Linux D-Bus 详解

媒介

在构建复杂应用或服务时，经常会碰到历程间通信的题目。DBus 提供了一个高效、可靠的解决方案，使得差别步伐之间可以轻松地进行消息交换和远程调用。本篇文章将带你详细了解 DBus 的工作机制及如何在你的项目中有效利用这一技术。
什么是 D-Bus？

D-Bus 是 Linux 及其他类 Unix 系统下的一种历程间通信机制（IPC）。那什么是历程间通信机制（IPC）呢？IPC（Inter-process communication）是操纵系统提供给历程用于管理共享数据的一套机制，简单来说，如果历程 A 和历程 B 要进行通信（发送数据），就要通过 IPC，如下图所示：

除了 D-Bus，Linux 常见的历程间通信（IPC）还有如下几种：

• 共享内存（Shared Memory）：多个历程直接访问同一块内存区域，实用于需要高速数据交换的场景。
  
• 管道（Pipes）：
  
  
  
  • 无名管道：父子历程之间的通信。
    
  • 定名管道：不干系的历程通过一个具著名称的特殊文件进行通信。
    
  
  
• 套接字（Sockets）：支持差别机器间或同一机器内历程间的通信，常见于网络编程。
  
• 信号（Signals）：向历程发送异步关照，常用于停止、控制历程或关照事件发生。
  
• 文件系统（File-based Communication）：通过普通的文件读写操纵，多个历程共享文件来交换数据。
  

既然有这么多 IPC，那为什么还需要 D-Bus 呢？这里就要说到 D-Bus 的出生背景，D-Bus 最初由 GNOME（桌面环境） 开发者 Havoc Pennington 发起，GNOME 和 KDE 作为两个主流的桌面环境，各自都有自己独立的历程间通信方案（如 GNOME 使用 Bonobo，KDE 使用 DCOP）。这两者的兼容性题目明显影响了 Linux 桌面应用步伐的整合和一致性。因此，D-Bus 的计划目的之一就是消除这些碎片化的通信机制，提供一个通用的 IPC 解决方案。
D-Bus 最初用于桌面环境，后来使用范围逐渐扩展，包含的系统服务越来越多。比方 NetworkManager 网络守护历程、BlueZ 蓝牙堆栈都使用 D-Bus 来提供其部分或全部的服务，systemd 也正促使传统的系统守护历程（如 logind）转换到 D-Bus 服务。所以 D-Bus 还有一个非常大的用途是用来进行硬件控制（好比通过 NetworkManager 服务来操纵 wifi 或通过 BlueZ 服务来操纵蓝牙）。
D-Bus 总线

D-Bus 提供了一种软件总线抽象，它将一组历程间的全部通信会合在一个共享的虚拟通道上。连接到总线的历程并不知道其内部实现细节，但 D-Bus 规范包管了全部连接到总线的历程都能通过它相互通信。

D-Bus 提供了两种总线：

• 系统总线（system bus）：系统总线是整个系统范围的，全部用户和系统服务都可以访问它。系统总线通常用于系统级别的历程和服务之间的通信，好比与硬件、系统守护历程（如 systemd、NetworkManager）等的交互。普通用户想要访问系统总线，则需要以 root 用户身份修改 D-Bus 的配置文件让其收效。
  
• 会话总线（session bus）：会话总线是为每个用户会话创建的，它仅对当前登录的用户的历程可见，其他用户的历程无法访问同一个会话总线。每个用户在他们的会话中都有一个独立的会话总线。
  

D-Bus 的配置文件位于 /usr/share/dbus-1 目录中。系统总线和会话总线的配置文件 system.conf 和 session.conf 分别在 /etc/dbus-1 目录下。
D-Bus 通信模子

D-Bus 接纳了 客户端-服务器（CS）模子的通信方式，但它中心多了一层消息总线，消息总线起到中央枢纽的脚色，雷同 MQTT 的 broker。历程既可以提供服务也可以作为客户端请求服务。
要让某个历程提供一个服务或作为客户端请求一个服务，需要提供如下参数：

• 服务名称（Service Name）：注册在 D-Bus 总线上服务的唯一名称
  
• 对象路径（Object Path）：雷同文件系统中的路径，每个 D-Bus 服务可以注册一个或多个对象，路径用来指定详细的对象，比方 /org/freedesktop/DBus 或 /com/example/MyService/MyObject。
  
