消息队列

为了提供与其他系统的兼容性，Linux 也支持 3 种 system V 的进程间通信机制：消息、信号量（semaphores）和共享内存，Linux 对这些机制的实施大同小异。我们把信号量、消息和共享内存统称 System V IPC 的对象，每一个对象都具有同样类型的接口，即系统调用。就像每个文件都有一个打开文件号一样，每个对象也都有唯一的识别号，进程可以通过系统调用传递的识别号来存取这些对象，与文件的存取一样，对这些对象的存取也要验证存取权限，System V IPC 可以通过系统调用对对象的创建者设置这些对象的存取权限。1
一个或多个进程可向消息队列写入消息，而一个或多个进程可从消息队列中读取消息，这种进程间通信机制通常使用在客户/服务器模型中，客户向服务器发送请求消息，服务器读取消息并执行相应请求。在许多微内核结构的操作系统中，内核和各组件之间的基本通信方式就是消息队列。2

注：
IPC: Inter-Process Communication（进程间通信）

流程

一般流程3如下：

  1. 通过 ftok 获得确定的 IPC Key
  2. 使用 msgget 获得用于消息队列的特定 IPC ID
  3. 使用 msgsnd/msgrcv 收发消息
  4. 使用 msgctl 移除队列

函数

常用函数4如下：

ftok

将路径文件名（存在且可访问）和一个 8bit 标识符转换成 System V IPC 键值。

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>

key_t ftok(const char *pathname, int proj_id)
  • pathname：文件名，必须存在
  • proj_id：仅 8bit 有效，不可为零
  • return：-1，发生错误，可通过 errno 查看；其他返回表示得到的键值

注：
只要 pathname 和 proj_id 一致则返回的键值就一直，因此两个进程可以通过此函数获得同一个键值。

msgget

建立一个消息队列。

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

int msgget(key_t key, int msgflg)
  • key：ftok 中返回的键值
  • msgflg：使用 | 连接
    • 权限：可使用 0666 等表示，也可使用 open 中 mode 宏
    • IPC_CREAT：若不存在则创建
    • IPC_EXCL：若存在则返回错误（和 IPC_CREAT 一起使用）
  • return：-1，发生错误，可通过 errno 查看；非负数，消息队列 ID

注：
系统中的消息队列可通过 ipcs -q 查看。

msgctl

对消息队列的控制，查询、设置、删除。

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf)
  • msqid：msgget 得到 ID
  • cmd：常用如下
    • IPC_STAT：从内核获得消息队列的信息到 buf 中
    • IPC_SET：通过 buf 修改内核中该消息的一些信息
    • IPC_RMID：从内核移除该消息
  • buf：消息队列的相关信息
  • return：-1，发生错误，可通过 errno 查看

注：
系统中已存在的消息也可通过 ipcrm -q/Q 来删除。

msgsnd/msgrcv

发送/接收消息到队列。

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg)

ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg)

  • msqid：msgget 得到 ID

  • msgp：形式如下

      struct msgbuf {
      long mtype;       /* message type, must be > 0 */
      char mtext[1];    /* message data */
  };

    mtype 必须包含，data 部分可以是自定义的数据结构（总长度不能超过 8192 字节）5。

  • msgsz：消息长度

  • msgflg：

    • 0：忽略
    • IPC_NOWAIT：消息队列满则返回程序继续执行，否则阻塞
    • 0：忽略
    • IPC_NOWAIT：如果消息队列为空则程序继续执行，否则阻塞
    • MSG_EXCEPT：msgtyp > 0 时作用，取不等于
    • MSG_NOERROR：如果消息大于 msgsz 自动截断丢弃，否则不会被取出

  • msgtyp：

    • 等于 0：取出队列中最早的消息
    • 大于 0：取出消息中最早 mtype 等于此值的消息
    • 小于 0：取出消息中最早 mtype 小于等于此值绝对值的消息

  • return：-1，发生错误，可通过 errno 查看

实例

服务器/客户端例子6

server

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#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/msg.h>
#include <signal.h>

#define MSG_FILE "server.c"
#define BUFFER 255
#define PERM S_IRUSR|S_IWUSR

int msgid;

static void clean_exit(int sig)
{
    // 从内核中移除消息
    if (msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL) == -1) {
        fprintf(stderr,"Remove Message Error：%s\a\n",strerror(errno));
        exit(1);
    }
    exit(sig);
}

struct msgtype {
    long mtype;
    char buffer[BUFFER+1];
};

int main()
{
    signal(SIGINT, clean_exit);

    struct msgtype msg;
    key_t key;
    // 获得消息键
    if((key=ftok(MSG_FILE,'a'))==-1) {
        fprintf(stderr,"Creat Key Error：%s\a\n",strerror(errno));
        exit(1);
    }
    // 创建消息
    if((msgid=msgget(key,PERM|IPC_CREAT|IPC_EXCL))==-1) {
        fprintf(stderr,"Creat Message Error：%s\a\n",strerror(errno));
        exit(1);
    }
    while(1) {
        msgrcv(msgid,&msg,sizeof(struct msgtype),1,0);
        fprintf(stderr,"Server Receive：%s\n",msg.buffer);
        msg.mtype=2;
        msgsnd(msgid,&msg,sizeof(struct msgtype),0);
    }
    exit(0);
}

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#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/stat.h>

#define MSG_FILE "../server/server.c"
#define BUFFER 255
#define PERM S_IRUSR|S_IWUSR

struct msgtype {
    long mtype;
    char buffer[BUFFER+1];
};

int main(int argc,char **argv)
{
    struct msgtype msg;
    key_t key;
    int msgid;

    if(argc!=2) {
        fprintf(stderr,"Usage：%s string\n\a",argv[0]);
        exit(1);
    }
    if((key=ftok(MSG_FILE,'a'))==-1) {
        fprintf(stderr,"Creat Key Error：%s\a\n",strerror(errno));
        exit(1);
    }
    if((msgid=msgget(key,PERM))==-1) {
        fprintf(stderr,"Creat Message Error：%s\a\n",strerror(errno));
        exit(1);
    }
    msg.mtype=1;
    strncpy(msg.buffer,argv[1],BUFFER);
    msgsnd(msgid,&msg,sizeof(struct msgtype),0);
    memset(&msg,'\0',sizeof(struct msgtype));
    msgrcv(msgid,&msg,sizeof(struct msgtype),2,0);
    fprintf(stderr,"Client receive：%s\n",msg.buffer);
    exit(0);
}
  1. 1.深入分析Linux内核源代码,7.3 ↩
  2. 2.深入分析Linux内核源代码,7.3.2 ↩
  3. 3.使用 UNIX System V IPC 机制共享应用程序数据 ↩
  4. 4.linux man 手册 ↩
  5. 5.深入分析Linux内核源代码,7.3.2,P284 ↩
  6. 6.linux c学习笔记----消息队列（ftok,msgget，msgsnd，msgrcv，msgctl） ↩
linux
#IPC #SysV
消息队列
https://wishlily.github.io/article/linux/2016/08/31/undefined/
作者
Wishlily
发布于
2016年8月31日
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