posix消息队列

posix和System V

历史

       UNIX两大贡献者贝尔实验室和BSD,在进程之间通信侧重不同,前者基于内核对进程之间的通信手段进行了改进,形成了“System V IPC”,而后者则是基于网络形成了套接字。

       而POSIX则是IEEE制定的标准,目的是为运行在不同操作系统上的软件提供统一的接口,实现者则是不同的操作系统内核开发人员。

说明

       在信号量这种常用的同步互斥手段方面,POSIX在无竞争条件下是不会陷入内核的,而SYSTEM V则是无论何时都要陷入内核,因此性能稍差。

       POSIX信号量来源于POSIX技术规范的实时扩展方案(POSIX Realtime Extension),常用于线程;system v信号量,常用于进程的同步。这两者非常相近,但它们使用的函数调用各不相同。前一种的头文件为semaphore.h,函数调用为sem_init(),sem_wait(),sem_post(),sem_destory()等等。后一种头文件为<sys/sem.h>,函数调用为semctl(),semget(),semop()等函数。

 

1. 创建/获取一个消息队列

mqd_t mq_open(const cahr *name,int oflag);

mqd_t mq_open(const char *name,int oflag,mode_t mode,struct mq_attr *attr);

参数

    name:表示消息队列的名字,它符合POSIX IPC的名字规则。

  oflag:表示打开的方式,和open函数的类似。有必须的选项:O_RDONLY,O_WRONLY,O_RDWR,还有可选 项: O_NONBLOCK,O_CREAT,O_EXCL。

    mode:是一个可选参数,在oflag中含有O_CREAT标志且消息队列不存在时,才需要提供该参数。表示默认访问权限。可以       参考open。

    attr:也是一个可选参数,在oflag中含有O_CREAT标志且消息队列不存在时才需要。该参数用于给新队列设定某些属性,如果是空指针,那么就采用默认属性。

返回值:

成功返回消息队列文件描述符;失败返回-1

注意-Posix IPC名字限制:

   1. 必须以”/”开头, 并且后面不能还有”/”, 形如:/file-name;

   2. 名字长度不能超过NAME_MAX

   3. 链接时:Link with -lrt.

System V 消息队列通过msgget来创建/打开消息队列  int msgget(key_t key, int msgflg);

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <mqueue.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <mqueue.h>
 
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#define ERR_EXIT(m) \
do \
{ \
        perror(m); \
        exit(EXIT_FAILURE); \
}while(0)
 
int main(void)
{
	mqd_t mqid;
	mqid=mq_open("/abc",O_CREAT | O_RDWR,0666,NULL);
	if(mqid==(mqd_t)-1)
		ERR_EXIT("mq_open");
 
	printf("mq_open succ\n");
	mq_close(mqid);
	return 0;
}
 

附-查看已经成功创建的Posix消息队列

#其存在与一个虚拟文件系统中, 需要将其挂载到系统中才能查看

  Mounting the message queue filesystem On Linux, message queues are created in a virtual filesystem.  (Other implementations may also  provide such a feature, but the details are likely to differ.)  This file system can be mounted (by the superuser, 注意是使用root用户才能成功) using the following commands:

mkdir /dev/mqueue

mount -t mqueue none /dev/mqueue

还可以使用cat查看该消息队列的状态, rm删除:

cat /dev/mqueue/abc 

rm abc

还可umount该文件系统

umount /dev/mqueue

 

附-Makefile

.PHONY: clean all
CC = g++
CPPFLAGS = -Wall -g
BIN = 01_mqopen
all: $(BIN)
 
%.o: %.c
	$(CC) $(CPPFLAGS) -c $^ -o $@
main: main.o
	$(CC) $(CPPFLAGS) $^ -lrt -o $@
 
clean:
	-rm -rf $(BIN) *.o 

 

 

2. 关闭一个消息队列

int mq_close(mqd_t mqdes);
/** System V 消息队列没有类似的该函数调用**/

参数

    mqdes:消息队列描述符

返回值:

成功返回0,失败返回-1

 

3. 删除一个消息队列

int mq_unlink(const char *name);
/** System V 消息队列
通过msgctl函数, 并将cmd指定为IPC_RMID来实现
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
**/
//示例
int main()
{
    mqd_t mqid = mq_open("/abc", O_CREAT|O_RDONLY, 0666, NULL);
    if (mqid == -1)
        err_exit("mq_open error");
    cout << "mq_open success" << endl;
    mq_close(mqid);
    mq_unlink("/abc");
    cout << "unlink success" << endl;
}

