SystemV消息队列来模拟多“客户端”和一个“服务器”的多进程通信

深碍√TFBOYSˉ_ 2022-02-01 23:07 127阅读 0赞

> Linux消息队列是Linux系统中进程间通信的一种实现机制，POSIX和System V都为Linux提供了实现消息队列的相应API，下面是System V的消息队列的一种应用（其实SystemV消息队列已经不是很不常用了，一般都用POSIX消息队列来实现进程间的通信！但学了还是觉得有必要总结一下。）。

### 消息队列的存储形式 ###

消息队列在内核中的存在形式是链表，用来存储各个进程发来的消息信息，如图所示（图片来自网络，侵权立删！）：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxNjgxMjQx_size_16_color_FFFFFF_t_70]

### 消息队列内核数据结构 ###

struct msqid_ds {
    	struct ipc_perm msg_perm;     //IPC对象数据结构
    	time_t	msg_stime;    //最后一次往消息队列中发送数据的时间
    	time_t	msg_rtime;    //最后一次从消息队列中接收数据的时间
    	time_t	msg_ctime;    //最后一次改变的时间
    	unsigned long    __msg_cbytes; //当前队列中消息的字节数
    	msgqnum_t	msg_qnum;     //当前队列中消息的个数
    	msglen_t	msg_qbytes;   //队列中允许存放的最大字节数
    	pid_t       msg_lspid;      //最后一个往消息队列中发送数据的进程号
    	pid_t       msg_lrpid;      //最后一个从消息队列中接收数据的进程号
    };

### 消息队列的操作方式 ###

*  以上信息可以通过以下方式获取：

struct msqid_ds  buf;
    msgctl(msgid, IPC_STAT, &buf) ;

*  关于system v提供的其他消息队列API

#include <sys/types.h>
    #include <sys/ipc.h>
    #include <sys/msg.h>
    
    key_t ftok( const char * fname, int id )
    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 msgtype,int msgflg);
    int msgctl(int msqid,int cmd,struct msqid_ds *buf);

说明：

（1）ftok 系统建立IPC通讯 （消息队列、信号量和共享内存） 时必须指定一个ID值。通常情况下，该id值通过ftok函数得到。  
fname 为指定的文件名，id是子序号。虽然是int类型，但是只使用8bits(1-255）。  
（2）msgget：用于创建一个新的或打开一个已经存在的消息队列，此消息队列与key相对应。  
key：某个消息队列的名字。  
msgflg：由9个权限标志构成，它们的用法和创建文件时使用的mode模式标志一样，比如文件中mode模式有O\_CREAT，消息队列中有IPC\_CREAT等。  
（3）msgsnd：向消息队列中添加消息。  
msgid：由msgget函数返回的消息队列标识码。  
msgp：是一个指针，指针指向准备发送的信息。  
msgsz：是msgp指向的消息长度，这个长度不包含保存消息类型的那个long int长整型。  
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。

> msgflg=IPC\_NOWAIT表示队列满不等待，返回EAGAIN错误。

（4）msgrcv：从消息队列中获取消息。

msgid：由msgget函数返回的消息队列标识码。  
msgp：是一个指针，指向准备接收的消息。  
msgsz：是msgp指向的消息长度，这个长度不包含保存消息类型的那个long int长整型。  
msgtype：可以实现接收优先级的简单形式。

> msgtype=0返回队列第一条消息  
> 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

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=MSS\_NOERROR，消息大小超过msgsz时被截断  
> msgflg>0且msgflg=MSC\_EXCEPT，接收类型不等于msgtype的第一条消息

