Qt D-Bus

Введение

D-Bus — это механизм межпроцессного взаимодействия (IPC) и вызова удаленных процедур (RPC), первоначально разработанный для Linux, чтобы заменить существующие и конкурирующие решения IPC единым протоколом. Он также был разработан для обеспечения связи между процессами системного уровня (такими как службы принтеров и драйверов оборудования) и обычными пользовательскими процессами.

Он использует быстрый двоичный протокол обмена сообщениями, который подходит для внутримашинной связи благодаря низкой задержке и низким накладным расходам. Его спецификация в настоящее время определена проектом freedesktop.org, и доступна всем заинтересованным сторонам.

Взаимодействие в целом происходит через центральную серверную программу, называемую «шиной» (отсюда и название), но также возможна прямая связь между приложениями. При взаимодействии через шину приложения могут запросить список других доступных приложений и служб, а также активировать одну по требованию.

Шины

Шины D-Bus используются, когда требуется взаимодействие «многие ко многим». Для этого перед подключением приложений к шине запускается центральный сервер: этот сервер отвечает за отслеживание подключенных приложений и правильное маршрутизирование сообщений от источника к получателю.

Кроме того, D-Bus определяет две хорошо известные шины — системную шину и сессионную шину. Эти шины особенные тем, что у них есть хорошо определённая семантика: некоторые службы определены как находящиеся на одной или обеих этих шинах.

Например, приложение, желающее получить список подключённых к компьютеру устройств аппаратного обеспечения, вероятно, будет взаимодействовать со службой, доступной по системной шине, в то время как служба, предоставляющая возможность открытия веб-браузера пользователя, вероятно, будет находиться на сессионной шине.

На системной шине также можно ожидать ограничений на то, какие службы каждое приложение разрешено предлагать. Таким образом, можно быть уверенными в том, что, если определённая служба присутствует, она предлагается доверенным приложением.

Концепции

Сообщения

На низком уровне приложения взаимодействуют по D-Bus, отправляя друг другу сообщения. Сообщения используются для передачи вызовов удалённых процедур, а также ответов и ошибок, связанных с ними. При использовании через шину сообщения имеют место назначения, что означает, что они маршрутизируются только к заинтересованным сторонам, предотвращая перегрузки из-за «атаки» или широковещательной рассылки.

Однако специальный тип сообщения, называемый «сообщением-сигналом» (концепция, основанная на механизме «Сигналы и слоты» Qt), не имеет предварительно определённого места назначения. Поскольку его назначение заключается в использовании в контексте «один ко многим», сообщения-сигналы разработаны для работы по механизму «выбор по принципу opt-in».

Модуль Qt D-Bus полностью инкапсулирует низкоуровневую концепцию сообщений в более простое, объектно-ориентированное представление, знакомое разработчикам Qt. В большинстве случаев разработчику не нужно беспокоиться об отправке или приёме сообщений.

Имена служб

При взаимодействии по шине приложения получают так называемое «имя службы»: это то, как приложение выбирает, чтобы быть известным другим приложениям на той же шине. Имена служб посредничают службы D-Bus и используются для маршрутизации сообщений от одного приложения к другому. Аналогичными концепциями именам служб являются IP-адреса и имена хостов: компьютер обычно имеет один IP-адрес и может иметь одно или несколько имён хостов, связанных с ним, в соответствии со службами, которые он предоставляет сети.

С другой стороны, если шина не используется, имена служб также не используются. Если сравнить это с компьютерной сетью, это будет эквивалентно сети «точка-точка»: поскольку узел известен, нет необходимости использовать имена хостов, чтобы найти его или его IP-адрес.

Формат имени службы D-Bus фактически очень похож на имя хоста: это последовательность букв и цифр, разделённых точками. Общепринятой практикой является даже именование имени своей службы в соответствии с доменным именем организации, которая определила эту службу.

Например, служба D-Bus определена freedesktop.org и может быть найдена на шине под именем службы:

org.freedesktop.DBus

Пути объектов

Как и сетевые хосты, приложения предоставляют определённые службы другим приложениям, экспортируя объекты. Эти объекты организованы иерархически, как и отношения «родитель-дочерний», которые имеют классы, производные от QObject. Однако есть отличие: существует понятие «корневого объекта», который является конечным родителем всех объектов.

Если продолжить нашу аналогию с веб-службами, пути объектов соответствуют пути части URL:

Как и они, пути объектов в D-Bus образуются, похожие на имена путей в файловой системе: это метки, разделённые слешами, каждая из которых состоит из букв, цифр и символа нижнего подчёркивания («_»). Они всегда должны начинаться с косой черты и не должны заканчиваться ею.

Интерфейсы

Интерфейсы похожи на абстрактные классы C++ и ключевое слово Java interface, и объявляют «договор», который устанавливается между вызывающим и вызываемым объектами. То есть они устанавливают имена методов, сигналов и свойств, которые доступны, а также поведение, ожидаемое с обеих сторон при установлении связи.

Qt использует очень похожий механизм в своей системе плагинов: базовые классы в C++ связываются с уникальным идентификатором с помощью макроса Q_DECLARE_INTERFACE().

Имена интерфейсов D-Bus фактически называются аналогично тому, что предполагается системой плагинов Qt: обычно это идентификатор, сконструированный из доменного имени сущности, которая определила этот интерфейс.

Справочник

Для облегчения запоминания форматов имён и их назначения можно использовать следующую таблицу:

Отладка

При разработке приложений, использующих D-Bus, иногда бывает полезно видеть информацию о сообщениях, отправленных и полученных по шине каждым приложением.

Эту функцию можно включить для каждого приложения, установив переменную среды QDBUS_DEBUG перед запуском каждого приложения. Например, мы можем включить отладку только для автомобиля в примере управляемого по D-Bus автомобиля, запустив контроллер и автомобиль следующим образом:

examples/dbus/remotecontrolledcar/controller/controller &
QDBUS_DEBUG=1 examples/dbus/remotecontrolledcar/car/car &

Информация о сообщениях будет записана в консоль, из которой было запущено приложение.

Лицензии

Модуль Qt D-Bus доступен под коммерческими лицензиями от компании Qt. Кроме того, он доступен под лицензиями свободного программного обеспечения. Начиная с Qt 5.4, эти лицензии свободного программного обеспечения — GNU Lesser General Public License, версия 3 или GNU General Public License, версия 2. Подробнее см. Qt Licensing.

Дополнительные материалы для чтения

Следующие документы содержат информацию о функциях интеграции Qt D-Bus и подробно описывают механизмы, используемые для отправки и получения информации о типах по шине:

• Использование адаптеров Qt D-Bus
• Система типов Qt D-Bus
• Компилятор XML Qt D-Bus (qdbusxml2cpp)
• Классы Qt D-Bus C++
• Примеры Qt D-Bus
• Просмотрщик D-Bus