 

4. 获取/设置消息队列属性

int mq_getattr(mqd_t mqdes, struct mq_attr *attr);
int mq_setattr(mqd_t mqdes, struct mq_attr *newattr,
                        struct mq_attr *oldattr);

参数:

    newattr:要设置的属性

    oldattr:原来的属性

返回值:

成功返回0,失败返回-1

struct mq_attr  
{  
     long int mq_flags;      //非阻塞模式还是默认模式(0)
     long int mq_maxmsg;   // 消息队列中的最多的消息个数
     long int mq_msgsize;   //每条消息的最大字节数   
     long int mq_curmsgs;   //消息队列中当前的消息个数
}; 

/** System V 消息队列

通过msgctl函数, 并将cmd指定为IPC_STAT/IPC_SET来实现

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

**/

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <mqueue.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <mqueue.h>
 
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#define ERR_EXIT(m) \
        do \
        { \
                perror(m); \
                exit(EXIT_FAILURE); \
        }while(0)
 
int main(void)
{
	mqd_t mqid;
	//打开一个消息队列
	mqid=mq_open("/abc",O_RDONLY);
	if(mqid==(mqd_t)-1)
		ERR_EXIT("mq_open");
 
	printf("mq_open succ\n");
	struct mq_attr attr;
	mq_getattr(mqid,&attr);
	printf("max #msg=%ld max #bytes/msg=%ld #currently on queue=%ld\n",
    attr.mq_maxmsg,attr.mq_msgsize,attr.mq_curmsgs);
		
	mq_close(mqid);
	return 0;
}

 

5. 发送消息

int mq_send(mqd_t mqdes, const char *msg_ptr,
           size_t msg_len, unsigned msg_prio);

参数:

   msg_ptr: 指向需要发送的消息的指针

   msg_len: 消息长度

   msg_prio: 消息的优先级

/** System V 消息队列

通过msgsnd函数来实现消息发送

int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);

**/

typedef struct stu
{
	char name[32];
	int age;
}STU;
 
int main(int argc,char *argv[])
{
	if(argc!=2)
	{
		fprintf(stderr,"Usage:%s <prio>\n",argv[1]);
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
 
	mqd_t mqid;
	//打开一个消息队列
	mqid=mq_open("/abc",O_WRONLY);
	if(mqid==(mqd_t)-1)
		ERR_EXIT("mq_open");
 
	STU stu;
	strcpy(stu.name,"test");
	stu.age=20;
	
	unsigned prio=atoi(argv[1]);
	mq_send(mqid,(const char*)&stu,sizeof(stu),prio);
	mq_close(mqid);
	return 0;
	
	mq_close(mqid);
	return 0;
}

 

6. 从消息队列中读取消息

ssize_t mq_receive(mqd_t mqdes, char *msg_ptr, size_t msg_len, unsigned *msg_prio);

参数:

   mqdes:消息队列描述符

    msg_ptr:返回可接受到的消息的指针

  msg_len: 读取的消息的长度, 注意: 此值一定要等于mq_attr::mq_msgsize的值, 该值可以通过mq_getattr获取, 但一般是8192字节     [this must be greater than the mq_msgsize attribute of the queue (see mq_getattr(3)).]

  msg_prio: 保存获取的消息的优先级

返回值:

  成功: 返回读取的消息的字节数

  失败: 返回-1

  注意: 读取的永远是消息队列中优先级最高的最早的消息, 如果消息队列为, 如果不指定为非阻塞模式, 则mq_receive会阻塞;

/** System V 消息队列

通过msgrcv函数来实现消息发送的

ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);

**/

typedef struct stu
{
	char name[32];
	int age;
}STU;
 
int main(int argc,char *argv[])
{
	mqd_t mqid;
	//打开一个消息队列
	mqid=mq_open("/abc",O_RDONLY);
	if(mqid==(mqd_t)-1)
		ERR_EXIT("mq_open");
 
	//每条消息的最大长度
	struct mq_attr attr;
	mq_getattr(mqid,&attr);
	size_t size=attr.mq_msgsize;
	STU stu;
	unsigned prio;
	if(mq_receive(mqid,(char*)&stu,size,&prio)==(mqd_t)-1)
	ERR_EXIT("mq_receive");
 
	printf("name=%s age=%d prio=%u\n",stu.name,stu.age,prio);
	mq_close(mqid);
	return 0;
}

7. 建立/删除消息到达通知事件,当消息队列从没有消息到有消息,就会通知进程()。 

mqd_t mq_notify(mqd_t mqdes,const struct sigevent* notification);

