《UNIX网络编程 卷2》 笔记： Posix消息队列(2)

Posix消息队列允许异步事件通知，以告知何时有一个消息放入到了某个空消息队列中。有两种通知的方式可供进程选择：

    1. 产生一个信号

    2. 创建一个线程处理

这种通知是通过mq_notify函数建立的。

int mq_notify(mqd_t mqdes, const struct sigevent *sevp);

下面的例子演示进程怎样注册为接收一个信号通知。

#include "unpipc.h"mqd_t mqd;void *buff;struct mq_attr attr;struct sigevent sigev;static void sig_usr1(int signo);int main(int argc, char **argv){if (argc != 2)err_quit("usage: mqnotifysig1 <name>");mqd = Mq_open(argv[1], O_RDONLY);Mq_getattr(mqd, &attr);buff = Malloc(attr.mq_msgsize);/*注册信号处理函数*/Signal(SIGUSR1, sig_usr1);/*产生一个SIGUSR1 信号通知*/sigev.sigev_notify = SIGEV_SIGNAL;sigev.sigev_signo = SIGUSR1;/*将进程注册为接收该消息队列的异步事件通知*/Mq_notify(mqd, &sigev);for ( ; ; )pause();exit(0);}static void sig_usr1(int signo){ssize_t n;/*重新注册*/Mq_notify(mqd, &sigev);n = Mq_receive(mqd, buff, attr.mq_msgsize, NULL);printf("SIGUSR1 received read %ld bytes\n", (long)n);return;}

当有一个消息放到空队列时，进程就会接收到一个指定的信号，信号处理函数从队列中获取消息。

上面的程序有个隐含的错误是在信号处理函数中调用了mq_notify、mq_receive、printf等非异步信号安全函数。

异步信号安全函数是POSIX定义的可以在信号处理函数中安全调用的函数，下表所示的都是异步信号安全函数：

mq_notify、mq_receive和printf函数都不在表中，所以上面的程序是不正确的。

为了避免在信号处理函数中调用非异步信号安全函数，我们可以只让信号处理函数处理一个标志，然后进程检查标志以确定何时收到一个消息。改进后的代码如下：

#include "unpipc.h"volatile sig_atomic_t mqflag;static void sig_usr1(int);int main(int argc, char **argv){mqd_t mqd;void *buff;ssize_t n;sigset_t zeromask, newmask, oldmask;struct mq_attr attr;struct sigevent sigev;if (argc != 2)err_quit("usage: mqnotifysig2 <name>");mqd = Mq_open(argv[1], O_RDONLY);Mq_getattr(mqd, &attr);buff = Malloc(attr.mq_msgsize);Sigemptyset(&zeromask);Sigemptyset(&newmask);Sigemptyset(&oldmask);Sigaddset(&newmask, SIGUSR1);/*注册信号处理函数*/Signal(SIGUSR1, sig_usr1);/*将进程注册为接收该消息队列的异步事件通知*/sigev.sigev_notify = SIGEV_SIGNAL;sigev.sigev_signo = SIGUSR1;Mq_notify(mqd, &sigev);for ( ; ; ) {/*阻塞SIGUSR1信号*/Sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, &oldmask);while (mqflag == 0)/*该函数原子性地将进程投入睡眠，并把它的信号掩码复位成zeromask，直到某个信号发生，直到该信号的信号处理函数返回之后才返回，并将信号掩码恢复成调用该函数之前的信号掩码*/sigsuspend(&zeromask);mqflag = 0;/*重新注册*/Mq_notify(mqd, &sigev);/*接收消息*/n = Mq_receive(mqd, buff, attr.mq_msgsize, NULL);printf("read %ld bytes\n", (long)n);/*解阻塞SIGUSR1信号*/Sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &newmask, NULL);}exit(0);}static voidsig_usr1(int signo){mqflag = 1;return;}

主程序for循环先屏蔽SIGUSR1信号，然后在变量mqflag为0时调用sigsuspend函数等待信号发生。当一个消息被放置到空队列时，进程接收到SIGUSR1信号，mqflag被置1，sigsuspend函数返回。然后mqflag被复位，消息从队列中被取出。

值得注意的是为什么要屏蔽SIGUSR1信号！因为信号处理函数和进程共享变量mqflag，如果不屏蔽该信号，那么可能程序刚执行完while(mqflag == 0)语句之后和执行sigsuspend函数之间产生了SIGUSR1信号，这样sigsuspend函数就等待不到该信号了，就好像该信号丢失了！for循环最后再解除SIGUSR1信号的屏蔽是为了避免信号打断mq_receive函数的执行。

然而上面的程序也还存在一个问题:通知只是在有一个消息被放置到某个空消息队列时才发出。如果在能够读出第一个消息前有两个消息到达，那么只有一个通知被发出。我们调用mq_receive只读出第一个消息，而其他的消息被我们忽略了。

