系统级别IPC之D-BUS

原创已于 2025-08-14 14:53:30 修改 · 912 阅读

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于 2025-08-14 14:37:43 首次发布

dbus

D-Bus 的历史与引入目的

起源：D-Bus（Desktop Bus）由 Red Hat 于 2006 年发布，作为freedesktop.org 项目的一部分。
背景：它旨在统一 Linux 桌面环境（如 GNOME 和 KDE）之间的通信机制，替代早期的 CORBA（GNOME）和 DCOP（KDE）等复杂或不兼容的 IPC 系统。
目标：
- 简化进程间通信（IPC）
- 提供统一、轻量、可扩展的通信机制
- 支持桌面组件之间的模块化协作

🎯 D-Bus 的主要用途（Use Cases）

桌面应用通信：如 GNOME Shell 与音量控制器、文件管理器之间的交互
系统事件通知：如 USB 插入、网络状态变化、电源管理
服务集成：如 Bluetooth、NetworkManager、systemd 等系统服务与用户应用之间的桥梁
单实例应用协调：确保某些应用只运行一个实例（如浏览器）

🧱 架构设计概览

🔧 核心组件

组件	说明
Bus Daemon	中央消息路由器，负责转发消息
System Bus	所有用户共享的系统级总线（如 Bluetooth）
Session Bus	每个用户会话独立的总线（如桌面应用）
Client Libraries	提供 API，供应用连接、发送、接收消息

📡 通信机制

使用 UNIX 域套接字（AF_UNIX） 进行本地通信
消息包括 头部 + 数据体，支持：
- 方法调用（request-response）
- 信号广播（事件通知）
- 属性访问（读写状态）

🧩 接口设计与命名规范

🧠 命名规则（类似 Java 包名）

服务名：org.freedesktop.NetworkManager
接口名：org.freedesktop.NetworkManager.Device
对象路径：/org/freedesktop/NetworkManager/Devices/eth0

📦 接口组成

类型	说明
方法（Method）	可调用的函数
信号（Signal）	广播事件，所有监听者接收
属性（Property）	状态值，可读写

🔍 支持接口自省（Introspection）

所有服务可通过标准接口 org.freedesktop.DBus.Introspectable 返回 XML 格式的接口描述
客户端可动态查询服务支持哪些方法、信号、属性

🧪 使用方法概览

🧭 编程步骤（以 C 或 Python 为例）

连接总线（系统或会话）
注册服务名（服务端）
监听消息或发出方法调用
处理消息并返回响应
可选：发送信号、设置属性

🧰 支持语言

C（libdbus）
C++（QtDBus）
Python（dbus-python、dasbus）
Rust、Go、JavaScript 等也有绑定

📘 示例场景

GNOME 使用 D-Bus 控制音量、挂载 USB、扩展 Shell
KDE 使用 D-Bus 管理网络、电源、通知
systemd 使用 D-Bus 提供服务控制接口
BlueZ（蓝牙）通过 D-Bus 提供设备发现与连接控制

🧠 总结

D-Bus 是 Linux 世界中不可或缺的通信机制，它：

简化了应用与服务之间的协作
提供了统一的接口设计与发现机制
支持多语言开发与模块化架构
是现代 Linux 桌面和系统服务的基础通信桥梁

示例一：D-Bus 服务（Systemd）

服务名：`org.freedesktop.systemd1`

这是 systemd 提供的 D-Bus 服务，用于控制和查询系统服务。

对象路径：/org/freedesktop/systemd1
接口名：org.freedesktop.systemd1.Manager
常用方法：
- StartUnit("sshd.service", "replace")：启动 SSH 服务
- StopUnit("sshd.service", "replace")：停止 SSH 服务
- ListUnits()：列出所有 systemd 管理的单元

📌 用途：你可以通过这个接口远程控制服务的启动、停止、重启等，非常适合系统管理工具或脚本。

📡 示例二：D-Bus 信号（NetworkManager）

服务名：`org.freedesktop.NetworkManager`

NetworkManager 提供网络管理功能，并通过 D-Bus 广播网络状态变化。

对象路径：/org/freedesktop/NetworkManager
接口名：org.freedesktop.NetworkManager
信号示例：
- StateChanged(uint32 new_state)：网络状态发生变化
- DeviceAdded(object_path device)：新设备连接
- DeviceRemoved(object_path device)：设备断开

