Iceoryx2：高性能进程间通信框架(中间件)

文章目录

- [0. 引言](#0. 引言)
- [1. 主要改进](#1. 主要改进)
- [2. Iceoryx2 的架构](#2. Iceoryx2 的架构)
- [3. C++示例代码](#3. C++示例代码)
- - [3.1 发布者示例（`publisher.cpp`）](#3.1 发布者示例（publisher.cpp）)
  - [3.2 订阅者示例（`subscriber.cpp`）](#3.2 订阅者示例（subscriber.cpp）)
- [4. 机制比较](#4. 机制比较)
- [5. 架构比较](#5. 架构比较)
- [6. Iceoryx vs Iceoryx2](#6. Iceoryx vs Iceoryx2)
- 参考资料

0. 引言

Iceoryx2 是一个基于 Rust 实现的开源中间件，专为实现低延迟和零拷贝进程间通信而设计。相比其前身Iceoryx，Iceoryx2 在内存安全、并发处理、模块化设计以及多平台支持上进行了优化。

提前阅读:

1. 主要改进

零拷贝通信：Iceoryx2 保留了零拷贝通信的特性，通过直接在进程间传递数据引用，极大减少了数据复制，从而提升了性能并降低了延迟。
Rust 语言的引入：采用 Rust 语言后，Iceoryx2 提升了内存安全和并发安全性。Rust 的所有权和借用机制有效防止了数据竞争和其他常见的并发错误。
模块化和扩展性：模块化设计允许单独替换或升级内部组件。
跨平台支持：除了在 Linux 和 Windows 上的原生支持，Iceoryx2 还计划扩展到 Android、QNX 等多个平台。
支持多种编程语言：Iceoryx2 不仅提供 C 和 C++ 的 API 绑定，还支持 Python 和其他编程语言。

2. Iceoryx2 的架构

以下是 Iceoryx2 的架构图，展示了主要应用模块、通信网关及支持的开发语言：
Supported Platforms Iceoryx2 Vision Android Linux x86_64 Linux aarch64 Linux 32-bit macOS QNX VxWorks Windows GPU FPGA Iceoryx2 App Iceoryx2 App zenoh App DDS App ... App ROS 2 App ROS 2 App ROS 2 Tooling Autosar App Adaptive Autosar Iceoryx2 - Gateway Iceoryx2 RMW Iceoryx2 C / C++ / Python / ... Supported_Platforms

3. C++示例代码

以下是 Iceoryx2 的发布者和订阅者的示例代码：

3.1 发布者示例（`publisher.cpp`）

cpp 复制代码

#include "iox/duration.hpp"
#include "iox/slice.hpp"
#include "iox2/node.hpp"
#include "iox2/sample_mut.hpp"
#include "iox2/service_name.hpp"
#include "iox2/service_type.hpp"

#include <cstdint>
#include <iostream>
#include <utility>

constexpr iox::units::Duration CYCLE_TIME = iox::units::Duration::fromSeconds(1);

auto main() -> int {
    using namespace iox2;
    auto node = NodeBuilder().create<ServiceType::Ipc>().expect("successful node creation");

    auto service = node.service_builder(ServiceName::create("Service With Dynamic Data").expect("valid service name"))
                       .publish_subscribe<iox::Slice<uint8_t>>()
                       .open_or_create()
                       .expect("successful service creation/opening");

    uint64_t worst_case_memory_size = 1024; // NOLINT
    auto publisher = service.publisher_builder()
                         .max_slice_len(worst_case_memory_size)
                         .create()
                         .expect("successful publisher creation");

    auto counter = 1;

    while (node.wait(CYCLE_TIME).has_value()) {
        counter += 1;

        auto required_memory_size = (8 + counter) % 16; // NOLINT
        auto sample = publisher.loan_slice_uninit(required_memory_size).expect("acquire sample");
        sample.write_from_fn([&](auto byte_idx) { return (byte_idx + counter) % 255; }); // NOLINT

        auto initialized_sample = assume_init(std::move(sample));
        send(std::move(initialized_sample)).expect("send successful");

        std::cout << "Send sample " << counter << "..." << std::endl;
    }

    std::cout << "exit" << std::endl;

    return 0;
}

3.2 订阅者示例（`subscriber.cpp`）

cpp 复制代码

#include "iox/duration.hpp"
#include "iox/slice.hpp"
#include "iox2/node.hpp"
#include "iox2/service_name.hpp"
#include "iox2/service_type.hpp"

#include <cstdint>
#include <iostream>

constexpr iox::units::Duration CYCLE_TIME = iox::units::Duration::fromSeconds(1);

auto main() -> int {
    using namespace iox2;
    auto node = NodeBuilder().create<ServiceType::Ipc>().expect("successful node creation");

    auto service = node.service_builder(ServiceName::create("Service With Dynamic Data").expect("valid service name"))
                       .publish_subscribe<iox::Slice<uint8_t>>()
                       .open_or_create()
                       .expect("successful service creation/opening");

    auto subscriber = service.subscriber_builder().create().expect("successful subscriber creation");

    while (node.wait(CYCLE_TIME).has_value()) {
        auto sample = subscriber.receive().expect("receive succeeds");
        while (sample.has_value()) {
            std::cout << "received " << sample->payload().size() << " bytes: ";
            for (auto byte : sample->payload()) {
                std::cout << std::hex << byte << " ";
            }
            std::cout << std::endl;
            sample = subscriber.receive().expect("receive succeeds");
        }
    }

    std::cout << "exit" << std::endl;

    return 0;
}

4. 机制比较

5. 架构比较

6. Iceoryx vs Iceoryx2

特性	Iceoryx	Iceoryx2
编程语言	C++	Rust
是否支持真正的零拷贝数据传输	是	是
是否需要中央守护进程	是	否
消息传递模式	发布-订阅	发布-订阅
通知机制	轮询	事件
支持的平台	Linux, Windows, macOS, FreeBSD, QNX, FreeRTOS	Linux, Windows, macOS, FreeBSD, Android）, QNX, FreeRTOS, VxWorks
语言绑定	C/C++	Rust/C/C++/Python/Go/C#/Lua

参考资料

Welcome to iceoryx2's C / C++ documentation!
eclipse-iceoryx/iceoryx
eclipse-iceoryx/iceoryx2