Cyber RT学习笔记---2.基础概念汇总

2.基础概念汇总

在前面我们介绍了Cyber RT的基础介绍以及框架方面的知识，我们对Cyber RT是一个什么样的系统和框架有了一个大概的认知。这节我们将介绍一下Cyber RT中的一些基础且关键的概念，搞清楚这些概念所代表的意义以及作用，之后我们再对Cyber RT的各个部分的详细过程以及使用方法进行细致的介绍。

这些概念我们将使用两种方法进行介绍，以保证我们对这些有一个大概的认知。首先我们会将这些概念与Ros中的概念进行对比介绍，以保证我们明白Cyber RT中这些概念与Ros中的概念的不同与相同，其次，我们会按照上节中所介绍的Cyber RT的框架的各个部分进行分门别类的介绍，以确保我们明白这些概念分别属于Cyber RT中的哪些部分以及相互之间的关系。

2.1 Cyber RT基础概念与ROS基础概念的对比

Cyber RT与ROS之间的对比如下图所示：
在这里插入图片描述

2.2 Cyber RT概念详解

接下来我们按照Cyber RT的框架进行相关概念的详细介绍。

2.2.1 基础库概念

（1）Lock-Free

		对象池
		队列

2.2.2 通信相关概念

（1）话题channel、Writer/Reader

在我们创建了Node之后，我们就可以使用Node去实例化Writer类和Reader类对Channel进行消息的推送和接收。

在使用时，我们需要标明Writer或者Reader推送或者接收的目标是谁，即要明确Topic;

而Channel可以看做是Topic对应的一块共享内存，这样我们就可以通过Writer/Reader进行数据的推送和接收了。

在此过程中使用的数据格式的定义是在对应的proto文件中。

该通信方式的使用场景：
适合于持续性通信的应用场景，比如雷达信号，摄像头图像信息这类数据的传输。

（2）服务server

服务Server的通信过程：
当客户端/Client发出消息请求获取某些数据的时候，服务端/Service才会进行对应的请求回应，并且将客户端需要的数据返回到指定的共享内存RTPS，客户端/Client自行从此共享内存取出数据。

在此过程中，Client与Server同样需要明确Topic是谁
RTPS可以看做是该Topic对应的一块共享内存。

Client和Service传输的数据依然在对应的proto文件中。
适用场景：
适用于不需要持续性发送数据

Service Discovery负责节点Node的监察。关于的详细介绍看这里：
Cyber - Service Discovery 模塊

（3）参数服务器ParameterServer

参数可以被看作是一些需要被各个模块共用或者使用过程中更改的“全局变量”。
Cyber RT中设计了全局参数服务器来实现这个功能，其通信依然基于RTps协议。

通过ParameterServer参数服务器我们可以对参数列表中的参数进行读取和更新，并且是客户端和服务端均可以进行该操作。

（4）数据通信基础Protobuf

Protobuf是Google公司开发的一种跨语言和平台的序列化数据结构的方式，是一个灵活的、高效的用于序列化数据的协议，与XML和JSON格式相比，Protobuf更小、更快、更便捷。

Protobuf是跨语言的，并且自带一个编译器(protoc)，只需要用protoc进行编译，就可以编译成Java、Python、C++、C#、Go等多种语言代码，然后可以直接使用，不需要再写其它代码，自带有解析的代码。

只需要将要被序列化的结构化数据定义一次(在.proto文件定义)，便可以使用特别生成的源代码(使用protobuf提供的生成工具)轻松的使用不同的数据流完成对结构数据的读写操作。甚至可以更新.proto文件中对数据结构的定义而不会破坏依赖旧格式编译出来的程序。

其优点如下：

性能效率高：序列化后字节占用空间比XML少3-10倍，序列化的时间效率比XML快20-100倍。
使用便捷便捷：将对结构化数据的操作封装成一个类，便于使用。
兼容性高：通信两方使用同一数据协议，当有一方修改了数据结构，不会影响另一方的使用。
跨语言：支持Java，C++，Python、Go、Ruby等多种语言。

（5）底层数据传输服务Transport

Cyber多进程通讯模块-Transport(Shared Memory篇）

Cyber 多進程通訊模塊 - Transport(Intra 和 rtps 篇）

（6）数据访问接口DataVisitor

DataVisitor（消息访问器）是一个辅助的类，一个数据处理过程对应一个DataVisitor，通过在DataVisitor中注册Notify（唤醒对应的协程，协程执行绑定的回调函数），并且注册对应的Buffer到DataDispather/消息分发器，这样在DataDispather/消息分发器工作的时候会通知对应的DataVisitor去唤醒对应的协程。

