理解 ROS 2 服务

目标： 使用命令行工具学习 ROS 2 中的服务。

教程级别： 初级

预计用时： 10 分钟

背景

服务（service）是 ROS 图中节点间通信的另一种方式。话题（topic）基于发布者-订阅者模型，而服务基于调用-响应模型。话题允许节点订阅数据流并持续获取更新，而服务仅在被客户端明确调用时才返回数据。

Service-SingleServiceClient

Service-MultipleServiceClient

前提条件

本教程中提到的一些概念，如节点和话题，已在之前的教程中介绍。

你需要安装 turtlesim 包。

和之前一样，请记得在每个新打开的终端中 source ROS 2。

任务

1 设置

启动两个 turtlesim 节点：/turtlesim 和 /teleop_turtle。

打开一个新终端并运行：

$ ros2 run turtlesim turtlesim_node

打开另一个终端并运行：

$ ros2 run turtlesim turtle_teleop_key

2 ros2 service list

在新终端中运行 ros2 service list 命令，将返回系统中当前所有活跃服务：

$ ros2 service list
/clear
/kill
/reset
/spawn
/teleop_turtle/describe_parameters
/teleop_turtle/get_parameter_types
/teleop_turtle/get_parameters
/teleop_turtle/list_parameters
/teleop_turtle/set_parameters
/teleop_turtle/set_parameters_atomically
/turtle1/set_pen
/turtle1/teleport_absolute
/turtle1/teleport_relative
/turtlesim/describe_parameters
/turtlesim/get_parameter_types
/turtlesim/get_parameters
/turtlesim/list_parameters
/turtlesim/set_parameters
/turtlesim/set_parameters_atomically

你会看到两个节点都包含六个名称中带 parameters 的服务。ROS 2 中几乎所有节点都内置了这些用于管理 parameter 的基础设施服务。关于 parameter 的更多内容将在下一个教程中介绍，本教程暂不讨论 parameter 相关服务。

现在，让我们关注 turtlesim 特有的服务：/clear、/kill、/reset、/spawn、/turtle1/set_pen、/turtle1/teleport_absolute 和 /turtle1/teleport_relative。你可能还记得在 turtlesim、ros2 和 rqt 的教程中，曾通过 rqt 与其中一些服务交互过。

3 ros2 service type

服务有类型，用于描述请求和响应数据的结构。服务类型的定义方式与话题类型类似，区别在于服务类型包含两部分：一个请求消息和一个响应消息。

要查看某个服务的类型，使用以下命令：

$ ros2 service type <service_name>

让我们看看 turtlesim 的 /clear 服务。在新终端中输入命令：

$ ros2 service type /clear
std_srvs/srv/Empty

Empty 类型表示该服务调用在发送请求时不携带数据，在接收响应时也不返回数据。

3.1 ros2 service list -t

要同时查看所有活跃服务的类型，可以在 list 命令后附加 --show-types 选项（简写为 -t）：

$ ros2 service list -t
/clear [std_srvs/srv/Empty]
/kill [turtlesim_msgs/srv/Kill]
/reset [std_srvs/srv/Empty]
/spawn [turtlesim_msgs/srv/Spawn]
...
/turtle1/set_pen [turtlesim_msgs/srv/SetPen]
/turtle1/teleport_absolute [turtlesim_msgs/srv/TeleportAbsolute]
/turtle1/teleport_relative [turtlesim_msgs/srv/TeleportRelative]
...

4 ros2 service info

要查看特定服务的信息，使用以下命令：

$ ros2 service info <service_name>

这将返回服务的类型，以及服务客户端和服务端的数量。

例如，你可以查看 /clear 服务的客户端和服务端数量：

$ ros2 service info /clear
Type: std_srvs/srv/Empty
Clients count: 0
Services count: 1

4.1 ros2 service info —verbose

要获取服务的更详细信息，可以在 info 命令后附加 --verbose（或 -v）选项：

$ ros2 service info --verbose <service_name>

例如，你可以获取 /clear 服务的详细信息：

$ ros2 service info --verbose /clear

这将返回额外的信息，包括服务端所在节点的名称和命名空间，以及底层中间件（RMW）的实现细节。值得注意的是：基于 DDS 的 RMW 实现（connextdds、cyclone、fastrtps）的 Endpoint count 为 2，因为 DDS 会为每个服务端创建两个 endpoint（一个用于请求，一个用于响应）。

  Type: std_srvs/srv/Empty
  Clients count: 0
  Services count: 1
  Node name: turtlesim
  Node namespace: /
  Service type: std_srvs/srv/Empty
  Service type hash: RIHS01_5888399dedec5ccc85ea6451949fd2c9f97bfdf963f9a588821639fcd31b5d19
  Endpoint type: SERVER
  Endpoint count: 2
  GIDs:
  - Request Reader : 01.0f.93.f0.07.92.53.47.00.00.00.00.00.00.13.04
  - Response Writer : 01.0f.93.f0.07.92.53.47.00.00.00.00.00.00.14.03
  QoS profiles:
  - Request Reader :
        Reliability: RELIABLE
        History (Depth): KEEP_LAST (10)
        Durability: VOLATILE
        Lifespan: Infinite
        Deadline: Infinite
        Liveliness: AUTOMATIC
        Liveliness lease duration: Infinite
  - Response Writer :
        Reliability: RELIABLE
        History (Depth): KEEP_LAST (10)
        Durability: VOLATILE
        Lifespan: Infinite
        Deadline: Infinite
        Liveliness: AUTOMATIC
        Liveliness lease duration: Infinite

而对于像 rmw_zenoh_cpp 这样非 DDS 的 RMW 实现，Endpoint count 为 1，因为它使用单个 endpoint 同时处理请求和响应。

  Type: std_srvs/srv/Empty
  Clients count: 0
  Services count: 1
  Node name: turtlesim
  Node namespace: /
  Service type: std_srvs/srv/Empty
  Service type hash: RIHS01_5888399dedec5ccc85ea6451949fd2c9f97bfdf963f9a588821639fcd31b5d19
  Endpoint type: SERVER
  Endpoint count: 1
  GID: 59.b0.ea.78.57.3c.52.b4.c6.e9.af.44.22.3d.7c.f5
  QoS profile:
    Reliability: RELIABLE
    History (Depth): KEEP_LAST (10)
    Durability: VOLATILE
    Lifespan: Infinite
    Deadline: Infinite
    Liveliness: AUTOMATIC
    Liveliness lease duration: Infinite

如果你想了解更多关于不同 RMW 实现的内容，请参考关于不同中间件厂商的概念文档。

5 ros2 service find

如果你想查找特定类型的所有服务，可以使用以下命令：

$ ros2 service find <type_name>

例如，你可以这样查找所有 Empty 类型的服务：

$ ros2 service find std_srvs/srv/Empty
/clear
/reset

6 ros2 interface show

你可以从命令行调用服务，但首先需要了解输入参数的结构。

$ ros2 interface show <type_name>

在 /clear 服务的类型 Empty 上试试：

$ ros2 interface show std_srvs/srv/Empty
---

--- 用于分隔请求结构（上方）和响应结构（下方）。不过，正如你之前了解到的，Empty 类型既不发送也不接收任何数据，所以它的结构自然是空白的。

让我们查看一个请求和响应都携带数据的服务，比如 /spawn。从 ros2 service list -t 的结果中，我们知道 /spawn 的类型是 turtlesim_msgs/srv/Spawn。

要查看 /spawn 服务的请求和响应参数，运行命令：

$ ros2 interface show turtlesim_msgs/srv/Spawn
float32 x
float32 y
float32 theta
string name # Optional.  A unique name will be created and returned if this is empty
---
string name

