my-object.xml > my-object-bindings.h，會產生如下的內嵌函式原型：

/* This is a blocking call */
gboolean
com_example_MyObject_many_args (DBusGProxy *proxy, const guint IN_x,
const char * IN_str, const gdouble IN_trouble,
gdouble* OUT_d_ret, char ** OUT_str_ret,
GError **error);

/* This is a non-blocking call */
DBusGProxyCall*
com_example_MyObject_many_args_async (DBusGProxy *proxy, const guint IN_x,
const char * IN_str, const gdouble IN_trouble,
com_example_MyObject_many_args_reply callback,
gpointer userdata);

/* This is the typedef for the non-blocking callback */
typedef void
(*com_example_MyObject_many_args_reply)
(DBusGProxy *proxy, gdouble OUT_d_ret, char * OUT_str_ret,
GError *error, gpointer userdata);

所有函數的第一個參數都是DBusGProxy對象，一般是使用dbus_g_proxy_new_*函數建立出來的。用戶端發送方法請求可以增加
標記，目前只有org.freedesktop.DBus.GLib.NoReply標記，dbus可以不要回應訊息，沒有“out”參數，這樣運算速度
會快一點。

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