linux+Qt 下利用D-Bus进行进程间高效通信的三种方式

linux+Qt 下利用D-Bus进行进程间高效通信的三种方式

原文链接:
https://www.cnblogs.com/wwang/archive/2010/10/27/1862552.html

D-Bus概述
什么是D-Bus？

D-Bus是一种进程间通信的机制，它被设计成为一种低开销、低延迟的IPC，并被多种桌面环境（如KDE、GNOME等）所采用。
关于D-Bus的详细介绍可以参考freedesktop.org提供的两份文档， D-Bus Tutorial 和 D-Bus Specification 。
基本概念

D-Bus提供了多种Message Bus用于应用程序之间的通信。通常，Linux发行版都会提供两种Message Bus：System Bus和Session Bus。System Bus 主要用于内核和一些系统全局的service之间通信；Session Bus 主要用于桌面应用程序之间的通信。
D-Bus中用于通信的基本单元叫做Message，Message的具体格式可以参考 D-Bus Specification 。
当应用程序连接到M essage Bus上时，D-Bus会分配一个unique connection name，这个unique name通常的格式如":34-907"。Unique name以":“开头，后面的数字没有特别的意义，只是为了保证这个unique name的唯一性。
另外，应用程序还可以向Message Bus请求一个well-known name，格式如同一个反置的域名，例如"com.mycompany.myapp”。当一个应用程序连接到Message Bus上时，可以拥有两种名称：unique connection name和well-known name。这两种名称的关系可以理解为网络上的IP地址和域名的关系。
在D-Bus规范里，unique connection name和well-known name都叫做Bus Name。这点比较奇怪，也比较拗口，Bus Name并不是Message Bus的名称，而是应用程序和Message Bus之间的连接的名称。
应用程序和Message Bus之间的连接也被称为Service，这样一来，把Bus Name称作Service Name在概念上会更清晰一点。
当应用程序连接到Message Bus上时，该应用程序可以在Bus上创建一到多个Object（我们可以把D-Bus的object理解成面向对象语言里的object）。Service通过Object 为其他应用程序提供访问接口。因为在Message Bus上，一个应用程序可以对应多个Object，所以不同的Object必须由Object Path（类似于文件系统的路径）来区分。Object Path的格式如"/foo/bar"。
对于Service Name和Object Path，QT4文档中有一个类比还是比较直观的，如下图所示：

图中的ftp.example.com可以看作是Service Name，/pub/something可以看作是Object Path。

D-Bus通过Signal/Method来发送和接收Message。Signal/Method可以理解为QT4中的Signal/Slot这个概念。一个Object可以提供多个Method/Signal，这些Method/Signal的集合又组成了Interface。

因此，D-Bus的这些概念从大到小可以表示为：Message Bus->Service->Object->[Interface]->Method/Signal。

其中，Interface是可选的。

D-Bus 调试工具

常用的D-Bus调试工具有 D-Feet、qdbusviewer等。
在C onsole窗口中键入qdbusviewer命令可以打开QT自带的qdbusviewer 。

如上图所示，我们可以通过qdbusviewer来调用Object在Message Bus上发布的所有Method。

D -Bus 的 QT4 绑定

下面，我们通过一个实例来介绍D-Bus的QT4绑定。（参见hotel.pro）
我们在Session bus上创建一个"com.test.hotel" service，通过这个service可以执行check in，check out和query三个动作。

注： 一个通过service的名称来确定进程，即每个进程应该有一个自己的service，而不是多进程共用一个service，我在初期就犯了这个错，想通过在一个service下注册不同的Object来区别各个进程，

实际上这是不可行的，Object的作用是用来区分一个进程内多个通信对象的Object， service名称不可相同， 如果你只有一个进程间需要通信的DbusObject， 例如：