返回值：成功返回实际放到接收缓冲区去的字符个数，失败返回-1

（5）msgctl看到这个，一下明白这是个万能函数，通过它可移除一个消息队列，可以获取消息队列中的消息数等等。

msqid：由msgget函数返回的消息队列标识码。  
cmd：将要采取的动作（有三个可取值）。

> IPC\_STAT 通过这个获取内核消息队列结构中的消息信息。  
> IPC\_STAT  
> 读取消息队列的数据结构msqid\_ds，并将其存储在b u f指定的地址中。  
> IPC\_SET  
> 设置消息队列的数据结构msqid\_ds中的ipc\_perm元素的值。这个值取自buf参数。  
> IPC\_RMID  
> 从系统内核中移走消息队列。

buf：内核消息队列维护的结构。

### 消息队列应用 ###

`客户端`

#include <iostream>
    #include<sys/ipc.h>
    #include<sys/msg.h>
    #include<thread>
    #include<stdlib.h>
    #include<string.h>
    #include<sys/types.h>
    #include<unistd.h>
    using namespace std ;
    
    struct data {
        
        pid_t pid ;
        char info[1024] ;
    } ;
    
    typedef struct msg {
        
        long type ;
        struct data buf ;
    } msg_t;
    
    void sendmsg(int msgid) {
        
        
        msg_t msg ;
        bzero(&msg, sizeof(msg));
        msg.buf.pid = getpid();;
        cout << msgid << endl;
        while(1) {
        
            msg.type = 1 ;
            cout << "输入发送的内容：";
            cin >>msg.buf.info ;
            int ret = msgsnd(msgid, (void*)&msg, sizeof(msg_t)-sizeof(long), 0) ;
            if(ret < 0) {
        
                    cout <<errno << endl;
                    exit(1) ;
            }
        }
    }
    
    void recvmsg(int msgid) {
        
        
        msg_t msg ;
        msg.type = getpid();
        while(1) {
        
           while(1){
        
            int ret = msgrcv(msgid, (void*)&msg, sizeof(msg_t)-sizeof(long), msg.type, 0) ;
               if(ret > 0) {
        
                    break ;
                }
            }
            cout << "\n接收到内容："<< msg.buf.info << endl;
        }
    }
    
    int main()
    {
        
        key_t key = ftok(".", 1) ;
        int msgid = msgget(key, 0) ;
        if(msgid < 0) {
        
            perror("msgget") ;
        }
        cout << msgid << endl;
        thread sendto(sendmsg, msgid) ;
        thread receive(recvmsg, msgid) ;
        sendto.join() ;
        receive.join() ;
        return 0;
    }

`服务器`

#include <iostream>
    #include<sys/msg.h>
    #include<sys/msg.h>
    #include<unistd.h>
    #include<thread>
    using namespace std ;
    
    struct data {
        
        pid_t pid ;
        char info[1024] ;
    } ;
    
    typedef struct msg {
        
    
        long type ;
        struct data buf ;
    } msg_t;
    
    void hand(int msgid,int pid);
    int main() {
        
        
        msg_t msg ;
        key_t key = ftok(".", 1) ;
        int msgid = msgget(key, IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666) ;
        if(msgid < 0) {
        
            perror("msgget") ;
        }
        
        while(1) {
        
            msg.type = 1 ;
            int ret = 0 ;
            while(1){
        
            ret = msgrcv(msgid, (void*)&msg, sizeof(msg_t) - sizeof(long), msg.type, 0) ;    
                if(ret > 0) {
        
                    break;
                }
            }
            cout << "接收到进程"<<msg.buf.pid <<"的连接:"<< msg.buf.info <<endl ;
            thread t(hand,msgid,msg.buf.pid);
            t.detach();
    
        }
    }   
    
    void hand(int msgid,int pid)
    {
        
        msg_t msg;
        msg.type = pid;
        cout << "请输入发给"<<pid<<"进程"<<"的消息:" ;
        cin>> msg.buf.info ;
        int ret = msgsnd(msgid, (void*)&msg, sizeof(msg_t) - sizeof(long),  0) ;    
        if(ret < 0) {
        
            perror("msgsnd") ;
            exit(1) ;
        }
    }

> 程序运行的话，先运行“服务器”创建消息队列，再运行多个“客户端”！实现过程中遇到的bug挺多的，太菜了，总是写bug！

*  运行截图

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxNjgxMjQx_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxNjgxMjQx_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220202/5d874e036f274c3aaadaa62f35d15495.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxNjgxMjQx_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20220202/73f0ef73d1c44771a394e79b8450daa9.png