 | 级别： 初级 Ross Burton (r.burton@180sw.com), 软件工程师, OneEighty Software, Ltd.
2004 年 8 月 19 日 D-BUS 是一个大有前途的消息总线和活动系统，正开始深入地渗透到 Linux 桌面之中。了解创建它的原因、它的用途以及发展前景。 D-BUS 本质上是 进程间通信（inter-process communication）（IPC）的一个实现。不过，有一些 特性使得 D-BUS 远远不是“只是另一个 IPC 实现”。有很多不同的 IPC 实现，因为每一个都定位于解决 特定的明确定义的问题。CORBA 是用于面向对象编程中复杂的 IPC 的一个强大的解决方案。DCOP 是一个 较轻量级的 IPC 框架，功能较少，但是可以很好地集成到 K 桌面环境中。SOAP 和 XML-RPC 设计用于 Web 服务，因而使用 HTTP 作为其传输协议。D-BUS 设计用于桌面应用程序和 OS 通信。 桌面应用程序通信 典型的桌面都会有多个应用程序在运行，而且，它们经常需要彼此进行通信。DCOP 是一个用于 KDE 的 解决方案，但是它依赖于 Qt，所以不能用于其他桌面环境之中。类似的，Bonobo 是一个用于 GNOME 的 解决方案，但是非常笨重，因为它是基于 CORBA 的。它还依赖于 GObject，所以也不能用于 GNOME 之外。 D-BUS 的目标是将 DCOP 和 Bonobo 替换为简单的 IPC，并集成这两种桌面环境。由于尽可能地减少了 D-BUS 所需的依赖，所以其他可能会使用 D-BUS 的应用程序不用担心引入过多依赖。 桌面/操作系统通信 术语“操作系统”在这里不仅包括内核，还包括系统后台进程。例如，通过使用 D-BUS 的 udev （Linux 2.6 中取代 devfs 的， 提供动态 /dev 目录），当设备（比如一个 USB 照相机）插入时会发放出一个信号。 这样可以更紧密地将硬件集成到桌面中，从而改善用户体验。 D-BUS 特性 D-BUS 有一些有趣的特性，使其像是一个非常有前途的选择。 协议是低延迟而且低开销的，设计得小而高效，以便最小化传送的往返时间。另外，协议是二进制的，而 不是文本的，这样就排除了费时的序列化过程。由于只面向本地机器处理的使用情形，所以所有的消息 都以其自然字节次序发送。字节次序在每个消息中声明，所以如果一个 D-BUS 消息通过网络传输到 远程的主机，它仍可以被正确地识别出来。 从开发者的角度来看，D-BUS 是易于使用的。有线协议容易理解，客户机程序库以直观的方式对其进行 包装。 程序库还设计用于为其他系统所包装。预期，GNOME 将使用 GObject 创建包装 D-BUS 的包装器 （实际上这些已经部分存在了，将 D-BUS 集成入它们的事件循环），KDE 将使用 Qt 创建类似的 包装器。由于 Python 具有面向对象特性和灵活的类型，已经有了具备类似接口的 Python 包装器。 最后，D-BUS 正在 freedesktop.org 的保护下进行开发，在那里，来自 GNOME、KDE 以及 其他组织的对此感兴趣的成员参与了设计与实现。
