Iceoryx2：高性能进程间通信框架(中间件)

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:

• C++高性能通信：图形简述高性能中间件Iceoryx
• C++高性能通信：了解Iceoryx与零拷贝技术的实现与应用
• 详解高性能中间件Iceoryx在ROS2中的使用

1. 主要改进

1. 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。

2. 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。

3. 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。

4. 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。

5. 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：

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）

#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）

#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

参考资料

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