进程间通信之消息队列【Linux】

你的名字 2022-05-22 01:24 340阅读 0赞

**一、什么是消息**

消息（message）是一个格式化的可变长的信息单元。消息机制允许由一个进程给其它任意的进程发送一个消息。当一个进程收到多个消息时，可将它们排成一个消息队列。

1、消息机制的数据结构

（1）消息首部

记录一些与消息有关的信息，如消息的类型、大小、指向消息数据区的指针、消息队列的链接指针等。

（2）消息队列头表

其每一项作为一个消息队列的消息头，记录了消息队列的有关信息，如指向消息队列中第一个消息和指向最后一个消息的指针、队列中消息的数目、队列中消息数据的总字节数、队列所允许消息数据的最大字节总数，还有最近一次执行发送操作的进程标识符和时间、最近一次执行接收操作的进程标识符和时间等。

2、消息队列的描述符

UNIX中，每一个消息队列都有一个称为关键字（key）的名字，是由用户指定的；消息队列有一消息队列描述符，其作用与用户文件描述符一样，也是为了方便用户和系统对消息队列的访问。

**二、涉及的系统调用**

下面的函数使用的头文件：

\#include<sys/types.h>

\#include<sys/ipc.h>

\#include<sys/msg.h>

**1. msgget()**

创建一个消息，获得一个消息的描述符。

系统调用格式：int msgqid=msgget(key,flag)

参数定义

key\_t key;

int flag;

key是用户指定的消息队列的名字；flag是用户设置的标志和访问方式。如

IPC\_CREAT |0400是否该队列已被创建。无则创建，是则打开；

IPC\_EXCL |0400 是否该队列的创建应是互斥的。

msgqid 是该系统调用返回的描述符，失败则返回-1。

**2. msgsnd（）**

发送一消息。向指定的消息队列发送一个消息，并将该消息链接到该消息队列的尾部。

系统调用格式：int msgsnd(msgqid,msgp,size,flag)

参数定义：

int msgqid,size,flag;

struct msgbuf \* msgp;

其中msgqid是返回消息队列的描述符；msgp是指向用户消息缓冲区的一个结构体指针，包括消息类型和消息正文，即

long mtype; /\*消息类型\*/

char mtext\[ \]; /\*消息的文本\*/

size指示由msgp指向的字符数组的长度；即消息的长度。这个数组的最大值由MSG-MAX()系统可调用参数来确定。

flag 规定当核心用尽内部缓冲空间时应执行的动作: 进程是等待，还是立即返回。若在标志flag中未设置IPC\_NOWAIT位，则当该消息队列中的字节数超过最大值时，或系统范围的消息数超过某一最大值时，调用msgsnd进程睡眠。若是设置IPC\_NOWAIT，则在此情况下，msgsnd立即返回。

对于msgsnd()，核心须完成以下工作：

（1）对消息队列的描述符和许可权及消息长度等进行检查。若合法才继续执行，否则返回；

（2）核心为消息分配消息数据区。将用户消息缓冲区中的消息正文，拷贝到消息数据区；

（3）分配消息首部，并将它链入消息队列的末尾。在消息首部中须填写消息类型、消息大小和指向消息数据区的指针等数据；

（4）修改消息队列头中的数据，如队列中的消息数、字节总数等。最后，唤醒等待消息的进程。

**3. msgrcv()**

接受一消息。从指定的消息队列中接收指定类型的消息。

系统调用格式：int msgrcv(msgqid,msgp,size,type,flag)

参数定义：

int msgqid,size,flag;

struct msgbuf \*msgp;

long type;

其中，msgqid,msgp,size,flag与msgsnd中的对应参数相似，type是规定要读的消息类型，

flag规定倘若该队列无消息，核心应做的操作。如此时设置了IPC\_NOWAIT标志，则立即返回，若在flag中设置了MS\_NOERROR，且所接收的消息大于size，则核心截断所接收的消息。

对于msgrcv系统调用，核心须完成下述工作：

（1）对消息队列的描述符和许可权等进行检查。若合法，就往下执行；否则返回；

（2）根据type的不同分成三种情况处理：

type=0，接收该队列的第一个消息，并将它返回给调用者；

type为正整数，接收类型type的第一个消息；

type为负整数，接收小于等于type绝对值的最低类型的第一个消息。

（3）当所返回消息大小等于或小于用户的请求时，核心便将消息正文拷贝到用户区，并从消息队列中删除此消息，然后唤醒睡眠的发送进程。但如果消息长度比用户要求的大时，则做出错返回。

