有顺序的的启动节点，暂停节点，关闭节点是ROS1的一个痛点。因为在ROS1中节点启动是无序的。ROS1系统设计时并没有考虑节点启动时可能存在的互相依赖。
但在实际生产使用环境中，某些节点能正常工作是需要其他一些节点已经启动了的。
比如：需要定位功能能正常运行，前提是map_server节点已经正常加载地图文件并且已经把地图话题发布出来。
又或者你想从建图功能切到导航功能。在ROS1中，需要先将建图功能的程序杀干净。然后再启动导航程序。在ROS2中，各个节点的状态是可管理的。
在这个场景里，大可让建图程序休眠，而不用杀掉。切换功能时只需要激活相应功能的节点即可。
ROS2中引入了节点生命周期管理的概念，正是为了处理上面描述的问题。这项功能的实现需要做下面两件事情。
- 继承
LifecycleNode来实现自己的节点 - 将节点名称注册到
Lifecycle Manager中，由它来管理各个节点的状态
实现一个功能通常需要一些节点互相配合来实现。这样的话，我们可以将某一个功能涉及到的节点使用一个Lifecycle Manager 程序来管理。从而实现了起停一项功能的效果。
ROS2中的节点类型
ROS2中提供了两种节点类型。
Node()是和ROS1中一样的节点基类LifecycleNode()是可管理状态的节点基类
这里详细说说LifecycleNode() 节点类型。LifecycleNode 类型的节点可以处于下面几种状态：
- Unconfigured
- Inactive
- Active
- Finalized
每一种状态下，可以让节点运行不同的代码。
Unconfigured 状态
当一个节点被创建时，它首先会进入到Unconfigured 状态。
该状态下可通过执行onConfigure()切换到Inactive；
该状态下可通过执行onShutdown()切换到Finalized。
Inactive 状态
在这个状态下，将不响应话题，服务，action和参数等数据交互。处于该状态说明节点已经被配置好了。下一步激活就可以正常执行功能代码了。
该状态下可通过执行onCleanup()切换到Unconfigured；
该状态下可通过执行onActivate()切换到active；
该状态下可通过执行onShutdown()切换到Finalized。
Active 状态
该状态是节点的运行状态，可以接受话题消息，响应服务请求和action请求。数据接收到后进行处理然后输出结果。主要的功能代码应该在该状态下执行。
该状态下可通过执行onDeactivate()切换到inactive；
该状态下可通过执行onShutdown()切换到Finalized。
Finalized 状态
该状态是节点待销毁前的一个状态。在该状态下执行destroy() 将释放节点的资源。
下图演示了各个状态之间是如何切换的。
图片来源于：http://design.ros2.org/articles/node_lifecycle.html
图中，蓝色部分是表示节点状态，黄色部分是状态转换需执行的函数。
需要注意的是，LifecycleNode 类型节点目前只可以在C++中使用
从图上可以看出，LifecycleNode 类型节点切换状态是通过执行一系列的函数实现的。这些函数在继承LifecycleNode 类型节点时是需要重新实现的。
这些切换状态的函数接口声明在/opt/ros/galactic/include/rclcpp_lifecycle/node_interfaces/lifecycle_node_interface.hpp文件中。
主要有下面几个：
/// Callback function for configure transition
/*
* \return true by default
*/
RCLCPP_LIFECYCLE_PUBLIC
virtual CallbackReturn
on_configure(const State & previous_state);
/// Callback function for cleanup transition
/*
* \return true by default
*/
RCLCPP_LIFECYCLE_PUBLIC
virtual CallbackReturn
on_cleanup(const State & previous_state);
/// Callback function for shutdown transition
/*
* \return true by default
*/
RCLCPP_LIFECYCLE_PUBLIC
virtual CallbackReturn
on_shutdown(const State & previous_state);
/// Callback function for activate transition
/*
* \return true by default
*/
RCLCPP_LIFECYCLE_PUBLIC
virtual CallbackReturn
on_activate(const State & previous_state);
/// Callback function for deactivate transition
/*
* \return true by default
*/
RCLCPP_LIFECYCLE_PUBLIC
virtual CallbackReturn
on_deactivate(const State & previous_state);
/// Callback function for errorneous transition
/*
* \return false by default
*/
RCLCPP_LIFECYCLE_PUBLIC
virtual CallbackReturn
on_error(const State & previous_state);
每一个状态转换函数可以返回三种状态：
enum class CallbackReturn : uint8_t
{
SUCCESS = lifecycle_msgs::msg::Transition::TRANSITION_CALLBACK_SUCCESS,
FAILURE = lifecycle_msgs::msg::Transition::TRANSITION_CALLBACK_FAILURE,
ERROR = lifecycle_msgs::msg::Transition::TRANSITION_CALLBACK_ERROR
};
在任何状态下，执行状态转换函数返回错误(ERROR)时，节点都会执行on_error()。如果执行成功则节点转换到Unconfigured状态。如果执行失败则节点转换到Finalized状态。
