Linux C编程--进程间通信（IPC）5--System V IPC 机制1--消息队列

System V IPC 机制

1.基本概念

2.消息队列

一个或多个进程可向消息队列写入消息，而一个或多个进程可从消息队列中读取消息，这种进程间通讯机制通常使用在客户/服务器模型中，客户向服务器发送请求消息，服务器读取消息并执行相应请求。在许多微内核结构的操作系统中，内核和各组件之间的基本通讯方式就是消息队列。例如，在 MINIX 操作系统中，内核、I/O 任务、服务器进程和用户进程之间就是通过消息队列实现通讯的。

Linux中的消息可以被描述成在内核地址空间的一个内部链表，每一个消息队列由一个IPC的标识号唯一的标识。Linux 为系统中所有的消息队列维护一个 msgque 链表，该链表中的每个指针指向一个 msgid_ds 结构，该结构完整描述一个消息队列。

1. 数据结构

(1)消息缓冲区(msgbuf)
我们在这里要介绍的第一个数据结构是msgbuf结构，可以把这个特殊的数据结构看成一个存放消息数据的模板，它在include/linux/msg.h中声明，描述如下：

/* msgsnd 和msgrcv 系统调用使用的消息缓冲区*/
struct msgbuf {
long mtype; /* 消息的类型，必须为正数 */
char mtext[1]; /* 消息正文 */
};

注意：对于消息数据元素(mtext)，不要受其描述的限制。实际上，这个域(mtext)不仅能保存字符数组，而能保存任何形式的任何数据。这个域本身是任意的，因为这个结构本身可以由应用程序员重新定义：

struct my_msgbuf {
long mtype; /* 消息类型 */
long request_id; /* 请求识别号 */
struct client info; /* 客户消息结构 */
};

我们看到，消息的类型还是和前面一样，但是结构的剩余部分由两个其它的元素代替，而且有一个是结构。这就是消息队列的优美之处，内核根本不管传送的是什么样的数据，任何信息都可以传送。

但是，消息的长度还是有限制的，在Linux中，给定消息的最大长度在include/linux/msg.h中定义如下：

#define MSGMAX 8192 /* max size of message (bytes) */

消息总的长度不能超过8192字节，包括mtype域，它是4字节长。

(2)消息结构(msg)

内核把每一条消息存储在以msg结构为框架的队列中，它在include/linux/msg.h中定义如下：

struct msg {
struct msg *msg_next; /* 队列上的下一条消息 */
long msg_type; /*消息类型*/
char *msg_spot; /* 消息正文的地址 */
short msg_ts; /* 消息正文的大小 */
};

注意：msg_next是指向下一条消息的指针，它们在内核地址空间形成一个单链表。

(3)消息队列结构(msgid_ds)

当在系统中创建每一个消息队列时，内核创建、存储及维护这个结构的一个实例。

/* 在系统中的每一个消息队列对应一个msqid_ds 结构 */
struct msqid_ds {
struct ipc_perm msg_perm;
struct msg *msg_first; /* 队列上第一条消息，即链表头*/
struct msg *msg_last; /* 队列中的最后一条消息，即链表尾 */
time_t msg_stime; /* 发送给队列的最后一条消息的时间 */
time_t msg_rtime; /* 从消息队列接收到的最后一条消息的时间 */
time_t msg_ctime; /* 最后修改队列的时间*/
ushort msg_cbytes; /*队列上所有消息总的字节数 */
ushort msg_qnum; /*在当前队列上消息的个数 */
ushort msg_qbytes; /* 队列最大的字节数 */
ushort msg_lspid; /* 发送最后一条消息的进程的pid */
ushort msg_lrpid; /* 接收最后一条消息的进程的pid */
};

2. 系统调用: msgget()

为了创建一个新的消息队列，或存取一个已经存在的队列，要使用msgget()系统调用。

原型: int msgget ( key_t key, int msgflg );
返回: 成功，则返回消息队列识别号，失败，则返回-1，

semget()中的第一个参数是键，这个键值要与现有的键值进行比较，现有的键值指在内核中已存在的其它消
息队列的键值。对消息队列的打开或存取操作依赖于msgflg参数的取值：

IPC_CREAT ：如果这个队列在内核中不存在，则创建它。
IPC_EXCL ：当与IPC_CREAT一起使用时，如果这个队列已存在，则创建失败。

如果IPC_CREAT单独使用，semget()为一个新创建的消息队列返回标识号，或者返回具有相同键值的已存在队列的标识号。如果IPC_EXCL与IPC_CREAT一起使用，要么创建一个新的队列，要么对已存在的队列返回-1。
IPC_EXCL单独是没有用的，当与IPC_CREAT结合起来使用时，可以保证新创建队列的打开和存取。

与文件系统的存取权限一样，每一个IPC对象也具有存取权限，因此，可以把一个八进制与掩码或，形成对消息队列的存取权限。

让我们来创建一个打开或创建消息队列的函数：

int open_queue( key_t keyval )
{
int qid;
if((qid = msgget( keyval, IPC_CREAT | 0660 )) == -1)
{
return(-1);
}
return(qid);
}

注意，这个例子显式地用了0660权限。这个函数要么返回一个消息队列的标识号，要么返回-1而出错。键值作为唯一的参数必须传递给它。

3. 系统调用： msgsnd()

