1. DDS 中的各種 Entities
(Entities in DCPS)
20170220
Taka Wang

2. In a Nutshell
• Introduce major entities in DCPS (Data-Centric Publish-Subscribe)
speci
fi
cation from the class diagram and implementation
viewpoints.
• Know the relationships and cardinalities among these entities.
• Discuss two ways (sync, async) to receive noti
fi
cation from DDS
middleware and common pitfalls.
• Summarize learning resources.

3. Take Aways For Busy People
• Create Few Domain Participants
• Create Entities Early
• Prefer Waitset over Listener
•
一
個 publisher/subscriber 上，可以有多個 datawriter/datareader
•
一
個 datawriter/datareader 只能對應
一
個 topic (concrete class)，但
不同 datawriter/reader 可以對應同
一
個 topic

4. Let's Dive Right In

5. 0. 也許你看過這張概念圖
但沒有深入了解各
自
的
目
的，也不知道彼此的association
總之就是照抄範例，創建
一
堆 entities，然後開始
用
reader, writer 讀寫

6. 0.1 DCPS 的模組 (module) 組成
Infrastructure Module
Domain Module
Publication Module Subscription Module
Topic-De
fi
nition Module
內含 Entity
Entity 是上
面
四個模組的
abstract base class
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本
文
略過(不難理解)，請參考此
頁
面

7. Entity is an Abstract Base Class
• An Entity is the common parent for the most important DDS-elements:
• DomainParticipant: Application connector to a Network Domain.
(是
用
來進入不同 Domain 的物件，不同 domain 間訊息不會互通，是隔離的)
• Topic: De
fi
nes the messages that will be transmitted across the network.
• DataWriter: Accessor to write typed data (Topic) into a Domain.
• DataReader: Accessor to read typed data (Topic) from a Domain.
• Publisher: Aggregation of DataWriter objects, used to disseminate data.
• Subscriber: Aggregation of DataReader objects, used to collect data.

8. 1. Infrastructure Module
主要包括：
- Entity 這個抽象基類
- Listener 與 WaitSet 這
兩種互動模式
- Qos 與 Status 定義
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9. 1.1. Conceptional DataReader
Listener
Listener 是 middleware
用
來非同步 (async) 的通知應
用
程式，有 status 改變了
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10. 1.2. Listener Class Diagram
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• 所有的 Entity 都有對應的 Listener
• 例如 DataReaderListener 就是
Data Reader 的 Listener
• Listener 定義很多 Callback，
用
來
跟應
用
程式互動， 通知應
用
程式
Status 發
生
不同的改變
• 類似 exception handler 機制，如
果 Subscriber 已經處理這個狀態改
變，則上層的 DataReader 就不
用
處理這個改變。反之，
一
路往
parent 傳遞 (propagation)。
parent

11. 1.3. Status and Waitset
• Topic, Subscriber, Data Reader 與 Data Writer 四種 Entity 上有對應
的 Status
• 請參考下列
頁
面
的 Class Diagram 與列表
• Status
• Waitset

12. 1.4. Conceptional DataReader WaitSet
應
用
程式將關注的 Condition 丟進 waitset (步驟
一
)，然後等待 StatusCondition
中任
一
trigger_value 從 FALSE 變成 TRUE (步驟
二
)， 這時候應
用
程式主動去拿
等待的結果並做處理 (步驟三)。換句話說，應
用
程式是卡住等待狀態改變的。
步驟
一
通常在應
用
程式初始化設定，步驟
二
跟三通常放在應
用
程式主迴圈中等待
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13. 2. Domain Module
主要包括：
- Domain Participant 這
個 Entity 抽象類 的
子
類
- Domain Participant
Factory 類
- Domain Participant
Listener 類
有很多
factory method
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14. 2.1 Domain Participant
• 因為是 Entity 的
子
類，所以有 QosPolicies, StatusCondition 與 Listener (詳
見
1. Infrastructure
Module 的 class diagram)
• Domain Participant 扮演的
角
色
• 應
用
程式要進入特定 Domain，需要透過 Domain Participant 建立 Virtual network Link，做到
Physical Network 上不同 DDS 應
用
隔離互不
干
擾的效果。
• 是所有 Entities 的
工
廠 (
見
上
頁
的 Factory methods)
• 是所有 Entities (詳
見
0.) 的容器 (container)
• 沒有
自
己
專
用
的 Listener (domain listener) 去聽 domain 狀態變化，
而
是
用
來處理容器內所
有 Entities 沒有處理的狀態變化 (還記得1.1的
一
路往 parent 傳遞 (propagation) 嗎？)
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15. 3. Subscription Module
主要包括下列四個重要的類別：
- Subscriber
- DataReader
- DataSample
- SampleInfo
Listener 與 Condition 請參考前
面
介紹
DataReader 加上 Subscriber 形
成 Subscription 概念
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16. 3.1. Subscriber & Sample
• Subscriber 主要負責收集來
自
不同 Publisher 的資料
• DataReader 不負責從 Network 直接收資料，
而
是由 Subscriber 決
定何時、如何將資料傳到 DataReader
• Subscriber 只收所屬 Partition 的 samples
• Subscriber 也是 DataReaders 的
工
廠 (DomainParticipant 也是）
• SampleInfo
用
來描述 Sample 的相關狀態
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17. 3.2 DataReader
• DataReader 是 abstract class, 針對特定 type，有各
自
的 concrete
data reader (例如 Foo Type 會由 preprocessor 產
生
FooDataReader)
• Typed DataReader
用
來存取對應 type 的 sample 與其對應的
SampleInfo
• DataReader 上有 Listeners, Conditions 與 Qos
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18. 4. Publication Module
主要包括下列兩個重要的類別：
- Publisher
- DataWriter
DataWriter 加上 Publisher 形成
Publication 概念
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19. Discussion and Best Practices