每一个状态转移函数都有需要实现的功能。
onConfigure()
顾名思义，该函数主要负责配置好节点，包括初始化节点内要使用的资源，读取参数，新建话题发布器订阅器，服务，action等等。
onConfigure运行成功，节点将从Unconfigured切换到Inactive状态。如果运行失败则仍然处于Unconfigured状态。如果运行返回错误则进行错误处理（即onError())。
onCleanup()
主要用于清除节点的状态。使节点内各状态数据恢复到节点刚刚创建的时候。
onCleanup运行成功，节点将从Inactive切换到Unconfigured状态。如果运行返回错误则进行错误处理（即onError())。
onActivate()
在该函数里一般做一些节点功能运行前的最后准备工作。比如激活话题订阅器发布器等等。
onActivate运行成功，节点将从Inactive切换到Active状态。如果运行返回错误则进行错误处理（即onError())。
onDeactivate()
在该函数里执行的操作一般与onActivate()相反。比如复位话题订阅器发布器等等。
onDeactivate运行成功，节点将从Active切换到Inactive状态。如果运行返回错误则进行错误处理（即onError())。
onShutdown()
在这里主要执行节点销毁前的一些操作。除了Finalized状态外，其他任何状态下都可以运行该函数使节点状态切换至Finalized状态。
onShutdown运行成功，节点将目前状态切换到Finalized状态。如果运行返回错误则进行错误处理（即onError())。
onError()
任何其他状态转移函数执行错误都将执行这个函数。在这里执行一些异常的应对策略。
onError运行成功，节点将切换到Unconfigured状态。如果运行返回错误则进入到Finalized状态。
如何建立一个LifecycleNode 节点
下面是一个简单的示例。
#include <chrono>
#include <iostream>
#include <memory>
#include <string>
#include <thread>
#include <utility>
#include "lifecycle_msgs/msg/transition.hpp"
#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "rclcpp/publisher.hpp"
#include "rclcpp_lifecycle/lifecycle_node.hpp"
#include "rclcpp_lifecycle/lifecycle_publisher.hpp"
#include "rcutils/logging_macros.h"
#include "std_msgs/msg/string.hpp"
using namespace std::chrono_literals;
class ManagedScan : public rclcpp_lifecycle::LifecycleNode
{
public:
explicit ManagedScan(const std::string & node_name, bool intra_process_comms = false)
: rclcpp_lifecycle::LifecycleNode(node_name,
rclcpp::NodeOptions().use_intra_process_comms(intra_process_comms))
{}
void
publish()
{
static size_t count = 0;
auto msg = std::make_unique<std_msgs::msg::String>();
msg->data = "Lifecycle HelloWorld #" + std::to_string(++count);
if (!pub_->is_activated()) {
RCLCPP_INFO(
get_logger(), "Lifecycle publisher is currently inactive. Messages are not published.");
} else {
RCLCPP_INFO(
get_logger(), "Lifecycle publisher is active. Publishing: [%s]", msg->data.c_str());
}
pub_->publish(std::move(msg));
}
rclcpp_lifecycle::node_interfaces::LifecycleNodeInterface::CallbackReturn
on_configure(const rclcpp_lifecycle::State &)
{
pub_ = this->create_publisher<std_msgs::msg::String>("managed_scan", 10);
timer_ = this->create_wall_timer(
1s, std::bind(&ManagedScan::publish, this));
RCLCPP_INFO(get_logger(), "on_configure() is called.");
return rclcpp_lifecycle::node_interfaces::LifecycleNodeInterface::CallbackReturn::SUCCESS;
}
rclcpp_lifecycle::node_interfaces::LifecycleNodeInterface::CallbackReturn
on_activate(const rclcpp_lifecycle::State &)
{
pub_->on_activate();
RCUTILS_LOG_INFO_NAMED(get_name(), "on_activate() is called.");
std::this_thread::sleep_for(2s);
return rclcpp_lifecycle::node_interfaces::LifecycleNodeInterface::CallbackReturn::SUCCESS;
}
rclcpp_lifecycle::node_interfaces::LifecycleNodeInterface::CallbackReturn
