IPC——消息队列
概述
System V IPC引入了3中通信方式，本文主要介绍消息队列
System V IPC不再以文件的形式存在，因此没有文件描述符这个东西，但是它有类似的“标识符”。完全可以认为这个“标识符”就是文件描述符的替代者，但是它是专门给System V IPC使用的，所以我们不能使用文件IO函数来操作“标识符”，只能使用System V IPC的特有API才能操作。
如何获取这个“标识符”？
调用某API创建好某个“通信结构”以后，API就会返回一个唯一的“标识符”。
消息队列原理
消息队列本质
消息队列的本质就是由内核创建的用于存放消息的链表，由于是存放消息的，所以我们就把这个链表称为了消息队列。通信的进程通过共享操作同一个消息队列，就能实现进程间通信。
消息队列模型
每个消息由两部分组成，分别是消息编号（消息类型）和消息正文。
1）消息编号：识别消息用
2）消息正文：真正的信息内容
消息队列收发数据
发送消息
①进程先封装一个消息包
这个消息包其实就是如下类型的一个结构体变量，封包时将消息编号和消息正文
写到结构体的成员中。
struct msgbuf { long mtype; /* 放消息编号，必须> 0 */ char mtext[msgsz]; /* 消息内容（消息正文） */ };
②调用相应的API发送消息
调用API时通过“消息队列的标识符”找到对应的消息队列，然后将消息包发送给消息队列，消息包（存放消息的结构体变量）会被作为一个链表节点插入链表。
接收消息
调用API接收消息时，必须传递两个重要的信息
（a）消息队列标识符
（b）你要接收消息的编号
有了这两个信息，API就可以找到对应的消息队列，然后从消息队列中取出你所要编号的消息，如此就收到了别人所发送的信息。
消息队列使用步骤
①使用msgget函数创建新的消息队列、或者获取已存在的某个消息队列，并返回唯一标识消息队列的标识符（msqID），后续收发消息就是使用这个标识符来实现的。
②收发消息
发送消息：使用msgsnd函数，利用消息队列标识符发送某编号的消息
接收消息：使用msgrcv函数，利用消息队列标识符接收某编号的消息
③使用msgctl函数，利用消息队列标识符删除消息队列
对于使用消息队列来通信的多个进程来说，只需要一个进程来创建消息队列就可以了，对于其它要参与通信的进程来说，直接使用这个创建好的消息队列即可。为了保证消息队列的创建，最好是让每一个进程都包含创建消息队列的代码，谁先运行就由谁创建，后运行的进程如果发现它想用的那个消息队列已经创建好了，就直接使用，当众多进程共享操作同一个消息队列时，即可实现进程间的通信。
API
msgget
函数原型
#include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/msg.h> int msgget(key_t key, int msgflg);
功能
利用key值创建、或者获取一个消息队列。key值也能够唯一的标识消息队列。
如果key没有对应任何消息队列，那就创建一个新的消息队列
如果key已经对应了某个消息队列，说明你要的消息队列已经存在了，那就获取这个消息队列来使用
参数
key值：
用于为消息队列生成（计算出）唯一的消息队列ID。
我们可以指定三种形式的key值：
①指定为IPC_PRIVATE宏，指定这个宏后，每次调用msgget时都会创建一个新的消息队列。如果你每次使用的必须是新消息队列的话，就可以指定这个，不过这个用的很少。因为一般来说，只要有一个消息队列可以用来通信就可以了，并不需要每次都创建一个全新的消息队列。
②可以自己指定一个整形数，但是容易重复指定。本来我想创建一个新的消息队列，结果我所指定的这个整形数，之前就已经被用于创建某个消息队列了，当我的指定重复时，msgget就不会创建新消息队列，而是使用的是别人之前就创建好的消息队列。很少使用这种方式
③使用ftok函数来生成key
#include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
ftok通过指定路径名和一个整形数，就可以计算并返回一个唯一对应的key值，只要路径名和整形数不变，所对应的key值就唯一不变的。不过由于ftok只会使用整形数（proj_id）的低8位，因此我们往往会指定为一个ASCII码值，因为ASCII码值刚好是8位的整形数。
msgflg：
指定创建时的原始权限，比如0664
创建一个新的消息队列时，除了原始权限，还需要指定IPC_CREAT选项。msgid = msgget(key, 0664|IPC_CREAT);
如果key值没有对应任何消息队列，就会创建一个新的消息队列，此时就会用到msgflg参数，但是如果key已经对应了某个早已存在消息队列，就直接返回这个已存在消息队列的ID（标识符），此时不会用到msgflg参数。
返回值
成功：返回消息队列标识符（消息队列的ID）对于每一个创建好的消息队列来说，ID是固定的。
失败：失败返回-1，并设置errno。
msgsnd
函数原型
#include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/msg.h> int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);
功能
发送消息到消息队列上。将消息挂到消息队列上。
参数
msqid：消息队列的标识符。
msgp：存放消息的缓存的地址，类型struct msgbuf类型。这个缓存就是一个消息包（存放消息的结构体变量）。
struct msgbuf { long mtype; /* 放消息编号，必须 > 0 */ char mtext[msgsz]; /* 消息内容（消息正文） */ };
msgsz：消息正文大大小。
msgflg：
0：阻塞发送消息。也就是说，如果没有发送成功的话，该函数会一直阻塞等，直到发送成功为止。
IPC_NOWAIT：非阻塞方式发送消息，不管发送成功与否，函数都将返回也就是说，发送不成功的的话，函数不会阻塞。
返回值
成功：返回0,失败：返回-1，errno被设置
msgrcv
函数原型
#include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/msg.h> ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);
功能
接收消息，从消息队列中取出别人所放的某个编号的消息。
参数
msqid：消息队列的标识符。
msgp：缓存地址，缓存用于存放所接收的消息。类型还是struct msgbuf，同上
msgsz：消息正文的大小
msgtyp：你要接收消息的编号
int msgflg：
0：阻塞接收消息。也就是说如果没有消息时，阻塞接收（msgrcv函数会休眠）。
IPC_NOWAIT：非阻塞接收消息。也就是说没有消息时，该函数不阻塞。他会因为读取失败而错误返回
返回值
成功：返回消息正文的字节数。失败：返回-1，errno被设置
msgctl
函数原型
#include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/msg.h> int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
功能
根据cmd指定的要求，去控制消息队列。可以有那些控制？
获取消息队列的属性信息
修改消息队列的属性信息
删除消息队列
等等
我们调用msgctl函数的最常见目的就是删除消息队列，事实上，删除消息队列只是各种消息队列控制中的一种。
参数
msqid：消息队列标识符
cmd：控制选项，其实cmd有很多选项，我这里只简单介绍三个
①IPC_STAT：将msqid消息队列的属性信息，读到第三个参数所指定的缓存。
②IPC_SET：使用第三个参数中的新设置去修改消息队列的属性
+ 定一个struct msqid_ds buf。
+ 将新的属性信息设置到buf中
+ cmd指定为IPC_SET后，msgctl函数就会使用buf中的新属性去修改消息队列原有的属性。
③IPC_RMID：删除消息队列.删除消息队列时，用不到第三个参数，用不到时设置为NULL。
buf：存放属性信息
有的时候需要给第三个参数，有时不需要，取决于cmd的设置。buf的类型为struct msqid_ds。
结构体中的成员都是用来存放消息队列的属性信息的。
struct msqid_ds { struct ipc_perm msg_perm; /* 消息队列的读写权限和所有者 */ time_t msg_stime; /* 最后一次向队列发送消息的时间*/ time_t msg_rtime; /* 最后一次从消息队列接收消息的时间 */ time_t msg_ctime; /* 消息队列属性最后一次被修改的时间 */ unsigned long __msg_cbytes; /* 队列中当前所有消息总的字节数 */ msgqnum_t msg_qnum; /* 队列中当前消息的条数*/ msglen_t msg_qbytes; /* 队列中允许的最大的总的字节数 */ pid_t msg_lspid; /* 最后一次向队列发送消息的进程PID */ pid_t msg_lrpid; /* 最后一次从队列接受消息的进程PID */ }; struct ipc_perm { key_t __key; /* Key supplied to msgget(2)：消息队列的key值 */ uid_t uid; /* UID of owner ：当前这一刻正在使用消息队列的用户 */ gid_t gid; /* GID of owner ：正在使用的用户所在用户组 */ uid_t cuid; /* UID of creator ：创建消息队列的用户 */ gid_t cgid; /* GID of creator ：创建消息队列的用户所在用户组*/ unsigned short mode; /* Permissions：读写权限（比如0664） */ unsigned short __seq; /* Sequence number ：序列号，保障消息队列ID不被立即重复使用 */ };
返回值
成功：返回0。失败：返回-1，errno被设置
多进程共享消息队列
创建进程
如果创建者使用"./file", 'a'生成一个key值，然后调用msgget创建了一个消息队列，比如：
key = ftok("./file", 'a'); msgid = msgget(key, 0664|IPC_CREAT);
当创建者得到msgid后，即可操作消息队列。
其他进程共享操作消息队列
共享的方法很简单，只要你能拿到别人创建好的消息队列的ID，即可共享操作同一个消息队列，实现进程间通信。
获取别人创建好的消息队列的ID，有两个方法：
①创建者把ID保存到某文件，共享进程读出ID即可。这种情况下，共享进程根本不需要调用msgget函数来返回ID。
②调用msgget获取已在消息队列的ID
使用ftok函数，利用与创建者相同的“路径名”和8位整形数，生成相同的key值
调用msgget函数，利用key找到别人创建好的消息队列，返回ID
key = ftok("./file", 'a'); msgid = msgget(key, 0664|IPC_CREAT);
拿到了消息队列的ID后就能共享操作了。这种方法是最常用的方法，因为ftok所用到的“路径名”和“8位的整形数”比较好记忆，所以，你只要记住别人生成key值时所用的“路径名”和“8位的整形数”，你就一定能共享操作别人创建好的消息队列。
ipcs
用于报告Linux中进程间通信设施的状态，显示的信息包括消息列表、共享内存和信号量的信息。
- a 或者 什么都不跟：消息队列、共享内存、信号量的信息都会显示出来