📌 用途：桌面环境或后台服务可以监听这些信号，自动更新 UI 或触发网络相关操作。

🎧 示例三：D-Bus 信号（PulseAudio）

服务名：`org.PulseAudio1`

PulseAudio 是 Linux 上常用的音频服务器，它也通过 D-Bus 发送信号。

对象路径：/org/pulseaudio/core1
接口名：org.PulseAudio.Core1
信号示例：
- NewSink(object_path sink)：新音频输出设备连接
- FallbackSinkChanged(object_path sink)：默认输出设备改变

📌 用途：音量控制器或音频管理器可以监听这些信号，动态更新设备列表或音量状态。

可以用dbus-monitor来监控D-BUS上任何消息。　比如

pi@raspberrypi:~ $ dbus-monitor
signal time=1755152993.227039 sender=org.freedesktop.DBus -> destination=:1.37 serial=2 path=/org/freedesktop/DBus; interface=org.freedesktop.DBus; member=NameAcquired
string ":1.37"
signal time=1755152993.227217 sender=org.freedesktop.DBus -> destination=:1.37 serial=4 path=/org/freedesktop/DBus; interface=org.freedesktop.DBus; member=NameLost
string ":1.37"
method call time=1755152998.542688 sender=:1.38 -> destination=org.freedesktop.DBus serial=1 path=/org/freedesktop/DBus; interface=org.freedesktop.DBus; member=Hello
method return time=1755152998.542789 sender=org.freedesktop.DBus -> destination=:1.38 serial=1 reply_serial=1
string ":1.38"
signal time=1755152998.542871 sender=org.freedesktop.DBus -> destination=(null destination) serial=56 path=/org/freedesktop/DBus; interface=org.freedesktop.DBus; member=NameOwnerChanged
string ":1.38"
string ""
string ":1.38"
signal time=1755152998.543004 sender=org.freedesktop.DBus -> destination=:1.38 serial=2 path=/org/freedesktop/DBus; interface=org.freedesktop.DBus; member=NameAcquired
string ":1.38"
method call time=1755152998.543208 sender=:1.38 -> destination=org.example.HelloService serial=2 path=/org/example/HelloObject; interface=org.example.HelloInterface; member=SayHello
method return time=1755152998.589636 sender=:1.30 -> destination=:1.38 serial=8 reply_serial=2
string "Hello from C D-Bus Service!"
signal time=1755152998.593496 sender=org.freedesktop.DBus -> destination=:1.38 serial=3 path=/org/freedesktop/DBus; interface=org.freedesktop.DBus; member=NameLost
string ":1.38"
signal time=1755152998.593809 sender=org.freedesktop.DBus -> destination=(null destination) serial=57 path=/org/freedesktop/DBus; interface=org.freedesktop.DBus; member=NameOwnerChanged
string ":1.38"
string ":1.38"
string ""
signal time=1755152998.640193 sender=org.freedesktop.DBus -> destination=:1.30 serial=5 path=/org/freedesktop/DBus; interface=org.freedesktop.DBus; member=NameLost
string "org.example.HelloService"
signal time=1755152998.640317 sender=org.freedesktop.DBus -> destination=(null destination) serial=58 path=/org/freedesktop/DBus; interface=org.freedesktop.DBus; member=NameOwnerChanged
string "org.example.HelloService"
string ":1.30"
string ""
signal time=1755152998.640433 sender=org.freedesktop.DBus -> destination=:1.30 serial=6 path=/org/freedesktop/DBus; interface=org.freedesktop.DBus; member=NameLost
string ":1.30"
signal time=1755152998.640505 sender=org.freedesktop.DBus -> destination=(null destination) serial=59 path=/org/freedesktop/DBus; interface=org.freedesktop.DBus; member=NameOwnerChanged
string ":1.30"
string ":1.30"
string ""

工具简介

工具	用途
`dbus-send`	发送 D-Bus 方法调用或信号
`dbus-monitor`	实时监听 D-Bus 消息（方法调用、信号）
`busctl`（可选）	systemd 提供的 D-Bus 管理工具，支持 introspection

🧪 示例一：调用 systemd 的 `StartUnit` 方法（启动 SSH 服务）

bash

dbus-send --system \
  --dest=org.freedesktop.systemd1 \
  --type=method_call \
  --print-reply \
  /org/freedesktop/systemd1 \
  org.freedesktop.systemd1.Manager.StartUnit \
  string:"ssh.service" \
  string:"replace"

📌 说明：

--system 表示使用系统总线
--print-reply 显示返回结果
两个 string: 参数分别是服务名和启动模式

📡 示例二：监听 NetworkManager 的信号

bash

dbus-monitor --system "type='signal',interface='org.freedesktop.NetworkManager'"

📌 说明：

监听系统总线上 NetworkManager 接口的所有信号
例如插入网线、连接 Wi-Fi 时会触发信号

📦 示例三：发送自定义信号（测试用）

bash

dbus-send --session \
  --type=signal \
  /com/example/MyService \
  com.example.MyService.HelloSignal \
  string:"Hello from CLI"

📌 说明：

--session 表示使用会话总线
发送一个名为 HelloSignal 的信号，带一个字符串参数

🔍 示例四：查看服务支持的方法（使用 busctl）

bash

busctl introspect --system org.freedesktop.systemd1 /org/freedesktop/systemd1

📌 说明：

显示 systemd 服务的所有接口、方法、信号、属性
非常适合探索未知服务的功能

🧪 示例五：监听所有 D-Bus 消息（调试用）

bash

dbus-monitor --system

或：

bash

dbus-monitor --session

📌 说明：

打印所有系统或会话总线上的消息
可用于调试或观察服务行为
dbus-send：发送 D-Bus 消息（方法调用或信号）

📌 功能简介
发送 D-Bus 方法调用或信号
支持系统总线和会话总线
适合快速测试服务是否响应

🧪 常见用法

✅ 调用 systemd 的 `StartUnit` 方法

bash

dbus-send --system \
  --dest=org.freedesktop.systemd1 \
  --type=method_call \
  --print-reply \
  /org/freedesktop/systemd1 \
  org.freedesktop.systemd1.Manager.StartUnit \
  string:"ssh.service" \
  string:"replace"

✅ 发送自定义信号（测试用）

bash

dbus-send --session \
  --type=signal \
  /com/example/MyService \
  com.example.MyService.HelloSignal \
  string:"Hello from CLI"

⚠️ 注意事项

不支持复杂数据结构（如数组、字典）
不支持自动 introspection（无法查询接口信息）
适合简单测试，不适合复杂交互
📡 二、dbus-monitor：监听 D-Bus 消息（信号或方法调用）

📌 功能简介
实时监听 D-Bus 总线上的消息
可过滤特定服务、接口、类型
适合调试和观察服务行为

🧪 常见用法

✅ 监听所有系统总线上的消息

bash

dbus-monitor --system

✅ 监听 NetworkManager 的信号

bash

dbus-monitor --system "type='signal',interface='org.freedesktop.NetworkManager'"

✅ 监听自定义服务的信号

bash

dbus-monitor --session "type='signal',interface='com.example.MyService'"

⚠️ 注意事项

只能监听，不能发送消息
输出格式为原始 D-Bus 消息结构，不太友好
适合调试和事件观察
🧭 三、busctl：高级 D-Bus 管理工具（由 systemd 提供）

📌 功能简介
支持 introspection（查看接口、方法、信号）
支持调用方法、设置属性、监听信号
支持复杂参数类型（结构体、数组、字典）
更现代、更强大，推荐使用

busctl call --system \
  org.freedesktop.systemd1 \
  /org/freedesktop/systemd1 \
  org.freedesktop.systemd1.Manager \
  StartUnit \
  s s "ssh.service" "replace"

✅ 监听信号（如 NetworkManager）

bash

busctl monitor --system org.freedesktop.NetworkManager

✅ 获取属性值（如 systemd 的版本）

bash

busctl get-property --system \
  org.freedesktop.systemd1 \
  /org/freedesktop/systemd1 \
  org.freedesktop.systemd1.Manager \
  Version

⚠️ 注意事项

需要 systemd 支持（大多数现代 Linux 都有）
参数类型必须明确指定（如 s 表示字符串）
输出更清晰，适合脚本和自动化

下面来举一个更加简单的例子：

构建一个最基础的 D-Bus 服务和客户端，用 C 语言实现。目标是：

✅ 创建一个 D-Bus 服务，提供一个 SayHello() 方法 ✅ 创建一个客户端，调用该方法并接收返回的字符串 ✅ 使用 Makefile 一键编译 ✅ 保证代码最小化、可运行、易理解