D-BUS 的内部工作方式 典型的 D-BUS 设置将由几个总线构成。将有一个持久的 系统总线（system bus），它在 引导时就会启动。这个总线由操作系统和后台进程使用，安全性非常好，以使得任意的应用程序 不能欺骗系统事件。还将有很多 会话总线（session buses），这些总线当用户登录后启动，属于 那个用户私有。它是用户的应用程序用来通信的一个会话总线。当然，如果一个应用程序需要接收 来自系统总线的消息，它不如直接连接到系统总线 —— 不过，它可以发送的消息将是受限的。 一旦应用程序连接到了一个总线，它们就必须通过添加 匹配器（matchers） 来声明它们希望 收到哪种消息。匹配器为可以基于接口、对象路径和方法进行接收的消息指定一组规则（见后）。 这样就使得应用程序可以集中精力去处理它们想处理的内容，以实现消息的高效路由，并保持总线 上消息的预期数量，以使得不会因为这些消息导致所有应用程序的性能下降并变得很慢。 对象 本质上，D-BUS 是一个对等（peer-to-peer）的协议 —— 每个消息都有一个源和一个目的。这些地址 被指定为 对象路径。概念上，所有使用 D-BUS 的应用程序都包括一组 对象，消息发送到 或者发送自特定对象 —— 不是应用程序 —— 这些对象由对象路径来标识。 另外，每个对象都可以支持一个或多个 接口（interfaces）。这些接口看起来类似于 Java 中 的接口或者 C++ 中的纯粹的虚类（pure virtual classes）。不过，没 有选项来检查对象是否实现了它们所声明的接口，而且也没有办法可以调查对象内部以使列出其支持的接口。 接口用于名称空间和方法名称，因此一个单独的对象可以有名称相同而接口不同的多个方法。 消息 在 D-BUS 中有四种类型的消息：方法调用（method calls）、方法返回（method returns）、信号（signals） 和错误（errors）。要执行 D-BUS 对象的方法，您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。 消息也可以有任意的参数。参数是强类型的，类型的范围是从基本的非派生类型（布尔（booleans）、 字节（bytes）、整型（integers））到高层次数据结构（字符串（strings）、数组（ arrays）和字典（dictionaries））。 服务 服务（Services） 是 D-BUS 的最高层次抽象，它们的实现当前还在不断发展变化。应用程序 可以通过一个总线来注册一个服务，如果成功，则应用程序就已经 获得 了那个服务。其他应用 程序可以检查在总线上是否已经存在一个特定的服务，如果没有可以要求总线启动它。服务抽象的细节 —— 尤其是服务活化 —— 当前正处于发展之中，应该会有变化。
用例 尽管 D-BUS 相对较新，但是却迅速地得到了采用。如前所述，可以构建具有 D-BUS 支持的 udev 以使得当热插拔（hot-plug）设备时它可以发送一个信号。 任何应用程序都可以侦听这些事件并当接收到这些事件时执行动作。例如，gnome-volume-manager 可以检测到 USB 存储棒的插入并自动挂载它；或者，当插入一个数码相机时它可以自动下载照片。 一个更为有趣但很不实用的例子是 Jamboree 和 Ringaling 的结合。Jamboree 是一个简单的音乐播放器， 它具有 D-BUS 接口，以使得它可以被告知播放、到下一首歌、改变音量等等。Ringaling 是一个小程序， 它打开 /dev/ttyS0（一个串行端口）并观察接收到的内容。当 Ringaling 发现文本“RING”时，就通过 D-BUS 告知 Jamboree 减小音量。最终的结果是，如果您的计算机上插入了一个调制解调器，而且电话 铃响，则音乐音量就会为您减小。 这正是计算机所追求的!
