Linux&Apue（0.5.6）：进程间通信的系统IPC方法（消息队列）编程

（一）进程间通信的系统IPC方法（消息队列）编程

(1) 消息队列基础知识

1.1 消息队列的定义

消息队列：在消息的传输过程中保存消息的容器（本质上是位于内核空间的链表，链表的每个节点都是一条消息。消息类型为 0 的链表记录了所有消息加入队列的顺序，除此之外每一条消息都有自己的消息类型，消息类型用整数来表示，而且必须大于 0）。
限制：
①每个消息的最大长度是有上限的（MSGMAX）。
②每个消息队列的总的字节数是有上限的（MSGMNB）。
③系统上消息队列的总数也有一个上限（MSGMNI）。
拓展：
①什么是消息？
消息：是在两台计算机间传送的数据单位，也可以理解为有边界信息的字节流。下至包含文本字符串，上至包含嵌入对象（不同于字节流，字符流）。

1.2 消息队列涉及函数

系统IPC方法的步骤基本相同。消息队列创建步骤也分为了：创建和访问MQ，发送消息，接收消息，删除MQ

1.2.1 ftok（）函数

ftok（）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。

#include <sys/types.h>		//头文件包含
#include <sys/ipc.h>

key_t ftok( const char * pathname,  int id)

参数	功能
pathname	pathname：指定的文件名或路径（一般：当前目录））
int id	id：子序号（int型，但只有8bits：1~255）

返回值：在一般的UNIX实现中，是将文件的索引节点号取出，前面加上子序号得到。

1.2.2 msgget（）函数

msgget（）函数：用来创建消息队列ID。

#include <sys/types.h>		//头文件包含
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

int msgget(key_t key, int msgflg);

参数	功能
key	ftok()返回的key_t类型键值
msgflg	创建标志

参数msgflg两种设置：
①IPC_CREAT，不存在则创建,存在则返回已有的mqid。②IPC_CREAT|IPC_EXCL，不存在则创建,存在则返回出错。
返回值：
成功：返回一个非负整数的共享内存段的标识码
失败：返回-1，并设置相应errno值。

1.2.3 msgsnd（）函数

msgsnd（）函数：用来发送一个消息，必须要有写消息队列的权限。

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

参数	功能
msgid	由msgget函数返回的消息队列 ID
msgp	指针，指向要发送的消息结构体类型的变量。限制：①小于系统上限值②以一个long int长整数开始
msgsz	发送消息的长度
msgflg	控制着当前消息队列满或到达系统上限时将要发生的事情，设置IPC_NOWAIT表示队列满不等待，返回EAGAIN错误（设为0：线程将被阻塞至消息被写入）

返回值：
成功：返回0。
失败：返回-1，并设置相应errno值。
msgp指针指向的结构体示例：

typedef struct s_msgbuf
{
	long mtype;
	char mtext[512];
} t_msgbuf;

1.2.4 msgrcv（）函数

msgrcv（）函数：用来从一个消息队列中接收消息。

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

参数	功能
msgid	由msgget函数返回的消息队列 ID
msgp	一个指针，它指向准备接收的消息
msgsz	msgp指向的消息长度（这个长度不含保存消息类型的那个long int长整型）
msgtype	消息的类型，它可以实现接收优先级的简单形式
msgflg	控制着队列中没有相应类型的消息可供接收时将要发生的事

参数msgtype的值设置：
①等于0：返回队列第一条信息。
②大于0：返回队列第一条类型等于msgtype的消息。
③小于0：返回队列第一条类型小于等于msgtype绝对值的消息，并且是满足条件的消息类型最小的消息
参数msgflg的值设置：
①IPC_NOWAIT：队列没有可读消息不等待，返回ENOMSG错误。
②MSG_NOERROR：消息大小超过msgsz时被截断。
③msgtype>0且msgflg=MSG_EXCEPT：接收类型不等于msgtype的第一条消息。
④0：一直阻塞，直到有信息进入。
返回值：
成功：返回实际接收到缓冲区的字符个数。
失败：返回-1，并设置相应errno值。

1.2.5 msgctl（）函数

msgctl（）函数：用于控制消息队列。

参数	功能
msgid	msgget函数返回的消息队列 ID
cmd	采取的操作
buf	一个结构指针，它指向存储消息队列的相关信息的 buf

参数cmd的值设置：
①IPC_STAT：把msqid_ds结构中的数据设置为消息队列的当前关联值。
②IPC_SET： 如果进程有足够的权限，就把消息队列的当前关联值设置为msqid_ds结构中给出的值。
③IPC_RMID：删除消息队列。

(2) 不同进程收发消息编程示例

2.1 不同进程收发消息编程的代码示例

2.1.1 消息发送方的代码示例

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/msg.h>

#define FTOK_PATH	"/dev/zero"
#define FTOK_PROJID	0x66

typedef struct s_msgbuf
{
	long	mtype;
	char	mtext[512];
}t_msgbuf;

int main(int argc,char**argv)
{
	key_t		key;
	int		msgid;
	int		i;
	t_msgbuf	msgbuf;
	int		msgtype;

	if((key=ftok(FTOK_PATH,FTOK_PROJID))<0)
	{
		printf("ftok() get IPC token failure:%s\n",strerror(errno));
		return -1;
	}
	//创建消息队列ID
	msgid=msgget(key,IPC_CREAT|0666);
	if(msgid<0)
	{
		printf("msgget() create  msgqueue failure:%s\n",strerror(errno));
		return -2;
	}
	//转化后，打印各值
	msgtype=(int)key;
	printf("key[%d] msgid[%d] msgypte[%d]\n",(int)key,msgid,msgtype);

	for(i=0;i<4;i++)
	{	
		//将获得的队列ID放入msgbuf结构体中
		msgbuf.mtype=msgtype;
		strcpy(msgbuf.mtext,"Ping");
		//发送信息
		if(msgsnd(msgid,&msgbuf,sizeof(msgbuf.mtext),IPC_NOWAIT)<0)
		{
			printf("msgsnd() send message failure :%s\n",strerror(errno));
			break;
		}
		printf("send message:%s\n",msgbuf.mtext);
		sleep(1);
	}
	msgctl(msgid,IPC_RMID,NULL);
	return 0;
}

2.1.2 消息接收方的代码示例

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/msg.h>

#define FTOK_PATH	"/dev/zero"
#define FTOK_PROJID	0x66

typedef struct s_msgbuf
{
	long	mtype;
	char	mtext[512];
}t_msgbuf;

int main(int argc,char**argv)
{
	key_t		key;
	int		msgid;
	int		i;
	t_msgbuf	msgbuf;
	int		msgtype;

	if((key=ftok(FTOK_PATH,FTOK_PROJID))<0)
	{
		printf("ftok() get IPC token failure:%s\n",strerror(errno));
		return -1;
	}
	//创建消息队列ID
	msgid=msgget(key,IPC_CREAT|0666);
	if(msgid<0)
	{
		printf("msgget() create  msgqueue failure:%s\n",strerror(errno));
		return -2;
	}
	//转化后，打印各值
	msgtype=(int)key;
	printf("key[%d] msgid[%d] msgypte[%d]\n",(int)key,msgid,msgtype);

	for(i=0;i<4;i++)
	{
		memset(&msgbuf,0,sizeof(msgbuf));	
		//接收信息
		if(msgrcv(msgid,&msgbuf,sizeof(msgbuf.mtext),msgtype,0)<0)
		{
			printf("msgrcv() receive message failure :%s\n",strerror(errno));
			break;
		}
		printf("receive message:%s\n",msgbuf.mtext);
		sleep(1);
	}
	msgctl(msgid,IPC_RMID,NULL);
	return 0;
}

2.1.3 遇到的问题

发送没有问题：

接收出现问题：No message of desired type

这里提示：没有符合需求类型的消息。
那么，我在想key值是相同的，但是接收方却接收不到信息，可能是接收上出现问题了。
解决一：将msgrcv（）函数中的msgflg设为0，让其一直阻塞看看情况怎么样。
先运行接收程序，让其阻塞等待消息：

再运行发送程序：

接收程序的结果：

我们发现，这样就解决了之前的问题了。