🧱 项目结构

Code

dbus_c_minimal/
├── Makefile
├── hello_service.c
└── hello_client.c

🛠️ 1. 服务端代码：`hello_service.c`

#include <dbus/dbus.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    DBusError err;
    DBusConnection* conn;
    DBusMessage* msg;
    dbus_error_init(&err);

    conn = dbus_bus_get(DBUS_BUS_SESSION, &err);
    dbus_bus_request_name(conn, "org.example.HelloService", DBUS_NAME_FLAG_REPLACE_EXISTING, &err);

    while (1) {
        dbus_connection_read_write(conn, 0);
        msg = dbus_connection_pop_message(conn);
        if (msg == NULL) {
            usleep(100000);
            continue;
        }

        if (dbus_message_is_method_call(msg, "org.example.HelloInterface", "SayHello")) {
            DBusMessage* reply = dbus_message_new_method_return(msg);
            DBusMessageIter args;
            const char* reply_text = "Hello from D-Bus C Service!";
            dbus_message_iter_init_append(reply, &args);
            dbus_message_iter_append_basic(&args, DBUS_TYPE_STRING, &reply_text);
            dbus_connection_send(conn, reply, NULL);
            dbus_message_unref(reply);
        }

        dbus_message_unref(msg);
    }

    return 0;
}

🧑‍💻 2. 客户端代码：`hello_client.c`

#include <dbus/dbus.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    DBusError err;
    DBusConnection* conn;
    DBusMessage* msg;
    DBusMessageIter args;
    DBusPendingCall* pending;
    char* reply;

    dbus_error_init(&err);
    conn = dbus_bus_get(DBUS_BUS_SESSION, &err);

    msg = dbus_message_new_method_call("org.example.HelloService",
                                       "/org/example/HelloObject",
                                       "org.example.HelloInterface",
                                       "SayHello");

    dbus_connection_send_with_reply(conn, msg, &pending, -1);
    dbus_connection_flush(conn);
    dbus_message_unref(msg);

    dbus_pending_call_block(pending);
    msg = dbus_pending_call_steal_reply(pending);
    dbus_pending_call_unref(pending);

    if (dbus_message_iter_init(msg, &args) &&
        dbus_message_iter_get_arg_type(&args) == DBUS_TYPE_STRING) {
        dbus_message_iter_get_basic(&args, &reply);
        printf("Client received: %s\n", reply);
    }

    dbus_message_unref(msg);
    return 0;
}

🧰 3. Makefile（已修复 Tab）

makefile

CC = gcc
CFLAGS = -Wall -g $(shell pkg-config --cflags dbus-1)
LDFLAGS = $(shell pkg-config --libs dbus-1)

all: hello_service hello_client

hello_service: hello_service.c
    $(CC) $(CFLAGS) -o hello_service hello_service.c $(LDFLAGS)

hello_client: hello_client.c
    $(CC) $(CFLAGS) -o hello_client hello_client.c $(LDFLAGS)

clean:
    rm -f hello_service hello_client

🚀 使用步骤

安装依赖（如未安装）：

bash
```
sudo apt install libdbus-1-dev
```
编译项目：

bash
```
make
```
启动服务（终端 1）：

bash
```
./hello_service
```
启动客户端（终端 2）：

bash
```
./hello_client
```

输出示例：

Code

Client received: Hello from D-Bus C Service!

假如你是从命令行来触发的话,可以这么做，（先跑起hello_service)

创建了一个 D-Bus 服务和客户端，现在我们来用命令行工具来测试它，验证它是否真的在 D-Bus 上注册并能响应请求。

🧭 你的服务信息（来自脚本）

项目	值
服务名	`org.example.HelloService`
对象路径	`/org/example/HelloObject`
接口名	`org.example.HelloInterface`
方法名	`SayHello`

🧪 一、使用 `dbus-send` 调用你的服务方法

bash

dbus-send --session \
  --dest=org.example.HelloService \
  --print-reply \
  /org/example/HelloObject \
  org.example.HelloInterface.SayHello

📌 说明：

--session：使用会话总线（你的服务是会话服务）
--dest：服务名
/org/example/HelloObject：对象路径
org.example.HelloInterface.SayHello：方法名
--print-reply：打印返回值（你服务会返回一个字符串）

✅ 如果服务运行正常，你会看到类似输出：

Code

method return time=... sender=:1.XX -> destination=:1.YY serial=ZZ reply_serial=AA
   string "Hello from C D-Bus Service!"

