D-Bus 体系

 

有很多种IPC或者网络通信系统，如：CORBA, DCE, DCOM, DCOP, XML-RPC, SOAP, MBUS, Internet Communications Engine (ICE)等等，可能会有数百种，dbus的目的主要是下面两点：
1.在同一个桌面会话中，进行桌面应用程序之间的通讯
2.桌面程序与内核或者守护进程的通信。

Dbus是一套进程通信体系，它有以下几层：
1.libdbus库，提供给各个应用程序调用，使应用程序具有通信和数据交换的能力，两个应用程序可以直接进行通信，就像是一条socket通道，两个程序之间建立通道之后，就可以通讯了。
2.消息守护进程，在libdbus的基础上创建，可以管理多个应用程序之间的通信。每个应用程序都和消息守护进程建立dbus的链接，然后由消息守护进程进行消息的分派。
3.各种包装库，有libdbus-glib，libdbus-qt等等，目的是将dbus的底层api进行一下封装。

下面有一张图可以很方便说明dbus的体系结构。

dbus中的消息由一个消息头（标识是哪一种消息）和消息数据组成，比socket的流式数据更方便一些。bus daemon 就像是一个路由器，与各个应用程序进行连接，分派这些消息。bus daemon 在一台机器上有多个实例，第一个实例是全局的实例，类似于sendmail和或者apache，这个实例有很严格的安全限制，只接受一些特定的系统消息，用于系统通信。其他bus daemon是一些会话，用于用户登录之后，在当前会话(session)中进行的通讯。系统的bus daemon 和会话的bus daemon 是分开的，彼此不会互相影响，会话bus daemon 不会去调用系统的bus daemon 。

Native Objects and Object Paths
在不同的编程语言中，都定义了一些“对象”，如java中的java.lang.Object，GLIB中的GObject，QT中的QObject等等。D-BUS的底层接口，和libdbus API相关，是没有这些对象的概念的，它提供的是一种叫对象路径（object path），用于让高层接口绑定到各个对象中去，允许远端应用程序指向它们。object path就像是一个文件路径，可以叫做/org/kde/kspread/sheets/3/cells/4/5等。

Methods and Signals
每个对象都有一些成员，两种成员:方法(methods)和信号(signals)，在对象中，方法可以被调用。信号会被广播，感兴趣的对象可以处理这个信号，同时信号中也可以带有相关的数据。每一个方法或者信号都可以用一个名字来命名，如”Frobate” 或者 “OnClicked”。

Interfaces
每个对象都有一个或者多个接口，一个接口就是多个方法和信号的集合。dbus使用简单的命名空间字符串来表示接口，如org.freedesktop.Introspectable。可以说dbus接口相当于C++中的纯虚类。

Proxies
代理对象用于模拟在另外的进程中的远端对象，代理对象像是一个正常的普通对象。d-bus的底层接口必须手动创建方法调用的消息，然后发送，同时必须手动接受和处理返回的消息。高层接口可以使用代理来替换这些，当调用代理对象的方法时，代理内部会转换成dbus的方法调用，等待消息返回，对返回结果解包，返回给相应的方法。可以看看下面的例子，使用dbus底层接口编写的代码：
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();
}
使用代理对象编写的代码：
Proxy proxy = new Proxy(getBusConnection(), "/remote/object/path");
Object returnValue = proxy.MethodName(arg1, arg2);
客户端代码减少很多。

 

Bus Names
当一个应用程序连接上bus daemon时，daemon会分配一个唯一的名字给它。以冒号（:）开始，这些名字在daemon的生命周期中是不会改变的，可以认为这些名字就是一个IP地址。当这个名字映射到应用程序的连接上时，应用程序可以说拥有这个名字。同时应用可以声明额外的容易理解的名字，比如可以取一个名字com.mycompany.TextEditor，可以认为这些名字就是一个域名。其他应用程序可以往这个名字发送消息，执行各种方法。

名字还有第二个重要的用途，可以用于跟踪应用程序的生命周期。当应用退出（或者崩溃）时，与bus的连接将被OS内核关掉，bus将会发送通知，告诉剩余的应用程序，该程序已经丢失了它的名字。名字还可以检测应用是否已经启动，这往往用于只能启动一个实例的应用。

Addresses
使用d-bus的应用程序既可以是server也可以是client，server监听到来的连接，client连接到server，一旦连接建立，消息就可以流转。如果使用dbus daemon，所有的应用程序都是client，daemon监听所有的连接，应用程序初始化连接到daemon。

dbus地址指明server将要监听的地方，client将要连接的地方，例如，地址：unix:path=/tmp/abcdef表明server将在/tmp/abcdef路径下监听unix域的socket，client也将连接到这个socket。一个地址也可以指明是TCP/IP的socket，或者是其他的。

当使用bus daemon时，libdbus会从环境变量中（DBUS_SESSION_BUS_ADDRESS）自动认识“会话daemon”的地址。如果是系统daemon，它会检查指定的socket路径获得地址，也可以使用环境变量（DBUS_SESSION_BUS_ADDRESS）进行设定。

当dbus中不使用daemon时，需要定义哪一个应用是server，哪一个应用是client，同时要指明server的地址，这不是很通常的做法。

Big Conceptual Picture
要在指定的对象中调用指定的方法，需要知道的参数如下：
Address -> [Bus Name] -> Path -> Interface -> Method
bus name是可选的，除非是希望把消息送到特定的应用中才需要。interface也是可选的，有一些历史原因，DCOP不需要指定接口，因为DCOP在同一个对象中禁止同名的方法。

Messages - Behind the Scenes
如果使用dbus的高层接口，就可以不用直接操作这些消息。DBUS有四种类型的消息：
1.方法调用（method call） 在对象上执行一个方法
2.方法返回（method return）返回方法执行的结果
3.错误（error）调用方法产生的异常
4.信号（signal）通知指定的信号发生了，可以想象成“事件”。

要执行 D-BUS 对象的方法，需要向对象发送一个方法调用消息。它将完成一些处理并返回一个方法返回消息或者错误消息。信号的不同之处在于它们不返回任何内容：既没有“信号返回”消息，也没有任何类型的错误消息。

每个消息都有一个消息头，包含多个字段，有一个消息体，包含多个参数。可以认为消息头是消息的路由信息，消息体作为一个载体。消息头里面的字段包含发送的bus name，目标bus name，方法或者信号名字等，同时消息头里面定义的字段类型规定了消息体里面的数据格式。例如：字符“i”代表了”32-bit integer”，“ii”就代表了消息体里面有两个”32-bit integer”。

Calling a Method - Behind the Scenes
在dbus中调用一个方法包含了两条消息，进程A向进程B发送方法调用消息，进程B向进程A发送应答消息。所有的消息都由daemon进行分派，每个调用的消息都有一个不同的序列号，返回消息包含这个序列号，以方便调用者匹配调用消息与应答消息。调用消息包含一些参数，应答消息可能包含错误标识，或者包含方法的返回数据。

方法调用的一般流程：
1.使用不同语言绑定的dbus高层接口，都提供了一些代理对象，调用其他进程里面的远端对象就像是在本地进程中的调用一样。应用调用代理上的方法，代理将构造一个方法调用消息给远端的进程。
2.在DBUS的底层接口中，应用需要自己构造方法调用消息（method call message），而不能使用代理。
3.方法调用消息里面的内容有：目的进程的bus name，方法的名字，方法的参数，目的进程的对象路径，以及可选的接口名称。
4.方法调用消息是发送到bus daemon中的。
5.bus daemon查找目标的bus name，如果找到，就把这个方法发送到该进程中，否则，daemon会产生错误消息，作为应答消息给发送进程。
6.目标进程解开消息，在dbus底层接口中，会立即调用方法，然后发送方法的应答消息给daemon。在dbus高层接口中，会先检测对象路径，接口，方法名称，然后把它转换成对应的对象（如GObject，QT中的QObject等）的方法，然后再将应答结果转换成应答消息发给daemon。
7.bus daemon接受到应答消息，将把应答消息直接发给发出调用消息的进程。
8.应答消息中可以包容很多返回值，也可以标识一个错误发生，当使用绑定时，应答消息将转换为代理对象的返回值，或者进入异常。

bus daemon不对消息重新排序，如果发送了两条消息到同一个进程，他们将按照发送顺序接受到。接受进程并需要按照顺序发出应答消息，例如在多线程中处理这些消息，应答消息的发出是没有顺序的。消息都有一个序列号可以与应答消息进行配对。

Emitting a Signal - Behind the Scenes
在dbus中一个信号包含一条信号消息，一个进程发给多个进程。也就是说，信号是单向的广播。信号可以包含一些参数，但是作为广播，它是没有返回值的。

信号触发者是不了解信号接受者的，接受者向daemon注册感兴趣的信号，注册规则是”match rules”，记录触发者名字和信号名字。daemon只向注册了这个信号的进程发送信号。

信号的一般流程如下：
1.当使用dbus底层接口时，信号需要应用自己创建和发送到daemon，使用dbus高层接口时，可以使用相关对象进行发送，如Glib里面提供的信号触发机制。
2.信号包含的内容有：信号的接口名称，信号名称，发送进程的bus name，以及其他参数。
3.任何进程都可以依据”match rules”注册相关的信号，daemon有一张注册的列表。
4.daemon检测信号，决定哪些进程对这个信号感兴趣，然后把信号发送给这些进程。
5.每个进程收到信号后，如果是使用了dbus高层接口，可以选择触发代理对象上的信号。如果是dbus底层接口，需要检查发送者名称和信号名称，然后决定怎么做。

Glib绑定接口在"dbus/dbus-glib.h"头文件中定义。
dbus和glib的数据类型映射如下：

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数据也有包容器类型，像DBUS_TYPE_ARRAY 和 DBUS_TYPE_STRUCT，dbus的数据类型可以是嵌套的，如有一个数组，内容是字符串的数组集合。

但是，并不是所有的类型都有普通的使用，DBUS_TYPE_STRUCT应该可以包容非基本类型的数据类型。glib绑定尝试使用比较明显的方式进行声明。

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.

