Linux進程間通信——消息隊列

概念

什麼是消息隊列？

• 消息隊列亦稱報文隊列，也叫做信箱。是Linux的一種通信機制，這種通信機制傳遞的數據具有某種結構，而不是簡單的字節流。
• 消息隊列的本質其實是一個內核提供的鍊表，內核基於這個鍊表，實現了一個數據結構
• 向消息隊列中寫數據，實際上是向這個數據結構中插入一個新結點；從消息隊列匯總讀數據，實際上是從這個數據結構中刪除一個結點
• 消息隊列提供了一個從一個進程向另外一個進程發送一塊數據的方法
• 消息隊列也有管道一樣的不足，就是每個數據塊的最大長度是有上限的，系統上全體隊列的最大總長度也有一個上限

隊列工作機制

用戶消息緩衝區

無論發送進程還是接收進程，都需要在進程空間中用消息緩衝區來暫存消息。該消息緩衝區的結構定義如下

struct msgbuf { long mtype; /* 消息的類型 */ char mtext[1]; /* 消息正文 */};

• 可通過mtype區分數據類型，同過判斷mtype，是否為需要接收的數據
• mtext[]為存放消息正文的數組，可以根據消息的大小定義該數組的長度

創建消息隊列

通過msgget創建消息隊列
函數原型如下

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

參數：

• key: 某個消息隊列的名字
• msgflg:由九個權限標誌構成，用法和創建文件時使用的mode模式標誌是一樣的，這裡舉兩個來說明

IPC_CREAT 如果消息隊列對象不存在，則創建之，否則則進行打開操作IPC_EXCL 如果消息對象不存在則創建之，否則產生一個錯誤並返回

返回值：

• 成功msgget將返回一個非負整數，即該消息隊列的標識碼；
• 失敗則返回「-1」

那麼如何獲取key值？

• 通過宏定義key值
• 通過ftok函數生成key值，這裡就不具體介紹ftok函數用法

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添加信息到消息隊列

向消息隊列中添加數據，使用到的是msgsnd()函數
函數原型如下

int msgsnd(int msgid, const void *msg_ptr, size_t msg_sz, int msgflg);

參數：

• msgid: 由msgget函數返回的消息隊列標識碼
• msg_ptr:是一個指針，指針指向準備發送的消息，
• msg_sz:是msg_ptr指向的消息長度，消息緩衝區結構體中mtext的大小,不包括數據的類型
• msgflg:控制著當前消息隊列滿或到達系統上限時將要發生的事情
  如：
  msgflg = IPC_NOWAIT 表示隊列滿不等待，返回EAGAIN錯誤

返回值：

• 成功返回0
• 失敗則返回-1

從消息隊列中讀取消息

從消息隊列中讀取消息，我們使用msgrcv()函數，
函數原型如下

int msgrcv(int msgid, void *msg_ptr, size_t msgsz, long int msgtype, int msgflg);

參數：

• msgid: 由msgget函數返回的消息隊列標識碼
• msg_ptr:是一個指針，指針指向準備接收的消息，
• msgsz:是msg_ptr指向的消息長度，消息緩衝區結構體中mtext的大小,不包括數據的類型
• msgtype:它可以實現接收優先級的簡單形式
  msgtype=0返回隊列第一條信息
  msgtype>0返回隊列第一條類型等於msgtype的消息　
  msgtype<0返回隊列第一條類型小於等於msgtype絕對值的消息
• msgflg:控制著隊列中沒有相應類型的消息可供接收時將要發生的事
  msgflg=IPC_NOWAIT，隊列沒有可讀消息不等待，返回ENOMSG錯誤。
  msgflg=MSG_NOERROR，消息大小超過msgsz時被截斷

注意

msgtype>0且msgflg=MSC_EXCEPT，接收類型不等於msgtype的第一條消息

返回值：

• 成功返回實際放到接收緩衝區裡去的字符個數
• 失敗，則返回-1

消息隊列的控制函數

函數原型

int msgctl(int msqid, int command, strcut msqid_ds *buf);

參數：

• msqid: 由msgget函數返回的消息隊列標識碼
• command:是將要採取的動作,（有三個可取值）分別如下

注意：若選擇刪除隊列，第三個參數傳NULL
返回值：
如果操作成功，返回「0」；如果失敗，則返回「－1」

查看消息隊列

• 查看消息隊列
  ipcs -q 命令查看已經創建的消息隊列，包括他的key值信息，id信息，擁有者信息，文件權限信息，已使用的字節數，和消息條數。
• ipcrm -Q加消息隊列的key值，或來刪除一個消息隊列。

舉一個例子，父進程寫消息（先寫發送的數據類型，再寫數據），子進程收消息類型為1的消息

#include <stdio.h>#include <string.h>#include <stdlib.h>#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/msg.h>#include <errno.h>#define MSGKEY 123//消息的數據結構是以一個長整型成員變量開始的結構體struct msgstru{ long msgtype; char msgtext[2048];};int main(){ struct msgstru msgs; char str[256]; int msg_type; int ret_value; int msqid; int pid; //檢查消息隊列是否存在 msqid = msgget(MSGKEY, IPC_EXCL);//(鍵名,權限) if (msqid < 0) { //創建消息隊列 msqid = msgget(MSGKEY, IPC_CREAT | 0666); if (msqid <0) { printf("failed to create msq | errno=%d [%s]\n", errno, strerror(errno)); exit(-1); } } pid = fork();//創建子進程 if (pid > 0) { //父進程 while (1) { printf("input message type:\n");//輸入消息類型 scanf("%d", &msg_type); if (msg_type == 0) break; printf("input message to be sent:\n");//輸入消息信息 scanf("%s", str); msgs.msgtype = msg_type; strcpy(msgs.msgtext, str); //發送消息隊列(sizeof消息的長度，而不是整個結構體的長度) ret_value = msgsnd(msqid, &msgs, sizeof(msgs.msgtext), IPC_NOWAIT); if (ret_value < 0) { printf("msgsnd() write msg failed,errno=%d[%s]\n", errno, strerror(errno)); exit(-1); } } } else if (pid == 0) { //子進程 while (1) { msg_type = 1;//接收的消息類型為1 msgs.msgtype = msg_type; //發送消息隊列(sizeof消息的長度，而不是整個結構體的長度) ret_value = msgrcv(msqid, &msgs, sizeof(msgs.msgtext), msgs.msgtype, IPC_NOWAIT); if (ret_value > 0) { printf("read msg:%s\n", msgs.msgtext); } } } else { printf("fork error\n"); //刪除消息隊列 msgctl(msqid, IPC_RMID, 0); exit(1); } return 0;}

運行結果