消息隊列(十四)

一簡介

消息隊列是鏈表隊列，它通過內核提供一個struct msqid_ds *msgque[MSGMNI]向量維護內核的一個消息隊列列表，因此linux系統支持的最大消息隊列數由msgque數組大小來決定，每一個msqid_ds表示一個消息隊列，並通過msqid_ds.msg_first、msqid_ds.msg_last維護一個先進先出的msg鏈表隊列。
當發送一個消息到該消息隊列時，把發送的消息構造成一個msg結構對象，並添加到msqid_ds.msg_first、msqid_ds.msg_last維護的鏈表隊列，同樣，接收消息的時候也是從msg鏈表隊列尾部查找到一個msg_type匹配的msg節點，從鏈表隊列中刪除該msg節點，並修改msqid_ds結構對象的數據。Linux的消息隊列(queue)，它有消息隊列標識符(queue ID)。msgget創建一個新隊列或打開一個存在的隊列；msgsnd向隊列末端添加一條新消息；msgrcv從隊列中取消息，取消息是不一定遵循先進先出的，也可以按消息的類型字段取消息。

二消息隊列的數據結構

msg.c中包含的函數模塊。
有關進程間通信資源的屬性：
鍵(key)：一個由用戶提供的整數，用來標誌某個消息。
創建者(creator)：創建這個消息的進程的用戶ID(UID)和組ID(GID)。
所有者(owner)：消息所有者的UID和GID。資源創建時，資源的創建者就是資源的所有者。資源的創建者進程、當前的所有者進程和超級用戶具有改變資源所有者的權力。

1 struct ipc_perm

struct ipc_perm{   
    key_t key;   //整型，0表示private，非0表示public
	ushort uid;   //資源擁有者的有效標識
	ushort gid;   //資源擁有者所在組的有效標識
	ushort cuid;   //資源創建者的有效標識
	ushort cgid;   //資源創建者所在組的有效標識
	ushort mode;  //訪問模式
	ushort  seq;  //序列號，計算標識符
};

系統在創建消息隊列的同時設定了訪問權限，並返回一個標識。進程通信時必須先傳遞該標識，待函數ipcperms()確認權限後纔可以訪問通信資源。訪問權限由ipc_perm結構描述。通過key可以得到引用標識，從而訪問通信資源。Key爲public，則任何進程都可以通過key得到引用標識。

2 msg結構用來存放消息的有關信息

struct msg{   
	struct msg *msg_next;   //消息隊列中的下一個
    long msg_type;         //消息的類型
    char *msg_spot;        //存放消息內容的地址
    time_t msg_time;       //消息發送的時間
    short msg_ts;          //消息的長度
    message；                      /*消息體*/
};

3 存放消息的信息

struct msgbuf{  
	long  mtype;           //消息的類型
    char  mtext[1];         //消息的內容
};

4 每一個msqid_ds結構代表一個消息隊列，是進程讀寫的信息的存儲空間

static struct msqid_ds *msgque[MSGMNI]；

定義了一個消息隊列數組msgque，數組的元素類指向msqid_ds 結構的指針。消息在隊列中是按到來的順序維護。進程讀消息時，這些消息按FIFO從隊列中移去。

struct msqid_ds{  
	struct ipc_perm msg_perm;    //權限
	struct msg *msg_first;       //指向消息隊列的第一條消息 
	struct msg *msg_last;        //指向消息隊列的最後一條消息
	time_t msg_stime;           // 最後發送時間 
	time_t msg_rtime;           //最後接收時間
	time_t msg_ctime;           //最後修改時間
	struct wait_queue *wwait;    //寫消息進程的等待隊列
	struct wait_queue *rwait;    //讀消息進程的等待隊列
	ushort msg_cbytes;          //隊列中消息的字節數
	ushort msg_qnum;           //隊列中的消息數
	ushort msg_qbytes;          //隊列中消息的最大字節數
	ushort msg_lspid;        // 最後一個發送消息的進程的標識號
	ushort msg_lrpid;        //最後一個接收消息的進程的標識號
};

三消息隊列的使用

1 消息隊列Key的獲取：

在程序中若要使用消息隊列，必須要能知道消息隊列key，因爲應用進程無法直接訪問內核消息隊列中的數據結構，因此需要一個消息隊列的標識，讓應用進程知道當前操作的是哪個消息隊列，同時也要保證每個消息隊列key值的唯一性。

通過ftok函數獲取

key_t key;
key=ftok(".","a")

該函數通過一個路徑名稱映射出一個消息隊列key(我的理解是使用路徑映射的方式比較容易獲取一個唯一的消息隊列key)

