linux进程间通信：system V消息队列

基本介绍

1. 支持不同进程之间以消息（messages）的形式进行数据交换，消息能够拥有自己的标识，且内核使用链表方式进行消息管理。
2. 进程之间的通信角色为：发送者和接受者
   发送者：
   a. 获取消息队列的ID(key或者msgid)
   b. 将数据放入一个带有标识的消息结构体，发送到消息队列
   接受者：
   a. 获取消息队列的ID
   b. 指定标识的消息从消息队列中读出，然后进一步后续处理
3. 支持不同的进程标记不同的消息类型（1，2，3…），并由内核态维护对应消息类型的链表。
4. 内核态的0号消息类型维护了一个链表，用来保存按照时间顺序加入的消息

编程接口

1. 生成ipc对象的唯一标识key的接口
   a. 头文件 <sys/ipc.h>
   b. 函数声明 key_t ftok(const char *path, int id);
   c. 参数描述
   path需指定一个已经存在的可访问的文件
   id为用户可自由指定的id

2. 创建或者打开一个消息队列，并获取system V 消息队列中消息的身份标识
   a. 头文件 <sys/types.h> <sys/ipc.h> <sys/msg.h>
   b. 函数声明 int msgget (ket_t key, int msgflg)
   c. 参数描述
   key 为ipc对象的唯一标识，生成的消息身份标识与该参数相关
   msgflg当该函数没有搜索到系统中与key值对应的消息队列，则msgflg会指定IPC_CREAT,创建一个队列，并返回消息标识
   d. 返回值：成功返回消息身份标识，失败返回-1

3. 发送消息到消息队列
   a. 头文件 <sys/types.h> <sys/ipc.h> <sys/msg.h>
   b. 函数声明 int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);
   c. 参数描述
   msqid 消息标识，类似于文件描述符fd
   msgp 消息内容指针
   msgsz 消息大小
   msgflg 当出现消息队列没有足够的可用空间时，可以通过设置msgflg为IPC_NOWAIT来让发送函数不产生阻塞，返回失败
   d. 返回值 失败返回-1，以及对应失败码；成功则返回0

4. 从消息队列中接收消息
   a. 头文件 <sys/types.h> <sys/ipc.h> <sys/msg.h>
   b. 函数声明 ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);
   c. 参数描述
   msqid 消息标识，类似于文件描述符fd
   msgp 消息内容指针
   msgsz 消息大小，同时也是当前接收的消息最大能够接收的大小
   msgflg 当出现实际的消息内容大于设定的msgsz，可以通过MSG_NOERROR来将消息裁剪为msgsz大小进行获取，否则会返回失败。而消息仍然存在于消息队列。
   msgtyp 如果是0,则会读取处于消息队列的第一个消息；大于0，则会读取对应type处于消息队列中的第一个消息；如果小于0，则会读取type绝对值或者小于绝对值的消息队列的第一个消息。
   d. 返回值 失败返回-1，成功返回对应消息的大小

5. 控制消息队列的各个操作
   a. 头文件 <sys/types.h> <sys/ipc.h> <sys/msg.h>
   b. 函数声明 int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
   c. 参数描述
   msgqid 消息标识
   cmd 针对消息标识的操作，合法的操作如下：

   • IPC_STAT 获取msgqid的消息对象的信息，将各个属性从内核拷贝到一个临时的数据结构msgqid_ds类型的buf;调用者需要对消息队列有读权限
   • IPC_SET 自己可以通过临时的msgqid_ds来设置内核中消息的对应msgqid_ds的属性
   • IPC_RMID 立即移除消息队列；当前调用者需要拥有 消息队列的所有者权限，或者高于所有者的权限(root)
   • IPC_INFO 返回消息队列的参数限制

   其他标识可以通过man msgctl来查看

代码实例

消息队列的发送和接收

发送端msg_snd.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>#define MSG_TYPE1 1
#define MSG_TYPE2 2 struct msgbuf
{long mtype;char mtext[100];
};int main()
{//当多用户的时候通过指定文件以及设置id来获取唯一的key标识//key_t key = ftok(".",100);key_t key = 12345; //个人使用的时候可以直接指定key//创建msg_qid的对象int msg_qid = msgget(key, IPC_CREAT | 0666);struct msgbuf msg;memset(&msg, 0 , sizeof(msg));//初始化消息类型以及消息内容msg.mtype = MSG_TYPE2;strncpy(msg.mtext, "hello world" , 80);//发送消息到消息标识的msg_qid IPC 对象中if( -1 == msgsnd(msg_qid,(void *)&msg,strlen(msg.mtext),0)) {printf("send msg failed\n");_exit(-1);}return 0;
}

