feat(level1): ROS2 完全体 12 包 / 80 测试 / 23 文档 / 工程化 / Docker 分组
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xs
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# 18 · 组合节点 (Composable Node) 完全指南
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> **目标**: 理解 ROS2 Composable Node 设计,能把多个节点合并到同一进程,降低延迟与开销。
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## 目录
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- [1. 是什么](#1-是什么)
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- [2. 为什么需要](#2-为什么需要)
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- [3. 工作原理](#3-工作原理)
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- [4. C++ 实现(.so 库)](#4-c-实现so-库)
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- [5. Container 启动](#5-container-启动)
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- [6. Python 等价做法](#6-python-等价做法)
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- [7. 性能对比](#7-性能对比)
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- [8. 何时用](#8-何时用)
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- [9. 推荐阅读](#9-推荐阅读)
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## 1. 是什么
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**Composable Node** = 把多个 ROS 节点装到**同一个进程**(共享内存)。
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```
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传统模式:
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┌──────────┐ ┌──────────┐ ┌──────────┐
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│ Process1 │ │ Process2 │ │ Process3 │
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│ Node A │ │ Node B │ │ Node C │
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└──────────┘ └──────────┘ └──────────┘
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│ DDS │ │ DDS │ │ DDS │
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└─────┴────────┴────────┴────────┘
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(跨进程通信,微秒级延迟)
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Composable 模式:
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┌────────────────────────────┐
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│ Single Process │
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│ Node A │ Node B │ Node C │
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│ (shared memory) │
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└────────────────────────────┘
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│ DDS │
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(只有出/入本进程时走 DDS)
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```
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## 2. 为什么需要
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| 场景 | 传统模式延迟 | Composable 延迟 | 提升 |
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| 5 节点 pipeline | ~500μs | ~50μs | **10x** |
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| 高频 sensor fusion | ~1ms | ~100μs | **10x** |
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| 大量小消息 | 频繁拷贝 | 共享指针 | **CPU 降 30%** |
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其他好处:
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- 启动快(避免 fork)
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- 内存共享(零拷贝)
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- 调试简单(单进程,单 gdb)
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## 3. 工作原理
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ROS2 Composable = C++ **共享库(.so)** + **Container 进程**。
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1. 把节点代码编译成 .so 库(`libmy_component.so`)
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2. Container 进程(`component_container_mt`)加载 .so
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3. Container 实例化组件(无需 fork)
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4. 组件间用**进程内 publish/subscribe**(不经过 DDS)
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## 4. C++ 实现(.so 库)
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**`my_pkg/src/my_component.cpp`**:
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```cpp
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#include "rclcpp_components/register_node_macro.hpp"
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class MyComponent : public rclcpp::Node
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{
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public:
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explicit MyComponent(const rclcpp::NodeOptions & options)
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: Node("my_component", options) {}
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};
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RCLCPP_COMPONENTS_REGISTER_NODE(MyComponent)
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```
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**`CMakeLists.txt`**:
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```cmake
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add_library(my_component SHARED src/my_component.cpp)
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ament_target_dependencies(my_component rclcpp)
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rclcpp_components_register_node(my_component "my_component")
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install(TARGETS my_component
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ARCHIVE DESTINATION lib
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LIBRARY DESTINATION lib
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RUNTIME DESTINATION bin
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)
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```
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## 5. Container 启动
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```bash
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# 1. 单线程 container(调试用)
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ros2 component standalone --container-type standalone
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# 2. 多线程 container(生产用)
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ros2 component standalone --container-type multithreaded
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# 3. 在已有 container 里加载组件
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ros2 component load <container_name> <package_name> <component_name>
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# 例:
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ros2 component load /ComponentManager my_pkg my_component
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```
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### Launch 文件
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```python
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from launch_ros.actions import ComposableNodeContainer
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from launch_ros.descriptions import ComposableNode
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container = ComposableNodeContainer(
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name='my_container',
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namespace='',
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||||
package='rclcpp_components',
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executable='component_container_mt',
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||||
composable_node_descriptions=[
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||||
ComposableNode(
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||||
package='my_pkg',
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||||
plugin='my_pkg::MyComponent',
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||||
name='node_a',
|
||||
),
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||||
ComposableNode(
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||||
package='my_pkg',
|
||||
plugin='my_pkg::MyComponent',
|
||||
name='node_b',
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||||
),
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],
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||||
)
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```
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## 6. Python 等价做法
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Python **不支持**真正的 Composable Node(必须用 C++ .so)。但有等价做法:
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```python
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# 同进程多节点(共享内存,但仍走 DDS 内部)
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import rclpy
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from rclpy.executors import MultiThreadedExecutor
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rclpy.init()
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node_a = NodeA()
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node_b = NodeB()
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executor = MultiThreadedExecutor(num_threads=4)
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executor.add_node(node_a)
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executor.add_node(node_b)
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executor.spin()
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```
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Python 多节点同进程 + MultiThreadedExecutor 是 ROS2 Python 等价的 Composable 做法。
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## 7. 性能对比
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| 维度 | 传统多进程 | C++ Composable | Python 多线程 |
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|---|---|---|---|
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| 启动时间 | 慢(每个进程 fork) | 快(动态加载) | 中 |
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| 进程间延迟 | ~100μs (DDS) | ~5μs (shared mem) | ~10μs |
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| 内存 | 每进程独立 | 共享 | 共享 |
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| 调试 | gdb attach 多个 | gdb 单进程 | gdb 单进程 |
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| 灵活性 | 高(可单独 kill) | 低(同进程) | 低 |
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## 8. 何时用
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**用 Composable**:
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- 同一 pipeline 多个节点(image → process → control)
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- 高频消息流(>100Hz)
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- 延迟敏感(机器人控制回路)
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**不用 Composable**:
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- 节点可独立部署(某些在 PC,某些在 RK3506)
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- 需要单独 kill 重启某些节点
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- 节点崩溃隔离(传统模式崩溃只影响一个进程)
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## 9. 推荐阅读
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- [ROS2 Composition 设计稿](https://design.ros2.org/articles/composition.html)
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- [ROS2 Humble Composition 教程](https://docs.ros.org/en/humble/Tutorials/Intermediate/Launch/Using-Event-Handlers.html)
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- [ros2 component CLI](https://docs.ros.org/en/humble/Tutorials/Intermediate/Composition.html)
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- [`py_lifecycle_composable` 包](../src/py_lifecycle_composable/README.md)
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Reference in New Issue
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