【操作系统】进程间的通信——消息队列

进程间的通信-消息队列

什么是消息队列?

• 消息队列，用于从一个进程向另一个进程发送数据。
• 但仅仅把数据发送到一个"队列"中，而不指定由哪个进程来接收。
• 消息队列独立于发送消息的进程和接收消息的进程。每个消息队列都有一个标识，只有持有这个标识的进程才可以去里面拿消息。
• 消息队列有最大长度限制：MSGMNB。
• 消息队列中的单条消息最大长度限制:MSGMAX。

消息队列的获取

• msgget
• 作用:​​获取或创建一个消息队列​​。
• 函数原型: int msgget(key_t key, int msgflg);
• 参数:

• key:消息队列标识。
• msgflg:访问权限。

• IPC_CREAT——如果key不存在，则创建,类似open函数的O_CREAT。(来源详见补充1)
• IPC_EXCL——如果key存在，则返回失败,类似open函数的O_EXCL。(来源详见补充1)

• 返回值:

• 成功:正整数，即消息队列标识符。
• 失败:返回-1，并设置errno。

• 参考补充:

• ​​Linux API速查手册-msgget​​
• ​​msgget(2) — Linux manual page​​

消息的发送

• msgsnd
• 作用:发送一个消息，即把一个消息放到某一个消息队列中。
• 函数原型:int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);
• 参数:

• msgid:消息队列标识符。
• msgp:消息指针。
• 消息的类型需要自己的定义。但要求其第一个结构成员为long int。
• 例如:

struct my_msg_st { long int msg_type; /* 消息的类型，取>0, 接收消息时可使用该值 */ /*other info */ }

• msgsz：消息的长度(不包含第一个成员msg_type)
• msgflg:

• IPC_NOWAIT:如果包含此选项，则消息队列满时，不发送该消息，立即返回-1。反之，如果不包含此选项，则消息队列满时，挂起本进程，直到消息队列由空间可用。

• 返回值:

• 成功:返回0。
• 失败:返回-1。

• 参考补充:

• ​​Linux manual page​​

消息的接收

• msgrcv
• 函数原型:ssize_t msgrcv (int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtype, int msgflg);
• 功能:​​从消息队列中接收一条消息​​。
• 参数

• msgid: 消息队列标识符。
• msgp: 用于接收消息的缓存。
• msgsz：要接收的消息长度(不包括其第一个成员)
• msgtype: 指定接收消息的类型

• 0：从消息队列中获取第一个消息，以实现顺序接收(先发现收)。
• 大于0:从消息队列中获取相同类型的第一个消息。
• 小于0:从消息队列中获取消息类型小于等于msgtype绝对值的第一个消息。

• msgflg:

• 如果包含 IPC_NOWAIT,则当前消息队列汇总没有指定类型的消息时，立即返回-1。
• 如果不包含 IPC_NOWAIT,则当消息队列中没有指定类型的消息时，挂起本进程，直到收到指定类型的消息。

• 返回值:

• 成功：返回接收到的消息的长度(不包含第一个成员msg_type)。
• 失败: 返回-1。

消息的控制

• msgctl
• 函数原型:int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
• 功能:​​用来对消息队列的基本属性进行控制、修改​​。
• 参数:

• msqid：消息队列标识符。
• cmd: 执行的控制命令。详见补充。
• buf：详见补充。

• 返回值:

• 成功:返回0。
• 失败:返回-1。

• 补充:

• ​​msgctl(2) — Linux manual page​​

示例

• 示例1:

• 程序1:发送消息到消息队列，程序2进行接收。

msg_send1.c

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define MSG_SIZE 80

struct my_msg_st {
  long int msg_type;
  char msg[MSG_SIZE];
};

int main(void){

  int msgid;
  int ret;
  struct my_msg_st msg;

  msgid = msgget((key_t)1235, 0666|IPC_CREAT);
  if (msgid == -1) {
    printf("msgget failed!\n");
    exit(1);
  }

  msg.msg_type = 1; 
  strcpy(msg.msg, "Hello world!");//要发送的内容
  ret = msgsnd(msgid, &msg, MSG_SIZE, 0);
  if (ret == -1) {
    printf("msgsnd failed!\n");
    exit(1);
  }

  return 0;
}

msg_recv2.c

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define MSG_SIZE 80

struct my_msg_st {
  long int msg_type;
  char msg[MSG_SIZE];
};

int main(void)
{
  int msgid;
  int ret;
  struct my_msg_st msg;

  msgid = msgget((key_t)1235, 0666|IPC_CREAT);
  if (msgid == -1) {
    printf("msgget failed!\n");
    exit(1);
  }

  msg.msg_type = 0; 
  ret = msgrcv(msgid, &msg, MSG_SIZE, 0, 0);
  if (ret == -1) {
    printf("msgrcv failed!\n");
    exit(1);
  }

  printf("received: %s\n", msg.msg);

  ret = msgctl(msgid, IPC_RMID, 0);//全局性的删除-IPC_RMID
  if (ret == -1) {
    printf("msgctl(IPC_RMID) failed!\n");
    exit(1);
  }

  return 0;
}

• 示例2:

• 进程1:循环等待用户输入字符串，将收到的每个字符串发送给进程2，直到用户输入exit。
• 进程2:接收进程1发来的信息，并打印输出,直到接收到exit。

msg_send.c

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define MSG_SIZE 80

struct my_msg_st {
  long int msg_type;
  char msg[MSG_SIZE];
};

int main(void){
    
  int msgid;
  int ret;
  struct my_msg_st msg;

  msgid = msgget((key_t)1235, 0666|IPC_CREAT);
  if (msgid == -1) {
    printf("msgget failed!\n");
    exit(1);
  }

  while(1) {
    fgets(msg.msg, sizeof(msg.msg), stdin);
      
    msg.msg_type = 1; 
    ret = msgsnd(msgid, &msg, MSG_SIZE, 0);
    if (ret == -1) {
      printf("msgsnd failed!\n");
      exit(1);
    }

    if (strncmp(msg.msg, "exit", 4) == 0) {
      break;
    }
  }

  return 0;
}

msg_recv.c

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define MSG_SIZE 80

struct my_msg_st {
    long int msg_type;
    char msg[MSG_SIZE];
};

int main(void){
    
    int msgid;
    int ret;
    struct my_msg_st msg;

    //第二个参数为权限控制
    msgid = msgget((key_t)1235, 0666|IPC_CREAT);
    if (msgid == -1) {
        printf("msgget failed!\n");
        exit(1);
    }

    while(1) {
        msg.msg_type = 0;   
        ret = msgrcv(msgid, &msg, MSG_SIZE, 0, 0);
        if (ret == -1) {
            printf("msgrcv failed!\n");
            exit(1);
        }

        printf("received: %s\n", msg.msg);

        if (strncmp(msg.msg, "exit", 4) == 0) {
            break;
        }
    }

    ret = msgctl(msgid, IPC_RMID, 0);
    if (ret == -1) {
        printf("msgctl(IPC_RMID) failed!\n");
        exit(1);
    }

    return 0;
}