• 接口（Interface）：界说了对象可以响应的详细方法（方法集）。接口名称通常也是域名反转情势，比方 org.freedesktop.DBus 或 com.example.MyService.Interface。每个对象可以实现多个接口，通过接口来界说详细能调用的方法。
  
• 通信模式：接口提供了 3 种通信模式，分别是：
  
  
  
  • 方法调用（Method Call）：方法雷同于编程语言的函数，可以传入差别参数实现差别的结果或返回差别的接口。
    
  • 属性（Property）：属性相当于编程语言的变量，可以读取或设置变量。
    
  • 信号（Signal）：雷同于回调函数，当某个事件触发（好比关照事件）时，向 D-Bus 总线广播信号，关照其他历程某些事件的发生。
    
  
  

D-Bus 消息范例

D-Bus 支持 4 种范例的消息，消息范例决定了消息的路由方式、目的以及如何处置惩罚：

• 方法调用（Method Call）：调用方法（Method）和获取、设置属性（Property）都属于此类消息，发送者会等待目的对象返回结果或错误消息。
  
• 方法返回（Method Return）：当发送者调用方法后，会等待方法调用的响应，它属于此类消息，此范例消息包含了执行结果，返回一个或多个结果值。
  
• 错误消息（Error Message）：方法调用发生错误时会返回此消息，包含错误的缘故原由。
  
• 信号消息（Signal Message）：信号消息用于广播信息，即某些事件的发生，通常用于关照其他历程系统状态的变化或某个操纵的结果。信号是 无请求 的，即不需要响应。
  

D-Bus 命令调试

在编写步伐来使用 D-Bus 之前，一般会先使用命令来测试我们想要的结果。D-Bus 提供了如下的命令以供我们通过命令来进行调试：

• busctl：一个用于与 D-Bus 总线进行交互的命令行工具，提供了更多管理和控制 D-Bus 总线的功能。
  
• dbus-send：一个较旧的 D-Bus 工具，用于向 D-Bus 总线发送消息。
  
• dbus-monitor：一个用于监视 D-Bus 消息流的命令行工具。它可以捕捉并显示通过 D-Bus 总线发送的消息和信号。
  
• d-feet：一个易于使用的 D-Bus GUI 调试器。
  

好比我想查看 org.freedesktop.NetworkManager 服务（一个网络管理工具）的 /org/freedesktop/NetworkManager 对象路径提供了哪些接口以及方法属性信号，可以使用如下命令：busctl introspect org.freedesktop.NetworkManager /org/freedesktop/NetworkManager。它会打印如下信息：

1. NAME                                TYPE      SIGNATURE        RESULT/VALUE                             FLAGS
2. org.freedesktop.DBus.Introspectable interface -                -                                        -
3. .Introspect                         method    -                s                                        -
4. org.freedesktop.DBus.Peer           interface -                -                                        -
5. .GetMachineId                       method    -                s                                        -
6. .Ping                               method    -                -                                        -
7. org.freedesktop.DBus.Properties     interface -                -                                        -
8. .Get                                method    ss               v                                        -
9. .GetAll                             method    s                a{sv}                                    -
10. .Set                                method    ssv              -                                        -
11. .PropertiesChanged                  signal    sa{sv}as         -                                        -
12. org.freedesktop.NetworkManager      interface -                -                                        -
13. .ActivateConnection                 method    ooo              o                                        -
14. .AddAndActivateConnection           method    a{sa{sv}}oo      oo                                       -
15. .AddAndActivateConnection2          method    a{sa{sv}}ooa{sv} ooa{sv}                                  -
16. .CheckConnectivity                  method    -                u                                        -
17. .CheckpointAdjustRollbackTimeout    method    ou               -                                        -
18. .CheckpointCreate                   method    aouu             o                                        -
19. .CheckpointDestroy                  method    o                -                                        -
20. .CheckpointRollback                 method    o                a{su}                                    -
21. .DeactivateConnection               method    o                -                                        -
22. .Enable                             method    b                -                                        -
23. .GetAllDevices                      method    -                ao                                       -
24. .GetDeviceByIpIface                 method    s                o                                        -
25. .GetDevices                         method    -                ao                                       -
26. .GetLogging                         method    -                ss                                       -
27. .GetPermissions                     method    -                a{ss}                                    -
28. .Reload                             method    u                -                                        -
29. .SetLogging                         method    ss               -                                        -
30. .Sleep                              method    b                -                                        -
31. .state                              method    -                u                                        -
32. .ActivatingConnection               property  o                "/"                                      emits-change
33. .ActiveConnections                  property  ao               0                                        emits-change
34. ......

