CyberRT-共享内存实现

文章介绍了CyberRT中使用共享内存进行消息发布和接收的详细过程,涉及ShmTransmitter、Segment、ConditionNotifier和MulticastNotifier的创建与操作,强调了数据同步与加锁机制,以及Block中的写操作和读操作管理。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

CyberRT共享内存类图

共享内存消息发布

在这里插入图片描述
数据用共享内存发布时,首先会创建ShmTransmitter对象,包含两个主要成员segment和notifier,Segment用于创建共享内存(上面绿色部分),Notifer 最终构建ReadableInfo通知给其他进程。
使用哪个ConditionNotifier-> notify或MulticastNotifier->notify,是在创建时根据配置文件决定的。
ConditionNotifier 在构建时会创建Indicator对象保存到共享内存中。
调ConditionNotifier-> notify,实际时将ReadableInfo保存到Indicator对象。

ConditionNotifier 共享内存数据接收

在这里插入图片描述
在接收数据时,也会创建同样的共享内存。如果共享内存存在,则直接打开。
在接收端也有同样的共享内存操作ConditionNotifier 。
ShmDispatcher会持有多个通道segment,用std::unordered_map<channelid, segment>表示。
同时启动一个后台线程ThreadFunc 线程轮询处理消息回调。

void ShmDispatcher::ThreadFunc() {
  ReadableInfo readable_info;
  // 轮询处理
  while (!is_shutdown_.load()) {
	// 100ms, Listen会转换100000 ms,对比seq,如果不等处理消息。每次轮询会等待递减50ms。
    if (!notifier_->Listen(100, &readable_info)) {
      ADEBUG << "listen failed.";
      continue;
    }

    if (readable_info.host_id() != host_id_) {
      ADEBUG << "shm readable info from other host.";
      continue;
    }
	//从共享内存Indicator中读出的数据
    uint64_t channel_id = readable_info.channel_id();
    uint32_t block_index = readable_info.block_index();

    {
      ReadLockGuard<AtomicRWLock> lock(segments_lock_);
      if (segments_.count(channel_id) == 0) {
        continue;
      }
      // check block index
      // std::unordered_map<uint64_t, uint32_t> previous_indexes_; 
      // 保存key: channelID, value: block_index
      if (previous_indexes_.count(channel_id) == 0) {
        previous_indexes_[channel_id] = UINT32_MAX;
      }
      uint32_t& previous_index = previous_indexes_[channel_id];
      if (block_index != 0 && previous_index != UINT32_MAX) {
        if (block_index == previous_index) {
          ADEBUG << "Receive SAME index " << block_index << " of channel "
                 << channel_id;
        } else if (block_index < previous_index) {
          ADEBUG << "Receive PREVIOUS message. last: " << previous_index
                 << ", now: " << block_index;
        } else if (block_index - previous_index > 1) {
          ADEBUG << "Receive JUMP message. last: " << previous_index
                 << ", now: " << block_index;
        }
      }
      previous_index = block_index;
	  ReadMessage(channel_id, block_index);
    }
  }
}

MulticastNotifier共享内存数据接收

MulticastNotifier时采用多播socket实现的,默认

std::string mcast_ip("239.255.0.100");
uint16_t mcast_port = 8888;

创建两个socket notify_fd_ 用于发生消息,listen_addr用于接收消息。
在这里插入图片描述
在发送端调用Notify时,时调的MulticastNotifier::Nofify(const ReadableInfo& info)

bool MulticastNotifier::Notify(const ReadableInfo& info) {
  if (is_shutdown_.load()) {
    return false;
  }

  std::string info_str;
  info.SerializeTo(&info_str);
  ssize_t nbytes =
      sendto(notify_fd_, info_str.c_str(), info_str.size(), 0,
             (struct sockaddr*)&notify_addr_, sizeof(notify_addr_));
  return nbytes > 0;
}

接收端用同样的方式轮询

bool MulticastNotifier::Listen(int timeout_ms, ReadableInfo* info) {
  if (is_shutdown_.load()) {
    return false;
  }

  if (info == nullptr) {
    AERROR << "info nullptr.";
    return false;
  }

  struct pollfd fds;
  fds.fd = listen_fd_;
  fds.events = POLLIN;
  int ready_num = poll(&fds, 1, timeout_ms);
  if (ready_num > 0) {
    char buf[32] = {0};  // larger than ReadableInfo::kSize
    ssize_t nbytes = recvfrom(listen_fd_, buf, 32, 0, nullptr, nullptr);
    if (nbytes == -1) {
      AERROR << "fail to recvfrom, " << strerror(errno);
      return false;
    }
    return info->DeserializeFrom(buf, nbytes);
  } else if (ready_num == 0) {
    ADEBUG << "timeout, no readableinfo.";
  } else {
    if (errno == EINTR) {
      AINFO << "poll was interrupted.";
    } else {
      AERROR << "fail to poll, " << strerror(errno);
    }
  }
  return false;
}
bool Block::TryLockForWrite() {
  int32_t rw_lock_free = kRWLockFree;
  //lock_num_ == rw_lock_free, kWriteExclusive赋值给lock_num_,返回true
  //lock_num_ != rw_lock_free, lock_num_赋值给rw_lock_free,返回false
  if (!lock_num_.compare_exchange_weak(rw_lock_free, kWriteExclusive,
                                       std::memory_order_acq_rel,
                                       std::memory_order_relaxed)) {
    ADEBUG << "lock num: " << lock_num_.load();
    return false;
  }
  return true;
}

总结
1、CyberRT的共享内存读写都时需要加锁的。
2、每次写数据可以是不连续的block
3、每次当Block.lock_num_= 0:空闲,>0:有读操作, -1 : 写操作。
效率不是高。

<think>嗯,用户想了解CyberRT的介绍、教程和使用方法。首先,我需要整理一下关于CyberRT的基本信息。根据提供的引用资料,CyberRT是百度Apollo自动驾驶平台中的实时计算框架,用于处理高并发和低延迟的任务。它的核心功能包括高性能通信、组件化设计和灵活的调度机制。 用户可能希望了解CyberRT的架构,比如它的模块组成,比如通信层、数据中间件和调度器等。引用中提到CyberRT使用基于协程的调度策略,这点需要详细说明。另外,用户可能对如何开始使用CyberRT感兴趣,比如安装配置、创建组件、通信机制和调度策略的设置。 教程部分需要分步骤,比如环境搭建、编写第一个组件、通信配置和调度策略选择。使用注意事项如性能优化、调试工具和扩展性也需要涵盖。同时,相关问题部分要引导用户深入了解性能优化、与ROS的对比以及调试方法。需要确保回答结构清晰,引用正确,并且符合用户的中文需求。</think>### CyberRT 介绍、教程及使用方法 #### 一、CyberRT 简介 **CyberRT** 是百度 Apollo 自动驾驶平台中的**实时计算框架**,专注于高并发、低延迟的自动驾驶任务处理。其核心设计目标包括: 1. **高性能通信**:基于共享内存和零拷贝技术优化数据传输,支持 $QoS$(服务质量)配置,满足不同场景需求[^2]。 2. **组件化设计**:通过 $Component$ 封装算法模块,利用有向无环图($DAG$)描述模块间的数据流[^5]。 3. **灵活调度**:采用用户级协程($Croutine$)和优先级调度策略(如 $ClassicScheduler$ 和 $Choreography$),提升资源利用率[^4]。 #### 二、核心概念 1. **Component** - 继承自 $ComponentBase$ 或 $TimerComponent$,用于实现独立功能模块。 - 示例代码结构: ```cpp class MyComponent : public apollo::cyber::Component<InputType, OutputType> { bool Init() override { /* 初始化逻辑 */ } bool Proc(const InputType& input, OutputType& output) override { /* 处理逻辑 */ } }; ``` [^4] 2. **通信机制** - 支持 $Channel$(发布-订阅模式)和 $Service$(请求-响应模式)。 - 数据传输通过 $Transport$ 层实现,支持 $RTPS$ 协议(需配置 $qos_profile.proto$)。 3. **调度策略** - **ClassicScheduler**:基于优先级抢占式调度。 - **Choreography**:基于时间片的协作式调度,适用于多核资源分配[^4]。 #### 三、教程与使用方法 ##### 1. 环境配置 - **安装依赖**:需安装 FastRTPS、Protobuf 等库。 - **编译配置**:通过 Bazel 构建系统管理组件依赖。 ##### 2. 编写第一个 Component - **步骤**: 1. 定义组件类并实现 $Init()$ 和 $Proc()$ 方法。 2. 在 $dag$ 文件中注册组件及输入/输出通道。 3. 通过启动脚本加载 $dag$ 文件。 ##### 3. 通信配置 - **QoS 设置**:在 $qos_profile.proto$ 中定义历史深度($depth$)、可靠性策略($RELIABILITY_RELIABLE$)等参数。 - 示例配置: ```proto qos_profile { history: HISTORY_KEEP_LAST depth: 10 reliability: RELIABILITY_RELIABLE } ``` ##### 4. 调试与日志 - 使用内置日志宏输出信息: ```cpp AINFO << "Sensor data received: " << sensor_data.DebugString(); ``` 日志级别包括 $ADEBUG$、$AERROR$ 等[^3]。 #### 四、使用注意事项 1. **性能优化**:减少数据拷贝,优先使用共享内存。 2. **调试工具**:利用 $cyber_monitor$ 实时监控通道数据。 3. **扩展性**:通过自定义 $Processor$ 和 $Task$ 实现新调度策略。
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