【Linux】进程间通信之消息队列

╰半橙微兮° 2022-08-31 11:06 277阅读 0赞

在上一篇博客里，我们学习了进程间通信的一种方式，那就是管道，今天我们继续学习另一种方式消息队列。

消息队列  
一. 什么是消息队列？  
　　消息队列是消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符表示。   
　　消息队列提供了一个从一个进程向另一个进程发送数据块的方法，每个数据块都可以被认为是有一个类型，接受者接受的数据块可以有不同的类型。   
　　但是同管道类似，它有一个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上限(MSGMNI)。可以用cat /proc/sys/kernel/msgmax查看具体的数据。   
　　内核为每个IPC对象维护了一个数据结构struct ipc\_perm，用于标识消息队列，让进程知道当前操作的是哪个消息队列。每一个msqid\_ds表示一个消息队列，并通过msqid\_ds.msg\_first、msg\_last维护一个先进先出的msg链表队列，当发送一个消息到该消息队列时，把发送的消息构造成一个msg的结构对象，并添加到msqid\_ds.msg\_first、msg\_last维护的链表队列。在内核中的表示如下：

![è¿éåå¾çæè¿°][70]  
二. 特点：  
生命周期随内核，消息队列会一直存在，需要我们显示的调用接口删除或使用命令删除  
消息队列可以双向通信  
克服了管道只能承载无格式字节流的缺点  
三. 消息队列函数  
1.msgget  
功能：创建和访问一个消息队列   
原型：

#include <sys/types.h>
    #include <sys/ipc.h>
    #include <sys/msg.h>
    int msgget(key_t key, int msgflag);

参数：   
key：某个消息队列的名字，用ftok()产生   
msgflag：有两个选项IPC\_CREAT和IPC\_EXCL，单独使用IPC\_CREAT，如果消息队列不存在则创建之，如果存在则打开返回；单独使用IPC\_EXCL是没有意义的；两个同时使用，如果消息队列不存在则创建之，如果存在则出错返回。   
返回值：成功返回一个非负整数，即消息队列的标识码，失败返回-1

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

调用成功返回一个key值，用于创建消息队列，如果失败，返回-1

2.msgctl

**功能**：消息队列的控制函数   
**原型**：

#include <sys/types.h>
    #include <sys/ipc.h>
    #include <sys/msg.h>
    int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

参数：   
msqid：由msgget函数返回的消息队列标识码   
cmd：有三个可选的值，在此我们使用IPC\_RMID

IPC\_STAT 把msqid\_ds结构中的数据设置为消息队列的当前关联值  
IPC\_SET 在进程有足够权限的前提下，把消息队列的当前关联值设置为msqid\_ds数据结构中给出的值  
IPC\_RMID 删除消息队列  
返回值：   
成功返回0，失败返回-1

3.msgsnd  
功能：把一条消息添加到消息队列中   
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);

参数：   
msgid：由msgget函数返回的消息队列标识码   
msgp：指针指向准备发送的消息   
msgze：msgp指向的消息的长度（不包括消息类型的long int长整型）   
msgflg：默认为0   
返回值：成功返回0，失败返回-1

消息结构一方面必须小于系统规定的上限，另一方面必须以一个long int长整型开始，接受者以此来确定消息的类型

struct msgbuf
    {
         long mtye;
         char mtext[1];
    };

4.msgrcv

功能：是从一个消息队列接受消息   
原型：   
ssize\_t msgrcv(int msqid, void \*msgp, size\_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);   
参数：与msgsnd相同   
返回值：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

此外，我们还需要学习两个重要的命令   
前面我们说过，消息队列需要手动删除IPC资源   
ipcs:显示IPC资源   
ipcrm:手动删除IPC资源

![è¿éåå¾çæè¿°][70 1]

下面用代码模拟实现client与server之间的通信   
comm.h

#ifndef _COMM_H_
    #define _COMM_H_
    
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <string.h>
    #include <sys/ipc.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/msg.h>
    
    struct msgbuf
    {
        long mtype;
        char mtext[1024];
    };
    
    #define SERVER_TYPE 1
    #define CLIENT_TYPE 2
    
    int createMsgQueue();
    int getMsgQueue();
    int destoryMsgQueue(int msg_id);
    int sendMsgQueue(int msg_id, int who, char* msg);
    int recvMsgQueue(int msg_id, int recvType, char out[]);
    
    #endif

comm.c

#include "comm.h"
    
    static int commMsgQueue(int flags)
    {
        key_t key = ftok("/tmp", 0x6666);
        if(key < 0)
        {
            perror("ftok");
            return -1;
        }
    
        int msg_id = msgget(key, flags);
        if(msg_id < 0)
        {
            perror("msgget");
        }
        return msg_id;
    }
    
    int createMsgQueue()
    {
        return commMsgQueue(IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666);
    }
    
    int getMsgQueue()
    {
        return commMsgQueue(IPC_CREAT);
    }
    
    int destoryMsgQueue(int msg_id)
    {
        if(msgctl(msg_id, IPC_RMID, NULL) < 0)
        {
            perror("msgctl");
            return -1;
        }
        return 0;
    }
    
    int sendMsgQueue(int msg_id, int who, char* msg)
    {
        struct msgbuf buf;
        buf.mtype = who;
        strcpy(buf.mtext, msg);
    
        if(msgsnd(msg_id, (void*)&buf, sizeof(buf.mtext), 0) < 0)
        {
            perror("msgsnd");
            return -1;
        }
        return 0;
    }
    
    int recvMsgQueue(int msg_id, int recvType, char out[])
    {
        struct msgbuf buf;
        int size=sizeof(buf.mtext);
        if(msgrcv(msg_id, (void*)&buf, size, recvType, 0) < 0)
        {
            perror("msgrcv");
            return -1;
        }
    
        strncpy(out, buf.mtext, size);
        out[size] = 0;
        return 0;
    }

server.c

#include "comm.h"
    
    int main()
    {
        int msgid = createMsgQueue();
    
        char buf[1024] = {0};
        while(1)
        {
            recvMsgQueue(msgid, CLIENT_TYPE, buf);
            if(strcasecmp("quit", buf) == 0)
                break;
            printf("client# %s\n", buf);
    
            printf("Please enter# ");
            fflush(stdout);
            ssize_t s = read(0, buf, sizeof(buf));
            if(s>0)
            {
                buf[s-1]=0;
                sendMsgQueue(msgid, SERVER_TYPE, buf);
                printf("send done, wait recv...\n");
            }
        }
    
        destoryMsgQueue(msgid);
        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));
            if(s > 0)
            {
                buf[s-1]=0;
                sendMsgQueue(msgid, CLIENT_TYPE, buf);
                if(strcasecmp("quit", buf) == 0)
                    break;
                printf("send done, wait recv...\n");
            }
    
            recvMsgQueue(msgid, SERVER_TYPE, buf);
            printf("server# %s\n", buf);
        }
        return 0;
    }

![è¿éåå¾çæè¿°][70 2]

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[70]: /images/20220829/0d1e492d5bff48409e8760510a12e7c9.png
[70 1]: /images/20220829/646764fe670848f8b06bb5ef97bf7f2f.png
[70 2]: /images/20220829/81ba6013c30e46619543eedc3077ccbc.png
[70 3]: /images/20220829/345a0f003ac34cf5b74600c78510b52a.png