2.2　计算图

从计算图的角度来看，ROS系统软件的功能模块以节点为单位独立运行，可以分布于多个相同或不同的主机中，在系统运行时通过端对端的拓扑结构进行连接。

2.2.1　节点

节点（Node）就是一些执行运算任务的进程，一个系统一般由多个节点组成，也可以称为“软件模块”。节点概念的引入使得基于ROS的系统在运行时更加形象：当许多节点同时运行时，可以很方便地将端对端的通信绘制成如图2-3所示的节点关系图，在这个图中进程就是图中的节点，而端对端的连接关系就是节点之间的连线。

图2-3　ROS中的节点关系图

2.2.2　消息

节点之间最重要的通信机制就是基于发布/订阅模型的消息（Message）通信。每一个消息都是一种严格的数据结构，支持标准数据类型（整型、浮点型、布尔型等），也支持嵌套结构和数组（类似于C语言的结构体struct），还可以根据需求由开发者自主定义。

2.2.3　话题

消息以一种发布/订阅（Publish/Subscribe）的方式传递（见图2-4）。一个节点可以针对一个给定的话题（Topic）发布消息（称为发布者/Talker），也可以关注某个话题并订阅特定类型的数据（称为订阅者/Listener）。发布者和订阅者并不了解彼此的存在，系统中可能同时有多个节点发布或者订阅同一个话题的消息。

图2-4　ROS中基于发布/订阅模型的话题通信

2.2.4　服务

虽然基于话题的发布/订阅模型是一种很灵活的通信模式，但是对于双向的同步传输模式并不适合。在ROS中，我们称这种同步传输模式为服务（Service），其基于客户端/服务器（Client/Server）模型，包含两个部分的通信数据类型：一个用于请求，另一个用于应答，类似于Web服务器。与话题不同的是，ROS中只允许有一个节点提供指定命名的服务。

2.2.5　节点管理器

为了统筹管理以上概念，系统当中需要有一个控制器使得所有节点有条不紊地执行，这就是ROS节点管理器（ROS Master）。ROS Master通过远程过程调用（RPC）提供登记列表和对其他计算图表的查找功能，帮助ROS节点之间相互查找、建立连接，同时还为系统提供参数服务器，管理全局参数。ROS Master就是一个管理者，没有它的话，节点将无法找到彼此，也无法交换消息或调用服务，整个系统将会瘫痪，由此可见其在ROS系统中的重要性。