Linux - 进程间通信（IPC）消息队列

1. 什么是消息队列？

消息队列（Message Queue,简称MQ）是由内核管理的消息链接表，由消息队列标识符标识，标识符简称队列ID。消息队列提供了进程之间单向传送数据的方法，每个消息包含有一个正的长整型类型的数据段、一个非负的长度以及实际数据字节数（对应于长度），消息队列总字节数是有上限的，系统上消息队列总数也有上限。

MQ传递的是消息，也就是进程间需要传递的数据，系统内核中有很多MQ，这些MQ采用链表实现并由系统内核维护，每个MQ用消息队列描述符（qid)来区分，每个MQ 的pid具有唯一性。如下图：在进程间通信时，一个进程A将消息加到由内核管理的MQ 末端，另一个进程B在MQ中获取消息（获取信息时不遵循先进先出的规则，也可以按照消息类型字段获取消息）：

 

2. 消息队列使用的函数

消息队列（MQ）在进程间通信的操作分为以下四个步骤：

1、创建MQ;

2、发送message；

3、接收message；

4、删除MQ.

所需函数如下：

 

2.1 ftok () 函数

key_t ftok(const char **pathname,int proj_id);

 

该函数是根据pathname指定的文件或目录的索引节点号和proj_id计算并返回一个key_t类型的ID值，失败则返回-1；

第一个参数pathname是一个系统中必须存在的文件或文件夹的路径，会使用该文件的索引节点；

第二个参数prij_id是用户指定的一个子序号，这个数字有的称之为project ID，它是一个8bit的整数，取值范围为1~255.

注意：如果要确保key值不变，要么确保fork（）的文件不会被删除，要么不用fork（）指定一个固定的key值。

 

2.2 msgget () 函数

功能：创建一个新队列或者打开一个现有队列，成功返回一个非负整数，即该共享内存段的标识码，失败返回-1；

函数原型：

#include<sys/msg.h>

int msgget(key_t key,int msgflg);

 

说明：

key是fork（）返回的key_t类型键值；

msgflg是创建标志：IPC_CREAT,不存在则创建，存在则返回已有的mqid，IPC_CREAT|IPC_EXCL,不存在则创建，存在则返回出错。

 

2.3 msgsnd () 函数

功能：将新消息添加到队列尾端，也就是发送一条消息，必须要有写消息队列的权限。成功返回0；失败返回-1；并设置errno.

函数原型：

#include<sys/msg.h>

int msgsnd(int msqid,const void *ptr,size_t msgsz,int magflg);

说明

msgid 是由msgget函数返回的消息队列 ID;

ptr是一个指针，它指向要发送的消息结构体类型的变量，消息结构在两方面受到制约。首先，它必须小于系统规定的上限值；其次，它必须以一个long int 长整数开始，接收者函数将利用这个长整数确定消息的类型，其参考类型定义如下：1

typedef struct s_msgbuf
{
    long    mtype;            /*positive message type */
    char    mtext[512];         /*message data,of  length nbytes */
}t_msgbuf;

 

msgsz是要发送消息的长度；

msgflg控制着当前消息队列已满或系统上限时将要发生的事情，设置为IPC_NOWAIT表示队列已满不等待，返回EAGAIN错误。

 

2.4 msgrcv () 函数

功能：用于从队列中取消息，成功返回实际放到接收缓冲区里去的个数，失败返回-1；并设置errno.

函数原型：

#include<sys/msg.h>

ssize_t msgrcv(int msqid,void *ptr,size_t msgsz,long msgtyp,int msgflg);

参数说明：

msgid是由msgget 函数返回的消息队列ID；

ptr是一个指针，它指向准备接收的消息；

msgsz是msgp指向的消息长度，这个长度不含保存消息类型的long int 长整型；

msgtype是消息的类型，它可以指定想要哪一种消息，可以实现接收优先级的简单形式；；

type=0 返回队列中的第一个值；

type>0 返回队列中消息类型为type的第一个消息；

type<0 返回队列中消息类型值≤type绝对值的消息，如果这种消息有若干个，则取类型值最小的消息。

type 值非0 用于以非先进先出次序读取消息，程序若给消息赋予优先权，则type就可以是优先权值，如果一个消息队列由多个客户进程和一个服务器进程使用，则type字段可以用来包含客户进程的进程ID（前提是ID可以存放在长整型中）。

 

2.5 msgctl () 函数

功能：msgctl函数对队列执行多种操作，用于控制消息队列。它和进程间通信的另外两种方法（信号量和共享存储）中的函数（semctl和shmctl）都是类似于ioctl函数(也叫垃圾桶函数）。

函数原型：

#include<sys/msg.h>

int msgctl(int msqid,int cmd,struct msqid_ds *buf);

 

msgid:msgget 函数返回的消息队列ID；

cmd:该参数指定对msqid指定的队列要执行的命令，可取一下三个值：

IPC_STAT:取msqid_ds结构，并将它存放在buf 指向的结构中；

IPC_SET:将字段msg_perm.uid、msg_perm.gid、msg_perm.mode和msg_qbytes从buf指向的结构复制到与 这个队列相关的msqid_ds结构中；

IPC_RMID:从系统中删除该消息队列以及仍在该队列中的所有数据。

 

3. 代码演示

消息队列函数的原型：

// 创建或打开消息队列：成功返回队列ID，失败返回-1
int msgget(key_t key, int flag);
// 添加消息：成功返回0，失败返回-1
int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t size, int flag);
// 读取消息：成功返回消息数据的长度，失败返回-1
int msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t size, long type,int flag);
// 控制消息队列：成功返回0，失败返回-1
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

 

msgSend.c

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <string.h>
//       int msgget(key_t key, int msgflg);
// int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);

//       ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp,int msgflg);
struct msgbuf{
        long mtype;       /* message type, must be > 0 */
        char mtext[128];    /* message data */
};


int main()
{
        struct msgbuf sendbuf={888,"message from send"};
        struct msgbuf readbuf;

        key_t key;

        if((key = ftok(".",'z')) < 0){
                printf("ftok error\n");
        }
        int msgId = msgget(key,IPC_CREAT|0777);

        if(msgId == -1){
                printf("get quen failed\n");
        }

        msgsnd(msgId,&sendbuf,strlen(sendbuf.mtext),0);
        printf("send over\n");

        msgrcv(msgId,&readbuf,sizeof(readbuf.mtext),999,0);
        printf("read from get is:%s\n",readbuf.mtext);

        msgctl(msgId,IPC_RMID,NULL);

        return 0;
}

 

msgGet.c

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <string.h>
//       int msgget(key_t key, int msgflg);
// int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);

//       ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp,int msgflg);
struct msgbuf{
        long mtype;       /* message type, must be > 0 */
        char mtext[128];    /* message data */
};

int main()
{
        struct msgbuf readbuf;
        memset(readbuf.mtext, '\0', sizeof(readbuf.mtext));
        struct msgbuf sendbuf={999,"thank for your reach"};

        key_t key;

        //获取key值
        if((key = ftok(".",'z')) < 0){
                printf("ftok error\n");
        }

        int msgId = msgget(key,IPC_CREAT|0777);

        if(msgId == -1){
                printf("get quen failed\n");
                perror("why");
        }

        msgrcv(msgId,&readbuf,sizeof(readbuf.mtext),888,0);
        printf("read from send is:%s\n",readbuf.mtext);

        msgsnd(msgId,&sendbuf,strlen(sendbuf.mtext),0);

        msgctl(msgId,IPC_RMID,NULL);

        return 0;
}