代码示例 现在，让我们来接触一些使用 D-BUS 代码的示例。 dbus-ping-send.c 每秒通过会话总线发送一个参数为字符串“Ping!”的信号。我使用 Glib 来 管理总线，以使得我不需要自己来处理总线的连接细节。
清单 1. dbus-ping-send.c
#include <glib.h> #include <dbus/dbus-glib.h> static gboolean send_ping (DBusConnection *bus); int main (int argc, char **argv) { GMainLoop *loop; DBusConnection *bus; DBusError error; /* Create a new event loop to run in */ loop = g_main_loop_new (NULL, FALSE); /* Get a connection to the session bus */ dbus_error_init (&error); bus = dbus_bus_get (DBUS_BUS_SESSION, &error); if (!bus) { g_warning ("Failed to connect to the D-BUS daemon: %s", error.message); dbus_error_free (&error); return 1; } /* Set up this connection to work in a GLib event loop */ dbus_connection_setup_with_g_main (bus, NULL); /* Every second call send_ping() with the bus as an argument*/ g_timeout_add (1000, (GSourceFunc)send_ping, bus); /* Start the event loop */ g_main_loop_run (loop); return 0; } static gboolean send_ping (DBusConnection *bus) { DBusMessage *message; /* Create a new signal "Ping" on the "com.burtonini.dbus.Signal" interface, * from the object "/com/burtonini/dbus/ping". */ message = dbus_message_new_signal ("/com/burtonini/dbus/ping", "com.burtonini.dbus.Signal", "Ping"); /* Append the string "Ping!" to the signal */ dbus_message_append_args (message, DBUS_TYPE_STRING, "Ping!", DBUS_TYPE_INVALID); /* Send the signal */ dbus_connection_send (bus, message, NULL); /* Free the signal now we have finished with it */ dbus_message_unref (message); /* Tell the user we send a signal */ g_print("Ping!\n"); /* Return TRUE to tell the event loop we want to be called again */ return TRUE; } |
main 函数创建一个 GLib 事件循环，获得会话总线的一个连接， 并将 D-BUS 事件处理集成到 Glib 事件循环之中。然后它创建了一个名为 send_ping 间隔为一秒的计时器，并启动事件循环。
send_ping 构造一个来自于对象路径 /com/burtonini/dbus/ping 和 接口 com.burtonini.dbus.Signal 的新的 Ping 信号。然后，字符串 “Ping!”作为参数添加到信号中并通过总线发送。在标准输出中会打印一条消息以让用户知道发送了 一个信号。
当然，不应该向总线发送了信号而没有任何程序在侦听它们……于是我们需要：
清单 2. dbus-ping-listen.c
#include <glib.h> #include <dbus/dbus-glib.h> static DBusHandlerResult signal_filter (DBusConnection *connection, DBusMessage *message, void *user_data); int main (int argc, char **argv) { GMainLoop *loop; DBusConnection *bus; DBusError error; loop = g_main_loop_new (NULL, FALSE); dbus_error_init (&error); bus = dbus_bus_get (DBUS_BUS_SESSION, &error); if (!bus) { g_warning ("Failed to connect to the D-BUS daemon: %s", error.message); dbus_error_free (&error); return 1; } dbus_connection_setup_with_g_main (bus, NULL); /* listening to messages from all objects as no path is specified */ dbus_bus_add_match (bus, "type='signal',interface='com.burtonini.dbus.Signal'"); dbus_connection_add_filter (bus, signal_filter, loop, NULL); g_main_loop_run (loop); return 0; } static DBusHandlerResult signal_filter (DBusConnection *connection, DBusMessage *message, void *user_data) { /* User data is the event loop we are running in */ GMainLoop *loop = user_data; /* A signal from the bus saying we are about to be disconnected */ if (dbus_message_is_signal (message, DBUS_INTERFACE_ORG_FREEDESKTOP_LOCAL, "Disconnected")) { /* Tell the main loop to quit */ g_main_loop_quit (loop); /* We have handled this message, don't pass it on */ return DBUS_HANDLER_RESULT_HANDLED; } /* A Ping signal on the com.burtonini.dbus.Signal interface */ else if (dbus_message_is_signal (message, "com.burtonini.dbus.Signal", "Ping")) { DBusError error; char *s; dbus_error_init (&error); if (dbus_message_get_args (message, &error, DBUS_TYPE_STRING, &s, DBUS_TYPE_INVALID)) { g_print("Ping received: %s\n", s); dbus_free (s); } else { g_print("Ping received, but error getting message: %s\n", error.message); dbus_error_free (&error); } return DBUS_HANDLER_RESULT_HANDLED; } return DBUS_HANDLER_RESULT_NOT_YET_HANDLED; } |
这个程序侦听 dbus-ping-send.c 正在发出的信号。 main 函数 和前面一样启动，创建一个到总线的连接。然后它声明愿意当具有 com.burtonini.dbus.Signal 接口的信号被发送时得到通知，将signal_filter 设置为通知函数， 然后进入事件循环。 当满足匹配的消息被发送时， signal_func 会被调用。不过，它也将会 收到来自总线本身的总线管理信号。要确定接收到消息时应该做些什么，仅仅需要检验消息头。如果消息是 总线断开信号，则事件循环终止，因为侦听一个不存在的总线是没有意义的。（告知总线信号已经处理）。 然后，将到来的消息与期望的消息相比较，如果成功，则解出参数并输出。如果到来的消息不是其中的任何一个， 则告知总线没有处理那个消息。 那两个示例使用了低层的 D-BUS 程序库，这个程序库是完全的，但是当您想创建服务和很多对象时， 使用起来冗长得令人厌倦。有正在开发中的 C# 和 Python 包装器，提供了非常接近于 D-BUS 的逻辑 模型的编程接口。作为一个示例，这里是用 Python 重新对 ping/listen 示例进行了更为精致的实现。 由于 Python 绑定模拟了逻辑接口，所以不可能不通过一个服务来发送信号。所以这个例子也要创建 一个服务：
清单 3. dbus-ping-send.py
#! /usr/bin/env python import gtk import dbus # Connect to the bus bus = dbus.Bus() # Create a service on the bus service = dbus.Service("com.burtonini.dbus.SignalService", bus) # Define a D-BUS object class SignalObject(dbus.Object): def __init__(self, service): dbus.Object.__init__(self, "/", [], service) # Create an instance of the object, which is part of the service signal_object = SignalObject(service) def send_ping(): signal_object.broadcast_signal("com.burtonini.dbus.Signal", "Ping") print "Ping!" return gtk.TRUE # Call send_ping every second to send the signal gtk.timeout_add(1000, send_ping) gtk.main() |
代码大部分是不言而明的：获得一个到总线的连接并注册 com.burtonini.dbus.SignalService 服务。然后创建一个最小限度的 D-BUS 对象， 这个对象每秒广播一个信号。代码比相应的 C 代码 更简单， 但是需要做 Python 绑定的工作。（例如，没有方法向信号添加参数。）
清单 4. dbus-ping-listen.py
#! /usr/bin/env python import gtk import dbus bus = dbus.Bus() def signal_callback(interface, signal_name, service, path, message): print "Received signal %s from %s" % (signal_name, interface) # Catch signals from a specific interface and object, and call signal_callback # when they arrive. bus.add_signal_receiver(signal_callback, "com.burtonini.dbus.Signal", # Interface None, # Any service "/" # Path of sending object ) # Enter the event loop, waiting for signals gtk.main() |
此代码比 dbus-ping-listen.c 中相应的 C 代码 更简明，也更容易读懂。此外， 有些地方需要做绑定的工作（当调用 bus.add_signal_receiver 时，用户必须传入 一个接口和一个对象路径；否则会创建不正常的匹配器）。这是一个微不足道的缺陷，一旦这个缺陷被修正，就可以 去服务和对象路径参数除，这将进一步提高代码的可读性。
结束语 D-BUS 是一个轻量级但是很强大的远程过程调用系统，为希望使用它的应用程序带来最小的开销代价。 D-BUS 正由一组非常有经验的程序员进行积极的公开开发。D-BUS 得到了早期采用者的迅速接受，因而它在 Linux 桌面领域似乎有一个乐观的未来。
参考资料
关于作者 | | | Ross Burton 是一位普通的计算机科学研究生，他白天编写 Java 程序和嵌入式系统。在晚上， 为了摆脱那令人生厌的工作，他更愿意编写 Python、C 和 GTK+ 程序。您可以通过r.burton@180sw.com与 Ross 联系。 |
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