直接定義key：

#define MSG_KEY      123456

自定義key的方式要注意避免消息隊列的重複。

2 獲取或者打開一個消息隊列

使用說明
qid=msgget(key_t key, int msgflag)
–key：消息隊列key
–msgflag：
IPC_PRIVATE：創建一個該進程獨佔的消息隊列，其它進程不能訪問該消息隊列；
IPC_CREAT：若消息隊列不存在，創建一個新的消息隊列，若消息隊列存在，返回存在的消息隊列；
IPC_CREAT | IPC_EXCL： IPC_EXCL標誌本身沒有多大意義，與IPC_CREAT一起使用，保證只創建新的消息隊列，若對應key的消息隊列已經存在，則返回錯誤；
IPC_NOWAIT：小隊列以非阻塞的方式獲取(若不能獲取，立即返回錯誤)。
函數原因
1）如果key==IPC_PRIVATE，則申請一塊內存，創建一個新的消息隊列（數據結構msqid_ds)，將其初始化後加入到msgque向量表中的某個空位置處，返回標示符。
2）在msgque向量表中找鍵值爲key的消息隊列，如果沒有找到，結果有二：
msgflag表示不創建新的隊列，則錯誤返回。
msgflag表示要創建新的隊列（IPC_CREAT），則創建新消息隊列，創建過程如1）。
3）如果在msgque向量表中找到了鍵值爲key的消息隊列，則有以下情況：
如果msgflg表示一定要創建新的消息隊列而且不允許有相同鍵值的隊列存在，則錯誤返回。
如果找到的隊列是不能用的或已經損壞的隊列，則錯誤返回。
認證和存取權限檢查，如果該隊列不允許msgflg要求的存取，則錯誤返回。
正常，返回隊列的標識符。

3 發送一個消息到消息對列

使用說明：
int msgsnd (int msqid, struct msgbuf *msgp, size_t msgsz, int msgflg)
------msqid爲消息隊列的qid
------msgp對應消息內容結構體指針
------msgsz消息的大小即msgp指針指向的消息結構體的大小
------msgflg消息標誌
0：忽略該標誌位，以阻塞的方式發送消息到消息隊列
IPC_NOWAIT：以非阻塞的方式發送消息，若消息隊列滿，函數立即返回。
------返回：
0：成功
-1：非阻塞方式訪問滿消息隊列返回
EACCES：沒有該消息隊列寫權限
EFAULT：消息隊列地址無法獲取
EIDRM：消息隊列已經被刪除
EINTR：消息隊列等待寫入的時候被中斷
ENOMEM：內存不夠
函數原理：
1)計算id = (unsigned int) msqid % MSGMNI，然後根據id在linux系統消息隊列向量msgque[MSGMNI]中查找對應的消息隊列，並進行認證檢查，合法性檢查
2)如果隊列已滿，以可中斷等待狀態（TASK_INTERRUPTIBLE）將當前進程掛起在wwait等待隊列(發送消息等待隊列)上（msgflag==0）。
3)否則根據msgbuf的大小申請一塊空間，並在其上創建一個消息數據結構struct msg(內核空間)，將消息緩衝區中的消息內容拷貝到該內存塊中消息頭的後面（從用戶空間拷貝到內核空間）。
4)將消息數據結構加入到消息隊列的隊尾，修改隊列msqid_ds的相應參數。
5)喚醒在該消息隊列的rwait進程隊列(讀等待進程隊列)上等待讀的進程，並返回。

4 從消息隊列接收一個消息到msgbuf*

使用說明
int msgrcv (int msqid, struct msgbuf *msgp, size_t msgsz,long msgtyp, int msgflg)
----msqid爲消息隊列的qid
----msgp是接收到的消息將要存放的緩衝區
----msgsz是消息的大小
----msgtyp是期望接收的消息類型
----msgflg是標誌
0：表示忽略
IPC_NOWAIT：如果消息隊列爲空，不阻塞等待，返回一個ENOMSG
----返回
0：成功
-1：消息長度大於msgsz
EACCES：沒有該消息隊列讀權限
EFAULT：消息隊列地址無法獲取
EIDRM：消息隊列已經被刪除
EINTR：消息隊列等待寫入的時候被中斷
ENOMEM：內存不夠
函數原理：
1)計算id = (unsigned int) msqid % MSGMNI,然後根據id在msgque[MSGMNI]中查找對應的消息隊列，並進行認證檢查，合法性檢查
2)根據msgtyp搜索消息隊列，情況有二：
----如果找不到所要的消息，則以可中斷等待狀態（TASK_INTERRUPTIBLE）將當前進程掛起在rwait等待隊列上
----如果找到所要的消息，則將消息從隊列中摘下，調整隊列msqid_ds參數，喚醒該消息隊列的wwait進程隊列上等待寫的進程，將消息內容拷貝到用戶空間的消息緩衝區msgp中，釋放內核中該消息所佔用的空間，返回