on_deactivate(const rclcpp_lifecycle::State &)
{
pub_->on_deactivate();
RCUTILS_LOG_INFO_NAMED(get_name(), "on_deactivate() is called.");
return rclcpp_lifecycle::node_interfaces::LifecycleNodeInterface::CallbackReturn::SUCCESS;
}
rclcpp_lifecycle::node_interfaces::LifecycleNodeInterface::CallbackReturn
on_cleanup(const rclcpp_lifecycle::State &)
{
timer_.reset();
pub_.reset();
RCUTILS_LOG_INFO_NAMED(get_name(), "on cleanup is called.");
return rclcpp_lifecycle::node_interfaces::LifecycleNodeInterface::CallbackReturn::SUCCESS;
}
rclcpp_lifecycle::node_interfaces::LifecycleNodeInterface::CallbackReturn
on_shutdown(const rclcpp_lifecycle::State & state)
{
timer_.reset();
pub_.reset();
RCUTILS_LOG_INFO_NAMED(
get_name(),
"on shutdown is called from state %s.",
state.label().c_str());
return rclcpp_lifecycle::node_interfaces::LifecycleNodeInterface::CallbackReturn::SUCCESS;
}
rclcpp_lifecycle::node_interfaces::LifecycleNodeInterface::CallbackReturn
on_error(const rclcpp_lifecycle::State &)
{
RCUTILS_LOG_INFO_NAMED(get_name(), "something went wrong!");
return rclcpp_lifecycle::node_interfaces::LifecycleNodeInterface::CallbackReturn::FAILURE;
}
private:
std::shared_ptr<rclcpp_lifecycle::LifecyclePublisher<std_msgs::msg::String>> pub_;
std::shared_ptr<rclcpp::TimerBase> timer_;
};
int main(int argc, char * argv[])
{
// force flush of the stdout buffer.
// this ensures a correct sync of all prints
// even when executed simultaneously within the launch file.
setvbuf(stdout, NULL, _IONBF, BUFSIZ);
rclcpp::init(argc, argv);
rclcpp::executors::SingleThreadedExecutor exe;
std::shared_ptr<ManagedScan> lc_node =
std::make_shared<ManagedScan>("managed_scan_node");
exe.add_node(lc_node->get_node_base_interface());
exe.spin();
rclcpp::shutdown();
return 0;
}
通过下面的方式获取完整的lifecycle_node_demo工程。
git clone https://gitee.com/shoufei/lifecycle_node_demo.git
需要注意的是，LifecycleNode 类型节点中的话题发布器需要按下面的方式定义。
std::shared_ptr<rclcpp_lifecycle::LifecyclePublisher<std_msgs::msg::String>> pub_;
话题订阅器则与普通Node类型节点一样。
编译并source了该工程后就可以用下面的命令启动该示例。
ros2 launch lifecycle_node_demo lifecycle_demo.launch.py
用ros2 topic list命令查看，可以发现有下面这个话题。
/lifecycle_node_demo_node/transition_event
但是没有代码中定义的managed_scan话题。这是因为节点启动后并没有执行on_configure函数。它还处于Unconfigured状态。而发布器的定义是在on_configure函数中的。
通过下面的命令可获取节点状态
ros2 lifecycle get /lifecycle_node_demo_node
此时它返回
unconfigured [1]
当我们打印/lifecycle_node_demo_node/transition_event话题内容时，发现并没有任何数据。那是因为目前并没有发生状态转换。
使用下面的命令来设置节点状态
ros2 lifecycle set /lifecycle_node_demo_node configure
可以设置的状态有下面几个
- configure
- cleanup
- activate
- deactivate
- shutdown
转换状态成功后将打印
Transitioning successful
/lifecycle_node_demo_node/transition_event话题也打印了下面的信息
timestamp: 0
transition:
id: 0
label: ''
start_state:
id: 1
label: unconfigured
goal_state:
id: 10
label: configuring
---
timestamp: 0
transition:
id: 0
label: ''
start_state:
id: 10
label: configuring
goal_state:
