Linux进程间的通信之消息队列

消息队列

消息队列（Message Queue，简称MQ）提供了一个从一个进程向另外一个进程发送一块数据的方法，每个数据块都被认为是有一个类型，接收者进程接收的数据块可以有不同的类型值。消息队列也有管道一样的不足，就是每个消息的最大长度是有上限的（MSGMAX），每个消息队列的总的字节数是有上限的（MSGMNB），系统上消息队列的总数也有一个上限（MSGMNI）。

MQ 传递的是消息，消息即是我们需要在进程间传递的数据。MQ 采用链表来实现消息队列，该链表是由系统内核维护，系统中可能有很多的 MQ，每个 MQ 用消息队列描述符（消息队列 ID：qid）来区分，qid 是唯一的，用来区分不同的 MQ。在进行进程间通时一个进程将消息加到 MQ 尾端，另一个进程从消息队列中取消息（不一定以先进先出来取消息，也可以按照消息类型字段取消息），这样就实现了进程间的通信。如下 MQ 的模型，进程 1 向内核维护的消息队列中发消息，进程 1 从消息队列中取消息，从而实现了 A1和 2的进程间通信。

MQ的基本步骤

创建和访问 MQ
发送消息
接受消息
删除 MQ

基本API

ftok()
```
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
 
key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
```
该函数根据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，如果失败则返回-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proj_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，取值范围是1~255。

注意：如果要确保key值不变，要么确保ftok()的文件不被删除，要么不用ftok()指定一个固定的key值。
msgget()
```
       #include <sys/types.h>
       #include <sys/ipc.h>
       #include <sys/msg.h>

       int msgget(key_t key, int msgflg);
```
说明：该函数用来创建消息队列ID，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。

第一个参数key是ftok()返回的key_t类型键值；

第二个参数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。

3.msgsnd()


       #include <sys/types.h>
       #include <sys/ipc.h>
       #include <sys/msg.h>

       int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);

说明：用来来发送一个消息，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 erron。

第一个参数msgid是由msgget函数返回的消息队列 ID；

第二个参数msgp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，其参考类型定义形式如下：

  typedef struct st_msgbuf{        
    long  mtype;        
    char  mtext[256]; 
   
} t_msgbuf;

第三个参数msgsz是要发送消息的长度；

第四个参数msgflg 控制着当前消息队列满或到达系统上限时将要发生的事情，设置为IPC_NOWAIT表示队列满不等待，返回EAGAIN 错误。
4.msgrcv()

       #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);

说明：用来从一个消息队列接收消息。成功返回实际放到接收缓冲区里去的字符个数，失败返回-1, 并设置 erron。

第一个参数msgid是由msgget函数返回的消息队列 ID；

第二个参数msgp是一个指针，它指向准备接收的消息；

第三个参数msgsz是msgp指向的消息长度，这个长度不含保存消息类型的那个long int长整型；

第四个参数msgtype是消息的类型，它可以实现接收优先级的简单形式；

msgtype=0返回队列第一条信息 msgtype>0返回队列第一条类型等于msgtype的消息

msgtype<0返回队列第一条类型小于等于msgtype绝对值的消息，并且是满足条件的消息类型最小的消息;

第五个参数msgflg 控制着队列中没有相应类型的消息可供接收时将要发生的事;

msgflg=IPC_NOWAIT，队列没有可读消息不等待，返回ENOMSG错误。

msgflg=MSG_NOERROR，消息大小超过msgsz时被截断

msgtype>0且msgflg=MSG_EXCEPT，接收类型不等于msgtype的第一条消息。
5.msgctl()

       #include <sys/types.h>
       #include <sys/ipc.h>
       #include <sys/msg.h>

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

说明：该函数用于控制消息队列

第一个参数msgid是由msgget函数返回的消息队列 ID；

第二个参数cmd是要采取的操作，它可以取下面的三个值：

IPC_STAT：把msqid_ds结构中的数据设置为消息队列的当前关联值;

IPC_SET：如果进程有足够的权限，就把消息队列的当前关联值设置为msqid_ds结构中给出的值;

IPC_RMID：删除消息队列；

第三个参数buf是一个结构指针，它指向存储消息队列的相关信息的 buf；

编程示例

msgqueue_send 代码


#include <stdio.h>
#include <string.h> 
#include <errno.h>
#include <unistd.h> 
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#define FTOK_PATH            "/dev/zero" 
#define FTOK_PROJID          0x22
typedef struct s_msgbuf {   
    long  mtype;  
    char  mtext[512];
} t_msgbuf;
int main(int argc, char **argv) 
{ 
    key_t             key;   
    int               msgid; 
    t_msgbuf          msgbuf;   
    int               msgtype;
    int               i;  

    if( (key=ftok(FTOK_PATH, FTOK_PROJID)) < 0 )   
    {
        printf("ftok() get IPC token failure: %s\n", strerror(errno));     
        return -1; 
    }   

    msgid = msgget(key, IPC_CREAT|0666);
    if( msgid < 0)
    {
        printf("shmget() create shared memroy failure: %s\n", strerror(errno));
        return -2; 
    }   

    msgtype = (int)key; 
    printf("key[%d] msgid[%d] msgypte[%d]\n", (int)key, msgid, msgtype);

    for(i=0; i<4; i++)   
    {
        msgbuf.mtype = msgtype;     
        strcpy(msgbuf.mtext,"Hello Word");

        if( msgsnd(msgid, &msgbuf, sizeof(msgbuf.mtext), IPC_NOWAIT) < 0)     
        {
            printf("msgsnd() send message failure: %s\n", strerror(errno));
            break;
        }   

        printf("Send message: %s\n", msgbuf.mtext);

        sleep(1);   
    }   

    msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL);

    return 0; 
}

msgqueue_send 代码

#include <stdio.h>  
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h> 
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h> 
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#define FTOK_PATH            "/dev/zero"
#define FTOK_PROJID          0x22
typedef struct s_msgbuf { 
    long  mtype;  
    char  mtext[512];
} t_msgbuf;
int main(int argc, char **argv) 
{
    key_t             key;  
    int               msgid; 
    t_msgbuf          msgbuf;
    int               msgtype;
    int               i;  

    if( (key=ftok(FTOK_PATH, FTOK_PROJID)) < 0 )    
    {
        printf("ftok() get IPC token failure: %s\n", strerror(errno));    
        return -1;
    }   

    msgid = msgget(key, IPC_CREAT|0666);    
    if( msgid < 0)  
    {
        printf("shmget() create shared memroy failure: %s\n", strerror(errno));    
        return -2;  
    }   

    msgtype = msgtype = (int)key;   
    printf("key[%d] msgid[%d] msgypte[%d]\n", (int)key, msgid, msgtype);

    for(i=0; i<4; i++)
    {
        memset(&msgbuf,0,sizeof(msgbuf));     
        if( msgrcv(msgid, &msgbuf, sizeof(msgbuf.mtext), msgtype, IPC_NOWAIT) < 0 )    
        {
            printf("msgsnd() receive message failure: %s\n", strerror(errno)); 
            break;    
        }   

        printf("Receive Message: %s\n", msgbuf.mtext);    
        sleep(1); 
    }   

    msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL);

    return 0; 
}

分析：进程msgqueue_send ;往内核的消息队列里写入内容"Hello Word"，而进程msgqueue_recv 则从消息队列里读出并打印该消息。

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