--- 上方的内容告诉我们调用 /spawn 所需的参数。x、y 和 theta 确定生成乌龟的 2D 位姿，name 则是可选的。

--- 下方的信息虽在本例中并非必须了解，但可以帮助你理解服务响应的数据类型。

7 ros2 service call

现在你已经了解了什么是服务类型、如何查找服务类型，以及如何查看该类型参数的结构，接下来可以使用以下命令来调用服务：

$ ros2 service call <service_name> <service_type> <arguments>

<arguments> 部分是可选的。例如，你知道 Empty 类型的服务不需要任何参数：

$ ros2 service call /clear std_srvs/srv/Empty

这条命令将清除 turtlesim 窗口中乌龟已经绘制的所有线条。

clear

现在让我们通过调用 /spawn 并传入参数来生成一只新乌龟。从命令行调用服务时，<arguments> 需要使用 YAML 语法。

输入命令：

$ ros2 service call /spawn turtlesim_msgs/srv/Spawn "{x: 2, y: 2, theta: 0.2, name: ''}"
requester: making request: turtlesim_msgs.srv.Spawn_Request(x=2.0, y=2.0, theta=0.2, name='')

response:
turtlesim_msgs.srv.Spawn_Response(name='turtle2')

你将看到命令以结构化方式显示请求内容，随后输出服务响应。

你的 turtlesim 窗口将立即更新，显示新生成的乌龟：

spawn

8 ros2 service echo

要查看服务客户端与服务端之间的数据通信，可以使用以下命令对服务执行 echo：

$ ros2 service echo <service_name | service_type> <arguments>

ros2 service echo 依赖于服务客户端和服务端的服务内省（introspection）功能，该功能默认禁用。要启用它，需要在创建服务客户端或服务端之后调用 configure_introspection。

启动 introspection_client 和 introspection_service 服务内省演示：

$ ros2 launch demo_nodes_cpp introspect_services_launch.py

打开另一个终端，运行以下命令为 introspection_client 和 introspection_service 启用服务内省：

$ ros2 param set /introspection_service service_configure_introspection contents
$ ros2 param set /introspection_client client_configure_introspection contents

现在我们可以通过 ros2 service echo 查看 introspection_client 和 introspection_service 之间的服务通信。

$ ros2 service echo --flow-style /add_two_ints
 info:
   event_type: REQUEST_SENT
   stamp:
     sec: 1709408301
     nanosec: 423227292
   client_gid: [1, 15, 0, 18, 250, 205, 12, 100, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 21, 3]
   sequence_number: 618
 request: [{a: 2, b: 3}]
 response: []
 ---
 info:
   event_type: REQUEST_RECEIVED
   stamp:
     sec: 1709408301
     nanosec: 423601471
   client_gid: [1, 15, 0, 18, 250, 205, 12, 100, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 20, 4]
   sequence_number: 618
 request: [{a: 2, b: 3}]
 response: []
 ---
 info:
   event_type: RESPONSE_SENT
   stamp:
     sec: 1709408301
     nanosec: 423900744
   client_gid: [1, 15, 0, 18, 250, 205, 12, 100, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 20, 4]
   sequence_number: 618
 request: []
 response: [{sum: 5}]
 ---
 info:
   event_type: RESPONSE_RECEIVED
   stamp:
     sec: 1709408301
     nanosec: 424153133
   client_gid: [1, 15, 0, 18, 250, 205, 12, 100, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 21, 3]
   sequence_number: 618
 request: []
 response: [{sum: 5}]
 ---

总结

节点可以通过服务在 ROS 2 中通信。话题是一种单向通信模式，一个节点发布消息供一个或多个订阅者接收；而服务采用请求/响应模式：客户端向提供服务的节点发出请求，该节点处理请求并返回响应。

通常，服务不适合用于连续调用；话题甚至动作（action）更适合这种场景。

在本教程中，你使用了命令行工具来识别、内省和调用服务。

下一步

在下一个教程中，你将学习如何配置节点设置。