【Linux】D-BUS介紹

綜述

D-Bus是一種IPC（程序間通信）機制的實作，相比其它的IPC，D-Bus更加的輕量和高速，這些優勢得益于它的如下特點：基于連接配接（Connection-based）,以二進制格式通信。

D-Bus有各種不同語言的實作（也并不一定是語言，可以是其它，比如某個特定的架構），最基礎的是C，有官方提供的參考代碼，也有Java、Python等，每種語言的實作被稱為D-Bus Binding。

D-Bus主要包含兩個元件，程序間通信需要調用的D-Bus庫（可以由不同的語言來實作）和D-Bus守護程序（Daemon）,程序間的通信主要通過D-Bus守護程序來完成，是以對于一個程式來說，它要做的隻是通過D-Bus庫與守護程序互動，而不需要關注底層的細節，這對于多語言的實作也很有幫助。D-Bus守護程序就像一條總線（Bus，後面提到的D-Bus總線就是D-Bus守護程序），各類需要通信的程序都連接配接其上，并互動資訊（Message）。

一個系統中可以有多條D-Bus總線，即多個D-Bus守護程序。D-Bus總線有兩種類型，一種是系統總線（System Bus），另一種是會話總線（Session Bus）。前者用于系統級别的通信，比如當有新硬體接入時的通知；後者由單個使用者使用。下面是Ubuntu18.04（下同）的一個例子，紅框部分指定了類型（這裡有兩個D-Bus總線沒有明确指定是系統還是會話總線，但是通過配置檔案還是有指定的）：

每條總線有一個位址（Address），名稱格式類似“/tmp/.hiddensocket”（從名稱上也可以看出來，D-Bus的底層實作其實是Socket，這個到以後如果講D-Bus實作時會說明），通過該位址其它程序就可以連接配接到該總線，這需要通過D-Bus庫調用接口，并使用該總線位址來打開（Open）與D-Bus守護程序的連接配接（Connection）。

D-Bus守護程序的啟動依賴于指令dbus-launch，它會調用另外的一個指令dbus-daemon（這個說法來自https://www.freedesktop.org/wiki/IntroductionToDBus/，但似乎可以直接調用了dbus-daemon），後者帶一個參數--config-file，可以指定配置檔案，通常的配置檔案位于/etc/dbus-1/目錄下，也分為用于系統總線和會話總線的兩種配置。如下所示：

配置檔案基于XML，具體以後再介紹。

D-Bus實作中的一些概念（後面幾節中将陸續介紹）：

A...	is identified by a(n)...	which looks like...	and is chosen by...
Bus	address	unix:path=/var/run/dbus/system_bus_socket	system configuration
Connection	bus name	:34-907 (unique) com.mycompany.TextEditor (well-known)	D-Bus (unique) or the owning program (well-known)
Object	path	/com/mycompany/TextFileManager	the owning program
Interface	interface name	org.freedesktop.Hal.Manager	the owning program
Member	member name	ListNames	the owning program

連接配接

程序與D-Bus總線的連接配接可以通過一個或多個名字找到，這些名字被稱為連接配接的總線名（Connection's Bus Name，注意它是連接配接的名字，而不是總線的名字，前面已經講過，總線通過位址找到），該名字的一般格式是com.acme.Foo，名字由點（.）分隔的字元串組成，字元串可以包含大小寫字元、數字、連接配接線（-）、下劃線（_）。這裡我們可以說連接配接擁有一個總線名com.acme.Foo。

當一個連接配接建立，D-Bus總線會給該連接配接配置設定一個不可變且唯一的總線名稱，它被稱為唯一連接配接名（Unique Connection Name），隻要該D-Bus總線還在，該名字就會被保留着，即使連接配接已經消失而新連接配接已經建立。這類總線名以冒号（:）開頭（隻有唯一連接配接名會以冒号開頭），格式如下：“:34-987”，這裡需要關注的隻是冒号，而不是後面的數字，它們本身沒有意義，隻是為了保證唯一性。

連接配接還可以有其它的名稱，比如說用可讀的名稱來提供服務（Service），這種名字需要包含兩個及以上的點，比如“com.acm.PortableHole”。同一時間，D-Bus總線上隻有一個連接配接可以擁有指定名稱。

關于不同的名稱，這裡做補充說明。連接配接的總線名可以認為是程序用的名稱，是可讀的名稱，唯一連接配接名是D-Bus總線用來标記連接配接的名稱，重點在于唯一性，這兩個名稱其實都表示的是同一個連接配接。至于最後一個跟服務有關的名稱，目前還不确定具體的作用。

對象模型

D-Bus實作中包含了一些面向對象的概念。 D-Bus總線上通信的是兩個程序，但是我們不直接讨論程序，而是将連接配接的兩端稱為對象（Object），對象存在與連接配接中，隻有在連接配接的上下文中對象才有意義。一個程序可以包含若幹個對象，對象由程序代碼建立并存在于程序的上下文。程序通過對象進行互動，互動的内容有以下的部分：

1. 從一個程序（該程序稱為客戶程序（Client））發送給另一個程序，并被其對象接收的請求（Request）；
2. 另一個程序通過對象傳回的對請求的回應；
3. 某程序中對象發出的請求，屬于廣播，而不是針對特定程序，任何對該請求有興趣的程序都可以響應；

是以D-Bus總線上存在着一對一和一對多的請求資訊（Message）。D-Bus總線本身必須要存在至少一個對象。客戶程序可以通過向該對象發送請求來擷取D-Bus總線的狀态。

D-Bus對象可以通過稱為代理（Proxy）的實體來通路，之是以稱為代理，是因為它是對象在客戶程序中的代表，程序通過這個代表來通路真正的D-Bus對象。關于代理和對象本體的處理，不同的語言實作會有不同，這裡暫時不管。

對象有一個名稱，也稱為路徑（Path），它的格式類似“/org/kde/kspread/sheets/3/cell”，在一個連接配接的上下文中，路徑必須是唯一的。由于對象存在與連接配接當中，是以可以通過連接配接的總線名加對象路徑通路到此對象。在代碼中，一旦對象被找到，通常會儲存為變量供後續使用，避免每次使用都要重新定位。

當客戶程序向一個對象發送請求時，其目的是調用對象的方法（Method），即對象執行某個特定的動作。如果請求的對象不存在，則通常會報錯。調用的方法可以存在入參（Input Parameter），它也包含在請求中。對于每一個請求，對象都會回複，可以是一個結果（Output Parameter），也可以是異常，異常的格式必須包含異常的名稱和錯誤資訊。關于參數的組織形式，由實作的語言決定，對于這些資料的所有處理，被稱為Marshalling。

D-Bus實作中，對方法的調用跟函數調用最大的不同在于，函數調用之後通常是等待函數傳回然後再執行後續的操作，而向D-Bus對象發送請求之後不需要等待，而是繼續處理其它的事務。這種處理方式一般被稱為異步（Asynchronous）調用。

客戶程序不止會向一個對象發送請求，也可以廣播請求，這被稱為發信号（Signal）。客戶程序可以通過特定的名稱向D-Bus總線注冊感興趣的信号，當有對象發送信号時，所有感興趣的程序都會收到該信号的一份拷貝。信号可以被接收、也可以不被接收，可以被多個程序接收，也可以隻被一個程序接收。程序處理信号之後并不會傳回結果，是以發送信号的對象并不知道是否有人接收和處理。信号中也可以帶有參數。信号通常是一些程序可能會關注的事件，比如某個程序的連接配接斷開了，這個由D-Bus總線本身的對象發出。

所有的對象都支援方法，并能夠發送信号，這些方法和信号被稱為對象的成員（Member）。所有的這些成員通過接口（Interface）指定（Specified）。在面向對象的程式設計語言中，比如Java，接口是定義的集合，而成員是對接口的實作，這些實作與接口保持一緻參數。

當客戶程序調用方法或者監聽信号時，必須指定對象和成員，還可以指定成員所對應的接口，因為在一個對象中，可能包含兩個接口，而這兩個接口都實作了同一個名稱的成員。這種情況不常見，是以通常接口可以被忽略。

激活服務

前面提到的對象都是程序（非D-Bus守護程序）主動連接配接D-Bus總線并建立對象，還有一種方式來讓D-Bus守護程序來喚醒一般程序并提供服務。當有程序想要使用某個特定的代理，但是它還為處于非活躍狀态（即沒有連接配接）時，D-Bus守護程序會嘗試激活該程序，這依賴于特定的檔案.service，該檔案指定了需要啟動的程序以及它提供的總線名，下面是一個例子：

# (Lines starting with hash marks are comments)

# Fixed section header (do not change):
[D-BUS Service]
Names=com.bigmoneybank.Deposits;com.bigmoneybank.Withdrawals
Exec=/usr/local/bin/bankcounter
           

這裡的/usr/local/bin/bankcounter是需要激活的客戶程序，它可以提供兩個連接配接的總線名com.bigmoneybank.Deposits和com.bigmoneybank.Withdrawals。.service檔案所在位置寫在D-Bus配置檔案的<servicedir>子產品下，通常是/usr/share/dbus-1/services/：

代碼實作

dbus是D-Bus的官方參考實作，可以在如下網頁下載下傳到：

https://gitlab.freedesktop.org/dbus/dbus/-/tree/master
           

它有不同的對應版本，目前比較常用的是dbus-1.10和dbus-1.12。至于其它Binding，可以在https://www.freedesktop.org/wiki/Software/DBusBindings/找到，下圖是1.10的版本：

其中最重要的是：bus目錄中的代碼用來生成dbus-daemon，即D-Bus守護程序；dbus目錄中的代碼相當于D-Bus庫，提供了API的實作；tools包含了一些常用的指令，比如dbus-launch、dbus-monitor等。

在dbus目錄源代碼中，函數分為兩類，一類是以“_”開頭，或者不是以“DBus”，“dbus_”，“DBUS_”開頭的函數，它們都是内部函數；另一類就是外部可調用的函數。dbus提供給外部調用的接口，可以參考https://dbus.freedesktop.org/doc/api/html/group__DBusConnection.html和https://dbus.freedesktop.org/doc/api/html/group__DBusMessage.html。DBusConnection表示的是D-Bus連接配接，對應的代碼在dbus\dbus-connection.h，而DBusMessage就是DBusConnection之間傳遞的資訊，對應的代碼在dbus\dbus-message.h。

參考資料

DBUS的基礎介紹https://www.freedesktop.org/wiki/IntroductionToDBus/。

更具體的内容可以參考https://dbus.freedesktop.org/doc/dbus-specification.html。