ROS服务(Service)通信：通信模型、Hello World与拓展
服务通讯是基于请求响应模式的，是一种应答机制。
用于偶然的、对时时性有要求、有一定逻辑处理需求的数据传输场景。
一、服务通讯模型
服务是一种双向通讯方式，它通过请求和应答的方式传递消息，该模型涉及到三个角色：
- Master (管理者)
- Server（服务端）
- Client（客户端）
Master 负责保管 Server 和 Client 的注册信息，并匹配服务名称相同的 Server 和 Client ，帮助 他们建立连接，连接建立后，Client 可以发送请求信息， Server 收到请求后返回响应信息。
服务模型通讯流程：
-
0）advertise：服务端注册
服务端（Server）向管理者（Master）注册信息，包括RPC地址和Service名字。Master会将服务端的注册信息加入到注册表中。
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1）客户端注册
客户端（Client）向管理者（Master）注册信息，包括Service名字。Master会将客户端（Client）的注册信息加入到注册表中。
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2）Master匹配信息：牵线搭桥
管理者（Master）通过查询注册表发现有匹配的服务端（Server）和客户端（Client），则通过RPC向客户端（Client）发送服务端（Server）的 TCP/UDP 地址信息。
-
3）客户端发送请求信息
客户端根据服务端的 TCP/UDP 地址与服务端建立网络连接，并发送请求信息。
-
4）服务端响应请求
服务端收到请求数据后，通过处理产生响应数据，通过 TCP/UDP 返回给客户端。
Note：
- 上述实现流程中，前三步使用 RPC 协议，最后两步使用 TCP/UDP 协议，默认TCP。
- 客户端请求时，必须保证服务端已经启动。
- 服务名相同的客户端可以有多个，服务端只能有1个。
- 与话题通信不同，服务通信过程中，ROS Master必须处于启动状态。
二、Service Hello World
万物始于Hello World，同样，使用Hello World介绍Service的简单使用。
使用Service传输数据时，需要注意以下几点：
- Service名称
- 消息格式（srv）
- 服务端实现
- 客户端实现
接下来实现一个简单的 Service 服务通信，客户端请求启动机器人，服务端启动机器人的各个模块，然后返回执行结果。
2.1 创建并初始化功能包
首先创建 service_hello_world 包，命令如下：
catkin_creat_pkg service_hello_world std_srvs roscpp rospy
创建后，文件结构如下：
2.2 确定Service名称及消息格式
Service名称：/hello_world_service
消息格式：std_srvs::SetBool
消息文件路径：/opt/ros/noetic/share/std_srvs/srv/SetBool.srv
消息文件内容：
bool data # e.g. for hardware enabling / disabling
---
bool success # indicate successful run of triggered service
string message # informational, e.g. for error messages
2.3 实现服务端与客户端（C++版）
在创建的 service_hello_world 包路径下有一个 src 目录，在这里存储C++源码，我们创建 service_hello_world_server.cpp 以实现服务端，编辑内容如下：
#include 创建 service_hello_world_client.cpp 以实现客户端，编辑内容如下：
#include 修改 CMakeLists.txt ，只需添加如下内容：
add_executable(${PROJECT_NAME}_client src/service_hello_world_client.cpp)
add_executable(${PROJECT_NAME}_server src/service_hello_world_server.cpp)
target_link_libraries(${PROJECT_NAME}_client
${catkin_LIBRARIES}
)
target_link_libraries(${PROJECT_NAME}_server
${catkin_LIBRARIES}
)
编译运行
进入工作空间执行 catkin_make 命令编译工程，编译成功后，使用如下命令依次启动服务端和客户端。
1. 启动ros master
roscore
2. 启动服务端
rosrun service_hello_world service_hello_world_server
3. 启动客户端
rosrun service_hello_world service_hello_world_client
结果如下：
目前为止，Service Hello World 已经成功了。
2.4 实现服务端与客户端（Python版）
在创建的 service_hello_world 包路径下 src 目录的同级，创建一个 scripts 目录，在这里存储脚本（如python脚本），我们创建 service_hello_world_server.py 以实现服务端，编辑内容如下：
import rospy
from std_srvs.srv import SetBool, SetBoolResponse
def dealRobotSwitch(req):
flag = req.data
rospy.loginfo("服务器收到 [%s] 机器人的指令.", "启动" if flag else "关闭")
if flag:
rospy.loginfo("正在启动机器人各模块...")
if rospy.Time.now().to_nsec() % 2 == 0:
rospy.loginfo("机器人各模块启动成功.\n")
return SetBoolResponse(True, "Hello World.")
else:
rospy.logerr("机器人各模块启动失败.\n")
return SetBoolResponse(False, "再睡一会")
else:
rospy.loginfo("正在关闭机器人各模块...")
if rospy.Time.now().to_nsec() % 2 == 0:
rospy.loginfo("机器人各模块关闭成功.\n")
return SetBoolResponse(True, "Good Night.")
else:
rospy.logerr("机器人各模块关闭失败.\n")
return SetBoolResponse(False, "我还能卷")
if __name__ == "__main__":
rospy.init_node("service_hello_world_server")
server = rospy.Service("/robotSwitch", SetBool, dealRobotSwitch)
rospy.loginfo("robotSwitch 服务已启动...")
rospy.spin()
创建 service_hello_world_client.py 以实现客户端，编辑内容如下：
import sys
import rospy
from std_srvs.srv import SetBool, SetBoolRequest
if __name__ == "__main__":
rospy.init_node("service_hello_world_client")
if len(sys.argv) != 2:
rospy.logerr("参数个数有误")
sys.exit(1)
flag = False
if sys.argv[1] == "on":
flag = True
elif sys.argv[1] == "off":
pass
else:
rospy.logwarn("仅支持on和off")
sys.exit(1)
rospy.loginfo("客户端请求 [%s] 机器人.", "启动" if flag else "关闭")
client = rospy.ServiceProxy("/robotSwitch", SetBool)
client.wait_for_service()
req = SetBoolRequest()
req.data = flag
res = client.call(req)
if res.success:
rospy.loginfo("操作成功，%s", res.message)
else:
rospy.logerr("操作失败，%s", res.message)
修改 CMakeLists.txt ，只需添加如下内容：
catkin_install_python(PROGRAMS
scripts/service_hello_world_server.py
scripts/service_hello_world_client.py
DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_BIN_DESTINATION}
)
编译运行
进入工作空间执行 catkin_make 命令编译工程，编译成功后，使用如下命令依次启动服务端和客户端。
1. 启动ros master(如果已启动，无需再启动)
roscore
2. 启动服务端
rosrun service_hello_world service_hello_world_server.py
3. 启动客户端
rosrun service_hello_world service_hello_world_client.py
结果如下：
