ROS 2基础概念#2：节点（Node）| ROS 2学习笔记

ROS 2节点简介

节点是执行计算的进程。节点组合在一起形成一个图（graph），并使用主题（topic）、服务（service）和参数服务器（paramter server）相互通信。这些节点旨在以细粒度的规模运行；机器人控制系统通常包含许多节点。例如，一个节点控制激光测距仪，一个节点控制机器人的轮式电机，一个节点执行定位，一个节点执行路径规划，一个节点提供系统的图形视图，等等。

ROS 中节点的使用为整个系统带来了多种好处。由于崩溃被隔离到各个节点，因此具有额外的容错能力。与单片系统相比，代码复杂性降低了。实现细节也被很好地隐藏，因为节点向图的其余部分公开了最小的 API，并且即使在其他编程语言中，也可以轻松替换替代实现。

所有正在运行的节点都有一个图形资源名称，用于向系统的其余部分唯一标识它们。例如，/hokuyo_node可以是广播激光扫描的 Hokuyo 驱动程序的名称。节点还有一个节点类型，它简化了引用文件系统上可执行节点的过程。这些节点类型是包资源名称，其中包含节点包的名称和节点可执行文件的名称。为了解析节点类型，ROS 会搜索包中具有指定名称的所有可执行文件，并选择找到的第一个。因此，您需要小心，不要在同一包中生成具有相同名称的不同可执行文件。

ROS 节点是使用ROS 客户端库（rcl，例如roscpp或rospy）编写的。

ROS 2在设计上采用了一些关键的改进和更新，特别是在节点（nodes）的实现和通信机制方面。在ROS 2中，节点依然是构建和运行机器人应用的基本单元，但与ROS 1相比，它们在多个方面有了显著的改进。

ROS 2节点改进和新特性

1. 改进的通信机制

ROS 2采用了DDS（Data Distribution Service）作为底层的中间件，这是一项面向实时系统的通信标准。与ROS使用的基于TCP/IP的通信相比，DDS提供了更高的性能、更好的可靠性和更灵活的消息传输模式（包括点对点和发布/订阅）。这使得ROS 2能够更好地支持大规模分布式系统和实时应用。

2. 节点自动发现机制

在ROS1中，节点自动发现机制依赖于一个名为ROS Master的中心化名称服务。ROS Master允许节点在启动时注册自己，并发现其他节点，以便它们可以相互通信。ROS Master充当了节点发现的中心节点，同时也带来了更多的可靠性的问题：当ROS Master崩溃的时候，整个系统也将无法工作。

而ROS2则因为采用了基于DDS（Data Distribution Service）的分布式消息传递系统，节点使用DDS的发现协议自动发现彼此，无需中心化的ROS Master。这种方式更加适合分布式系统，提高了系统的可扩展性和容错性。

3. 节点生命周期管理

ROS 2引入了节点生命周期的概念，这是一种管理节点状态（如初始化、激活、停止等）的机制。这允许系统以更可控和可预测的方式管理资源和行为，特别是在需要高度可靠性的应用中。节点生命周期管理还简化了错误处理和系统恢复，提高了系统的整体稳定性和可维护性。

4. 增强的安全性

ROS 2引入了一套安全增强功能，称为SROS（Secure ROS）。这些功能包括节点认证、加密通信和访问控制，可以有效保护机器人系统免受恶意攻击。在机器人越来越多地被应用于安全敏感的环境中，如家庭、医疗和公共空间，这些安全特性变得尤为重要。

5. 实时支持

通过利用DDS的实时通信能力，ROS 2被设计为可以支持实时应用。这意味着开发者可以创建能够满足特定时间约束的节点和系统，这对于控制和其他需要快速响应的任务至关重要。ROS 2还提供了实时调度和内存管理的工具，帮助开发者优化其应用的实时性能。

6. 跨平台支持

ROS 2旨在支持更广泛的操作系统和平台，包括Windows、Linux和macOS，甚至是嵌入式平台。这是通过使用更加便携的代码和依赖项，以及提供对不同操作系统特有功能的抽象来实现的。这种跨平台支持使得ROS 2能够应用于更多种类的机器人项目和环境中。

节点命令行工具

在ROS 2中，提供了一系列命令行工具（CLI）用于管理节点（nodes），这些工具使得开发者可以方便地与ROS 2系统交互，执行各种操作，如列出活动节点、获取节点信息、以及终止节点等。以下是一些主要的ROS 2命令行工具和它们的用途：

启动节点

ros2 run是用于启动ROS 2节点的命令。使用方法:

ros2 run [package_name] [executable_name]

管理节点

ros2 node是一个用于节点管理的命令行工具，它允许用户执行与节点相关的各种操作。

列出节点：

要查看当前活动的节点，可以使用：

ros2 node list

这个命令会列出当前系统中所有活跃的节点名称。

获取节点信息：

要获取特定节点的更多信息，如订阅的主题、发布的主题、提供的服务等，可以使用：

ros2 node info <node_name>

终止节点

在ROS 2中，直接终止节点的命令不像ROS 1中的rosnode kill那样直观。要终止一个节点，通常需要找到运行该节点的进程，然后使用系统命令（如kill在Linux上）来终止该进程。可以通过组合使用ps和grep命令来查找节点的进程ID，然后使用kill命令终止它。

例如，如果你的节点名称包含talker，你可以使用以下命令查找并终止这个节点：

pgrep -f ros2.*talker

这将列出所有名称中包含talker的ROS 2节点的进程ID。然后，你可以使用kill命令加上进程ID来终止节点：

kill -SIGINT <process_id>

或者，如果想要终止所有匹配的进程，可以使用：

pkill -f ros2.*talker