进程间通信----消息队列

谁践踏了优雅 2022-05-29 05:24 342阅读 0赞

之前我们已经看过进程间通信的一种方式——–管道了：[http://blog.csdn.net/qq\_34021920/article/details/79559603][http_blog.csdn.net_qq_34021920_article_details_79559603] 今天我们来再看看进程间通信的另一种方式——–**消息队列**

### 消息队列 ###

消息队列提供了一种从一个进程向另一个进程发送数据块的方法。每个数据块都被认为是有一个类型，接收者进程接收的数据块可以有不同的类型值。消息队列与命名管道有一样的不足，就是每个消息的最大长度是有上限的（MSGMAX），每个消息队列的总的字节数（MSGMNB）、系统上消息队列的总数也都有上限（MSGMNI）。  
通过下图我们可以看到三个值：  
![这里写图片描述][Image 1]

#### IPC对象的数据结构 ####

在这里需要说一下的是，内核为每个IPC对象维护了一个数据结构  
在/usr/include/linux/ipc.h里面就可以查看  
![这里写图片描述][Image 1]

struct ipc_perm
    {
        __kernel_key_t  key;//
        __kernel_uid_t  uid;//
        __kernel_gid_t  gid;//
        __kernel_uid_t  cuid;//
        __kernel_gid_t  cgid;//
        __kernel_mode_t mode;//
        unsigned short  seq;//
    };

上面这个数据结构不但消息队列有，我们之后需要接触的共享内存和信号量也有这个数据结构  
消息队列还有自己的数据结构：（可以查看/usr/include/linux/msg.h文件）  
![这里写图片描述][Image 1]  
由图中我们可以看到，第一个成员就是IPC结构体，即是共有的。后面的都是消息队列所私有的成员。

--------------------

## 消息队列相关函数 ##

**一、创建消息队列或取得已经存在的消息队列**

#include <sys/types.h>
    #include <sys/ipc.h>
    #include <sys/msg.h>
    
    int msgget(key_t key, int msgflg);
    //成功返回一个非负整数，即该消息队列的标识符；失败返回-1

##### 参数一： #####

key：某个消息队列的名字。为了两个进程间进行通信，我们必须要确保它们的key值是相同的。

###### key值的获取方法： ######

1、利用函数ftok  
函数ftok把一个已存在的路径名和一个整数标识得转换成一个key\_t值，

#include <sys/types.h>
    #include <sys/ipc.h>
    
    key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
    //pathname:路径，必须存在
    //proj_id:低八位必须非0

2、 直接手动写死  
3、IPC\_PRIVATE

##### 参数二： #####

msgflg：由九个权限标志构成，它们的用法和创建文件时使用的mode模式标志是一样的。我们比较常用的就是**IPC\_CREAT、IPC\_EXCL**  
(注意：IPC\_CREAT独自使用时，不存在就创建，存在就返回。和IPC\_EXCL同时使用时，消息队列不存在就创建，存在就出错返回)

**二、消息队列的控制函数**

#include <sys/types.h>
    #include <sys/ipc.h>
    #include <sys/msg.h>
    
    int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
    //成功返回0，失败返回-1

##### 参数一： #####

msgid：由msgget函数返回的消息队列标识符

##### 参数二： #####

cmd：是将要采取的动作。  
系统定义了 3 种 cmd 操作 ： IPC\_STAT , IPC\_SET , IPC\_RMID  
IPC\_STAT：该命令用来获取消息队列对应的 msqid\_ds 数据结构，并将其保存到 buf 指定的地址空间。  
IPC\_SET：该命令用来设置消息队列的属性，要设置的属性存储在buf中。 IPC\_RMID：从内核中删除 msqid 标识的消息队列。  
因为我们使用这个函数的主要目的是为了删除消息队列，所以这里的cmd填 **IPC\_RMID** 即可

##### 参数三： #####

**三、将消息放进消息队列的函数**

#include <sys/types.h>
    #include <sys/ipc.h>
    #include <sys/msg.h>
    
    int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);
    //成功返回0，失败返回-1

**四、从消息队列拿消息的函数**

#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);
    //成功返回实际放到接收缓冲区里去的字符个数，失败返回-1

因为这两个函数的参数基本上相同，所以放到一起来解释

##### 参数一： #####

msgid：同上，是函数msgget返回的消息队列的标识符

##### 参数二： #####

msgp：是一个指针，此位置用来暂时存储发送和接收的消息，是一个⽤用户可 定义的通用结构，形态如下：

struct msgstru
    {     
        long mtype; //大于0 
        char mtext[1];//用户可以自己指定大小
    };

##### 参数三： #####

msgsz：是msgp指向的消息长度，这个长度不含保存消息类型的那个long int长整型

##### 参数四： #####

msgtyp：从消息队列内读取的消息形态。如果值为零，则表示消息队列中的所有消息都会被读取。

##### 参数五： #####

msgflg：用来指明核心程序在队列没有数据的情况下所应采取的行动。  
如果msgﬂg和常数IPC\_NOWAIT合用，则在msgsnd()执行时若是消息队列已满，则msgsnd()将不会阻塞，而会立即返回-1，如果执行的是msgrcv()，则在消息队列为空时，不做等待马上返回-1，并设定错误码为ENOMSG。  
当msgﬂg为0时，msgsnd()及msgrcv()在队列为满或为空的情形时，采取阻塞等待的处理模式