复制代码

详细的用法可以通过 命令 --help 查看。
D-Bus 数据范例

在D-Bus 中，也有雷同编程语言中变量范例的概念，好比字符串范例、布尔范例等等，当我们调用一个方法，需要传入指定的参数范例，如果传的范例不对，则会导致调用方法失败。
范例分别如下两种：

• 底子范例（Basic types）：雷同于 C/C++、Python 等语言的基本数据范例。
  
• 容器范例（Container types）：允许组合或嵌套其他范例，形成复杂的结构。
  

基本范例有如下：

• y (Byte): 无符号 8 位整数 (uint8_t)
  
• b (Boolean): 布尔范例，true 或 false
  
• n (Int16): 有符号 16 位整数 (int16_t)
  
• q (UInt16): 无符号 16 位整数 (uint16_t)
  
• i (Int32): 有符号 32 位整数 (int32_t)
  
• u (UInt32): 无符号 32 位整数 (uint32_t)
  
• x (Int64): 有符号 64 位整数 (int64_t)
  
• t (UInt64): 无符号 64 位整数 (uint64_t)
  
• d (Double): 双精度浮点数 (double)
  
• s (String): UTF-8 编码的字符串
  
• o (Object Path): 表示 D-Bus 对象路径的字符串
  
• g (Signature): 表示 D-Bus 范例签名的字符串
  
• h (Unix File Descriptor): 文件形貌符，用于通报文件句柄
  

容器范例有如下：

• a (Array): 数组范例。数组中全部元素必须是相同的数据范例。表示为 a<type>，比方 ai 表示 int32_t 的数组。
  
• v (Variant): 可变范例，雷同于 C++ 的 std::variant，可以存储任意 D-Bus 范例。
  
• ( ) (Struct): 结构范例，表示为多个差别范例的组合。雷同于 C/C++ 中的结构体。比方，(is) 表示一个包含 int32_t 和 string 的结构体。
  
• { } (Dictionary/Dict Entry): 字典条目，表示键值对。通常表示为 a{key_type value_type}，比方 a{su} 表示键为 string，值为 uint32_t 的字典。
  

D-Bus 用户空间库

差别的编程语言都提供了干系的库供应用步伐进行调用，一般常用的如下：

• libdbus：libdbus 是 D-Bus 最底子的用户空间库，它提供了与 D-Bus 总线进行通信的功能。libdbus 是 C 语言编写的库，提供了低层次的接口来发送、接收消息以及管理 D-Bus 连接。它是 D-Bus 系统的核心库，许多 D-Bus 干系的工具和库都依赖它。
  
• GDBus (GLib-based)：GDBus 是 GLib 提供的一个 D-Bus 实现，它是通过 libdbus 进行封装，并提供了更加高层次、面向对象的接口，通常用于 GNOME 和其他基于 GLib 的应用步伐。
  
• dbus-c++：dbus-c++ 是一个 C++ 封装库，提供了封装的类和函数。它是一个较老的库，维护和更新的频率较低，不推荐使用。
  
• dbus-cxx：接纳现代化 C++ 进行开发，提供了更强大的 D-Bus Api 实现，推荐使用。
  
• Qt D-Bus：Qt D-Bus 是 Qt 库的一个模块，提供了对 D-Bus 的支持。它使得开发者能够在 Qt 应用步伐中通过 D-Bus 进行历程间通信。
  