[root@localhost ~]# ipcs ------ Message Queues -------- key msqid owner perms used-bytes messages ------ Shared Memory Segments -------- key shmid owner perms bytes nattch status 0x00000000 262144 root 600 524288 2 dest 0x00000000 360449 root 600 16777216 2 dest 0x00000000 393218 root 600 524288 2 dest ------ Semaphore Arrays -------- key semid owner perms nsems [root@localhost ~]# ipcs -a ------ Message Queues -------- key msqid owner perms used-bytes messages ------ Shared Memory Segments -------- key shmid owner perms bytes nattch status 0x00000000 262144 root 600 524288 2 dest 0x00000000 360449 root 600 16777216 2 dest 0x00000000 393218 root 600 524288 2 dest ------ Semaphore Arrays -------- key semid owner perms nsems
- m：只显示共享内存的信息
- q：只显示消息队列的信息
- s：只显示信号量的信息
ipcrm
用来删除一个或更多的消息队列、信号量集或者共享内存标识。
删除共享内存
M：按照key值删除
ipcrm -M key
m：按照标识符删除
ipcrm -m msgid
删除消息队列
Q：按照key值删除
q：按照标识符删除
删除信号量
S：按照key值删除
s：按照标识符删除
消息队列示例代码
1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 #include <unistd.h> 4 #include <sys/types.h> 5 #include <sys/ipc.h> 6 #include <sys/msg.h> 7 #include <sys/types.h> 8 #include <sys/stat.h> 9 #include <fcntl.h> 10 #include <strings.h> 11 #include <signal.h> 12 13 #define MSG_FILE "./msgfile" 14 15 #define MSG_SIZE 1024 16 17 struct msgbuf 18 { 19 long mtype; /* 放消息编号，必须 > 0 */ 20 char mtext[MSG_SIZE]; /* 消息内容（消息正文） */ 21 }; 22 23 24 void print_err(char *estr) 25 { 26 perror(estr); 27 exit(-1); 28 } 29 30 int creat_or_get_msgque(void) 31 { 32 int msgid = -1; 33 key_t key = -1; 34 int fd = 0; 35 36 /* 创建一个消息队列的专用文件，ftok会用到这个文件的路径名 */ 37 fd = open(MSG_FILE, O_RDWR|O_CREAT, 0664); 38 if(fd == -1) print_err("open fail"); 39 40 /* 利用存在的文件路径名和8位整形数，计算出key */ 41 key = ftok(MSG_FILE, 'a'); 42 if(key == -1) print_err("ftok fail"); 43 44 /* 利用key创建、或者获取消息队列 */ 45 msgid = msgget(key, 0664|IPC_CREAT); 46 if(msgid == -1) print_err("msgget fail"); 47 48 return msgid; 49 } 50 51 int msgid = -1; 52 void signal_fun(int signo) 53 { 54 msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL); 55 remove(MSG_FILE); 56 57 exit(-1); 58 } 59 60 int main(int argc, char **argv) 61 { 62 int ret = -1; 63 long recv_msgtype = 0; 64 65 if(argc != 2) 66 { 67 printf("./a.out recv_msgtype\n"); 68 exit(-1); 69 } 70 //atol字符串转长整形 71 recv_msgtype = atol(argv[1]); 72 73 74 msgid = creat_or_get_msgque(); 75 76 ret = fork(); 77 if(ret > 0) //发送消息 78 { 79 signal(SIGINT, signal_fun); 80 struct msgbuf msg_buf = {0}; 81 while(1) 82 { 83 bzero(&msg_buf, sizeof(msg_buf)); 84 /* 封装消息包 */ 85 scanf("%s", msg_buf.mtext); 86 printf("input snd_msgtype:\n"); 87 scanf("%ld", &msg_buf.mtype); 88 89 /* 发送消息包 */ 90 msgsnd(msgid, &msg_buf, MSG_SIZE, 0); 91 } 92 } 93 else if(ret == 0)//接收消息 94 { 95 struct msgbuf msg_buf = {0}; 96 int ret = 0; 97 while(1) 98 { 99 bzero(&msg_buf, sizeof(msg_buf)); 100 ret = msgrcv(msgid, &msg_buf, MSG_SIZE, recv_msgtype, 0); 101 if(ret > 0) 102 { 103 printf("%s\n", msg_buf.mtext); 104 } 105 } 106 } 107 108 109 return 0; 110 }