**4. msgctl( )**

消息队列的操纵。读取消息队列的状态信息并进行修改，如查询消息队列描述符、修改它的许可权及删除该队列等。

系统调用格式：int msgctl(msgqid,cmd,buf);

参数定义：

int msgqid,cmd;

struct msgqid\_ds \*buf;

其中，函数调用成功时返回0，不成功则返回-1。buf是用户缓冲区地址，供用户存放控制参数和查询结果；cmd是规定的命令。命令可分三类：

（1）IPC\_STAT。查询命令。如查询队列中的消息数目、队列中的最大字节数、最后一个发送消息的进程标识符、发送时间等；

（2）IPC\_SET。按buf指向的结构中的值，设置和改变有关消息队列属性的命令。如改变消息队列的用户标识符、消息队列的许可权等；

（3）IPC\_RMID。消除消息队列的标识符。

msgqid\_ds 结构定义如下：

struct msgqid\_ds

struct ipc\_perm msg\_perm; /\*许可权结构\*/

short pad1\[7\]; /\*由系统使用\*/

ushort msg\_qnum;/\*队列上消息数\*/

ushort msg\_qbytes; /\*队列上最大字节数\*/

ushort msg\_lspid; /\*最后发送消息的PID\*/

ushort msg\_lrpid; /\*最后接收消息的PID\*/

time\_t msg\_stime; /\*最后发送消息的时间\*/

time\_t msg\_rtime; /\*最后接收消息的时间\*/

time\_t msg\_ctime; /\*最后更改时间\*/

\};

struct ipc\_perm

ushort uid; /\*当前用户\*/

ushort gid; /\*当前进程组\*/

ushort cuid; /\*创建用户\*/

ushort cgid; /\*创建进程组\*/

ushort mode; /\*存取许可权\*/

\{ short pid1;long pad2;\} /\*由系统使用\*/

**三、编写程序**

创建两个子进程，子进程1创建一个消息队列，并使用消息机制向子进程2发送一条消息，发送结束后输出打印：Data sent! 子进程2接收到消息后，输出打印接收的消息字符，并输出打印：Data received!

#include <stdio.h>
    #include <string.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <unistd.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/wait.h>
    #include <sys/msg.h>
    #include <sys/ipc.h>
    #define MSGKEY 75
    struct  msgform
    {
    	long  mtype;
    	char  mtext[1000];
    };
    
    void main( )
    {
    	int p1,p2;
    	while((p1=fork( ))==-1); 					//创建进程1
    	if (p1>0)							//父进程1
    	{
    		wait(NULL);						//等待子进程1结束
    		while((p2=fork( ))==-1);   				//创建进程2
    		if(p2==0)						//父进程2
    		{
    			wait(NULL); 					//等待子进程2结束
    			exit(0);
    		}
    		else							//子进程2
    		{
    			int msgqidRecs=msgget(MSGKEY,0777);             //打开消息队列MSGKEY
    			struct msgform msgRecs;				//创建用于接收消息的缓冲区
    	    	        msgrcv(msgqidRecs,&msgRecs,1024,0,0);//接收消息
    			printf("%s\n",msgRecs.mtext);		        //打印接收到的消息
    			printf("Data received!\n");
    			msgctl(msgqidRecs,IPC_RMID,0);                  //清楚消息队列，释放资源
    			//printf("%d\n",msgqidRecs);		        //检查是否是目标消息队列
    		}
    	}
    	else							        //子进程1
    	{ 
    		int msgqidSend=msgget(MSGKEY,IPC_CREAT|0777);           //创建消息队列MSGKEY，返回给msgqidSend
    		struct msgform msgSend;					//创建用于发送消息的缓冲区
    		strcpy(msgSend.mtext,"This is a message from child 2!"); //消设置息内容
    		msgsnd(msgqidSend,&msgSend,1024,0);		        //发送消息
    		printf("Data sent!\n");
    		sleep(1);								
    		exit(1);
    		//printf("%d\n",msgqidSend);			        //打印消息队列描述符
    	}
    }

运行结果：

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[70]: /images/20220522/42d538549ce64e54aa9f09d459d5ced6.png