Linux C——消息队列

一、消息队列的理论与API函数的应用

1.消息队列的理论

消息队列就是一个消息的链表。就是把消息看作一个记录，并且这个记录具有特定的格式以及特定的优先级。对消息队列有写权限的进程可以按照一定的规则添加新消息；对消息队列有读权限的进程则可以从消息队列中读出消息。

Linux采用消息队列的方式来实现消息传递。这种消息的发送方式是：发送方不必等待接收方检查它所收到的消息就可以继续工作下去，而接收方如果没有收到消息也不需等待。这种通信机制相对简单，但是应用程序使用起来就需要使用相对复杂的方式来应付了。新的消息总是放在队列的末尾，接收的时候并不总是从头来接收，可以从中间来接收。

消息队列是随内核持续的并和进程相关，只有在内核重起或者显示删除一个消息队列时，该消息队列才会真正被删除。因此系统中记录消息队列的数据结构 (struct ipc_ids msg_ids)位于内核中，系统中的所有消息队列都可以在结构msg_ids中中找到访问入口。

IPC标识符：每一个I P C目标都有一个唯一的I P C标识符。这里所指的I P C目标是指一个单独的消息队列、一个信号量集或者一个共享的内存段。系统内核使用此标识符在系统内核中指明I P C目标。

IPC 关键字：想要获得唯一的标识符，则必须使用一个 I P C关键字。客户端进程和服务器端进程必须双方都同意此关键字。这是建立一个客户机/服务器框架的第一步。在System V IPC机制中，建立两端联系的路由方法是和I P C关键字直接相关的。通过在应用程序中设置关键字值，每一次使用的关键字都可以是相同的。一般情况下，可以使用f t o k ( )函数为客户端和服务器端产生关键字值。

 

2.API函数的应用

①ftok函数

函数作用：用于将文件名转化成键值

函数原型：key_t ftok(char *pathname, char proj)

函数说明：它返回与路径pathname相对应的一个键值。该函数不直接对消息队列进行操作，但在调用ipc和msgget()来获得消息队列描述字前，往往要调用该函数

返回值：返回与文件对应的键值

 

②msgget函数

函数作用：用于创建消息队列

函数原型：int msgget(key_t key, int msgflg);

参数：key：消息队列关联的键。

      msgflg：消息队列的建立标志和存取权限。

             IPC_CREAT如果内核中没有此队列，则创建它。

             IPC_EXCL当和IPC_CREAT一起使用时，如果队列已经存在，则失败。

如果单独使用IPC_CREAT，则msgget()要么返回一个新创建的消息队列的标识符，要么返回具有相同关键字值的队列的标识符。如果IPC_EXCL和IPC_CREAT一起使用，则msgget()要么创建一个新的消息队列，要么如果队列已经存在则返回一个失败值-1。IPC_EXCL单独使用是没有用处的。

返回值：成功执行时，返回消息队列标识值。失败返回-1，errno被设为以下的某个值 ，有时也会返回0，这个时候也是可以正常使用的

        EACCES：指定的消息队列已存在，但调用进程没有权限访问它，而且不拥有CAP_IPC_OWNER权能

        EEXIST：key指定的消息队列已存在，而msgflg中同时指定IPC_CREAT和IPC_EXCL标志

        ENOENT：key指定的消息队列不存在同时msgflg中不指定IPC_CREAT标志

        ENOMEM：需要建立消息队列，但内存不足

        ENOSPC：需要建立消息队列，但已达到系统的最大消息队列容量

 

③msgrcv函数

函数作用：用于读出消息队列

函数原型：ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);

参数：msqid：消息队列的识别码。

      msgp：指向消息缓冲区的指针，此位置用来暂时存储发送和接收的消息，是一个用   户可定义的通用结构，形态如下

  struct msgbuf {

  long mtype; /* 消息类型，必须 > 0 */

  char mtext[1]; /* 消息文本 */

  };

  msgsz：消息的大小。

  msgtyp：消息类型

  Msgtyp = 0 则返回队列的最早的一个消息。

  Msgtyp > 0，则返回其类型为mtype的第一个消息。

  Msgtyp < 0,则返回其类型小于或等于mtype参数的绝对值的最小的一个消息。

  msgflg：这个参数依然是是控制函数行为的标志，取值可以是：0,表示忽略；IPC_NOWAIT，如果消息队列为空，则返回一个ENOMSG，并将控制权交回调用函数的进程。如果不指定这个参数，那么进程将被阻塞直到函数可以从队列中得到符合条件的消息为止。如果一个client正在等待消息的时候队列被删除，EIDRM就会被返回。如果进程在阻塞等待过程中收到了系统的中断信号，EINTR就会被返回。MSG_NOERROR，如果函数取得的消息长度大于msgsz，将只返回msgsz长度的信息，剩下的部分被丢弃了。如果不指定这个参数，E2BIG将被返回，而消息则留在队列中不被取出。当消息从队列内取出后，相应的消息就从队列中删除了。

