Linux-进程间通信（二、消息队列）

淩亂°似流年 2022-06-03 07:37 280阅读 0赞

\#\#\#\#[LINUX进程间通信（一、命名管道与匿名管道）][LINUX]

\#\#\#\#**消息队列概述**

> \#\#\#\#\#消息队列是消息的**链接表**，存放在内核中并由消息队列标识符表示。主要涉及到msgget()，msgsnd()，msgrcv()，msgctl()四个函数，在具体使用时可将四个函数再次封装进行使用。

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\#\#\#\#**消息队列特点：**

> \#\#\#\#\#1、由于是一个链接表，所以消息队列是一个全双工的通信方式，两端都可读可写；  
> \#\#\#\#\#2、对于进程无关系要求（pipe要求必须有亲缘关系，FIFO无要求）；  
> \#\#\#\#\#3、内嵌同步互斥机制；  
> \#\#\#\#\#4、生命周期随内核，也就是说当进程结束，所创建的消息队列还存在于内核中，可通过ipcs -q命令查看此时存在的消息队列信息；所以在程序结束时记得删除消息队列，否则要不重启之后消失，要不就在外侧通过命令删除，但是拿命令删除万一误删就又出麻烦了。。

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\#\#\#\#**关于消息队列的命令：**

> \#\#\#\#\#1、ipcs -q 查看当前所创建的消息队列信息；  
> \#\#\#\#\#2、ipcrm -q +msgid 删除指定msgid的消息队列  
> \#\#\#\#\#3、ipcrm -a 删除当前所有的消息队列

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\#\#\#\#**消息队列结构**  
![这里写图片描述][format_png]

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\#\#\#\#**消息队列函数：**

> msgget用于创建一个新队列或打开一个现存的队列（取决于参数flag）；  
> msgsnd将新消息添加到队列尾端，每个消息包含一个正长整型类型字段，一个非负长度以及实际数据字节，所有这些都在将消息添加到队列时，传送给msgsnd。  
> msgrcv用于从队列中取消息。  
> msgctl用于对队列执行多种操作。

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\#\#\#\#**一、msgget**

#include <sys/types.h>
           #include <sys/ipc.h>
           #include <sys/msg.h>
    
           int msgget(key_t key, int msgflg);
          
       //返回值：成功返回msgid（消息队列标识符）,失败返回-1

\#\#\#\#\#**参数介绍：**  
\#\#\#\#\#①key：消息队列的名字：由ftok生成

#include <sys/types.h>
           #include <sys/ipc.h>
    
           key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);

\#\#\#\#\#给定一个路径，给定一个整数，生成一个对应的key，拿到对应的key就可生成对应的msgid。也就是说，当两个进程拿到相同的pathname和proj\_id时，那么他们所获取到的msgid也就相同，访问到的消息队列也就是同一个。

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\#\#\#\#\#②msgflg：由九个权限标志组成，用法和创建文件使用的mode模式相同。  
\#\#\#\#\#**注： IPC\_CREAT 如果消息队列不存在，则创建一个消息队列，否则打开操作。IPC\_EXCL 只有在消息队列不存在的时候，新的消息队列才建立，否则就产生错误。所以在后面的示例中创建一个文件的时候只需要使用IPC\_CREAT，而打开对应消息队列时需要或上IPC\_EXCL**

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\#\#\#\#**二、msgctl**

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

\#\#\#\#\#**参数介绍**  
\#\#\#\#\#①msqid：由于我们是在对某个消息队列进行操作，那么肯定要指定是哪一个消息队列，所以首先给定的就是msgid，让内核知道我们是在对谁进行操作；  
\#\#\#\#\#②cmd：说明对由msgid指定的消息队列要执行的操作：主要包含以下三种：

##### IPC\_STAT：取此队列的msgid\_ds结构，并将它存放在buf指向的结构中； #####

\#\#\#\#\#IPC\_SET：按由buf指向结构中的值，设置此队列中相关结构对应的字段；  
\#\#\#\#\#IPC\_RMID：从系统中删除该消息队列以及仍在该消息队列中的所有数据。  
\#\#\#\#\#③struct msqid\_ds\* buf：给定的msqid结构体类型的指针，用于对应cmd操作中所要修改的值。

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\#\#\#\#三、msgsnd

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

\#\#\#\#\#**参数介绍**  
\#\#\#\#\#①msqid：由msgget函数返回的消息队列标识码；  
\#\#\#\#\#②msgp：一个指向要准备发送消息的指针；  
\#\#\#\#\#③msgsz：msgp指向的消息长度；  
\#\#\#\#\#④msgflg：控制参数，具体自行man

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\#\#\#\#\#注：man手册中写的很清楚,上面的msgp是一个指向如下结构体类型的结构体指针，mtype可以用于指定收发消息的来源（可用枚举或宏定义将不同的人定义为不同的值，但是注意must be > 0）；mtext则为我们存放消息的数组，数组的大小是可以改的，这也就是msgsz的用处。

![这里写图片描述][format_png 1]

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\#\#\#\#四、msgrcv

#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);
    //返回值：成功返回拷贝到对应mtext数组中的字符个数，失败返回-1

\#\#\#\#\#参数介绍：  
\#\#\#\#\#①msqid：msgget函数返回的消息队列标识码；  
\#\#\#\#\#②msgp：一个指向上msgbuf结构体类型的结构体指针；  
\#\#\#\#\#③msgsz：msgp执行的消息长度；  
\#\#\#\#\#④msgtype：根据msgtype的取值，进行不同的操作；  
\#\#\#\#\#⑤msgflag：控制参数。