• PyDBus (Python)：PyDBus 是一个 Python 库，提供了高层次的 Python 接口。
  
• D-Bus for Java：这是一个为 Java 语言提供的 D-Bus 客户端库。
  

C++ 版代码示例

下面以 dbus-cxx 库为例，给出干系的 D-Bus 代码示例。
作为服务：

1. #include <dbus-cxx.h>
2. #include <thread>
3. #include <chrono>
5. double add(double param1, double param2) {
6.     return param1 + param2;
7. }
9. int main() {
10.     std::shared_ptr<DBus::Dispatcher> dispatcher = DBus::StandaloneDispatcher::create();
12.     // 创建一个连接对象 `conn`，表示一个到 D-Bus 总线的连接。此处连接到用户会话总线。
13.     std::shared_ptr<DBus::Connection> conn = dispatcher->create_connection(DBus::BusType::SESSION);
15.     // 请求在 D-Bus 上注册服务名称 "dbuscxx.quickstart_0.server"。
16.     // `DBUSCXX_NAME_FLAG_REPLACE_EXISTING` 标志表示如果该名称已存在，则替换原服务。
17.     if (conn->request_name("dbuscxx.quickstart_0.server", DBUSCXX_NAME_FLAG_REPLACE_EXISTING) != DBus::RequestNameResponse::PrimaryOwner)
18.         return 1;  // 如果无法获得该名称的所有权，程序退出。
20.     // 创建一个对象，允许其他进程通过 D-Bus 调用该对象的方法。
21.     // "/dbuscxx/quickstart_0" 是该对象在 D-Bus 上的路径。
22.     // `DBus::ThreadForCalling::DispatcherThread` 表示该对象方法将在 D-Bus 分派线程中被调用。
23.     std::shared_ptr<DBus::Object> object = conn->create_object("/dbuscxx/quickstart_0", DBus::ThreadForCalling::DispatcherThread);
25.     // 创建一个方法 "add"，该方法可以通过 D-Bus 调用。
26.     // `sigc::ptr_fun(add)` 将 C++ 函数 `add` 转换为可以在 D-Bus 中使用的函数对象。
27.     // 该方法接收两个 `double` 类型的参数并返回一个 `double` 类型的值。
28.     object->create_method<double(double, double)>("dbuscxx.Quickstart", "add", sigc::ptr_fun(add));
30.     // 让程序运行 10 秒钟，保持 D-Bus 服务的活跃。
31.     // 在这段时间内，其他进程可以调用该服务的 `add` 方法。
32.     std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(10));
34.     return 0;
35. }

复制代码

作为客户端：

1. #include <dbus-cxx.h>
2. #include <iostream>
4. int main()
5. {
6.   std::shared_ptr<DBus::Dispatcher> dispatcher = DBus::StandaloneDispatcher::create();
8.   std::shared_ptr<DBus::Connection> connection = dispatcher->create_connection( DBus::BusType::SESSION );
10.   // 创建一个对象代理 `object`，它代表了 D-Bus 上的远程对象。
11.   // 这里的代理对象代表了一个名为 "dbuscxx.quickstart_0.server" 的服务
12.   // 和该服务上的对象路径 "/dbuscxx/quickstart_0"。
13.   std::shared_ptr<DBus::ObjectProxy> object = connection->create_object_proxy("dbuscxx.quickstart_0.server", "/dbuscxx/quickstart_0");
15.   // 创建方法代理 `add_proxy`，该代理方法将通过 D-Bus 调用远程服务的方法。
16.   // 这里的代理方法代表服务对象上的 "add" 方法，它接受两个 `double` 类型的参数。
17.   DBus::MethodProxy<double(double,double)>& add_proxy
18.     = *(object->create_method<double(double,double)>("dbuscxx.Quickstart","add"));
20.   double answer;
21.   // 使用方法代理调用远程 D-Bus 服务的 `add` 方法。此方法是阻塞调用，直到远程方法执行完毕。
22.   answer = add_proxy( 1.1, 2.2 );
24.   std::cout << "1.1 + 2.2 = " << answer << std::endl;
26.   return 0;
27. }

复制代码

参考文献

• https://dbus.freedesktop.org/doc/dbus-tutorial.html
  
• https://en.wikipedia.org/wiki/D-Bus
  
• https://www.softprayog.in/programming/d-bus-tutorial
  
• https://dbus.freedesktop.org/doc/dbus-daemon.1.html
  

免责声明：如果侵犯了您的权益，请联系站长，我们会及时删除侵权内容，谢谢合作！更多信息从访问主页：qidao123.com:ToB企服之家，中国第一个企服评测及商务社交产业平台。