同时定义了新的数组类型集合。

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

定义了字典类型

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

 

 

client端编写

我们的程序在使用dbus的时候，首先需要连接上dbus，使用dbus_g_bus_get获得dbus连接。然后可以创建代理对象。

需要调用方法的时候，可以有两种方式：1.同步调用，使用dbus_g_proxy_call发送方法请求到远端对象，dbus会阻塞等待远端对象的回应，输出参数里将会带有相应的回应数据,以G_TYPE_INVALID作为终止符。2.异步调用，使用dbus_g_proxy_begin_call，它将返回一个DBusGPendingCall对象，可以使用dbus_g_pending_call_set_notify连接到自己的处理函授中。

可以使用dbus_g_proxy_add_signal 和 dbus_g_proxy_connect_signal来连接信号，dbus_g_proxy_add_signal用来声明信号处理函数，属于必须被调用的接口，dbus_g_proxy_connect_signal可以调用多次。

Generated Bindings
使用内置的xml文件，可以很方便地自动创建出易于使用的dbus代理对象。如下的一个xml文件描述了了一个方法：


<?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”标识输入参数，“out”标识输出参数。
使用dbus-binding-tool工具来生成头文件，如dbus-binding-tool –mode=glib-client my-object.xml > my-object-bindings.h，会产生如下的内联函数原型：

/* 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);


所有函数的第一个参数都是DBusGProxy对象，一般是使用dbus_g_proxy_new_*函数创建出来的。客户端发送方法请求可以增加标记，目前只有org.freedesktop.DBus.GLib.NoReply标记，dbus可以不要回应消息，没有“out”参数，这样运算速度会快一点。

server端的编写

在GLib中，通过dbus表现出GObject，必须写XML文件描述这个对象的方法等属性。像上一篇文章中提到的例子：

<?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 >


一旦写完XML，运行dbus-binding-tool工具，如 dbus-binding-tool –mode=glib-server my-object.xml > my-object-glue.h.

然后在本地代码中include产生的头文件，调用dbus_g_object_class_install_info进行类的初始化，传递对象和对象信息进去，如 dbus_g_object_type_install_info (COM_FOO_TYPE_MY_OBJECT, &com_foo_my_object_info);每个对象类都需要这样做。

为了执行方法，需要定义一个C函数，如my_object_many_args，需要遵守的规则如下：
1.函数返回gboolean，true表示成功，false标识失败。
2.第一个参数必须是对象实例的指针。
3.跟在实例指针后面的参数是方法的输入参数。
4.输入参数后面是输出参数。
5.最后一个参数必须是GError **，如果函数返回失败，必须使用g_set_error填充该错误参数。
如下的xml文件

<method name="Increment">
<arg type="u" name="x" />
<arg type="u" direction="out" />
</method>


对应的函数定义为：
gboolean
my_object_increment (MyObject *obj, gint32 x, gint32 *ret, GError **error);

最后可以使用dbus_g_connection_register_g_object输出一个对象，如
dbus_g_connection_register_g_object (connection,”/com/foo/MyObject”, obj);

server端的声明（Annotations）：
org.freedesktop.DBus.GLib.CSymbol
org.freedesktop.DBus.GLib.Async
org.freedesktop.DBus.GLib.Const
org.freedesktop.DBus.GLib.ReturnVal

 

dbus启动问题

 

首先需要启动守护进程
dbus-daemon –system –print-pid –print-address
结果提示 Failed to start message bus: Could not get UID and GID for username “messagebus”
dbus需要有一个messagebus用户，创建该用户即可，useradd messagebus，问题解决。

执行一个dbus测试程序，提示：D-Bus library appears to be incorrectly set up; failed to read machine uuid: Failed to open “/usr/var/lib/dbus/machine-id”: No such file or directory
没有machine-id文件，查了一下，需要给它定义一个id，使用dbus-uuidgen >/usr/var/lib/dbus/machine-id
产生这个文件，该问题解决。

再次执行测试程序，又有问题：Couldn’t connect to session bus: Failed to execute dbus-launch to autolaunch D-Bus session,看了帮助http://dbus.freedesktop.org/doc/dbus-launch.1.html
AUTOMATIC LAUNCHING一节，需要设置DBUS_SESSION_BUS_ADDRESS环境变量的值，先执行dbus-launch,获得了DBUS_SESSION_BUS_ADDRESS值，再export一下，最后执行测试程序，OK了

在dbus帮助中有一篇关于dbus-launch的文章，可以在脚本中启动dbus-launch，同时自动设置DBUS_SESSION_BUS_ADDRESS环境变量，脚本文件rundbus如下：

if test -z "$DBUS_SESSION_BUS_ADDRESS" ; then
## if not found, launch a new one
eval `dbus-launch --sh-syntax --exit-with-session`
echo "D-Bus per-session daemon address is: $DBUS_SESSION_BUS_ADDRESS"
fi


执行. rundbus即可。