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\#\#\#\#\#注：从man手册中可看出：参数type使我们可以指定想要哪一种消息。

//msgtype的取值带来的影响
    msgtype=0：返回队列第一条信息
    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的绝对值的消息，并且是满足条件的消息类型最小的消息
    
    //msgflg的取值
    msgflg = IPC_NOWAIT：队列没有可读消息不等待，返回ENOMSG错误；
    msgflg = MSG_NOERROR：消息大小超过msgsz时被截断
    msgtype>0 且 msgflg=MSG_EXCEPT：接收类型不等于msgtype的第一条消息。

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\#\#\#\#示例：使用消息队列再次完成sercer/client之间的通信，server端在收到client端发送的消息后，做一应答；完成三次对话之后删除销毁消息队列。

/**********comm.h************/
    #pragma once
    
    #include <stdio.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/ipc.h>
    #include <sys/msg.h>
    #include <string.h>
    
    #define PATHNAME "."
    #define PROJ_ID 0x666
    
    #define SERVER_TYPE 1
    #define CLIENT_TYPE 2
    
    struct msgbuf{
    	long mytype;
    	char mtext[1024];
    };
    
    
    
    int creatMsgQueue();
    
    int getMsgQueue();
    
    int destroyMsgQueue(int msgid);
    
    int sendMsg(int msgid, int who, char* msg);
    				
    int recvMSg(int msgid, int recvType, char out[]);
    
    
    
    /***********comm.c***********/
    #include "comm.h"
    
    
    int CommMsgQueue(int flags)
    {
    	key_t _key = ftok(PATHNAME,PROJ_ID);
    	//failed return -1,
    	if(_key < 0){
    		perror("ftok");
    		return -1;
    	}
    
    	//msgget(key,msg_flag)
    	int msgid = msgget(_key,flags);
    	if(msgid < 0){
    		perror("msgget");
    	}
    	
    	return msgid;
    }
    
    int creatMsgQueue()
    {
    	return CommMsgQueue(IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);
    }
    
    int getMsgQueue()
    {
    	return CommMsgQueue(IPC_CREAT);
    }
    
    int destroyMsgQueue(int msgid)
    {
    	// int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
    	if(msgctl(msgid,IPC_RMID,NULL) < 0){
    		perror("msgctl");
    		return -1;
    	}
    
    	return 0;
    }
    
    int sendMsg(int msgid, int who, char* msg)
    {
    	//int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);
    	struct msgbuf buf;
    	buf.mytype = who;
    	strcpy(buf.mtext, msg);
    
    	if(msgsnd(msgid, (void*)&buf,sizeof(buf.mtext),0) < 0){
    		perror("msgsnd");
    		return -1;
    	}
    	return 0;
    }
    
    int recvMsg(int msgid, int recvType, char out[])
    {
    	//ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp,
    	//                      int msgflg);
    	struct msgbuf buf;
    	if(msgrcv(msgid, (void*)&buf, sizeof(buf.mtext), recvType, 0) < 0){
    		perror("msgrcv");
    		return -1;
    	}
    	strcpy(out, buf.mtext);
    	return 0;
    }
    
    
    /**********client.c**********/
    #include "comm.h"
    
    int main()
    {
    	int msgid = getMsgQueue();
    
    	char buf[1024] = {0};
    	while(1){
    		printf("please enter : ");
    		fflush(stdout);
    		ssize_t s = read(0, buf, sizeof(buf)-1);
    		if(s > 0){
    			buf[s] = 0;
    			if(sendMsg(msgid,CLIENT_TYPE,buf) == -1){
    				return -1;
    			}
    			printf("send done, wait recv...\n");
    		}else{
    			printf("client close\n");
    			break;
    		}
    		
    		if(recvMsg(msgid, SERVER_TYPE, buf) == -1){
    			return -1;
    		}
    		printf("server : %s",buf);
    	}
    	return 0;
    }
    
    
    /************server.c*************/
    #include "comm.h"
    
    int main()
    {
    	int msgid = creatMsgQueue();
    
    	char buf[1024] = {0};
    	int count = 3;
    	while(count--){
    		if(recvMsg(msgid, CLIENT_TYPE, buf) == -1){
    			perror("recvMsg");
    			break;
    		}
    		printf("client : %s",buf);
    	
    		printf("please enter : ");
    		fflush(stdout);
    		ssize_t s = read(0,buf,sizeof(buf)-1);
    		if( s > 0){
    			buf[s] = 0;
    			sendMsg(msgid, SERVER_TYPE, buf);
    			printf("send done, wait recv...\n");
    		}
    	}
    
    	destroyMsgQueue(msgid);
    	return 0;
    }
    
    /************Makefile**************/
    .PHONY : all
    all : server client
    
    server : server.c comm.c
    	gcc $^ -o $@
    
    client : client.c comm.c
    	gcc $^ -o $@
    
    .PHONY : clean
    clean:
    	rm server client

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

\#\#\#\#\#运行结果：当server端输入三次后，主动销毁了消息队列，导致client端在第四次发送时发送失败，报错终止。  
![这里写图片描述][format_png 2]

[LINUX]: http://blog.csdn.net/sssssuuuuu666/article/details/78851846
[format_png]: /images/20220603/de7482e8182e420d8304b9a8542d2634.png
[format_png 1]: /images/20220603/1bb505128ad94a9faaf7d92b1eb28e62.png
[format_png 2]: /images/20220603/d196dc0f550d427ba49a7a8c26672609.png