详细介绍看这里：
Cyber data_visitor 分析

（7）RoutineFactory

（8）节点Node

Node 跟rosnode在定位上有點像，都是負責上層的讀寫功能。
可以用Node::Reader在某channel (topic)中註冊回調，可以用Node::Writer把新的數據寫到channel中。

（9）通信管理Topology

			TopologyManager
				nodeManager（查找Node是否存在于Topology），
				ChannelManager（查找channel是否存在于Topology以及对应的Writer和Reader），					
				ServiceManager（查找Service是否存在于Topology以及对应的Server和client）

（10）小节

Cyber RT里面的元素之间的关系由Topology来表达并呈现
Topology相当于一个有向无环图DAG的描述
Node是有向无环图DAG里面的某个顶点
Channel是Writer流向Reader的边
Service是Server流向Client的边
Topology是由TopologyManager生成的，TopologyManager里面有三个内容：nodeManager（查找Node是否存在于Topology），ChannelManager（查找channel是否存在于Topology以及对应的Writer和Reader），ServiceManager（查找Service是否存在于Topology以及对应的Server和client）
TopologyManager依靠fast-rtps进行通信，可以监听元素加入和离开topology网络，可以自己注册channnelfunc来见听topology网络的变化
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2.2.3 数据缓存/融合层

	多路传感器之间的数据融合
	算法需要缓存一定的数据

2.2.4 计算模型

（1）调度器Scheduler

Cyber - Scheduler 模塊
Scheduler自然是把一堆Task做調度，然後順調度結果執行，就跟一般os的scheduling一样。

Scheduler中的主要Task有甚麼？
注意，Scheduler並不是負責管理Cyber中所有內部模塊的執行，有很多內部模塊有自己的thread，它們的調度是由os去做的，而不是Scheduler。Scheduler只管以下2種Task：
（1）第一種就是Component自身處理數據的task，即是Component中Proc()的部份
它會從DataVisitor拿數據，再調用bool Component::Process(const std::shared_ptr& msg0, …)，最後調用Proc()，這種task的task name就是在dag檔案中定義的Component名字，比如control
（2）第二種task，就是Node::Reader不停從DataVisitor拿數據，然後Enqueue到自身的Blocker容器，最後調用回調。
注意，Component一般是不會從中的reader拿數據來用的，除非是在is_reality_mode是False時，才會不生成第一種task，改為靠Reader去拿數據處理。
這種Task的使用比較靈活，因為你可以在自己的Componet中用this->node_->CreateReader去直接生成第二種Task
而這種Task的名字為Component Name + '’ + Channel Name，比如"control/apollo/planning"

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Processor 1 Processor等於一個Thread，內部會設定cpu親和度，用cpuset去把Processor的內部線程綁定到特定cpu
SchedulerFactory 外部接口，生成跟取得Scheduler實體
Scheduler 放Task到ProcessorContext的地方
SchedulerClassic Scheduler的Classic模式實現
SchedulerChoreography Scheduler的Choreography模式實現
ProcessorContext Processor拿Task的地方
ClassicContext ProcessorContext的Classic模式實現
ChoreographyContext ProcessorContext的Choreography模式實現

（2）协程Coroutine

			算法任务的载体

（3）DAG

DAG有向无环图
DAG有向无环图的拓扑排序方法：
按照每个顶点的输入量/输入边的数目的多少进行排序，例如下图中，其排序为542310或者452310。4，5顶点无输入，2，3顶点有一个输入，1，0顶点有两个输入
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（4）Native Thread/Processor

（5）调度算法

经典调度算法

（6）任务Task

任务Task的实现：CRoutine模块

2.2.5 接口

Cyber Rt框架建立在组件的概念之上。作为Cyber Rt的构建块，每个组件都是特定乐算法模块，它处理一组输入并产生一组输出。
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在上述的介绍中，我们看到，在Node里面与之有关的概念有通信机制类（Writer/Reader；Server/Client;Channel;Service），节点调度类（DAG，Topology，TopologyManager以及NodeManager、ChannelManager、ServiceManager），但除此之外，在Node里面还有Component和TimerComponent的存在。