ROS机器人程序设计（原书第2版）2.2　理解ROS计算图级

2.2　理解ROS计算图级

ROS会创建一个连接到所有进程的网络。在系统中的任何节点都可以访问此网络，并通过该网络与其他节点交互，获取其他节点发布的信息，并将自身数据发布到网络上。

在这一层级中最基本的概念包括节点、节点管理器、参数服务器、消息、服务、主题和消息记录包，这些概念都以不同的方式向计算图级提供数据：

节点（Node）　节点是主要的计算执行进程。如果你想要有一个可以与其他节点进行交互的进程，那么你需要创建一个节点，并将此节点连接到ROS网络。通常情况下，系统包含能够实现不同功能的多个节点。你最好让每一个节点都具有特定的单一的功能，而不是在系统中创建一个包罗万象的大节点。节点需要使用如roscpp或rospy的ROS客户端库进行编写。

节点管理器（Master）　节点管理器用于节点的名称注册和查找等。它也设置节点间的通信。如果在你的整个ROS系统中没有节点管理器，就不会有节点、服务、消息之间的通信。需要注意的是，由于ROS本身就是一个分布式网络系统，你可以在某一台计算机上运行节点管理器，在该管理器或其他计算机上运行节点。

参数服务器（Parameter Server）　参数服务器能够使数据通过关键词存储在一个系统的核心位置。通过使用参数，就能够在运行时配置节点或改变节点的工作任务。

消息（Message）　节点通过消息完成彼此的沟通。消息包含一个节点发送到其他节点的信息数据。ROS中包含很多种标准类型的消息，同时你也可以基于标准消息开发自定义类型的消息。

主题（Topic）　每个消息都必须有一个名称来被ROS网络路由。每一条消息都要发布到相应的主题。当一个节点发送数据时，我们就说该节点正在向主题发布消息。节点可以通过订阅某个主题，接收来自其他节点的消息。一个节点可以订阅一个主题，而不需要该节点同时发布该主题。这就保证了消息的发布者和订阅者之间相互解耦，完全无需知晓对方的存在。主题的名称必须是独一无二的，否则在同名主题之间的消息路由就会发生错误。

服务（Service）　在发布主题时，正在发送的数据能够以多对多的方式交互。但当你需要从某个节点获得一个请求或应答时，就不能通过主题来实现了。在这种情况下，服务能够允许我们直接与某个节点进行交互。此外，服务必须有唯一的名称。当一个节点提供某个服务时，所有的节点都可以通过使用ROS客户端库编写的代码与它通信。

消息记录包（Bag）　消息记录包是一种用于保存和回放ROS消息数据的文件格式。消息记录包是一种用于存储数据的重要机制。它能够获取并记录各种难以收集的传感器数据。我们可以通过消息记录包反复获取实验数据，进行必要的开发和算法测试。在使用复杂机器人进行实验工作时，需要经常使用消息记录包。

在下图中你可以看到计算图级的图形化表示（节点状态图）。它表示了真实机器人在真实条件下系统的工作状态。在图中，你可以看到节点和主题，以及哪些节点订阅哪些主题等。此节点状态图中并没有消息、消息记录包、参数服务器和服务。这些内容需要使用其他工具进行图形化展示。用于创建该图表的工具是rqt_graph，在第3章中将学习到更多相关知识。这些概念在ros-comm库中实现。