Linux | D-Bus Overview

2020 11 16, Mon

DBus是一种基于Unix Domain Socket的新型IPC，已经实现了很多我们常用的功能。

最近做的事情和DBus有非常多的关系，稍微记录一下这半年一年接触到的DBus的内容。

IPC

IPC全程是进程间Inter Process通信Communication。比如说我们用浏览器，浏览器需要和服务器通信，这个过程中用的是套接字Sockets这种IPC。

比较常见的IPC有

  • 文件：对，文件可以用来传输数据，当然可以用作IPC啦
  • 管道：一对一的通信手段
    • 有名管道/FIFO：通过mkfifo创建的类似于文件的一对一的管道。
    • 无名管道：举个例子，ps aux | grep shed中，bash会产生ps和grep两个进程，这两个进程就是由无名管道连接的。
  • 信号，没错，信号可以传递数据的，但是信号一般是单向的。
  • 共享内存，可以映射到进程自己的内存空间中，从而交换信息。
  • Semaphore：进线程间同步用的通信手段。
  • 套接字：一般有一个监听的一端，有一个连接的一端，是双向的通信手段。
    • IP TCP/UDP Socket：我们最常用的IPC手段，不止可以在本机建立信道，在不同主机、不同网络之间也可以建立信道。在这之上可以建立应用层连接。
    • Netlink Raw Socket：内核提供的套接字类型，主要是用来在用户空间和内核空间之间通信。举个例子，可以用nl套接字配置网络。
    • Unix Domain Socket：文件形式的Socket，一般是本地应用之间通信用，监听的一端可以收到连接端的进程信息。Docker以及后面要说的DBus类应用都是依赖于Unix Domain Socket。

IPC解决了的问题，IPC没解决的问题

现在的系统越来越复杂，越来越难以在一个程序中处理一类事情，不同程序的协作几乎成了必然。IPC的诞生就是解决了不同进程间的通信问题：我们有管道在进程间做管道才能用grep、awk、sed、tr之类的工具处理文本，有文件才可以在本地持久化并且共享信息，有信号才可以及时通知其他进程发生了什么，有套接字才可以在不同主机间通信。

看起来很完美，我们还有什么不满足的？

很久以前我们每写一个程序都要自己发明一套通信手段，每和一个应用接入就要接入一整套SDK，然后建立两个进程间的信道，非常的重而且不可靠，搞不好效率也不高。我们要追求更高的生产力，更少的出错的可能性，就需要一个在大部分时间都通用的协议。由此出发，各路大神发明了非常多的新的IPC手段。

这些新型IPC中，最典型的一类就是RPC，远程过程调用，主要是在不同主机间进行通信的手段。其中出名的包括

  • RPC
    • xml-rpc，基于XML和http的文本协议
    • json-rpc，基于json和http的文本协议
    • grpc：基于protobuf和http2/h2c的二进制协议
  • IPC/RPC
    • dbus: 主要基于unix domain socket的二进制协议
    • varlink

其中今天最主要要提到的就是这个dbus。

DBus

dbus在centos6的时候就有了，起源于freedesktop项目，目的是为了统一桌面环境中进程间通信的方式。

通常来说，系统里面会有一个系统dbus服务，socket路径在/var/run/dbus/system_bus_socket，每个登录也会有自己的dbus服务，通过环境变量DBUS_SESSION_BUS_ADDRESS可以知道具体的路径。

一个进程一般会连接到其中一个bus上，连接以后dbus会分给连接一个unique name，例如:1.1，觉得这个名字不好看、其他程序不好找，我们也可以起一个有意义的名字，一般是 一个逆着写的域名加上一个具体的名字 ( Reverse domain name notation ) ，比如说org.freedesktop.system1。

我们写http服务的时候，一般会在同一个同一个端口上提供同一个服务。但是对于dbus来说，情况可能会更复杂一些，systemd这样的应用需要在dbus上为不同的unit提供不同的对象，每类对象有不同的接口。所以dbus设计上，把服务和对象绑定了起来，我们需要把对象发布到一个dbus的 对象路径 ( Object Path ) 上，以对象为单位给其他应用提供服务，一个对象有多个接口，接口定义具体是做什么的。通常情况下，都会有一个路径每级都和unique name中的部分一一对应的对象，比如说org.freedesktop.systemd1就有一个位于/org/freedesktop/systemd1的对象，这个对象有org.freedesktop.DBus.Peer、org.freedesktop.DBus.Introspectable、org.freedesktop.DBus.Properties、org.freedesktop.systemd1.Manager四个接口，每个接口有不同的函数、信号和属性

大致来说要在dbus里面的要素包括

  • 是哪根bus上的服务
  • 提供服务的连接名是啥
  • 提供服务的对象的路径是啥
  • 需要对象上的哪个接口
  • 需要的是函数、信号还是属性
  • 名字叫啥

用packagekit举个例子，我要列举可以升级的软件包需要：

  • 建立一个事务：
    • 调用
      • system bus上的
      • org.freedesktop.PackageKit连接中
      • /org/freedesktop/PackageKit对象上的
      • org.freedesktop.PackageKit接口上的
      • CreateTransaction
      • 函数
    • 这个调用会返回一个字符串，用来表示transaction所对应的object在连接中的路径
  • 监听结果
    • 监听
      • system bus上的
      • org.freedesktop.PackageKit连接中
      • 刚才返回路径所表示的对象上的
      • org.freedesktop.PackageKit.Transaction接口上的
      • Package和Finished
      • 信号
  • 让PackageKit获取升级列表
    • 调用
      • system bus上的
      • org.freedesktop.PackageKit连接中
      • 刚才返回路径所表示的对象上的
      • org.freedesktop.PackageKit.Transaction接口上的
      • GetUpdates
      • 函数

如果需要的话我们也可以获取一些属性，比如说

  • 要获取是谁创建的transaction
    • system bus上的
    • org.freedesktop.PackageKit连接中
    • 刚才返回路径所表示的对象上的
    • org.freedesktop.PackageKit.Transaction接口上的
    • Uid
    • 属性

DBus通过这种方法为各种各样的服务提供了一种通用的通信机制。