Linux IPC 之消息隊列

認識消息隊列

消息隊列提供了從一個進程到另一個進程發送一個數據塊（整發整收）的能力。

每個數據塊被認爲有一個應用類型， 接收者進程接受的數據塊可以有不同的類型。

消息隊列的每一個發送和接收的數據塊是有最大字節限制的（MSGMAX）， 整個消息隊列的大小也是有字節限制的(MSGMNB)， 系統中的消息隊列數量也有最大限制(MSGMNI)。

與消息隊列相關的系統調用

1.

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

key代表要創建的消息隊列的鍵
msgflag通常是通過IPC_CREAT或者IPC_EXCL來設置的
IPC_CREAT|IPC_EXCL代表創建消息隊列，如果這個消息隊列已經存在，則立即出錯返回
IPC_CREAT則代表創建消息隊列，不存在則創建，存在則直接打開
如果成功返回非負消息隊列標識符。

msgget函數返回的是進程在調用發收消息函數是需要使用的消息隊列標識。 但是爲了使多個進程可以在同一個IPC對象上匯聚。 所以要有IPC對象的外部名key。
ftok（） 兩個參數的目的是爲了 生成表示唯一一個IP C對象的 的IPC key 兩個參數的二元組要唯一

#include<sys/ipc.h>
key_t ftok(const char* path, int id);

path和id表示通信的進程共同認同的路徑名和項目id。

2.

 #include <sys/types.h>
 #include <sys/ipc.h>
 #include <sys/msg.h>
 int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

msgctl函數對消息隊列執行多種操作。
msgid是消息隊列的標識符。
cmd參數是對msgid隊列要執行的操作

cmd：
IPC_RMID 從系統中刪除該消息隊列以及消息隊列中的數據。
IPC_STAT 取出此隊列的msqid_ds 結構 放在buf指向的結構體中.
IPC_SET 在進程權限允許的情況下將buf指向的結構體中的部分信息複製到與這個隊也有關的msgid_ds中。

3.
int msgsnd(int msgid, const void* msgp, size_t msgsz, long int msgtyp, int msgflg)

msgid 消息隊列標識。
msgp指向要發的數據塊（一個包含表示類型的long int 和char text[msgsz], ）
msgsz 表示要發送的數據塊結構體中數據的大小字節數。
msgtyp 表示所發送消息的類型， 它可以實現接收優先級的簡單形式。
msgflg 用來表示當消息隊列被寫滿時會發生什麼。

msgflg == IPC_NOWAIT 時 表示隊列滿不等待 返回EAGIN錯誤。
msgflg == MSG_NOERROR 時 大於消息隊列要求的數據被截斷。
msgtyp ==0 時返回第一個數據 < 0 時返回第一個不大於概數絕對值類型大小的數字， > 0時返回隊列裏第一條等於msgtyp的數據塊（結構體）。

發送消息的數據塊（結構體） 需要自定義

        struct msgbuf {
                long mtype;       /* message type, must be > 0 */類型必須大於0
               char mtext[1];    /* message data */塊大小
           };

4.
int msgrcv(int msgid, const void* msgp, size_t msgsz, long int msgtyp, int msgflg);

IPC 對象的數據結構

內核中每一個IPC對象都有一個ipc_prem結構體。

ipc_perm 結構定義於中，原型如下：
struct ipc_perm
{
key_t        key;                        調用shmget()時給出的關鍵字
uid_t           uid;                      /*所有者的有效用戶ID */
gid_t          gid;                       /*所有者所屬組的有效組ID*/ 
uid_t          cuid;                    /* 創建 者的有效用戶ID*/
gid_t         cgid;                   /*  創建者所屬組的有效組ID*/
unsigned short   mode;    /* Permissions + SHM_DEST和SHM_LOCKED標誌*/
unsignedshort    seq;          /* 序列號*/
}; 

