一种IPC通信机制Gdbus详解

news2025/1/22 8:29:13

一、DBus介绍

常规进程间通信有管道，消息队列，共享内存，以及socket等，每个都有优劣，这次我们介绍一种高阶的进程间通信方式DBus。
DBus通信是IPC通信机制的一种方式，本身是建立在socket机制之上，它支持远程函数调用和信号传递。
它有两种模式，分别为：session(会话模式)、system(总线模式)
总线模式（system bus）：采用总线模式时，系统需要维护一个DBus Daemon，每个DBus的请求通过DBus Daemon转发。这种模式Server只需要维护一个与DBus Daemon的链接，结构清晰，可以通过广播的方式发送消息到各个Client。
会话模式（session bus）：这种模式一般称之为点对点的星型结构，Client与Server之间是直接的Peer2Peer的连接，少了DBus Daemon的中转，因此性能较好。
在这里插入图片描述

二、DBus API

glib API中有两种可以用的，分别是dbus-glib和gdbus，dbus-glib是一种老的API，现在不推荐使用了，gdbus是从glib2.26开始添加的，目前推荐使用。gdbus和glib-dbus都是GNU组织开发的，gdbus可以认为是dbus-glib的升级版，其编程过程比起dbus-glib来要简单得多。

三、DBus 开发

多进程之间需要通信，可能有一对一，可能有一对多，多对多的通信方式。为简单起见，我们假设某个系统中就只有两个进程需要通信——我们称之为Server和Client。基于GDBus的进程间通信，首先就是要定义好Server和Client之间的通信接口。在GDBus编程框架下，我们使用xml文件来描述接口，然后通过GDbus提供的工具生成对应的C/C++代码。
通常应用的组织形式如下，服务端发布的时候同时提供接口库供其他客户端程序调用，客户端连接接口库即可，像正常的接口调用，如下图，下面我们通过一个设置、获取一个人姓名和年龄，并且设置完姓名和年龄后会广播给所有客户端的程序来学习一下GDBus。
在这里插入图片描述
interface_people.xml

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<node>
  <interface name="gdbus.demo.people">
    <method name="set_name">
      <arg name="name" type="s" direction="in"/>
      <arg name="ret" type="b" direction="out"/>
    </method>
    <method name="get_name">
      <arg name="name" type="s" direction="out"/>
    </method>
    <method name="set_age">
      <arg name="age" type="i" direction="in"/>
      <arg name="ret" type="b" direction="out"/>
    </method>
    <method name="get_age">
      <arg name="age" type="i" direction="out"/>
    </method>
    <signal name="send_info">
      <arg name="name" type="s"/>
      <arg name="age" type="i"/>
    </signal>
  </interface>
</node>

四、数据类型介绍

上面XML中使用了一些数据类型，对应关系如下表。
1、基本数据类型

NameCode in D-BusData Type in glibData Type in libdbus-C++
BYTE‘y’gucharunsigned char
BOOLEAN‘b’gbooleanbool
INT16‘n’gint16signed short
UINT16‘q’guint16unsigned short
INT32‘i’gintint
UINT32‘u’guintunsigned int
INT64‘x’gint64signed long long
UINT64‘t’guint64unsigned long long
DOUBLE‘d’gdoubledouble
STRING‘s’const gchar *std::string
OBJECT_PATH‘o’const gchar *DBus::Path :public std::string
UNIX_FD‘h’GVariant *int
SIGNATURE‘g’const gchar *DBus::Signature :public std::string

2、复杂数据类型

NameCode in D-BusData Type in glibData Type in libdbus-C++
STRUCT‘(‘ and ‘)’GvariantDBus::Struct<>
ARRAY‘a’Gvariantstd::vector<>
VARIANT‘v’GvariantDBus::Variant
DICT_ENTRY‘{’ and ‘}’(Only appear after ‘a’)GvariantWhen it is used together with ‘a’,it is representedby std::map<>

五、程序运行

gdbus运行需要先运行deamon和环境变量
方法一：
1、运行下面脚本，生成地址，同时这个daemon要跑着

dbus-daemon --config-file=/etc/dbus-1/session.conf --print-address

2、生成的地址替换掉下面的地址部分

export DBUS_SESSION_BUS_ADDRESS=unix:abstract=/tmp/dbus-4z6nMwqewd,guid=e6359f4ef81d07fc7185fb8b6059d267

3、在需要运行程序的终端中设置上面的环境变量
方法二：
1、执行完下面脚本，然后在同一终端运行Server和Client

eval dbus-launch --auto-syntax

方法三：

export DBUS_SESSION_BUS_ADDRESS="unix:abstract=/tmp/dbus-cwrMdqoyqU,guid=4780330fcb5755ab1492ce8800000024"
dbus-daemon --config-file=/etc/dbus-1/session.conf --address=$DBUS_SESSION_BUS_ADDRESS

六、代码附录

文件结构如下
在这里插入图片描述
重点代码
client.cpp

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

#include "interface.h"

using namespace std;

int main(void)
{
	string name = "";
	int age = 0;

	interface iface;
	iface.initDBusCommunication();

	name = "dongdong.fan";
    iface.set_name(name);
	iface.set_age(30);

	name = iface.get_name();
	age = iface.get_age();

	cout << "Have a people name:" << name << "age:" << age;

    while (1)
	{
		sleep(10);
	}

    return 0;
}

service.cpp

#include <unistd.h>

#include "people.h"
#include "gdbusServer.h"

int main()
{
    initDBusCommunication();

    while (1)
	{
		sleep(10);
	}

    return 0;
}

gdbusServer.cpp

#include "gdbusServer.h"

#include <ctype.h>
#include <gio/gio.h>
#include <glib.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#include "gdbusCommon.h"
#include "people.h"
#include "people_gen_interface.h"

static guint g_own_id = 0;
static GMainLoop *g_pLoop = NULL;
static GdbusDemoPeople *g_pSkeleton = NULL;
static people g_people;

// start
static gboolean set_name_method(GdbusDemoPeople *object,
                                GDBusMethodInvocation *invocation,
                                const gchar *in_arg,
                                gpointer user_data) {
    my_printf("Server set_name_method is call, arg is : %s.\n", in_arg);
    bool ret = 0;
    string strTemp = in_arg;
    ret = g_people.set_name(strTemp);

    gdbus_demo_people_complete_set_name(object, invocation, ret);

    // 同时广播
    gdbus_demo_people_emit_send_info(
        object,
        g_people.get_name().c_str(),
        g_people.get_age());

    return TRUE;
}

static gboolean get_name_method(GdbusDemoPeople *object,
                                GDBusMethodInvocation *invocation,
                                const gchar *in_arg,
                                gpointer user_data) {
    my_printf("Server get_name_method is call.\n");
    string strTemp = g_people.get_name();

    gdbus_demo_people_complete_get_name(object, invocation, strTemp.c_str());

    return TRUE;
}

static gboolean set_age_method(GdbusDemoPeople *object,
                               GDBusMethodInvocation *invocation,
                               gint in_arg,
                               gpointer user_data) {
    my_printf("Server set_age_method is call, arg is : %d.\n", in_arg);
    bool ret = 0;
    ret = g_people.set_age(in_arg);

    gdbus_demo_people_complete_set_age(object, invocation, ret);

    // 同时广播
    gdbus_demo_people_emit_send_info(
        object,
        g_people.get_name().c_str(),
        g_people.get_age());

    return TRUE;
}

static gboolean get_age_method(GdbusDemoPeople *object,
                               GDBusMethodInvocation *invocation,
                               gpointer user_data) {
    my_printf("Server get_age_method is call.\n");
    int age = g_people.get_age();

    gdbus_demo_people_complete_get_age(object, invocation, age);

    return TRUE;
}
// end

static void GBusAcquired_Callback(GDBusConnection *connection,
                                  const gchar *name,
                                  gpointer user_data) {
    GError *pError = NULL;

    g_pSkeleton = gdbus_demo_people_skeleton_new();

