IPC——消息队列

时间 2019-11-11

标签 ipc 消息队列繁體版

原文原文链接

概述缓存

System V IPC引入了3中通讯方式，本文主要介绍消息队列函数

System V IPC再也不以文件的形式存在，所以没有文件描述符这个东西，可是它有相似的“标识符”。彻底能够认为这个“标识符”就是文件描述符的替代者，可是它是专门给System V IPC使用的，因此咱们不能使用文件IO函数来操做“标识符”，只能使用System V IPC的特有API才能操做。ui

如何获取这个“标识符”？spa

调用某API建立好某个“通讯结构”之后，API就会返回一个惟一的“标识符”。3d

消息队列原理code

消息队列本质blog

消息队列的本质就是由内核建立的用于存放消息的链表，因为是存放消息的，因此咱们就把这个链表称为了消息队列。通讯的进程经过共享操做同一个消息队列，就能实现进程间通讯。队列

消息队列模型进程

每一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ip

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以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时经过“消息队列的标识符”找到对应的消息队列，而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）会被做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就能够找到对应的消息队列，而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函数建立新的消息队列、或者获取已存在的某个消息队列，并返回惟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讯的多个进程来讲，只须要一个进程来建立消息队列就能够了，对于其它要参与通讯的进程来讲，直接使用这个建立好的消息队列便可。为了保证消息队列的建立，最好是让每个进程都包含建立消息队列的代码，谁先运行就由谁建立，后运行的进程若是发现它想用的那个消息队列已经建立好了，就直接使用，当众多进程共享操做同一个消息队列时，便可实现进程间的通讯。

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值建立、或者获取一个消息队列。key值也可以惟一的标识消息队列。

若是key没有对应任何消息队列，那就建立一个新的消息队列

若是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）惟一的消息队列ID。

咱们能够指定三种形式的key值：

①指定为IPC_PRIVATE宏，指定这个宏后，每次调用msgget时都会建立一个新的消息队列。若是你每次使用的必须是新消息队列的话，就能够指定这个，不过这个用的不多。由于通常来讲，只要有一个消息队列能够用来通讯就能够了，并不须要每次都建立一个全新的消息队列。

②能够本身指定一个整形数，可是容易重复指定。原本我想建立一个新的消息队列，结果我所指定的这个整形数，以前就已经被用于建立某个消息队列了，当个人指定重复时，msgget就不会建立新消息队列，而是使用的是别人以前就建立好的消息队列。不多使用这种方式

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经过指定路径名和一个整形数，就能够计算并返回一个惟一对应的key值，只要路径名和整形数不变，所对应的key值就惟一不变的。不过因为ftok只会使用整形数（proj_id）的低8位，所以咱们每每会指定为一个ASCII码值，由于ASCII码值恰好是8位的整形数。

msgflg：

指定建立时的原始权限，好比0664

建立一个新的消息队列时，除了原始权限，还须要指定IPC_CREAT选项。msgid = msgget(key, 0664|IPC_CREAT);

若是key值没有对应任何消息队列，就会建立一个新的消息队列，此时就会用到msgflg参数，可是若是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）对于每个建立好的消息队列来讲，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，若是没有发送成功的话，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，无论发送成功与否，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。类型仍是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。也就是说若是没有消息时，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。他会由于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。能够有那些控制？

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

咱们调用msgctl函数的最多见目的就是删除消息队列，事实上，删除消息队列只是各类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有不少选项，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

有的时候须要给第三个参数，有时不须要，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全部者 */
    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; /* 队列中当前全部消息总的字节数 */
    msgqnum_t  msg_qnum;     /* 队列中当前消息的条数*/
    msglen_t msg_qbytes;        /* 队列中容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 ：建立消息队列的用户 */
    gid_t          cgid;        /* GID of creator ：建立消息队列的用户所在用户组*/
    unsigned short mode;        /* Permissions：读写权限（好比0664） */
    unsigned short __seq;       /* Sequence number ：序列号，保障消息队列ID不被当即重复使用 */
};

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

建立进程

若是建立者使用"./file", 'a'生成一个key值，而后调用msgget建立了一个消息队列，好比：

key = ftok("./file", 'a');
msgid = msgget(key, 0664|IPC_CREAT);

当建立者获得msgid后，便可操做消息队列。

其余进程共享操做消息队列

共享的方法很简单，只要你能拿到别人建立好的消息队列的ID，便可共享操做同一个消息队列，实现进程间通讯。

获取别人建立好的消息队列的ID，有两个方法：

①建立者把ID保存到某文件，共享进程读出ID便可。这种状况下，共享进程根本不须要调用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，利用与建立者相同的“路径名”和8位整形数，生成相同的key值

调用msgget函数，利用key找到别人建立好的消息队列，返回ID

key = ftok("./file", 'a');
msgid = msgget(key, 0664|IPC_CREAT);

拿到了消息队列的ID后就能共享操做了。这种方法是最经常使用的方法，由于ftok所用到的“路径名”和“8位的整形数”比较好记忆，因此，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”，你就必定能共享操做别人建立好的消息队列。

ipcs

用于报告Linux中进程间通讯设施的状态，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     /* 建立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建立、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 }