一旦我们有了队列识别号，我们就可以在这个队列上执行操作。要把一条消息传递给一个队列，你必须用msgsnd()系统调用。

原型：int msgsnd ( int msqid, struct msgbuf *msgp, int msgsz,int msgflg );

返回：成功为0，失败为-1。

msgsnd()的第一个参数是队列识别号，由msgget()调用返回。第二个参数msgp是一个指针，指向我们重新声和装载的消息缓冲区。msgsz参数包含了消息以字节为单位的长度，其中包括了消息类型的4个字节。

msgflg参数可以设置成0(忽略)，或者：

IPC_NOWAIT ：如果消息队列满，消息不写到队列中，并且控制权返回给调用进程(继续执行)。如果不指定IPC_NOWAIT，调用进程将挂起(阻塞)直到消息被写到队列中。

让我们来看一个发送消息的简单函数：

int send_message( int qid, struct mymsgbuf *qbuf )
{
int result, length;
/* mymsgbuf结构的实际长度 */
length = sizeof(struct ) - sizeof(long);
if((result = msgsnd( qid, qbuf, length, 0)) == -1)
{
return(-1);
}
return(result);
}

这个小函数试图把缓冲区qbuf中的消息，发送给队列识别号为qid的消息队列。

现在，我们在消息队列里有了一条消息，可以用ipcs命令来看你队列的状态。如何从消息队列检索消息，可以用msgrcv()系统调用。

4.系统调用：msgrcv()

原型：int msgrcv ( int msqid, struct msgbuf *msgp, int msgsz,long mtype, int msgflg );

返回值：成功，则为拷贝到消息缓冲区的字节数，失败为-1。

很明显，第一个参数用来指定要检索的队列(必须由msgget()调用返回)，第二个参数(msgp)是存放检索到消息的缓冲区的地址，第三个参数(msgsz)是消息缓冲区的大小，包括消息类型的长度(4字节)。

第四个参数(mtype)指定了消息的类型。内核将搜索队列中相匹配类型的最早的消息，并且返回这个消息的一个拷贝，返回的消息放在由msgp参数指向的地址。这里存在一个特殊的情况，如果传递给mytype参数的值为0，就可以不管类型，只返回队列中最早的消息。

如果传递给参数msgflg的值为IPC_NOWAIT，并且没有可取的消息，那么给调用进程返回ENOMSG错误消息，否则，调用进程阻塞，直到一条消息到达队列并且满足msgrcv()的参数。如果一个客户正在等待消息，而队列被删除，则返回EIDRM。如果当进程正在阻塞，并且等待一条消息到达但捕获到了一个信号，则返回EINTR。

让我们来看一个从我们已建的消息队列中检索消息的例子

int read_message( int qid, long type, struct mymsgbuf *qbuf )
{
int result, length;
* 计算mymsgbuf结构的实际大小*/
length = sizeof(struct mymsgbuf) - sizeof(long);
if((result = msgrcv( qid, qbuf, length, type, 0)) == -1)
{
return(-1);
}
return(result);
}

当从队列中成功地检索到消息后，这个消息将从队列删除。

下面给出两个实例操作消息队列

1.根据用户输入关键字，以权限-rw-rw---创建或打开一个消息队列

系统函数 msgctl我们可以使用系统调用msgctl ( )来控制对消息队列的操作。 系统调用： msgctl( ) ;调用原型： int msgctl ( int msgqid, int cmd, struct msqid_ds *buf );头文件: linux/msg.h返回值： 0 ，如果成功。- 1，如果失败：errno = EACCES (没有读的权限同时cmd 是IPC_STAT )EFAULT (buf 指向的地址无效)EIDRM (在读取中队列被删除)EINVAL (msgqid无效, 或者msgsz 小于0 )EPERM (IPC_SET或者IPC_RMID 命令被使用，但调用程序没有写的权限)下面我们看一下可以使用的几个命令：IPC_STAT读取消息队列的数据结构msqid_ds，并将其存储在b u f指定的地址中。IPC_SET设置消息队列的数据结构msqid_ds中的ipc_perm元素的值。这个值取自buf参数。IPC_RMID从系统内核中移走消息队列。我们在前面讨论过了消息队列的数据结构(msqid_ds)。系统内核中为系统中的每一个消息队列保存一个此数据结构的实例。通过使用IPC_STAT命令，我们可以得到一个此数据结构的副本。下面的程序就是实现此函数的过程： int get_queue_ds( int qid, struct msgqid_ds *qbuf ){if( msgctl( qid, IPC_STAT, qbuf) == -1){return(-1);}return(0);} 如果不能复制内部缓冲区，调用进程将返回-1。如果调用成功，则返回0。缓冲区中应该包括消息队列中的数据结构。消息队列中的数据结构中唯一可以改动的元素就是ipc_perm。它包括队列的存取权限和关于队列创建者和拥有者的信息。你可以改变用户的id、用户的组id以及消息队列的存取权限。
1楼sl723152192昨天 21:15
佩服！向前辈学习！
Re: DLUTBruceZhang昨天 21:31
回复sl723152192n朋友言重了，我只是一个初学Linux的新手，大家互相学习。