消息总线和活动系统渗透到Linux桌面

　　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。

原文转自：http://www.ltesting.net