一 简介
消息队列是链表队列，它通过内核提供一个struct msqid_ds *msgque[MSGMNI]向量维护内核的一个消息队列列表，因此linux系统支持的最大消息队列数由msgque数组大小来决定，每一个msqid_ds表示一个消息队列，并通过msqid_ds.msg_first、msqid_ds.msg_last维护一个先进先出的msg链表队列。
当发送一个消息到该消息队列时，把发送的消息构造成一个msg结构对象，并添加到msqid_ds.msg_first、msqid_ds.msg_last维护的链表队列，同样，接收消息的时候也是从msg链表队列尾部查找到一个msg_type匹配的msg节点，从链表队列中删除该msg节点，并修改msqid_ds结构对象的数据。Linux的消息队列(queue)，它有消息队列标识符(queue ID)。msgget创建一个新队列或打开一个存在的队列；msgsnd向队列末端添加一条新消息；msgrcv从队列中取消息，取消息是不一定遵循先进先出的，也可以按消息的类型字段取消息。
二 消息队列的数据结构
msg.c中包含的函数模块。
有关进程间通信资源的属性：
键(key)：一个由用户提供的整数，用来标志某个消息。
创建者(creator)：创建这个消息的进程的用户ID(UID)和组ID(GID)。
所有者(owner)：消息所有者的UID和GID。资源创建时，资源的创建者就是资源的所有者。资源的创建者进程、当前的所有者进程和超级用户具有改变资源所有者的权力。
1 struct ipc_perm
struct ipc_perm{
key_t key; //整型，0表示private，非0表示public
ushort uid; //资源拥有者的有效标识
ushort gid; //资源拥有者所在组的有效标识
ushort cuid; //资源创建者的有效标识
ushort cgid; //资源创建者所在组的有效标识
ushort mode; //访问模式
ushort seq; //序列号，计算标识符
};
系统在创建消息队列的同时设定了访问权限，并返回一个标识。进程通信时必须先传递该标识，待函数ipcperms()确认权限后才可以访问通信资源。访问权限由ipc_perm结构描述。通过key可以得到引用标识，从而访问通信资源。Key为public，则任何进程都可以通过key得到引用标识。
2 msg结构用来存放消息的有关信息
struct msg{
struct msg *msg_next; //消息队列中的下一个
long msg_type; //消息的类型
char *msg_spot; //存放消息内容的地址
time_t msg_time; //消息发送的时间
short msg_ts; //消息的长度
message； /*消息体*/
};
3 存放消息的信息
struct msgbuf{
long mtype; //消息的类型
char mtext[1]; //消息的内容
};
4 每一个msqid_ds结构代表一个消息队列， 是进程读写的信息的存储空间
static struct msqid_ds *msgque[MSGMNI]；
定义了一个消息队列数组msgque， 数组的元素类指向msqid_ds 结构的指针。消息在队列中是按到来的顺序维护。进程读消息时，这些消息按FIFO从队列中移去。
struct msqid_ds{
struct ipc_perm msg_perm; //权限
struct msg *msg_first; //指向消息队列的第一条消息
struct msg *msg_last; //指向消息队列的最后一条消息
time_t msg_stime; // 最后发送时间
time_t msg_rtime; //最后接收时间
time_t msg_ctime; //最后修改时间
struct wait_queue *wwait; //写消息进程的等待队列
struct wait_queue *rwait; //读消息进程的等待队列
ushort msg_cbytes; //队列中消息的字节数
ushort msg_qnum; //队列中的消息数
ushort msg_qbytes; //队列中消息的最大字节数
ushort msg_lspid; // 最后一个发送消息的进程的标识号
ushort msg_lrpid; //最后一个接收消息的进程的标识号
};
三 消息队列的使用
一 消息队列Key的获取：
在程序中若要使用消息队列，必须要能知道消息队列key，因为应用进程无法直接访问内核消息队列中的数据结构，因此需要一个消息队列的标识，让应用进程知道当前操作的是哪个消息队列，同时也要保证每个消息队列key值的唯一性。
- 通过ftok函数获取
key_t key;
key=ftok(".","a")
该函数通过一个路径名称映射出一个消息队列key(我的理解是使用路径映射的方式比较容易获取一个唯一的消息队列key)