编译运行：
gcc msg_snd.c -o msg_snd

运行前查看系统消息队列
ipcs -q

[root@node1 ~]# ipcs -q------ Message Queues --------
key        msqid      owner      perms      used-bytes   messages    
0x000004d2 0          root       666        0            0

运行后，可以看到我们发送了消息队列的各个属性信息。关于key值，它为我们设置的12345的16进制数值

[root@node1 ~]# ./msg_snd 
[root@node1 ~]# ipcs -q------ Message Queues --------
key        msqid      owner      perms      used-bytes   messages    
0x000004d2 0          root       666        0            0           
0x00003039 65538      root       666        11           1

接收端msg_rcv.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>#define MSG_TYPE1 1
#define MSG_TYPE2 2 struct msgbuf
{long mtype;char mtext[100];
};int main()
{key_t key = 12345;int msg_qid = msgget(key, IPC_CREAT | 0666);struct msgbuf msg;memset(&msg, 0 , sizeof(msg));if (-1 == msgrcv(msg_qid,(void *)&msg,sizeof(msg.mtext),MSG_TYPE2,0)) {printf("receive msg failed\n");_exit(-1);}printf("%s\n",msg.mtext);//当完成接收之后从消息队列中删除当前消息//msgctl(msg_id,IPC_RMID,NULL);return 0;
}

编译运行，可以看到已经接手到了我们之前发送的内容：

[root@node1 ~]# gcc msg_rcv.c -o msg_rcv
[root@node1 ~]# ./msg_rcv
hello world

查看消息队列情况,消息队列中的数据已经被接收，所以在used-bytes和messages中看不到消息内容了，但是没有删除该消息队列，所以消息标识仍然存在。我们可以在上述代码中加入msgctl：

[root@node1 ~]# ipcs -q------ Message Queues --------
key        msqid      owner      perms      used-bytes   messages    
0x000004d2 0          root       666        0            0                    
0x00003039 65538      root       666        0            0  

消息队列中的消息对象的属性控制

控制代码msg_ctl.c
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
其中主要控制的是消息队列一个数据结构，可以通过man msgctl查看 msqid_ds结构体

           struct msqid_ds {struct ipc_perm msg_perm;     /* Ownership and permissions */time_t          msg_stime;    /* Time of last msgsnd(2) */time_t          msg_rtime;    /* Time of last msgrcv(2) */time_t          msg_ctime;    /* Time of last change */unsigned long   __msg_cbytes; /* Current number of bytes inqueue (nonstandard) */msgqnum_t       msg_qnum;     /* Current number of messagesin queue */msglen_t        msg_qbytes;   /* Maximum number of bytesallowed in queue */pid_t           msg_lspid;    /* PID of last msgsnd(2) */pid_t           msg_lrpid;    /* PID of last msgrcv(2) */};

以下代码为主要控制参数的代码，通过msgctl的cmd参数进程控制

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>int main()
{key_t key = 12345;int msg_id = msgget(key,IPC_CREAT|0666);struct msqid_ds info;//第一次先从已存在的12345的消息中获取队列状态if (-1 == msgctl(msg_id,IPC_STAT,&info)) {printf("control msg failed\n");_exit(-1);}//打印各个状态信息printf("uid :%d,gid:%d,cuid:%d,cgid:%d\n",\info.msg_perm.uid,info.msg_perm.gid,info.msg_perm.cuid,info.msg_perm.cgid);printf("mode:%o3o,cbytes:%lu,qnum:%lu,qbytes:%lu\n",\info.msg_perm.mode & 0777,info.__msg_cbytes,info.msg_qnum,info.msg_qbytes);//尝试设置消息队列允许的最大字节内容info.msg_qbytes = 16000;//通过cmd为IPS_SET的标记进行设置if (-1 == msgctl(msg_id, IPC_SET, &info)) {printf("ipc_set failed\n");_exit(-1);}if (-1 == msgctl(msg_id, IPC_STAT, &info)) {printf("ipc_stat failed\n");_exit(-1);}printf("mode:%o3o,cbytes:%lu,qnum:%lu,qbytes:%lu\n",\info.msg_perm.mode & 0777,info.__msg_cbytes,info.msg_qnum,info.msg_qbytes);return 0;
}

输出如下，可以看到我们控制的队列允许的最大字节内容msg_qbytes已经设置进去：

[root@node1 ~]# ./msg_ctl 
uid :0,gid:0,cuid:0,cgid:0
mode:6663o,cbytes:11,qnum:1,qbytes:16000
mode:6663o,cbytes:11,qnum:1,qbytes:16000