📡 二、使用 `dbus-monitor` 监听你的服务消息

bash

dbus-monitor --session "type='method_call',destination='org.example.HelloService'"

📌 说明：

监听所有发往你的服务的 D-Bus 方法调用
你可以看到客户端调用 SayHello 的消息结构

📋 三、查看当前注册的 D-Bus 服务

bash

dbus-send --session --print-reply \
  --dest=org.freedesktop.DBus \
  /org/freedesktop/DBus \
  org.freedesktop.DBus.ListNames

✅ 你应该能在输出中看到：

Code

string "org.example.HelloService"

🧠 总结

你现在可以：

用 dbus-send 模拟客户端调用你的服务
用 dbus-monitor 观察服务是否收到调用
用 ListNames 验证服务是否成功注册

系统级别IPC之D-BUS

dbus

D-Bus 的历史与引入目的

🎯 D-Bus 的主要用途（Use Cases）

🧱 架构设计概览

🔧 核心组件

📡 通信机制

🧩 接口设计与命名规范

🧠 命名规则（类似 Java 包名）

📦 接口组成

🔍 支持接口自省（Introspection）

🧪 使用方法概览

🧭 编程步骤（以 C 或 Python 为例）

🧰 支持语言

📘 示例场景

🧠 总结

示例一：D-Bus 服务（Systemd）

服务名：org.freedesktop.systemd1

📡 示例二：D-Bus 信号（NetworkManager）

服务名：org.freedesktop.NetworkManager

🎧 示例三：D-Bus 信号（PulseAudio）

服务名：org.PulseAudio1

工具简介

🧪 示例一：调用 systemd 的 StartUnit 方法（启动 SSH 服务）

📡 示例二：监听 NetworkManager 的信号

📦 示例三：发送自定义信号（测试用）

🔍 示例四：查看服务支持的方法（使用 busctl）

🧪 示例五：监听所有 D-Bus 消息（调试用）

dbus-send：发送 D-Bus 消息（方法调用或信号）

📌 功能简介

🧪 常见用法

✅ 调用 systemd 的 StartUnit 方法

✅ 发送自定义信号（测试用）

⚠️ 注意事项

📡 二、dbus-monitor：监听 D-Bus 消息（信号或方法调用）

📌 功能简介

🧪 常见用法

✅ 监听所有系统总线上的消息

✅ 监听 NetworkManager 的信号

✅ 监听自定义服务的信号

⚠️ 注意事项

🧭 三、busctl：高级 D-Bus 管理工具（由 systemd 提供）

📌 功能简介

✅ 监听信号（如 NetworkManager）

✅ 获取属性值（如 systemd 的版本）

⚠️ 注意事项

🧱 项目结构

🛠️ 1. 服务端代码：hello_service.c

🧑‍💻 2. 客户端代码：hello_client.c

🧰 3. Makefile（已修复 Tab）

🚀 使用步骤

🧭 你的服务信息（来自脚本）

🧪 一、使用 dbus-send 调用你的服务方法

📡 二、使用 dbus-monitor 监听你的服务消息

📋 三、查看当前注册的 D-Bus 服务

🧠 总结

服务名：`org.freedesktop.systemd1`

服务名：`org.freedesktop.NetworkManager`

服务名：`org.PulseAudio1`

🧪 示例一：调用 systemd 的 `StartUnit` 方法（启动 SSH 服务）

`dbus-send`：发送 D-Bus 消息（方法调用或信号）

✅ 调用 systemd 的 `StartUnit` 方法

📡 二、`dbus-monitor`：监听 D-Bus 消息（信号或方法调用）

🧭 三、`busctl`：高级 D-Bus 管理工具（由 systemd 提供）

🛠️ 1. 服务端代码：`hello_service.c`

🧑‍💻 2. 客户端代码：`hello_client.c`

🧪 一、使用 `dbus-send` 调用你的服务方法

📡 二、使用 `dbus-monitor` 监听你的服务消息