構構消息隊列的數據結構

struct msqid_ds
  {
    struct msqid_ds {
    struct ipc_perm msg_perm;
    struct msg *msg_first;      /* first message on queue,unused  */
    struct msg *msg_last;       /* last message in queue,unused */
    __kernel_time_t msg_stime;  /* last msgsnd time */
    __kernel_time_t msg_rtime;  /* last msgrcv time */
    __kernel_time_t msg_ctime;  /* last change time */
    unsigned long  msg_lcbytes; /* Reuse junk fields for 32 bit */
    unsigned long  msg_lqbytes; /* ditto */
    unsigned short msg_cbytes;  /* current number of bytes on queue */
    unsigned short msg_qnum;    /* number of messages in queue */
    unsigned short msg_qbytes;  /* max number of bytes on queue */
    __kernel_ipc_pid_t msg_lspid;   /* pid of last msgsnd */
    __kernel_ipc_pid_t msg_lrpid;   /* last receive pid */
};

消息隊列的本質是一個結構體鏈表 發消息時往鏈表中放一個結構體 收消息時從裏面依據msgtyp拿一個結構體。

消息隊列的特性

1、生命週期隨內核
2、雙向通信
3、按塊大小讀寫//不像管道是面向字節流的
4、內核保證同步與互斥。

代碼：

server.c
#include"comm.h"
int main()
{
     int msgid=CreateMsgQueue();
     char buf[1024]={0};
    while(1)
     {
          RecvMsg(msgid,CLIENT_TYPE,buf);
          printf("client say :%s\n",buf);
          ssize_t s=read(0,buf,sizeof(buf)-1);
          if(s>0)
          {
               buf[s-1]=0;
               SendMsg(msgid,SERVER_TYPE,buf);
          }
     }
     Destroy(msgid);
     return 0;
}

client.c
#include"comm.h"
int main()
{
     int msgid=GetMsgQueue();
     char buf[1024]={0};
    while(1)
     {   
           ssize_t w = read(0,buf,sizeof(buf)-1);
          if(w>0)
          {
            buf[w-1]=0;
           SendMsg(msgid,CLIENT_TYPE,buf);
     }

          RecvMsg(msgid ,SERVER_TYPE,buf);
          printf("Server say:%s\n",buf);
     }
     return 0;
}

comm.c
#include"comm.h"
int ComMsgQueue(int flag)
{
     key_t key=ftok(PATHNAME,PROJ_ID);
     if(key<0)
     {
          perror("ftok");
          return -1;
     }
     int msgid=msgget(key,0666|flag);
     if(msgid<0)
     {
          perror("msgget");
          return -2;
     }
     return msgid;
}
int CreateMsgQueue()
{
   return ComMsgQueue(IPC_CREAT|IPC_EXCL);
}
int GetMsgQueue()
{
     return ComMsgQueue(IPC_CREAT);
}
int DestroyMsgQueue(int msgid)
{

     if(msgctl(msgid,IPC_RMID,NULL)<0)
     {
          perror("msgctl");
          return -1;
     }
    return 0;
}
int SendMsg(int msgid,int type,const char*msg)
{
   struct msgbuf _mb;
   _mb.mytype=type;
   strcpy(_mb.mtext,msg);
   if(msgsnd(msgid,&_mb,sizeof(_mb.mtext),0)<0)
   {
     perror("msgsnd");
     return -1;
   }
   return  0;
}
int RecvMsg(int msgid,int type,char*out)
{
   struct msgbuf _mb;
   if(msgrcv(msgid,&_mb,sizeof(_mb.mtext),type,0)<0)
   {
        perror("msgrcv");
        return -1;
   }
   strcpy(out,_mb.mtext);
   return 0;
}

comm.h
#ifndef _COMM_H_
#define _COMM_H_
#define SERVER_TYPE 1
#define CLIENT_TYPE 2
#define PATHNAME "."
#define PROJ_ID 0x6666
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include<string.h>
#include<stdio.h>
struct msgbuf
{
     long mytype;
     char mtext[1024];
};
int CreatMsgQueue();
int DestroyMsgQueue();
int SendMsg();
int RecvMsg();
int GetMsgQueue();
#endif