【FastDDS】Examples （ 01-benchmark ）

Fast-DDS的benchmark示例是一个用于测试DDS通信性能的工具，主要通过发布者（Publisher）和订阅者（Subscriber）之间的消息传输，验证不同配置下的吞吐量等性能指标。以下是代码结构和核心逻辑的梳理：

一、代码结构

示例位于Fast-DDS/examples/cpp/benchmark，主要文件及功能如下：

文件/目录	功能描述
main.cpp	程序入口，解析命令行参数，初始化发布者/订阅者应用，并启动运行。
Application.hpp/cpp	抽象应用基类，定义发布者和订阅者的通用接口（如run()、stop()）。
PublisherApp.hpp/cpp	发布者实现类，负责按配置发送消息，并统计吞吐量。
SubscriberApp.hpp/cpp	订阅者实现类，负责接收消息并记录接收情况。
CLIParser.hpp	命令行参数解析，处理用户输入的配置（如消息大小、传输协议、QoS策略等）。
types/	定义不同大小的消息类型（通过IDL生成），如Benchmark_small（16KB）、Benchmark_big（8MB）等。
benchmark_profile.xml	DDS QoS配置文件，定义参与者、数据读写器的可靠性、持久性等策略。
CMakeLists.txt	编译配置，生成可执行文件并复制XML配置到构建目录。

二、核心逻辑

1. 消息类型设计

types/目录下的消息类型通过IDL定义，并由fastddsgen工具生成C++代码，支持不同大小的消息传输：

• BenchMark：仅包含一个uint32_t索引（无附加数据）。
• BenchMarkSmall：包含uint32_t索引 + 16KB数组（std::array<char, 16384>）。
• BenchMarkMedium：包含uint32_t索引 + 512KB数组（std::array<char, 524288>）。
• BenchMarkBig：包含uint32_t索引 + 8MB数组（std::array<char, 8388608>）。

这些类型用于模拟不同大小的 payload，测试DDS在不同数据量下的性能。

2. 命令行参数解析（CLIParser.hpp）

支持配置多种运行参数，核心配置项如下：

• 角色：publisher或subscriber（必选）。
• 消息大小：NONE（默认）、SMALL、MEDIUM、BIG（对应上述消息类型）。
• 传输协议：DEFAULT（SHM + UDPv4）、SHM（共享内存）、UDPv4、LARGE_DATA（大数据模式）。
• QoS策略：
  • 可靠性（--reliable）：可靠传输（默认）或尽力而为（未指定时）。
  • 持久性（--transient-local）：瞬态本地（默认）或volatile。
• 发布者特有参数：
  • 消息发送间隔（-i，默认100ms）。
  • 运行超时时间（-to，默认10s）。
  • 发送样本数（-s，默认无限）。

解析后的参数被封装到benchmark_config结构体，用于初始化发布者/订阅者。

3. 发布者逻辑（PublisherApp.cpp）

• 初始化：根据配置创建DDS参与者（Participant）、主题（Topic）、数据写入器（DataWriter），并等待订阅者发现（通过matched_变量判断）。
• 消息发送：
  • 循环发送消息，根据配置的interval控制发送间隔。
  • 消息索引自增，用于跟踪发送顺序。
• 性能统计：
  • 记录总运行时间、发送样本数。
  • 计算吞吐量（每秒传输字节数），并按Gbps/Mbps/Kbps格式化输出。

4. 订阅者逻辑（隐含于代码结构）

• 初始化：创建DDS参与者、主题、数据读取器（DataReader），等待发布者发现。
• 消息接收：通过回调函数接收消息，记录接收的样本索引，验证消息完整性。
• 匹配与退出：持续运行直至接收指定数量的样本或被中断（Ctrl+C）。

5. QoS配置（benchmark_profile.xml）

默认配置：

• 参与者（Participant）：使用域ID 0。
• 数据写入器/读取器：
  • 可靠性：可靠（RELIABLE）。
  • 持久性：瞬态本地（TRANSIENT_LOCAL）。
  • 历史记录：保留最后100个样本（KEEP_LAST，深度100）。

用户可修改XML文件调整QoS策略，测试不同配置对性能的影响。

三、运行流程

1. 编译：通过CMake构建，生成benchmark可执行文件。
2. 启动订阅者：

   ./benchmark subscriber [选项]  # 如指定消息大小：--msg-size BIG
   

3. 启动发布者：

   ./benchmark publisher [选项]  # 如指定传输协议：--transport SHM
   

4. 输出结果：发布者完成后输出总样本数、吞吐量等统计信息（示例如下）：

   RESULTS after 1206 milliseconds:
   COUNT: 500
   SAMPLES: 41,46,44,...
   THROUGHPUT BPS: 3.48482 Gbps
   

四、核心测试场景

通过组合不同参数，可测试：

• 不同消息大小（16KB~8MB）对吞吐量的影响。
• 传输协议（SHM vs UDPv4）的性能差异（共享内存通常更快）。
• 可靠性QoS（可靠传输 vs 尽力而为）对传输效率的影响。
• 大数据模式（LARGE_DATA）对超大消息的处理能力。

该示例为评估Fast-DDS在不同场景下的性能提供了灵活的测试框架。