解决这个问题的办法是当接收到信号时，总是以非阻塞模式读消息队列。代码如下：

#include "unpipc.h"volatile sig_atomic_t mqflag;static void sig_usr1(int);int main(int argc, char **argv){mqd_t mqd;void *buff;ssize_t n;sigset_t zeromask, newmask, oldmask;struct mq_attr attr;struct sigevent sigev;if (argc != 2)err_quit("usage: mqnotifysig3 <name>");/*!!!以非阻塞方式打开消息队列*/mqd = Mq_open(argv[1], O_RDONLY | O_NONBLOCK);Mq_getattr(mqd, &attr);buff = Malloc(attr.mq_msgsize);Sigemptyset(&zeromask);Sigemptyset(&newmask);Sigemptyset(&oldmask);Sigaddset(&newmask, SIGUSR1);/*注册信号处理函数*/Signal(SIGUSR1, sig_usr1);/*将进程注册为接收该消息队列的异步事件通知*/sigev.sigev_notify = SIGEV_SIGNAL;sigev.sigev_signo = SIGUSR1;Mq_notify(mqd, &sigev);for ( ; ; ) {/*阻塞SIGUSR1信号*/Sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, &oldmask);while (mqflag == 0)sigsuspend(&zeromask);mqflag = 0;/*重新注册*/Mq_notify(mqd, &sigev);/*!!!接收消息，不要使用Mq_receive*/while ((n = mq_receive(mqd, buff, attr.mq_msgsize, NULL)) >= 0)printf("read %ld bytes\n", (long)n);if (errno != EAGAIN)err_sys("mq_receive error");/*解阻塞SIGUSR1信号*/Sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &newmask, NULL);}exit(0);}static voidsig_usr1(int signo){mqflag = 1;return;}

比上个程序更为高效的办法之一是阻塞在某个函数中，仅仅等待该信号的递交，而不是让内核执行一个只为设置一个标志的信号处理程序。sigwait函数提供了这种能力。改进后的代码如下：

#include "unpipc.h"int main(int argc, char **argv){int signo;mqd_t mqd;void *buff;ssize_t n;sigset_t newmask;struct mq_attr attr;struct sigevent sigev;if (argc != 2)err_quit("usage: mqnotifysig4 <name>");/*!!!以非阻塞方式打开消息队列*/mqd = Mq_open(argv[1], O_RDONLY | O_NONBLOCK);Mq_getattr(mqd, &attr);buff = Malloc(attr.mq_msgsize);Sigemptyset(&newmask);Sigaddset(&newmask, SIGUSR1);/*阻塞SIGUSR1信号*/Sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, NULL);/*将进程注册为接收该消息队列的异步事件通知*/sigev.sigev_notify = SIGEV_SIGNAL;sigev.sigev_signo = SIGUSR1;Mq_notify(mqd, &sigev);for ( ; ; ) {/*调用sigwait前，先阻塞某个信号集，sigwait一直阻塞到这些信号中有一个或多个待处理，这时它返回其中的一个信号。*/Sigwait(&newmask, &signo);if (signo == SIGUSR1) {/*重新注册*/Mq_notify(mqd, &sigev);/*!!!接收消息，不要使用Mq_receive，因为非阻塞，Mq_receive会返回EAGAIN，直接退出程序，而我们要忽略EAGAIN*/while ((n = mq_receive(mqd, buff, attr.mq_msgsize, NULL)) >= 0)printf("read %ld bytes\n", (long)n);if (errno != EAGAIN)err_sys("mq_receive error");}}exit(0);}

Posix消息队列描述符不是普通的描述符，我们不能在select和poll函数中使用它们，但我们可以伴随一个管道和mq_notify函数使用它们。代码如下：

#include "unpipc.h"int pipefd[2];static void sig_usr1(int);int main(int argc, char **argv){int nfds;char c;fd_set rset;mqd_t mqd;void *buff;ssize_t n;struct mq_attr attr;struct sigevent sigev;if (argc != 2)err_quit("usage: mqnotifysig5 <name>");/*!!!以非阻塞方式打开消息队列*/mqd = Mq_open(argv[1], O_RDONLY | O_NONBLOCK);Mq_getattr(mqd, &attr);buff = Malloc(attr.mq_msgsize);Pipe(pipefd);Signal(SIGUSR1, sig_usr1);/*将进程注册为接收该消息队列的异步事件通知*/sigev.sigev_notify = SIGEV_SIGNAL;sigev.sigev_signo = SIGUSR1;Mq_notify(mqd, &sigev);FD_ZERO(&rset);for ( ; ; ) {FD_SET(pipefd[0], &rset);/*Select函数没有处理被write系统调用中断的情形，不要调用*/nfds = select(pipefd[0] + 1, &rset, NULL, NULL, NULL);if (FD_ISSET(pipefd[0], &rset)) {/*从管道读出1字节数据*/Read(pipefd[0], &c, 1);/*重新注册*/Mq_notify(mqd, &sigev);/*!!!接收消息，不要使用Mq_receive*/while ((n = mq_receive(mqd, buff, attr.mq_msgsize, NULL)) >= 0)printf("read %ld bytes\n", (long)n);if (errno != EAGAIN)err_sys("mq_receive error");}}exit(0);}static voidsig_usr1(int signo){/*写1字节数据到管道，这样select可以监听到管道描述符可读*/Write(pipefd[1], "", 1);return;}

select函数监听管道读描述符，当信号产生时，信号处理函数往管道写入1字节数据。这样select函数就可以监听到一个读事件，这个读事件就表明了有消息放入了消息队列。