你在两个进程里分别注册 名字为 com.zyl.test 和 com.zyl.test1 的两个service， 然后分别在各自的service中 注册 名字为/testObject 的dbus 对象， 然后创建 在com.zyl.test 的进程中创建

service name 为com.zyl.test1 ， path 为 /testObject 的 接口对象， 在com.zyl.test1 的进程中创建service name 为com.zyl.test ， path 为 /testObject 的 接口对象， 即可实现双方的互相调用

注册service

注册Object

创建proxy代理对象并且调用

创建Service并且注册Object

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication a(argc, argv);
    // 用于建立到session bus的连接
    QDBusConnection bus = QDBusConnection::sessionBus();
    // 在session bus上注册名为"com.test.hotel"的service
    if (!bus.registerService("com.test.hotel")) {
            qDebug() << bus.lastError().message();
            exit(1);
    }
    Hotel my_hotel;
    // 注册名为"/hotel/registry"的object。
    // "QDBusConnection::ExportAllSlots"表示把类Hotel的所有Slot都导出为这个Object的method
    bus.registerObject("/hotel/registry", &my_hotel,
                       QDBusConnection::ExportAllSlots);
    return a.exec();
}

我们再看一下Hotel类的定义。

class Hotel : public QObject
{
    Q_OBJECT
    // 定义Interface名称为"com.test.hotel.registry"
    Q_CLASSINFO("D-Bus Interface", "com.test.hotel.registry")
public:
    Hotel() { m_rooms = MAX_ROOMS; }
public slots:
    // Check in，参数为房间数，返回成功拿到的房间数
    int checkIn(int num_room);
    // Check out，参数为房间数，返回成功退回的房间数
    int checkOut(int num_room);
    // Query，用于查询目前还剩下的房间数
    int query();
private:
    int m_rooms;
    QReadWriteLock m_lock;
};

运行这个程序，我们可以使用qdbusviewer查看和操作这个Object。

通过QDBusMessage访问Service
在QT4中，用QDBusMessage表示在D-Bus上发送和接收的Message。（参见checkin.pro）

// 用来构造一个在D-Bus上传递的Message
QDBusMessage m = QDBusMessage::createMethodCall("com.test.hotel",
                                              "/hotel/registry",
                                              "com.test.hotel.registry",
                                              "checkIn");
if (argc == 2) {
        // 给QDBusMessage增加一个参数;
        // 这是一种比较友好的写法，也可以用setArguments来实现
        m << QString(argv[1]).toInt();
}
// 发送Message
QDBusMessage response = QDBusConnection::sessionBus().call(m);
// 判断Method是否被正确返回
if (response.type() == QDBusMessage::ReplyMessage) {
        // QDBusMessage的arguments不仅可以用来存储发送的参数，也用来存储返回值;
        // 这里取得checkIn的返回值
        int num_room = response.arguments().takeFirst().toInt();
        printf("Got %d %s\n", num_room, (num_room > 1) ? "rooms" : "room");
} else {
        fprintf(stderr, "Check In fail!\n");
}

通过QDBusInterface 访问Service

在QT4中，QDBusInterface可以更加方便的访问Service。（参见checkin2.pro）

// 创建QDBusInterface
QDBusInterface iface( "com.test.hotel", "/hotel/registry",
                      "com.test.hotel.registry", QDBusConnection::sessionBus());
if (!iface.isValid()) {
        qDebug() << qPrintable(QDBusConnection::sessionBus().lastError().message());
        exit(1);
}
// 呼叫远程的checkIn，参数为num_room
QDBusReply reply = iface.call("checkIn", num_room);
if (reply.isValid()) {
        num_room = reply.value();
        printf("Got %d %s\n", num_room, (num_room > 1) ? "rooms" : "room");
} else {
        fprintf(stderr, "Check In fail!\n");
}

看，用QDBusInterface来访问Service是不是更加方便？

从D-Bus XML自动生成Proxy类

用QDB usInterface访问Service已经非常方便了，但还不够直观。还有没有更直观的方法，就像访问本地类成员变量的方式访问远程的method？答案是Proxy。

Proxy Object提供了一种更加直观的方式来访问Service，就好像调用本地对象的方法一样。

概括的说，达成上述目标需要分三步走：

（1）使用工具qdbuscpp2xml从hotel.h生成XML文件；

            qdbuscpp2xml -M hotel.h -o com.test.hotel.xml

（2）使用工具qdbusxml2cpp从XML文件生成继承自QDBusInterface的类；

            qdbusxml2cpp com.test.hotel.xml -i hotel.h -p hotelInterface

   这条命令会生成两个文件：hotelInterface.cpp和hotelInterface.h

（3）调用（2）生成的类来访问Service。

Qt 5.11里， 可以不再使用工具从xml来导出 继承自QDBusInterface的类，

只需在pro文件中添加xml文件名称则可自动导出并且识别

代理类的使用方式为

注意: 不可以将代理类作为成员变量在原始类中使用，这样会造成互相包含的编译问题，

我这里使用的是全局变量的形式，使用代理类的槽和本地的信号槽一样，甚至还可以有返回值

下面是举例（参见checkin3.pro ）：

// 初始化自动生成的Proxy类com::test::hotel::registry
com::test::hotel::registry myHotel("com.test.hotel",
                                   "/hotel/registry",
                                   QDBusConnection::sessionBus());
// 调用checkIn
QDBusPendingReply reply = myHotel.checkIn(num_room);
// qdbusxml2cpp生成的Proxy类是采用异步的方式来传递Message，
// 所以在此需要调用waitForFinished来等到Message执行完成
reply.waitForFinished();
if (reply.isValid()) {
        num_room = reply.value();
        printf("Got %d %s\n", num_room, (num_room > 1) ? "rooms" : "room");
} else {
        fprintf(stderr, "Check In fail!\n");
} 

使用Adapter注册Object

如前文所述，我们可以直接把class Hotel注册为Message Bus上的一个Object，但这种方式并不是QT4所推荐的。QT4推荐使用Adapter来注册Object。
很多情况下，我们可能只需要把我们定义的类里的方法有选择的发布到Message Bus上，使用Adapter可以很方便的实现这种意图。
以前文中的Hotel为例，假设我们只需要把checkIn和checkOut发布到Message Bus上，应该怎么办？

（1）使用工具 qdbuscpp2xml从hotel.h生成XML文件；

            qdbuscpp2xml -M hotel.h -o com.test.hotel.xml 

（2）编辑com.test.hotel.xml，把其中的query部分去掉；
即去掉以下三条语句：

（3）使用工具qdbusxml2cpp从XML文件生成继承自QDBusInterface的类；
qdbusxml2cpp com.test.hotel.xml -i hotel.h -a hotelAdaptor
这条命令会生成两个文件：hotelAdaptor.cpp和hotelAdaptor.h
（4）调用（3）生成的类来注册Object。

（参见hotel2.pro）

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication a(argc, argv);
    QDBusConnection bus = QDBusConnection::sessionBus();
    Hotel myHotel;
    // RegistryAdaptor是qdbusxml2cpp生成的Adaptor类
    RegistryAdaptor myAdaptor(&myHotel);
    if (!bus.registerService("com.test.hotel")) {
            qDebug() << bus.lastError().message();
            exit(1);
    }
    bus.registerObject("/hotel/registry", &myHotel);
    return a.exec();
}

运行这个应用程序，我们从qdbusviewer上可以看到，只有checkIn和checkOut两个method被发布。如下图所示：

自动启动Service
D-Bus系统提供了一种机制可以在访问某个service时，自动把该程序运行起来。sr/share/dbus-1/services下面建立com.test.hotel.service文件，文件的内容如下：
[D-BUS Service]Name=com.test.hotelExec=/path/to/your/hotel
这样，我们在访问Hotel的method之前，就不必手动运行该应用程序了。