ROS系统框架

根据ROS系统代码的维护者和分布俩标识，主要有两大部分：核心部分，也是主要部分，一般称为main。主要由Willow Garage公司和一些开发者来设计提供与维护。他们提供一些分布式计算的基本工具，以及整个ROS系统核心部分的程序编写；全球范围的代码，被称为universe，由不同国家的ROS社区组织开发和维护。

ROS从设计视角上有三级概念：文件系统级、计算图级、社区级。除此之外，ROS也有两种类型的命名：功能包源名称和计算图源名称。

ROS从架构视角上可以分为操作系统层、中间件层和应用层三个层级。ROS的系统架构如下图所示。
下面先从设计视角上展开叙述ROS系统架构。

ROS文件系统级

文件系统级：指可以在硬盘上查看的ROS源代码，包括以下几种

• 功能包（Package）。功能包是ROS中组织软件的主要形式，一个功能包可能包含ROS运行过程（如节点），一个ROS依赖库、数据集、配置文件或者组织在一起的任何其他文件。（带有manifest.xml）
• 功能包清单（Manifest）。提供关于功能包的元数据，包括它的许可信息和依赖信息，指定的编程语言信息（如编辑标记）。最重要的功能是定义功能包之间的依赖关系。功能包清单是一个manifests.xml文件，通过这个文件实现对功能包的管理。
• 功能包集（Stack），提供某种功能的一些功能包的集合；（带有stack.xml）；
• 功能包集清单（Stack Manifest），指stack.xml文件，提供关于功能包集的相关信息，与Manifest文件类似，但主要作用于功能包集；
• 消息类型（Message/msg type）。消息的描述，定义了ROS中发送的消息的数据结构，存储在目录my_package/srv/MyServiceType.srv下；
• 服务类型（Service/srv type）。服务的描述，定义了ROS中需求和相应的数据结构，存储在目录my_oackag/srv/MyServiceType.srv下；

计算图级

ROS中基本的计算图级概念包括：节点、节点管理器、参数服务器、消息、服务、主题和包。

• 节点（Node）。节点是执行计算的过程，执行具体任务的进程、独立运行的可执行文件。不同节点可使用不同的编程语言，可分布式运行在不同的主机上。节点在系统中的名称必须唯一。例如，机器人控制系统由很多节点组成：一个节点控制一个激光距离传感器，一个节点控制轮子的马达，一个节点执行定位，一个节点执行路径规划……
  ROS提供了处理节点的工具，用于节点信息、状态、可用性等的查询操作，例如可以用下面的命令对正在运行的节点进行操作。
• 节点管理器(Master)。控制中心，为节点提供命名和注册服务；跟踪和记录话题/服务通信，辅助节点相互查找、建立连接；提供参数服务器，节点使用此服务器存储和检索运行时的参数。
  
• 话题(Topic)，异步通信机制，节点间用来传输数据的重要总线，使用发布/订阅模型，数据由发布者传输到订阅者，同一个主题的订阅者或发布者。

• 消息(Message)，既有一定的类型和数据结构，包括ROS提供的标准类型和用户自定义类型；使用变成语言无关的.msg文件定义，编译过程中生成对应的代码文件。
  

• 服务(Server)，同步通信机制，使用客户端/服务器（C/S）模型，客户端发送请求数据，服务器完成处理后返回应答数据。使用编程语言无关的.srv文件定义请求和应答结构数据，编译过程中生成对应的代码文件。
  
  -参数管理器(Parameter Server)，全局共享字典，可通过网络访问的共享、多变量字典，节点使用此服务器来存储和检索运行时的参数，适合存储静态、非二进制的配置参数，不适合动态存储。

• 消息记录包(Bag)，是一种用于保存和回放ROS消息数据的格式，是检索传感器数据的重要机制。

针对话题与服务的区别，见下表。

社区级

ROS开源社区级的概念主要关于ROS资源，这些资源包括

• 发行版（Distribution）,ROS发行版可以独立安装、带有版本号的一系列功能包集。
• 软件源（Repositorie）,ROS依赖于共享开源代码和软件源的网站或者主机服务，不同的机构可以分享各自的机器人软件和程序；
• ROS Wiki。用于记录有关ROS系统信息的主要论坛。
• 邮件列表。ROS用户邮件列表是关于ROS的主要交流渠道，能够交流从ROS软件更新到ROS软件使用中的各种疑问或信息。