--------------------

接下来上代码，来测试这几个函数：  
(和管道类似，我们实现一个client/server通信的例子)  
同样，我们先来编写一个Makefile  
![这里写图片描述][Image 1]

##### comm.h #####

编写一个头文件

#pragma once
    
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <unistd.h>
    #include <sys/ipc.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/msg.h>
    #include <string.h>
    
    struct msgbuf
    {
        long mtype;
        char mtext[1024];
    };
    
    #define CLIENT_TYPE 1
    #define SERVER_TYPE 2
    
    int CreatMsg();//创建消息队列
    int GetMsg();//获得消息队列
    int DestoryMsg(int msgid );//销毁消息队列
    int SendMsg(int msgid,long sndtype,char* msg);//发送消息
    int RecvMsg(int msgid,int rcvtype,char* buf);//接收消息

##### comm.c #####

实现头文件中的函数

#include "comm.h"
    
    static int Msg(int flag)
    //利用参数传参，来确定是要创建新的消息队列还是获取已有的消息队列
    {
        key_t key=ftok(".",0x6666);
        if(key<0)
        {
            perror("key");
            return -1;
        }
        int msqid=msgget(key,flag);
        if(msqid<-1)
        {
            perror("msgget");
            return -2;
        }
        return msqid;
    }
    int CreatMsg()
    {
        return Msg(IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666);
    }
    int GetMsg()
    {
        return Msg(IPC_CREAT);
    }
    int DestoryMsg(int msqid )
    {
        if(msgctl(msqid,IPC_RMID,NULL)<0)
        {
            perror("msgctl");
            return -1;
        }
        return 0;
    }
    int SendMsg(int msqid,long sndtype,char* msg)
    {
        struct msgbuf buf;//这个结构体需要用户自己定义
        buf.mtype=sndtype;
        strcpy(buf.mtext,msg);
        if(msgsnd(msqid,(void*)&buf,sizeof(buf.mtext),0)<0)
        {
            perror("msgsnd");
            return -1;
        }
        return 0;
    }
    int RecvMsg(int msqid,int rcvtype,char* buf)
    {
        struct msgbuf buff;
        int n=msgrcv(msqid,(void*)&buff,sizeof(buff.mtext),rcvtype,0);
        if(n<0)
        {
            perror("msgrcv");
            return -1;
        }
        strncpy(buf,buff.mtext,n);
        return 0;
    }

##### server.c #####

#include "comm.h"
    
    int main()
    {
        int msqid=CreatMsg();//server创建消息队列
        char buf[1024];
        while(1)
        {
            buf[0]=0;
            RecvMsg(msqid,CLIENT_TYPE,buf);//读取消息队列中的消息
            printf("client say :%s\n",buf);
    
            printf("Please Enter:");
            fflush(stdout);
            ssize_t s=read(0,buf,sizeof(buf));
            if(s>0)
            {
                buf[s-1]=0;
                SendMsg(msqid,SERVER_TYPE,buf);//发送消息
            }
        }
        DestoryMsg(msqid);
        return 0;
    }

##### client.c #####

#include "comm.h"
    
    int main()
    {
        int msqid=GetMsg();
        char buf[1024];
        while(1)
        {
            buf[0]=0;
            printf("Please Enter:");
            fflush(stdout);
            ssize_t s = read(0,buf,sizeof(buf));
            if(s<0)
            {
                perror("read");
                return -1;
            }
            if(s>0)
            {
                buf[s-1]=0;
                SendMsg(msqid,CLIENT_TYPE,buf);
            }
            RecvMsg(msqid,SERVER_TYPE,buf);
            printf("server say:%s\n",buf);
        }
        return 0;
    }

在查看结果之前，我们来学习两条命令  
**ipcs** ：显示IPC资源  
**ipcrm**：手动删除IPC资源  
我们要查看当前系统中的消息队列就可以加上 -q 选项，如下图：  
![这里写图片描述][Image 1]  
我们可以看到当前是没有消息队列的，现在来运行我们的代码，先运行server，在开启一个终端查看消息队列  
![这里写图片描述][Image 1]

接下来我们运行client，开始进程间通信：  
![这里写图片描述][Image 1]

最后，我们需要手动来删除消息队列，利用我们刚刚说到的命令  
**ipcrm -q +msqid** / **ipcrm -Q +key**  
![这里写图片描述][Image 1]

--------------------

## 消息队列的特性： ##

*  消息队列的生命周期随内核
 *  消息队列不是面向字节流，而是基于消息的
 *  不会因为得不到数据而阻塞

[http_blog.csdn.net_qq_34021920_article_details_79559603]: http://blog.csdn.net/qq_34021920/article/details/79559603
[Image 1]: