进程间通信----消息队列

之前我们已经看过进程间通信的一种方式——–管道了：http://blog.csdn.net/qq_34021920/article/details/79559603 今天我们来再看看进程间通信的另一种方式——–消息队列

消息队列

消息队列提供了一种从一个进程向另一个进程发送数据块的方法。每个数据块都被认为是有一个类型，接收者进程接收的数据块可以有不同的类型值。消息队列与命名管道有一样的不足，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也都有上限（MSGMNI）。

通过下图我们可以看到三个值：

IPC对象的数据结构

在这里需要说一下的是，内核为每个IPC对象维护了一个数据结构

在/usr/include/linux/ipc.h里面就可以查看

struct ipc_perm
{
__kernel_key_t  key;//
__kernel_uid_t  uid;//
__kernel_gid_t  gid;//
__kernel_uid_t  cuid;//
__kernel_gid_t  cgid;//
__kernel_mode_t mode;//
unsigned short  seq;//
};

上面这个数据结构不但消息队列有，我们之后需要接触的共享内存和信号量也有这个数据结构

消息队列还有自己的数据结构：（可以查看/usr/include/linux/msg.h文件）



由图中我们可以看到，第一个成员就是IPC结构体，即是共有的。后面的都是消息队列所私有的成员。

消息队列相关函数

一、创建消息队列或取得已经存在的消息队列

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

int msgget(key_t key, int msgflg);
//成功返回一个非负整数，即该消息队列的标识符；失败返回-1

参数一：

key：某个消息队列的名字。为了两个进程间进行通信，我们必须要确保它们的key值是相同的。

key值的获取方法：

1、利用函数ftok

函数ftok把一个已存在的路径名和一个整数标识得转换成一个key_t值，

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

key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
//pathname:路径，必须存在
//proj_id:低八位必须非0

2、 直接手动写死

3、IPC_PRIVATE

参数二：

msgflg：由九个权限标志构成，它们的用法和创建文件时使用的mode模式标志是一样的。我们比较常用的就是IPC_CREAT、IPC_EXCL

(注意：IPC_CREAT独自使用时，不存在就创建，存在就返回。和IPC_EXCL同时使用时，消息队列不存在就创建，存在就出错返回)

二、消息队列的控制函数

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

int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
//成功返回0，失败返回-1

参数一：

msgid：由msgget函数返回的消息队列标识符

参数二：

cmd：是将要采取的动作。

系统定义了 3 种 cmd 操作 ： IPC_STAT , IPC_SET , IPC_RMID

IPC_STAT：该命令用来获取消息队列对应的 msqid_ds 数据结构，并将其保存到 buf 指定的地址空间。

IPC_SET：该命令用来设置消息队列的属性，要设置的属性存储在buf中。 IPC_RMID：从内核中删除 msqid 标识的消息队列。

因为我们使用这个函数的主要目的是为了删除消息队列，所以这里的cmd填 IPC_RMID 即可

参数三：

三、将消息放进消息队列的函数

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

int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);
//成功返回0，失败返回-1

四、从消息队列拿消息的函数

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

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

因为这两个函数的参数基本上相同，所以放到一起来解释

参数一：

msgid：同上，是函数msgget返回的消息队列的标识符

参数二：

msgp：是一个指针，此位置用来暂时存储发送和接收的消息，是一个⽤用户可 定义的通用结构，形态如下：

struct msgstru
{
long mtype; //大于0
char mtext[1];//用户可以自己指定大小
};

参数三：

msgsz：是msgp指向的消息长度，这个长度不含保存消息类型的那个long int长整型

参数四：

msgtyp：从消息队列内读取的消息形态。如果值为零，则表示消息队列中的所有消息都会被读取。

参数五：

msgflg：用来指明核心程序在队列没有数据的
4000
情况下所应采取的行动。

如果msgflg和常数IPC_NOWAIT合用，则在msgsnd()执行时若是消息队列已满，则msgsnd()将不会阻塞，而会立即返回-1，如果执行的是msgrcv()，则在消息队列为空时，不做等待马上返回-1，并设定错误码为ENOMSG。

当msgflg为0时，msgsnd()及msgrcv()在队列为满或为空的情形时，采取阻塞等待的处理模式

接下来上代码，来测试这几个函数：

(和管道类似，我们实现一个client/server通信的例子)

同样，我们先来编写一个Makefile



comm.h

编写一个头文件

#pragma once

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

struct msgbuf
{
long mtype;
char mtext[1024];
};

#define CLIENT_TYPE 1
#define SERVER_TYPE 2

int CreatMsg();//创建消息队列
int GetMsg();//获得消息队列
int DestoryMsg(int msgid );//销毁消息队列
int SendMsg(int msgid,long sndtype,char* msg);//发送消息
int RecvMsg(int msgid,int rcvtype,char* buf);//接收消息

comm.c

实现头文件中的函数

#include "comm.h"

static int Msg(int flag)
//利用参数传参，来确定是要创建新的消息队列还是获取已有的消息队列
{
key_t key=ftok(".",0x6666);
if(key<0)
{
perror("key");
return -1;
}
int msqid=msgget(key,flag);
if(msqid<-1)
{
perror("msgget");
return -2;
}
return msqid;
}
int CreatMsg()
{
return Msg(IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666);
}
int GetMsg()
{
return Msg(IPC_CREAT);
}
int DestoryMsg(int msqid )
{
if(msgctl(msqid,IPC_RMID,NULL)<0)
{
perror("msgctl");
return -1;
}
return 0;
}
int SendMsg(int msqid,long sndtype,char* msg)
{
struct msgbuf buf;//这个结构体需要用户自己定义
buf.mtype=sndtype;
strcpy(buf.mtext,msg);
if(msgsnd(msqid,(void*)&buf,sizeof(buf.mtext),0)<0)
{
perror("msgsnd");
return -1;
}
return 0;
}
int RecvMsg(int msqid,int rcvtype,char* buf)
{
struct msgbuf buff;
int n=msgrcv(msqid,(void*)&buff,sizeof(buff.mtext),rcvtype,0);
if(n<0)
{
perror("msgrcv");
return -1;
}
strncpy(buf,buff.mtext,n);
return 0;
}

server.c

#include "comm.h"

int main()
{
int msqid=CreatMsg();//server创建消息队列
char buf[1024];
while(1)
{
buf[0]=0;
RecvMsg(msqid,CLIENT_TYPE,buf);//读取消息队列中的消息
printf("client say :%s\n",buf);

printf("Please Enter:");
fflush(stdout);
ssize_t s=read(0,buf,sizeof(buf));
if(s>0)
{
buf[s-1]=0;
SendMsg(msqid,SERVER_TYPE,buf);//发送消息
}
}
DestoryMsg(msqid);
return 0;
}

client.c

#include "comm.h"

int main()
{
int msqid=GetMsg();
char buf[1024];
while(1)
{
buf[0]=0;
printf("Please Enter:");
fflush(stdout);
ssize_t s = read(0,buf,sizeof(buf));
if(s<0)
{
perror("read");
return -1;
}
if(s>0)
{
buf[s-1]=0;
SendMsg(msqid,CLIENT_TYPE,buf);
}
RecvMsg(msqid,SERVER_TYPE,buf);
printf("server say:%s\n",buf);
}
return 0;
}

在查看结果之前，我们来学习两条命令

ipcs ：显示IPC资源

ipcrm：手动删除IPC资源

我们要查看当前系统中的消息队列就可以加上 -q 选项，如下图：



我们可以看到当前是没有消息队列的，现在来运行我们的代码，先运行server，在开启一个终端查看消息队列



接下来我们运行client，开始进程间通信：



最后，我们需要手动来删除消息队列，利用我们刚刚说到的命令

ipcrm -q +msqid / ipcrm -Q +key

消息队列的特性：

消息队列的生命周期随内核

消息队列不是面向字节流，而是基于消息的

不会因为得不到数据而阻塞