5 消息的控制

使用說明：
int msgctl (int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf)
------msqid：爲消息隊列的qid
------cmd：爲該函數要對消息隊列執行的操作
IPC_STAT：取出消息隊列的msqid_ds結構體並將參數存入buf所指向的msqid_ds結構對象中
IPC_SET：設定消息隊列的msqid_ds 數據中的msg_perm 成員。設定的值由buf 指向的msqid_ds
結構給出。
IPC_EMID：將隊列從系統內核中刪除。
----buf：消息隊列msqid_ds結構體指針
函數作用
對消息隊列進行設置以及相關操作，具體操作由cmd指定。
問題：
在消息傳遞機制中，當讀取一個消息後，消息將從隊列移去，其他進程不能讀到。若因爲接收的緩衝區太小造成消息被截斷，截斷的部分將永遠丟失。
進程必須通過帶有IPC_RMID的sys _msgctl 調用，來顯示的刪除消息隊列。如果不是這樣則消息隊列可以長久的存在。則樣就回導致系統很難判斷，消息是爲了將來進程訪問而留下來還是被無意的拋棄了，或是由於想要釋放它的進程不正常終止了，這樣導致系統無限的保存這消息。如果這種情況經常發生，這種消息資源就會用光。
總的說來，消息隊列傳遞數據時是以一種不連續消息的方式，這樣就可以更加靈活的處理數據。

四實例

read.c

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

#include <errno.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define IPC_KEY 1024
#define MAXLINE 80

void if_error(int stat_code, char* err_msg)
{
    if (stat_code < 0) {
        perror(err_msg);
        exit(errno);
    }
}

struct msg_ds
{
    char data[MAXLINE];
};

int main(int argc, char **argv)
{
    int msq_id, rd_n;
    struct msg_ds msg;

    msq_id = msgget(IPC_KEY, IPC_CREAT);
    if_error(msq_id, "msgget");

    while (1) {
        /* recv msg */
        rd_n = msgrcv(msq_id, (void*)&msg, MAXLINE, 0, 0);
        if_error(rd_n, "msgrcv");
        msg.data[rd_n] = '\0';
        /* exit msg */
        if (strncmp(msg.data, "exit", 4) == 0) break;

        printf("recv msg: %s\n", msg.data);
    }
    msgctl(msq_id, IPC_RMID, 0);
    return 0;
}

write.c

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

#include <errno.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define IPC_KEY 1024
#define MAXLINE 80

void if_error(int stat_code, char* err_msg)
{
    if (stat_code < 0) {
        perror(err_msg);
        exit(errno);
    }
}

struct msg_ds
{
    char data[MAXLINE];
};

int main(int argc, char **argv)
{
    int msq_id, wr_n;
    struct msg_ds msg;

    msq_id = msgget(IPC_KEY, IPC_CREAT);
    if_error(msq_id, "msgget");

    while (1) {
        /* send msg */
        printf("send msg: ");
        fgets(msg.data, MAXLINE, stdin);
        msg.data[strlen(msg.data)-1] = '\0';

        wr_n = msgsnd(msq_id, &msg, MAXLINE, 0);
        if_error(wr_n, "msgsnd");
        /* exit msg */
        if (strncmp(msg.data, "exit", 4) == 0) break;
    }
    msgctl(msq_id, IPC_RMID, 0);
    return 0;
}

消息隊列(十四)

一簡介

二消息隊列的數據結構

1 struct ipc_perm

2 msg結構用來存放消息的有關信息

3 存放消息的信息

4 每一個msqid_ds結構代表一個消息隊列，是進程讀寫的信息的存儲空間

三消息隊列的使用

1 消息隊列Key的獲取：

2 獲取或者打開一個消息隊列

3 發送一個消息到消息對列

4 從消息隊列接收一個消息到msgbuf*

5 消息的控制

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消息隊列(十四)

一 簡介

二 消息隊列的數據結構

1 struct ipc_perm

2 msg結構用來存放消息的有關信息

3 存放消息的信息

4 每一個msqid_ds結構代表一個消息隊列， 是進程讀寫的信息的存儲空間

三 消息隊列的使用

1 消息隊列Key的獲取：

2 獲取或者打開一個消息隊列

3 發送一個消息到消息對列

4 從消息隊列接收一個消息到msgbuf*

5 消息的控制

四 實例

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二消息隊列的數據結構

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