进程间消息队列开源库进程消息队列原理

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梦里忧郁 2024-05-07 18:24:53

文章标签 进程间消息队列开源库 linux 经验分享消息队列数据 文章分类 运维

消息队列（message queue）

消息队列，是消息的链接表，存放在内核中。一个消息队列由一个标识符（即队列ID）来标识。

特点

（1）消息队列是面向记录的，其中的消息具有特定的格式以及特定的优先级（链表存放的为结构体）。
（2）消息队列独立于发送与接收进程。进程终止时，消息队列及其内容并不会被删除（管道是读完就消失），除非销毁队列。
（3）消息队列可以实现消息的随机查询,消息不一定要以先进先出的次序读取（链表的特性）,也可以按消息的类型读取。
（4）没有固定的读端与写端，

双方进程都可以

原理

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创建

了解了原理，我们则发现主要关心两个问题。
问题一：进程A如何添加消息队列
问题二：进程B如何读取消息队列

常用的api：

1 #include <sys/msg.h>
2 // 创建或打开消息队列：成功返回队列ID，失败返回-1
3 int msgget(key_t key, int flag);

4 // 添加消息：成功返回0，失败返回-1
5 int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t size, int flag);

6 // 读取消息：成功返回消息数据的长度，失败返回-1
7 int msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t size, long type,int flag);

8 // 控制消息队列：成功返回0，失败返回-1
9 int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

10//系统IPC键值的格式转换函数 
11 key_t ftok( const char * fname, int id )

msgget()

创建或打开消息队列：成功返回队列ID，失败返回-1

int msgget(key_t key, int flag);

在以下两种情况下，msgget将创建一个新的消息队列：
1、如果没有与键值key相对应的消息队列，并且flag中包含了IPC_CREAT标志位。

msgget(key,IPC_CREAT);

2、key参数为IPC_PRIVATE。

msgget(key,IPC_PRIVATE);

msgsnd()

添加消息：成功返回0，失败返回-1

int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t size, int flag);

msqid：消息队列的ID
ptr：写入的数据，指向消息缓冲区的指针，此位置用来暂时存储发送和接收的消息，是一个用户可定义的通用结构，形态如下：

struct msgbuf {
	long mtype; /* 消息类型，必须 > 0 */
	char mtext[1]; /* 消息文本 */
};

size：数据的长度
flag：0,表示忽略，表示进程将被阻塞直到函数可以从队列中得到符合条件的消息为止；（还有许多，此处省略）

msgrcv()

读取消息：成功返回消息数据的长度，失败返回-1

int msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t size, long type,int flag);

msqid：消息队列的ID

ptr：写入的数据，指向消息缓冲区的指针，此位置用来暂时存储发送和接收的消息，是一个用户可定义的通用结构，形态如下：

struct msgbuf {
	long mtype; /* 消息类型，必须 > 0 */
	char mtext[1]; /* 消息文本 */
};

type：消息类型
msgtyp等于0 则返回队列的最早的一个消息。
msgtyp大于0，则返回其类型为msgtyp的第一个消息。
msgtyp小于0,则返回其类型小于或等于mtype参数的绝对值的最小的一个消息。
可以看出，type值非 0 时用于以非先进先出次序读消息。也可以把 type 看做优先级的权值。

size：数据的长度

flag：0,表示忽略，表示进程将被阻塞直到函数可以从队列中得到符合条件的消息为止；（还有许多，此处省略）

msgctl()

控制消息队列：成功返回0，失败返回-1

int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

msqid：消息队列的ID

cmd：函数要对消息队列进行的操作，它可以是：
IPC_STAT
取出系统保存的消息队列的msqid_ds 数据，并将其存入参数buf 指向的msqid_ds 结构
中。
IPC_SET
设定消息队列的msqid_ds 数据中的msg_perm 成员。设定的值由buf 指向的msqid_ds
结构给出。
IPC_EMID
将队列从系统内核中删除。
例：msgctl(msgid,IPC_RMID,NULL);//将队列从系统内核中删除buf：队列中的内容

ftok()

系统IPC键值的格式转换函数,系统建立IPC通讯（消息队列、信号量和共享内存）时必须指定一个ID值。通常情况下，该id值通过ftok函数得到。

key_t ftok( const char * fname, int id );

fname:就是你指定的文件名（已经存在的文件名），一般使用当前目录，如

key_t key;
key = ftok(".", 1);

这样就是将fname设为当前目录。
id:是子序号。虽然是int类型，但是只使用8bits(1-255）。
如指定文件的索引节点号为65538，换算成16进制为0x010002，而你指定的ID值为38，换算成16进制为0x26，则最后的key_t返回值为0x26010002。

查询文件索引节点号的方法是： ls -i
当删除重建文件后，索引节点号由操作系统根据当时文件系统的使用情况分配，因此与原来不同，所以得到的索引节点号也不同。
如果要确保key_t值不变，要么确保ftok的文件不被删除，要么不用ftok，指定一个固定的key_t值，比如:

#define IPCKEY 0x111
char path[256];
sprintf( path, "%s/etc/config.ini", (char*)getenv("HOME") );
msgid=ftok( path, IPCKEY );

同一段程序，用于保证两个不同用户下的两组相同程序获得互不干扰的IPC键值。
由于etc/config.ini（假定）为应用系统的关键配置文件，因此不存在被轻易删除的问题——即使被删，也会很快被发现并重建（此时应用系统也将被重启）。
ftok()的设计目的也在于此

实例

read.c

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
struct msgbuf{
        long mtype;       /* message type, must be > 0 */
        char mtext[128];    /* message data */
};
int main()
{
        struct msgbuf sendbuf={999,"888 message already received"};
        struct msgbuf readbuf;
        int msgid = 0;
        key_t key;
        key = ftok(".",'z');//获取键值
        printf("key=%x\n",key);
        msgid=msgget(key,IPC_CREAT|0777);//在内核中打开或建立键值为key的，权限为0777的消息队列
        if(msgid == -1){
                printf("create msgq failure\n");
        }
        msgrcv(msgid,&readbuf,sizeof(readbuf.mtext),888,0);//从队列中获取888类型的数据，如果队列中未出现888类型的数据，则程序阻塞在这里
        printf("read from que:%s\n",readbuf.mtext);
        msgsnd(msgid,&sendbuf,strlen(sendbuf.mtext),0);//往队列id为msgid的队列写入sendbuf（类型为999）数据
        msgctl(msgid,IPC_RMID,NULL);//将队列从系统内核中删除
        return 0;
}

send.c

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
struct msgbuf{
        long mtype;       /* message type, must be > 0 */
        char mtext[128];    /* message data */
};
int main()
{
        struct msgbuf sendbuf={888,"this is message from que"};
        struct msgbuf readbuf;
        int msgid= 0;
        key_t key;
        key = ftok(".",'z');//获取键值
        printf("key=%x\n",key);
        msgid=msgget(key,IPC_CREAT|0777);//在内核中打开或建立键值为key的，权限为0777的消息队列
        if(msgid == -1){
                printf("create msgq failure\n");
        }
        msgsnd(msgid,&sendbuf,strlen(sendbuf.mtext),0);//往队列id为msgid的队列写入sendbuf（类型为888）数据
        msgrcv(msgid,&readbuf,sizeof(readbuf.mtext),999,0);//从队列中获取999类型的数据，如果队列中未出现999类型的数据，则程序阻塞在这里
        printf("%s\n",readbuf.mtext);
        msgctl(msgid,IPC_RMID,NULL);//将队列从系统内核中删除
        return 0;
}