返回值：成功执行时，msgrcv()返回拷贝到mtext数组的实际字节数。失败返回-1

 

③msgsnd函数

函数作用：用于往消息队列写入数据

函数原型：int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);

参数：msqid：消息队列的识别码。

      msgp：指向消息缓冲区的指针，此位置用来暂时存储发送和接收的消息，是一个用   户可定义的通用结构，形态如下

  struct msgbuf {

  long mtype; /* 消息类型，必须 > 0 */

  char mtext[1]; /* 消息文本 */

  };

  msgsz：消息的大小。

  msgtyp：消息类型

  Msgtyp = 0 则返回队列的最早的一个消息。

  Msgtyp > 0，则返回其类型为mtype的第一个消息。

  Msgtyp < 0,则返回其类型小于或等于mtype参数的绝对值的最小的一个消息。

  msgflg：这个参数依然是是控制函数行为的标志，取值可以是：0,表示忽略；IPC_NOWAIT，如果消息队列为空，则返回一个ENOMSG，并将控制权交回调用函数的进程。如果不指定这个参数，那么进程将被阻塞直到函数可以从队列中得到符合条件的消息为止。如果一个client正在等待消息的时候队列被删除，EIDRM就会被返回。如果进程在阻塞等待过程中收到了系统的中断信号，EINTR就会被返回。MSG_NOERROR，如果函数取得的消息长度大于msgsz，将只返回msgsz长度的信息，剩下的部分被丢弃了。如果不指定这个参数，E2BIG将被返回，而消息则留在队列中不被取出。当消息从队列内取出后，相应的消息就从队列中删除了。

返回值：成功执行时，成功执行时，msgsnd()返回0。失败返回-1

 

④msgctl函数

函数作用：用于控制消息队列

函数原型：int msgctl(int msqid,int cmd,struct msqid_ds *buf)

返回值：0，如果成功。-1，如果失败：errno = EACCES (没有读的权限同时cmd是IPC_STAT )

 

2.如何操作消息队列中的数据

通过开启两个终端，实现两个终端的通信

①接收数据

#include <stdlib.h>#include <stdio.h>#include <string.h>#include <errno.h>#include <unistd.h> #include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/msg.h> struct my_msg_st{    long int my_msg_type;char some_text[BUFSIZ];}; int main(void){    int running=1;int msgid;struct my_msg_st some_data;long int msg_to_receive=0; /*创建消息队列*/msgid=msgget((key_t)1234,0666 | IPC_CREAT);if(msgid==-1){    fprintf(stderr,"msgget failed with error: %d\n",errno);exit(EXIT_FAILURE);}/*循环从消息队列中接收消息*/while(running){/*读取消息*/    if(msgrcv(msgid,(void *)&some_data,BUFSIZ,msg_to_receive,0)==-1){    fprintf(stderr,"msgrcv failed with error: %d\n",errno);exit(EXIT_FAILURE);} printf("You wrote: %s",some_data.some_text); /*接收到的消息为“end”时结束循环*/if(strncmp(some_data.some_text,"end",3)==0){    running=0;}} /*从系统内核中移走消息队列*/if(msgctl(msgid,IPC_RMID,0)==-1){    fprintf(stderr,"msgctl(IPC_RMID) failed\n");exit(EXIT_FAILURE);}exit(EXIT_SUCCESS);}

②发送数据

#include <stdlib.h>#include <stdio.h>#include <string.h>#include <errno.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/msg.h>#define MAX_TEXT 512 struct my_msg_st{    long int my_msg_type;char some_text[MAX_TEXT];}; int main(void){    int running=1;struct my_msg_st some_data;int msgid;char buffer[BUFSIZ]; /*创建消息队列*/msgid=msgget((key_t)1234,0666 | IPC_CREAT);if(msgid==-1){    fprintf(stderr,"msgget failed with error:%d\n",errno);exit(EXIT_FAILURE);    } /*循环向消息队列中添加消息*/while(running){    printf("Enter some text:");fgets(buffer,BUFSIZ,stdin);some_data.my_msg_type=1;strcpy(some_data.some_text,buffer); /*添加消息*/if(msgsnd(msgid,(void *)&some_data,MAX_TEXT,0)==-1){    fprintf(stderr,"msgsed failed\n");exit(EXIT_FAILURE);} /*用户输入的为“end”时结束循环*/if(strncmp(buffer,"end",3)==0){    running=0;}}exit(EXIT_SUCCESS);}