- 直接定义key：
#define MSG_KEY 123456
自定义key的方式要注意避免消息队列的重复。
二 获取或者打开一个消息队列
- 使用说明
qid=msgget(key_t key, int msgflag)
–key： 消息队列key
–msgflag：
IPC_PRIVATE：创建一个该进程独占的消息队列，其它进程不能访问该消息队列；
IPC_CREAT：若消息队列不存在，创建一个新的消息队列，若消息队列存在，返回存在的消息队列；
IPC_CREAT | IPC_EXCL： IPC_EXCL标志本身没有多大意义，与IPC_CREAT一起使用，保证只创建新的消息队列，若对应key的消息队列已经存在，则返回错误；
IPC_NOWAIT：小队列以非阻塞的方式获取(若不能获取，立即返回错误)。 - 函数原因
1）如果key==IPC_PRIVATE，则申请一块内存，创建一个新的消息队列（数据结构msqid_ds)，将其初始化后加入到msgque向量表中的某个空位置处，返回标示符。
2）在msgque向量表中找键值为key的消息队列，如果没有找到，结果有二：
msgflag表示不创建新的队列，则错误返回。
msgflag表示要创建新的队列（IPC_CREAT），则创建新消息队列，创建过程如1）。
3）如果在msgque向量表中找到了键值为key的消息队列，则有以下情况：
如果msgflg表示一定要创建新的消息队列而且不允许有相同键值的队列存在，则错误返回。
如果找到的队列是不能用的或已经损坏的队列，则错误返回。
认证和存取权限检查，如果该队列不允许msgflg要求的存取，则错误返回。
正常，返回队列的标识符。
三 发送一个消息到消息对列
- 使用说明：
int msgsnd (int msqid, struct msgbuf *msgp, size_t msgsz, int msgflg)
------msqid为消息队列的qid
------msgp对应消息内容结构体指针
------msgsz消息的大小即msgp指针指向的消息结构体的大小
------msgflg消息标志
0：忽略该标志位，以阻塞的方式发送消息到消息队列
IPC_NOWAIT：以非阻塞的方式发送消息，若消息队列满，函数立即返回。
------返回：
0： 成功
-1：非阻塞方式访问满消息队列返回
EACCES：没有该消息队列写权限
EFAULT：消息队列地址无法获取
EIDRM：消息队列已经被删除
EINTR：消息队列等待写入的时候被中断
ENOMEM：内存不够 - 函数原理：
1)计算id = (unsigned int) msqid % MSGMNI，然后根据id在linux系统消息队列向量msgque[MSGMNI]中查找对应的消息队列，并进行认证检查，合法性检查
2)如果队列已满，以可中断等待状态（TASK_INTERRUPTIBLE）将当前进程挂起在wwait等待队列(发送消息等待队列)上（msgflag==0）。
3)否则 根据msgbuf的大小申请一块空间，并在其上创建一个消息数据结构struct msg(内核空间)，将消息缓冲区中的消息内容拷贝到该内存块中消息头的后面（从用户空间拷贝到内核空间）。
4)将消息数据结构加入到消息队列的队尾，修改队列msqid_ds的相应参数。
5)唤醒在该消息队列的rwait进程队列(读等待进程队列)上等待读的进程，并返回。
四 从消息队列接收一个消息到msgbuf*
- 使用说明
int msgrcv (int msqid, struct msgbuf *msgp, size_t msgsz,long msgtyp, int msgflg)
----msqid为消息队列的qid
----msgp是接收到的消息将要存放的缓冲区
----msgsz是消息的大小
----msgtyp是期望接收的消息类型
----msgflg是标志
0：表示忽略
IPC_NOWAIT：如果消息队列为空，不阻塞等待，返回一个ENOMSG
----返回
0：成功
-1：消息长度大于msgsz
EACCES：没有该消息队列读权限
EFAULT：消息队列地址无法获取
EIDRM：消息队列已经被删除
EINTR：消息队列等待写入的时候被中断
ENOMEM：内存不够 - 函数原理：
1)计算id = (unsigned int) msqid % MSGMNI,然后根据id在msgque[MSGMNI]中查找对应的消息队列，并进行认证检查，合法性检查
2)根据msgtyp搜索消息队列，情况有二：
----如果找不到所要的消息，则以可中断等待状态（TASK_INTERRUPTIBLE）将当前进程挂起在rwait等待队列上
----如果找到所要的消息，则将消息从队列中摘下，调整队列msqid_ds参数，唤醒该消息队列的wwait进程队列上等待写的进程，将消息内容拷贝到用户空间的消息缓冲区msgp中，释放内核中该消息所占用的空间，返回
