Linux 环境下 NNG 通讯库：在嵌入式设备上应用

在嵌入式设备开发中，进程间通信（IPC）和网络通信是核心环节。传统的 Socket 编程需要处理复杂的连接管理、协议解析和错误处理，而第三方库如 ZeroMQ 虽简化了流程，却存在依赖重、接口复杂等问题。NNG（Nanomsg Next Generation） 作为 Nanomsg 的继任者，以 “轻量、灵活、无依赖” 为核心优势，

一、NNG 是什么？

NNG 是一款跨平台的消息传递库，专为解决分布式系统中 “进程如何高效交换数据” 的问题而设计。它继承了 Nanomsg 的核心思想，同时优化了 API 设计、性能和可扩展性，尤其适合 Linux 环境下的嵌入式设备、微服务架构和实时数据传输场景。​

与传统方案的对比优势​

• 对比原生 Socket：无需手动处理 TCP 粘包、UDP 丢包等底层细节，NNG 封装了消息边界处理、连接复用等逻辑，开发者可直接基于 “消息” 而非 “字节流” 编程。​

• 对比 ZeroMQ：NNG 体积更小（静态库约 500KB）、无外部依赖（不依赖 libzmq 等库），且 API 更简洁（如统一的nng_send/nng_recv接口），编译部署更轻便。​

• 对比 gRPC：不依赖 HTTP/2 或 Protocol Buffers，适合对性能敏感、需自定义协议的场景，且支持更多通信模式（如 PUB/SUB、BUS）。​

二、NNG 的核心特性

NNG 的灵活性源于其支持的多通信模式，开发者可根据业务场景选择合适的模式，无需重复设计通信逻辑。​

1. 核心技术特性​

• 轻量级：无守护进程，库文件体积小，内存占用低，适合嵌入式 Linux 系统（如 ARM 架构的物联网设备）。​

• 异步支持：通过nng_aio接口实现异步 I/O，可在单线程内处理 thousands 级并发连接，避免多线程上下文切换开销。​

• 跨平台兼容：完美支持 Linux（x86/ARM）、Windows、macOS，代码可无缝移植，尤其适合多端协同的分布式系统。​

• 内置可靠性：在 UDP 基础上实现了可靠消息传递（如Survey模式的确认机制），平衡性能与可靠性。​

2. 常用通信模式解析​

NNG 的通信模式基于 “套接字类型” 设计，每种模式对应特定的消息交互逻辑：​

模式​	适用场景​	特点​
REQ/REP​	客户端 - 服务器问答（如 API 调用）​	严格请求 - 响应配对，确保消息有序处理​
PUB/SUB​	消息广播（如实时日志、行情推送）​	发布者单向发送，订阅者按需接收，支持主题过滤​
PAIR​	点对点双向通信（如进程间协同）​	全双工通信，适合两个节点长期绑定​
BUS​	多节点对等通信（如分布式集群）​	消息可被所有节点接收，支持多跳转发​
PUSH/PULL​	任务分发（如分布式计算）​	推送端分发任务，拉取端负载均衡接收​

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三、Linux 环境下 NNG 实战：从安装到通信​

1. 环境准备与安装​

NNG 在 Linux 下的安装支持源码编译和包管理器两种方式，以 Ubuntu 20.04 为例：​

源码编译（推荐，支持最新版本）​

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# 克隆仓库
git clone https://github.com/nanomsg/nng.git
cd nng# 编译（默认生成动态库和静态库）
mkdir build && cd build
cmake -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release ..
make -j4
sudo make install  # 安装到/usr/local/include和/usr/local/lib

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包管理器安装

sudo apt update
sudo apt install libnng-dev  # 包含头文件和共享库

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2. 实战案例：PUB/SUB 模式实现实时消息推送​

PUB/SUB（发布 - 订阅）模式适合 “一对多” 的消息分发场景（如实时监控系统中，服务器向多个客户端推送设备状态）。下面实现一个简单的数据推送系统：​

发布端（pub.c）：

#include <nng/nng.h>
#include <nng/protocol/pubsub0/pub.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>int main()
{nng_socket pub_sock;int ret;// 创建PUB类型套接字if ((ret = nng_pub0_open(&pub_sock)) != 0) {fprintf(stderr, "创建套接字失败：%s\n", nng_strerror(ret));return 1;}// 绑定到TCP端口（支持IPC："ipc:///tmp/temp_pub.ipc"）if ((ret = nng_listen(pub_sock, "tcp://0.0.0.0:9000", NULL, 0)) != 0) {fprintf(stderr, "绑定端口失败：%s\n", nng_strerror(ret));nng_close(pub_sock);return 1;}// 模拟温度数据推送float temp = 22.0f;while (1) {char msg[32];sprintf(msg, "temp:%.1f°C", temp + (rand() % 10 - 5) * 0.1); // 随机波动ret = nng_send(pub_sock, msg, strlen(msg), 0);if (ret != 0) {fprintf(stderr, "发送失败：%s\n", nng_strerror(ret));} else {printf("推送：%s\n", msg);}temp += 0.1;sleep(2);}nng_close(pub_sock);return 0;
}

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订阅端（sub.c）：

#include <nng/nng.h>
#include <nng/protocol/pubsub0/sub.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>int main() 
{nng_socket sub_sock;int ret;// 创建SUB类型套接字if ((ret = nng_sub0_open(&sub_sock)) != 0) {fprintf(stderr, "创建套接字失败：%s\n", nng_strerror(ret));return 1;}// 订阅所有消息（若需过滤，可设置前缀，如nng_setopt(sub_sock, NNG_OPT_SUB_SUBSCRIBE, "temp:", 5)）nng_setopt(sub_sock, NNG_OPT_SUB_SUBSCRIBE, "", 0);// 连接发布端if ((ret = nng_dial(sub_sock, "tcp://127.0.0.1:9000", NULL, 0)) != 0) {fprintf(stderr, "连接失败：%s\n", nng_strerror(ret));nng_close(sub_sock);return 1;}// 循环接收消息while (1) {char *msg;size_t len;ret = nng_recv(sub_sock, &msg, &len, NNG_FLAG_ALLOC); // 自动分配内存if (ret != 0) {fprintf(stderr, "接收失败：%s\n", nng_strerror(ret));} else {printf("收到：%.*s\n", (int)len, msg);nng_free(msg, len); // 释放内存}}nng_close(sub_sock);return 0;
}

编译与运行​

# 编译发布端和订阅端（链接nng库）
gcc pub.c -o pub -lnng
gcc sub.c -o sub -lnng# 启动发布端（后台运行）
./pub &# 启动多个订阅端（验证多客户端接收）
./sub
./sub 

四、总结：NNG 在 Linux 生态中的应用价值​

NNG 以 “轻量、灵活、高效” 的特性，无论是嵌入式设备的进程间协同，还是分布式服务的实时数据交换，NNG 都能通过丰富的通信模式和简洁的 API 降低开发成本。​

相比传统方案，NNG 的优势在于：无需关注底层协议细节，专注业务逻辑；无依赖特性简化部署流程，尤其适合资源受限的 Linux 系统；跨平台兼容性保障多端协同的一致性。​