20. Prefer Waitset over Listener
• 從
文
件上可以知道 Data Reader 有兩種接收資料的
方
式
• waitset: blocking (透過 condition variable 去卡，類似 Unix Select的
行
為)
• listener: non-blocking, aka. async (透過 register callback handler)
• 如果接收端 (application) 的 waiting loop 並沒有其他
工
作要做，只是等待資
料進來做後續處理，這時候請盡量使
用
waitset。這樣的 code 比較安全 (雖
然有 Context Switch 的 Overhead)，除非 callback 內的處理非常快，追求
extreme 的效能才
用
listener (做 benchmark，
而
不是 production)

21. Why Waitset?
• Listener 的 callback 是被 DDS middleware 的 thread 呼叫的，但 DDS middleware thread 通常都在做
這些事情：
• 為各個 Data Reader 收資料
• 收發 metadata 給 Data Writer
• 處理 Deadline 與 Liveliness 之類的 Qos
• 呼叫 Callback 時，接收端的 main thread 雖然還在跑 (async)，但 DDS middleware 的 thread 此時卡
住，要等 Callback 內的事情處理完 (寫檔、寫資料庫等等)，造成下列後果：
• Data Readers 會漏資料
• 無法正確處理(通知別
人
) Liveliness 狀態

22. Notice from documents about listener
• PT: Something worth pointing out is that the handler code will
execute in a middleware thread. As a result, when using listeners
you should try to minimize the time spent in the listener itself.
• RTI: While a Listener is used to provide a callback for
asynchronous access, Conditions and WaitSets provide
synchronous data access. This means that you use a WaitSet to
block an application thread until data becomes available. This is
safer than using a listener because you do not have to worry about
blocking Connext's threads.

23. Entities management
• Create Few DomainParticipants (在
一
程式中，
一
個 Domain，
一
個 DP 就好)，否則會浪
費很多系統資源，因為它主要
用
來：
• DomainParticipants
用
來尋找 Domain 中的其他 Entities，並管理這些關聯
• 創建 Thread
• Create Entities Early (不要等到要 Read/Write 才創建 DataWriter/DataReader，程式
一
開
始初始化時就應該創建)
• 需要幫
自
己
Allocate Queue
• 傳送 discovery 訊息通知其他程式，
自
己
已經存在於 Domain 中 (可想
而
知需要點時間)

24. Take Aways
• Create Few Domain Participants
• Create Entities Early
• Prefer Waitset over Listener
•
一
個 publisher/subscriber 上，可以有多個 datawriter/datareader
•
一
個 datawriter/datareader 只能對應
一
個 topic (concrete class)，但
不同 datawriter/reader 可以對應同
一
個 topic

25. Reference
• Vortex Lite C99 API Reference Guide (了解 DCPS 概念與架構，推薦閱讀
而
不是只當作
API 查閱
文
件，與 ISO C++ 章節內容完全相同)
• Best Practices using RTI Connext DDS (同樣適
用
於 PT 的實作，推薦閱讀)
• Vortex - The DDS Tutorial (最輕量化的教學
文
件，短短20多
頁
，幫助你掌握八成重要的概
念)
• DataWriters/Publishers and DataReaders/Subscribers (清楚的解釋四種 Entities 的關係)
• RTI: WaitSet with Status Condition (介紹 Waitset 概念)
• PT: Reading and Writing Data (介紹 Waitset 與 Listener
用
法)

26. Thank you