AimRT 核心设计理念

Initialize 阶段和 Start 阶段

在大部分领域,一个常驻型服务的运行过程通常分为两个阶段:

  • 初始化阶段:进行一些冗长的的初始化逻辑,只占整个运行过程的最开始一小段,在初始化成功后就进入运行阶段;

  • 运行阶段:进行循环的、高效的任务处理,会占据大部分的运行时间,直到进程因为某些原因被停止;

根据这两个阶段的特点可以发现,保障运行阶段的执行效率更为重要,而初始化阶段的执行效率则相对不是太重要。

AimRT 根据这个理论前提,将整个运行时间分为Initialize阶段和Start阶段,在Initialize阶段尽可能的将所有运行时需要的资源都申请、注册、初始化完毕,尽量保证在Start阶段没有额外的资源申请、注册表加锁等操作,从而优化运行阶段效率。

具体到 AimRT 使用时,表现为有一些接口只能在Initialize阶段调用,而另一些接口只能在Start阶段调用。同时,AimRT 会保证Initialize阶段是单线程进行的,减少开发者在线程安全等方面额外的精力。另外,AimRT 还可以在Initialize结束后明确知晓自身需要的资源、通信关系,从而产出一份初始化报告,开发者可以在日志中查看或通过一些参数/接口导出初始化报告。

需要注意的是,AimRT 的Initialize阶段仅仅是 AimRT 框架自身的初始化阶段,可能只是整个服务初始化阶段的一部分。使用者可能还需要在 AimRT 的Start阶段先初始化自己的一些业务逻辑,比如检查上下游资源、进行一些配置等,然后再真正的进入整个服务的运行阶段。各个运行阶段关系如下图所示:

逻辑实现与部署运行分离

AimRT 的一个重要设计思想是:将逻辑开发与实际部署运行解耦。开发者在实现具体业务逻辑时,也就是写Module代码时,可以不用关心最终运行时的部署方式通信方式。例如:在开发一个 RPC client 模块和一个 RPC server 模块时,用户只需要知道 client 发出去的请求,server 一定能接收到并进行处理,而不用关心最终 client 模块和 server 模块部署在哪里、以及 client 和 server 端数据是怎么通信的。如下图所示:

当用户开发完成后,再根据实际情况决定部署、通信方案。例如:

  • 如果两个模块可以编译在一起,则 client-server 之间的通信可以直接传递数据指针。

  • 如果后续两个模块需要进行稳定性解耦,则可以部署为同一台服务器上的两个进程,client-server 之间通过共享内存、本地回环等方式进行通信。

  • 如果发现其中一个模块需要部署在机器人端,另一个需要部署在云端,则 client-server 之间可以通过 http、tcp 等方式进行通信。

而这些变化只需要用户修改配置、或简单修改 Pkg、Main 函数中的一些代码即可支持,不用修改任何原始的逻辑代码。

AimRT 中的线程资源

AimRT 主张在初始化阶段就申请好所有需要使用的资源,因此线程资源也一样,需要用户在配置文件中提前声明。一般来说,一个 AimRT 进程运行时,所有运行的线程来源于三个方面:

  • AimRT 框架本身启动的线程;

  • 用户在启动配置文件中主动配置的线程;

  • AimRT 框架加载的插件启动的线程;

  • 用户在业务模块中自己启动的线程;

前两者属于 AimRT 框架管控的线程,第三个属于插件管控的线程,最后一个属于用户自己管控的线程;

如果不进行任何配置、不加载任何插件,AimRT 框架本身只会使用到两个线程:

  • 主线程:即调用 AimRT InitializeStart方法的线程,一般就是main函数所在的主线程。AimRT 一般在启动后将主线程阻塞,等待停止信号以调用Shutdown方法。

  • 守护线程:AimRT 在启动后,会启动一个守护线程,会在守护线程中定时监测运行状态,对阻塞过长时间的情况发出告警,并作为默认的日志线程。

如果用户在配置文件中主动配置了执行器,AimRT 框架就会按照配置,在初始化阶段创建相应的线程或线程池资源,供用户在运行业务时使用。推荐开发者使用AimRT框架统一管控的线程资源,而不是自己手动创建线程,具体使用方式请参考执行器相关文档。

除此之外,插件引入的线程请参考对应插件的文档;用户在自己的业务代码中也完全可以使用原生的线程 API 创建自己的线程资源。

兼容第三方生态

AimRT 的底层通信是交给插件来执行的,也可以借此实现一些兼容第三方生态的功能。例如当Module通过Channel对外发布一个消息时,插件层可以将其编码为一个 ROS2 消息并发送到原生 ROS2 体系中,从而打通与原生 ROS2 节点的互通。并且 AimRT 底层可以加载多个插件,因此可以同时兼容不同的第三方生态。如下图所示: