Linux进程间通信之消息队列
作者：武汉华嵌技术部
在linux下有两种消息队列，一种是POSIX的消息队列，另外一种是System V消息队列。在这里只讲System V队列的使用。System V消息队列使用消息队列标识符标识，在某个进程往一个队列中写入一个消息之前，不求另外某个进程正在等待该队列上一个消息的到达。
对于系统中每个消息队列，内核维护一个定义在<sys/msg.h>头文件中的信息结构。该结构如下：
struct msqid_ds{
struct ipc_perm msg_perm; /* read_write perms: Section 3.3 */
struct msg *msg_first; /* ptr to first message on queue */
struct msg *msg_last; /* ptr to last message on queue */
msglen_t msg_cbytes; /* current # bytes on queue */
…
…
}
消息队列由内核进行维护，我们可以将内核中某个选定的消息队列画为一个消息链表，如下图所示：
以下都是操作消息队列的API函数，在这里将对其一一讲解。
- 创建一个消息队列。
#include <sys/msg.h>
int msgget(key_t key, into flag);
该函数在执行正常返回时，返回的是一个整数标识符，其他三个函数就用它来指代该队列。该标识符是基于指定的key产生的，而key即可以是ftok的返回值，也可以是常值IPC_PRIVATE。
oflag可以是读写权限的值的组合，它还可以与IPC_CREAT或IPC_CREAT|IPC_EXCL按位或。
当创建一个新消息队列时，msqid_ds结构的一些成员被初始化。
- 往一个打开的消息队列上放置一个消息。
#include <sys/msg.h>
int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t length, int flag);
该函数的第一参数msqid是由msgget的返回值提供。Ptr是一个结构指针，该结构可以如下定义：
struct my_msg{
long types;
char text[MAX_LENGTH];
}
该结构中的types是这个消息的类型，text这个数组就是发送的消息的正文部份。msgsnd的length参数以字节为单位指定待发送消息的长度。如果待发送消息的结构如上定义，则length的取值是sizeof(struct my_msg) – sizeof(long)。第四个参数flag即可以是0，也可以是IPC_NOWAIT。当flag是0时，使得msgsnd调用阻塞，如果是IPC_NOWAIT，使得msgsnd调用非阻塞。
- 使用msgrcv函数从某个消息队列中读出一个消息。
#include <sys/msg.h>
ssize_t smgrcv(int msqid, void *ptr, size_t length, long type, int flag);
其中ptr参数指定所接收消息的存放位置，和msgsnd一个，该指针指向紧挨在真正的消息数据之前返回的长整数类型字段。Length指定了由ptr指向的缓冲区中数据部分的大小，这是该函数能返回的最大数据量，该长度不包含消息类型占的字节数。type指定希望从消息队列中读出什么类型的消息，type以下的几种取值有不同的效果，如下：
⑴、type为0时，则返回队列中的第一个消息，也就是最早的那个消息。
⑵、type为大于0时，则返回其类型值为type的第一个消息。
⑶、type为小于0时，则返回其类型值小于或等于type参数的绝对值的消息中类型最小的第一个消息。flag的可能取值同msgsnd一样，代表着同样的意思。只不过msgrcv多了一个选择，那就是MSG_NOERROR，如果设置了该位，当所接收消息的真正数据部分大于length参数时，msgrcv只截短数据部分，面不返回错误。该函数成功返回时，msgrcv返回的是所接收消息中数据的字节数。它不包括消息类型所占有字节数。
- 使用msgctl对消息队列进行控制。
#include <sys/msg.h>
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buff);
该函数提供了三个控制命令，分别如下：
IPC_RMID 从系统中删除由msqid指定的消息队列，对于该命令，msgctl第三个参
数被忽略。
IPC_SET 给所指定的消息队列设置其msqid_ds结构的几个成员。
IPC_STAT 给调用者返回与所指定消息队列对应的当前msqid_ds结构。
总结：
- 消息队列是由内核维护的，也就是说消息队列是随内核持续性的。在进程结束的时候，消息队列并消失，只有在显示的删除消息队列或者在内核自检的时候，消息队列才会删除。
以下是使用消息队列例子：
- 发送进程：
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/types.h>
#define MAX_MSG_LENGTH 1024
//自己定义的消息格式
typedef struct msgbuf
{
long types;
char texts[MAX_MSG_LENGTH];
}SYS_MSG;
int main()
{
int msgid;
key_t key;
int retval;
SYS_MSG mybuf;
if((key = ftok("/", 4)) < 0)
{
perror("ftok");
}
if((msgid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) < 0)
{
perror("msgget");
}
mybuf.types = 1;
strcpy(mybuf.texts, "hello world");
if((msgsnd(msgid, &mybuf, MAX_MSG_LENGTH, 0))) //发送消息类型为1的消息。
{
perror("msgsnd");
}
mybuf.types = 2;
strcpy(mybuf.texts, "how are you");
if((msgsnd(msgid, &mybuf, MAX_MSG_LENGTH, 0))) //发送消息类型为2的消息。
{
perror("msgsnd");
}
mybuf.types = 3;
strcpy(mybuf.texts, "i'm fine");
if((msgsnd(msgid, &mybuf, MAX_MSG_LENGTH, 0))) //发送消息类型为3的消息。
{
perror("msgsnd");
}
return 0;
}
- 接收进程：
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/types.h>
#define MAX_MSG_LENGTH 5
typedef struct msgbuf
{
long types;
char texts[MAX_MSG_LENGTH];
}SYS_MSG;
int main()
{
int msgid;
key_t key;
int retval;
SYS_MSG mybuf;
if((key = ftok("/", 4)) < 0)
{
perror("ftok");
}
if((msgid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) < 0)
{
perror("msgget");
}
while(1)
{
//输入想接收的消息类型
scanf("%ld", &mybuf.types);
memset(mybuf.texts, 0, MAX_MSG_LENGTH);
if(0 == mybuf.types)
{
break;
}
//接收消息类型为上面输入的消息类型
if(( msgrcv(msgid, &mybuf, MAX_MSG_LENGTH, mybuf.types, MSG_NOERROR)) < 0)
{
perror("msgrcv");
}
printf("msgrcv : %s\n", mybuf.texts);
}
if(( msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL)) < 0) //从内核中删除消息队列
{
perror("msgctl");
}
return 0;
}