五 消息的控制
- 使用说明：
int msgctl (int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf)
------msqid：为消息队列的qid
------cmd：为该函数要对消息队列执行的操作
IPC_STAT：取出消息队列的msqid_ds结构体并将参数存入buf所指向的msqid_ds结构对象中
IPC_SET：设定消息队列的msqid_ds 数据中的msg_perm 成员。设定的值由buf 指向的msqid_ds
结构给出。
IPC_EMID：将队列从系统内核中删除。
----buf：消息队列msqid_ds结构体指针 - 函数作用
对消息队列进行设置以及相关操作，具体操作由cmd指定。
问题： - 在消息传递机制中，当读取一个消息后，消息将从队列移去，其他进程不能读到。若因为接收的缓冲区太小造成消息被截断，截断的部分将永远丢失。
- 进程必须通过带有IPC_RMID的sys _msgctl 调用，来显示的删除消息队列。如果不是这样则消息队列可以长久的存在。则样就回导致系统很难判断，消息是为了将来进程访问而留下来还是被无意的抛弃了，或是由于想要释放它的进程不正常终止了，这样导致系统无限的保存这消息。如果这种情况经常发生，这种消息资源就会用光。
- 总的说来，消息队列传递数据时是以一种不连续消息的方式，这样就可以更加灵活的处理数据。
四 实例
read.c
#include <unistd.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/types.h>
#include <errno.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define IPC_KEY 1024
#define MAXLINE 80
void if_error(int stat_code, char* err_msg)
{
if (stat_code < 0) {
perror(err_msg);
exit(errno);
}
}
struct msg_ds
{
char data[MAXLINE];
};
int main(int argc, char **argv)
{
int msq_id, rd_n;
struct msg_ds msg;
msq_id = msgget(IPC_KEY, IPC_CREAT);
if_error(msq_id, "msgget");
while (1) {
/* recv msg */
rd_n = msgrcv(msq_id, (void*)&msg, MAXLINE, 0, 0);
if_error(rd_n, "msgrcv");
msg.data[rd_n] = '\0';
/* exit msg */
if (strncmp(msg.data, "exit", 4) == 0) break;
printf("recv msg: %s\n", msg.data);
}
msgctl(msq_id, IPC_RMID, 0);
return 0;
}
write.c
#include <unistd.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/types.h>
#include <errno.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define IPC_KEY 1024
#define MAXLINE 80
void if_error(int stat_code, char* err_msg)
{
if (stat_code < 0) {
perror(err_msg);
exit(errno);
}
}
struct msg_ds
{
char data[MAXLINE];
};
int main(int argc, char **argv)
{
int msq_id, wr_n;
struct msg_ds msg;
msq_id = msgget(IPC_KEY, IPC_CREAT);
if_error(msq_id, "msgget");
while (1) {
/* send msg */
printf("send msg: ");
fgets(msg.data, MAXLINE, stdin);
msg.data[strlen(msg.data)-1] = '\0';
wr_n = msgsnd(msq_id, &msg, MAXLINE, 0);
if_error(wr_n, "msgsnd");
/* exit msg */
if (strncmp(msg.data, "exit", 4) == 0) break;
}
msgctl(msq_id, IPC_RMID, 0);
return 0;
}