    // Attach to dbus signals
    // start
    (void)g_signal_connect(g_pSkeleton, "handle-set-name", G_CALLBACK(set_name_method), NULL);
    (void)g_signal_connect(g_pSkeleton, "handle-get-name", G_CALLBACK(get_name_method), NULL);
    (void)g_signal_connect(g_pSkeleton, "handle-set-age", G_CALLBACK(set_age_method), NULL);
    (void)g_signal_connect(g_pSkeleton, "handle-get-age", G_CALLBACK(get_age_method), NULL);
    // end

    (void)g_dbus_interface_skeleton_export(G_DBUS_INTERFACE_SKELETON(g_pSkeleton),
                                           connection,
                                           GDBUS_DEMO_PEOPLE_OBJECT_PATH,
                                           &pError);

    if (pError == 0) {
        my_printf("skeleton export successfully. \n");
    } else {
        my_printf("Error: Failed to export object. Reason: %s.\n", pError->message);
        g_error_free(pError);
        g_main_loop_quit(g_pLoop);
        return;
    }
}

static void GBusNameAcquired_Callback(GDBusConnection *connection,
                                      const gchar *name,
                                      gpointer user_data) {
    my_printf("GBusNameAcquired_Callback, Acquired bus name: %s \n", GDBUS_DEMO_PEOPLE_NAME);
}

static void GBusNameLost_Callback(GDBusConnection *connection,
                                  const gchar *name,
                                  gpointer user_data) {
    if (connection == NULL) {
        my_printf("GBusNameLost_Callback, Error: Failed to connect to dbus. \n");
    } else {
        my_printf("GBusNameLost_Callback, Error: Failed to get dbus name : %s\n", GDBUS_DEMO_PEOPLE_NAME);
    }
    g_main_loop_quit(g_pLoop);
}

static void *run_callback(void *arg) {
    g_main_loop_run(g_pLoop);
    return NULL;
}

bool initDBusCommunication(void) {
    bool ret = false;
    pthread_t tid;

    g_pLoop = g_main_loop_new(NULL, FALSE);
    if (NULL == g_pLoop) {
        my_printf("g_pLoop is NULL\n");
        goto LEAVE;
    }

    g_own_id = g_bus_own_name(G_BUS_TYPE_SESSION,
                              GDBUS_DEMO_PEOPLE_NAME,
                              G_BUS_NAME_OWNER_FLAGS_NONE,
                              &GBusAcquired_Callback,
                              &GBusNameAcquired_Callback,
                              &GBusNameLost_Callback,
                              NULL,
                              NULL);

    pthread_create(&tid, NULL, run_callback, NULL);

    ret = true;
LEAVE:
    return ret;
}

bool uinitDBusCommunication(void) {
    g_bus_unown_name(g_own_id);
    g_main_loop_unref(g_pLoop);
    return true;
}

gdbusServer.cpp

#ifndef _GDBUS_SERVER_H_
#define _GDBUS_SERVER_H_

bool initDBusCommunication(void);
bool uinitDBusCommunication(void);

#endif

people.cpp

#include "people.h"

people::people()
{
    m_name = "default";
    m_age = 20;
}

people::~people()
{
    //todo
}

bool people::set_name(string &name)
{
    m_name = name;
    return true;
}

string people::get_name()
{
    return m_name;
}

bool people::set_age(int age)
{
    m_age = age;
    return true;
}

int people::get_age()
{
    return m_age;
}

people.hpp

#ifndef _PEOPLE_H_
#define _PEOPLE_H_

#include <string>

using namespace std;

class people
{
    public:
    people();
    ~people();

    bool set_name(string &name);
    string get_name();
    bool set_age(int age);
    int get_age();
    
    private:
    string m_name;     // 姓名
    int m_age;         // 年龄  
};

#endif

interface.hpp

#ifndef  _INTERFACE_H_
#define  _INTERFACE_H_

#include <string>

class interface
{
    public:
    interface();
    virtual ~interface();

    bool initDBusCommunication(void);

    //people
    bool set_name(std::string &name);
    std::string get_name();
    bool set_age(int age);
    int get_age();
};

#endif

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