id: 2
label: inactive
---
managed_scan话题也能用ros2 topic list看到了。
如果需要重新启动一个节点，可以按下面的步骤进行操作：
- 将节点切换到
inactive状态 - 然后将节点切换到
unconfigured状态 - 接着将节点切换到
inactive状态 - 最后再切换到
active状态
如何管理LifecycleNode 节点的状态
LifecycleNode 节点提供了切换状态的服务，所以可以通过外部程序通过服务请求的方式来管理LifecycleNode 节点的状态切换。
在Navigation2中的nav2_lifecycle_manager功能包实现了对LifecycleNode 节点的管理。
以Navigation2中的navigation_launch.py文件为例来分析一下nav2_lifecycle_manager功能包如何管理多个节点。
# Copyright (c) 2018 Intel Corporation
#
# Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
# you may not use this file except in compliance with the License.
# You may obtain a copy of the License at
#
# http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
#
# Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
# distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
# WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
# See the License for the specific language governing permissions and
# limitations under the License.
import os
from ament_index_python.packages import get_package_share_directory
from launch import LaunchDescription
from launch.actions import DeclareLaunchArgument, SetEnvironmentVariable
from launch.substitutions import LaunchConfiguration
from launch_ros.actions import Node
from nav2_common.launch import RewrittenYaml
def generate_launch_description():
# Get the launch directory
bringup_dir = get_package_share_directory('nav2_bringup')
namespace = LaunchConfiguration('namespace')
use_sim_time = LaunchConfiguration('use_sim_time')
autostart = LaunchConfiguration('autostart')
params_file = LaunchConfiguration('params_file')
lifecycle_nodes = ['controller_server',
'planner_server',
'recoveries_server',
'bt_navigator',
'waypoint_follower']
# Map fully qualified names to relative ones so the node's namespace can be prepended.
# In case of the transforms (tf), currently, there doesn't seem to be a better alternative
# https://github.com/ros/geometry2/issues/32
# https://github.com/ros/robot_state_publisher/pull/30
# TODO(orduno) Substitute with `PushNodeRemapping`
# https://github.com/ros2/launch_ros/issues/56
remappings = [('/tf', 'tf'),
('/tf_static', 'tf_static')]
# Create our own temporary YAML files that include substitutions
param_substitutions = {
'use_sim_time': use_sim_time,
'autostart': autostart}
configured_params = RewrittenYaml(
source_file=params_file,
root_key=namespace,
param_rewrites=param_substitutions,
convert_types=True)
return LaunchDescription([
# Set env var to print messages to stdout immediately
SetEnvironmentVariable('RCUTILS_LOGGING_BUFFERED_STREAM', '1'),
DeclareLaunchArgument(
'namespace', default_value='',
description='Top-level namespace'),
DeclareLaunchArgument(
'use_sim_time', default_value='false',
description='Use simulation (Gazebo) clock if true'),
DeclareLaunchArgument(
'autostart', default_value='true',
description='Automatically startup the nav2 stack'),
DeclareLaunchArgument(
'params_file',
default_value=os.path.join(bringup_dir, 'params', 'nav2_params.yaml'),
description='Full path to the ROS2 parameters file to use'),
Node(
package='nav2_controller',
executable='controller_server',
output='screen',
parameters=[configured_params],
remappings=remappings),
Node(
package='nav2_planner',
executable='planner_server',
name='planner_server',
output='screen',
parameters=[configured_params],
remappings=remappings),
Node(
package='nav2_recoveries',
executable='recoveries_server',
name='recoveries_server',
output='screen',
parameters=[configured_params],
remappings=remappings),
Node(
package='nav2_bt_navigator',
executable='bt_navigator',
name='bt_navigator',
output='screen',
parameters=[configured_params],
remappings=remappings),
Node(
package='nav2_waypoint_follower',
executable='waypoint_follower',
name='waypoint_follower',
output='screen',
parameters=[configured_params],
remappings=remappings),
Node(
package='nav2_lifecycle_manager',
executable='lifecycle_manager',
name='lifecycle_manager_navigation',
output='screen',
parameters=[{'use_sim_time': use_sim_time},
{'autostart': autostart},
{'node_names': lifecycle_nodes}]),
])
其中lifecycle_nodes变量定义了需要管理的节点。注意，这些节点都是继承于LifecycleNode。
lifecycle_nodes = ['controller_server',
'planner_server',
'recoveries_server',
'bt_navigator',
'waypoint_follower']
然后将需要管理的节点名称传入nav2_lifecycle_manager包。其中autostart参数决定了是否自动启动这些节点并把状态切换到Active状态。
参考：
http://design.ros2.org/articles/node_lifecycle.html
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