参数:

    mqdes:消息队列描述符

    notification:

        非空表示当消息到达且消息队列先前为空,那么将得到通知

        NULL:表示撤销已注册的通知

//sigevent结构体
struct sigevent
{
    int          sigev_notify; /* Notification method */
    int          sigev_signo;  /* Notification signal */
    union sigval sigev_value;  /* Data passed with notification */
    void       (*sigev_notify_function) (union sigval);  /* Function used for thread notification (SIGEV_THREAD) */
    void        *sigev_notify_attributes; /* Attributes for notification thread (SIGEV_THREAD) */
    pid_t        sigev_notify_thread_id; /* ID of thread to signal (SIGEV_THREAD_ID) */
};
union sigval            /* Data passed with notification */
{
    int     sival_int;         /* Integer value */
    void   *sival_ptr;         /* Pointer value */
};

sigev_notify代表通知的方式: 一般常用两种取值:SIGEV_SIGNAL, 以信号方式通知; SIGEV_THREAD, 以线程方式通知

如果以信号方式通知: 则需要设定一下两个参数:

   sigev_signo: 信号的代码

   sigev_value: 信号的附加数据(实时信号)

如果以线程方式通知: 则需要设定以下两个参数:

   sigev_notify_function

   sigev_notify_attributes

/** Posix IPC所特有的功能, System V没有 **/

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <mqueue.h>
#include <fcntl.h>
#include <signal.h>
#include <sys/stat.h>
#include <mqueue.h>
 
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#define ERR_EXIT(m) \
        do \
        { \
                perror(m); \
                exit(EXIT_FAILURE); \
        }while(0)
typedef struct stu
{
	char name[32];
	int age;
}STU;
 
size_t size;
mqd_t mqid;
struct sigevent sigev;
 
void handle_sigusr1(int sig)
{
	mq_notify(mqid,&sigev);
	STU stu;
	unsigned prio;
	if(mq_receive(mqid,(char*)&stu,size,&prio)==(mqd_t)-1)
		ERR_EXIT("mq_receive");
	printf("name=%s age=%d prio=%u\n",stu.name,stu.age,prio);
}
int main(int argc,char *argv[])
{
	//打开一个消息队列
	mqid=mq_open("/abc",O_RDONLY);
	if(mqid==(mqd_t)-1)
		ERR_EXIT("mq_open");
 
	struct mq_attr attr;
	mq_getattr(mqid,&attr);
	size=attr.mq_msgsize;
 
	//注册一个信号
	signal(SIGUSR1,handle_sigusr1);
 
	//以信号的方式进行通知
	sigev.sigev_notify=SIGEV_SIGNAL;
	//用SIGUSR1这个信号来通知
	sigev.sigev_signo=SIGUSR1;
 
	mq_notify(mqid,&sigev);
 
	for(;;)
		//pause()会令目前的进程暂停(进入睡眠状态),直到信号被中断
		pause();
	mq_close(mqid);
	return 0;
}

mq_notify注意

1.任何时刻只能有一个进程可以被注册为接收某个给定队列的通知

2.当有一个消息到达某个先前为空的队列,而且已有一个进程被注册为接收该队列的通知,只有没有任何线程阻塞在该队列的mq_receive调用的前提下,通知才会发出。

3.当通知被发送到它的注册进程时,其注册被撤销。进程必须再次调用mq_notify以重新注册(如果需要的话),重新注册要放在消息队列读出信息之前而不是之后。

 

 

 

 

 

 

 

 

<think>好的,用户让我介绍一下POSIX消息队列。我需要先回想一下POSIX消息队列的基本概念和用途。POSIX消息队列是Unix-like系统中的一种进程间通信(IPC)机制,允许不同进程通过消息队列交换数据。可能用户是开发者,需要了解如何在多进程应用中实现通信,或者在学习操作系统相关的知识。 首先,我应该解释POSIX消息队列是什么,它的主要特点。要提到它遵循POSIX标准,支持异步通信,消息有优先级,使用文件描述符管理等。然后可能需要比较一下System V消息队列,因为用户可能对这两种都有所耳闻,需要区分它们的区别。 接下来,需要介绍POSIX消息队列的核心概念,比如消息队列描述符、消息结构、属性设置等。然后,详细说明基本操作,比如创建、发送、接收、关闭和删除队列的API函数,比如mq_open、mq_send、mq_receive等。每个函数的作用和参数可能需要简要说明,但不需要深入代码细节,保持概述层面。 还要强调使用时的注意事项,比如内核资源的限制,是否需要手动删除队列,以及权限问题。用户可能在开发中遇到队列未关闭或者权限错误的问题,这些点需要提醒。 另外,应用场景部分可以举例,比如任务调度、日志系统或者分布式系统,这样用户能更好地理解何时使用这种机制。同时,优缺点分析可以帮助用户权衡是否选择POSIX消息队列,比如它的优点在于接口简单、支持优先级,缺点可能是资源限制和持久化问题。 需要确保内容结构清晰,分点列出,符合用户要求的中文回答,同时检查是否所有数学公式或技术术语都正确使用了LaTeX格式,但在这个问题中可能数学公式较少,主要关注代码或术语的正确格式。比如函数名可以用斜体或者引号,但根据用户的要求,可能不需要特殊处理,只要正确使用中文解释即可。 最后,总结部分要简明扼要,强调POSIX消息队列的适用场景和注意事项,帮助用户快速理解。整个过程要保持口语化,避免技术术语堆砌,但又要准确传达关键信息。</think>POSIX消息队列是Unix/Linux系统中的一种进程间通信(IPC)机制,遵循POSIX标准设计。它允许不同进程通过队列形式异步交换数据,具有以下特点: 1. **跨进程通信**:支持不同进程(包括无亲缘关系的进程)通过命名队列通信。 2. **消息优先级**:每条消息可附加优先级,实现优先处理。 3. **异步操作**:发送/接收方无需同时在线。 4. **文件描述符管理**:通过`mq_open()`返回文件描述符进行操作。 --- ### 一、核心概念 - **消息队列描述符**:通过`mq_open()`获取,类似文件操作 - **消息结构**:包含消息正文(字节流)和优先级(0-32767) - **属性设置**$$ struct mq_attr \{ long mq_flags; // 阻塞/非阻塞标志 long mq_maxmsg; // 最大消息数 long mq_msgsize; // 单条消息最大字节数 long mq_curmsgs; // 当前队列中的消息数 \} $$ --- ### 二、基本操作 | 函数 | 作用 | 示例 | |--------------|-------------------------------|-------------------------------| | `mq_open()` | 创建/打开队列 | `mqd_t mq = mq_open("/myqueue", O_CREAT | O_RDWR, 0644, &attr);` | | `mq_send()` | 发送消息 | `mq_send(mq, "Hello", 5, 30);`(优先级30) | | `mq_receive()`| 接收消息 | `mq_receive(mq, buffer, buf_size, &prio);` | | `mq_close()` | 关闭队列 | `mq_close(mq);` | | `mq_unlink()`| 删除队列 | `mq_unlink("/myqueue");` | --- ### 三、关键特性 1. **持久化支持** 队列可配置为持久化存储(需内核支持),系统重启后仍存在 2. **阻塞模式控制** 通过`mq_setattr()`设置非阻塞模式: ```c struct mq_attr attr; attr.mq_flags = O_NONBLOCK; mq_setattr(mq, &attr, NULL); ``` 3. **通知机制** 使用`mq_notify()`注册异步事件通知: ```c struct sigevent sev; sev.sigev_notify = SIGEV_THREAD; sev.sigev_notify_function = callback_func; mq_notify(mq, &sev); ``` --- ### 四、使用注意事项 1. **内核限制** 通过`/proc/sys/fs/mqueue/`查看调整: - `msg_max`:最大消息数 - `msgsize_max`:单消息最大字节数 2. **资源释放** 需显式调用`mq_unlink()`删除队列,否则会持续占用内核资源 3. **权限控制** 创建时需指定权限(类似文件权限位) --- ### 五、典型应用场景 1. **任务调度系统** 高优先级任务优先处理 2. **日志收集系统** 多个进程向中央日志队列发送记录 3. **分布式系统通信** 松耦合的组件间数据传递 --- ### 六、与System V消息队列对比 | 特性 | POSIX消息队列 | System V消息队列 | |-------------------|-------------------------|------------------------| | 接口设计 | 类文件操作 | 复杂键值控制 | | 优先级支持 | ✅ | ❌ | | 超时控制 | 通过`mq_timedsend()`实现| 需自定义实现 | | 持久化 | 内核可选支持 | 非持久化 | --- ### 总结 POSIX消息队列适用于需要优先级控制和异步通信的场景。开发时需注意: 1. 合理设置队列容量防止溢出 2. 及时清理未使用的队列 3. 优先选择线程通知机制而非信号(避免信号处理限制) 示例编译命令: `gcc -o test test.c -lrt`(需链接实时库)
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