linux环境编程--IPC 之 msg queue-优快云博客

本文详细介绍了消息队列的基础知识及核心系统调用，包括msgget()、msgsnd()、msgrcv()和msgctl()的功能与使用方法。通过具体示例展示了如何创建、发送接收消息及控制消息队列。

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消息队列
 在UNIX的SystemV版本，AT&T引进了三种新形式的IPC功能（消息队列、信号量、以及共享内存）。但BSD版本的UNIX使用套接口作为主要的IPC形式。Linux系统同时支持这两个版本。<div> 系统调用msgget() 如果希望创建一个新的消息队列，或者希望存取一个已经存在的消息队列，你可以使用系统调用msgget()。 系统调用：msgget(); 原型：int msgget(key_t key, int msgflg); 返回值：如果成功，返回消息队列标识符 如果失败，则返回-1：errno=EACCESS(权限不允许) EEXIST(队列已经存在，无法创建) EIDRM(队列标志为删除) ENOENT(队列不存在) ENOMEM(创建队列时内存不够) ENOSPC(超出最大队列限制) 系统调用msgget()中的第一个参数是关键字值（通常是由ftok()返回的）。然后此关键字值将会和其他已经存在于系统内核中的关键字值比较。这时，打开和存取操作是和参数msgflg中的内容相关的。 IPC_CREAT如果内核中没有此队列，则创建它。 IPC_EXCL当和IPC_CREAT一起使用时，如果队列已经存在，则失败。 如果单独使用IPC_CREAT，则msgget()要么返回一个新创建的消息队列的标识符，要么返回具有相同关键字值的队列的标识符。如果IPC_EXCL和IPC_CREAT一起使用，则msgget()要么创建一个新的消息队列，要么如果队列已经存在则返回一个失败值-1。IPC_EXCL单独使用是没有用处的。 下面看一个打开和创建一个消息队列的例子： int open_queue(key_t keyval) { intqid; if((qid=msgget(keyval, IPC_CREAT|0660))==-1) { return(-1); } return(qid); } 系统调用msgsnd() 一旦我们得到了队列标识符，我们就可以在队列上执行我们希望的操作了。如果想要往队列中发送一条消息，你可以使用系统调用msgsnd（）： 系统调用：msgsnd(); 原型：int msgsnd(int msqid,struct msgbuf*msgp,int msgsz,int msgflg); 返回值：如果成功，0。 如果失败，-1：errno=EAGAIN(队列已满，并且使用了IPC_NOWAIT) EACCES(没有写的权限) EFAULT(msgp地址无效) EIDRM（消息队列已经删除) EINTR(当等待写操作时，收到一个信号) EINVAL(无效的消息队列标识符，非正数的消息类型，或 者无效的消息长度) ENOMEM(没有足够的内存复制消息缓冲区) 系统调用msgsnd()的第一个参数是消息队列标识符，它是由系统调用msgget返回的。第二个参数是msgp，是指向消息缓冲区的指针。参数msgsz中包含的是消息的字节大小，但不包括消息类型的长度（4个字节）。 参数msgflg可以设置为0（此时为忽略此参数），或者使用IPC_NOWAIT。 如果消息队列已满，那么此消息则不会写入到消息队列中，控制将返回到调用进程中。如果没有指明，调用进程将会挂起，直到消息可以写入到队列中。 下面是一个发送消息的程序： int send_message(int qid, struct mymsgbuf *qbuf) { intresult,length; /*The length is essentially the size of the structure minus sizeof(mtype)*/ length=sizeof(structmymsgbuf)-sizeof(long); if((result = msgsnd(qid, qbuf, length, 0))==-1) { return(-1); } return(result); } 系统调用：msgrcv(); 原型：int msgrcv(intmsqid,structmsgbuf*msgp,intmsgsz,longmtype,intmsgflg); 返回值：如果成功，则返回复制到消息缓冲区的字节数。 如果失败，则返回-1：errno=E2BIG(消息的长度大于msgsz,没有MSG_NOERROR) EACCES(没有读的权限) EFAULT(msgp指向的地址是无效的) EIDRM(队列已经被删除) EINTR(被信号中断) EINVAL(msgqid无效,或者msgsz小于0) ENOMSG(使用IPC_NOWAIT,同时队列中的消息无法满足要求) 第一个参数用来指定将要读取消息的队列。第二个参数代表要存储消息的消息缓冲区的地址。第三个参数是消息缓冲区的长度，不包括mtype的长度，它可以按照如下的方法计算： msgsz=sizeof(struct mymsgbuf)-sizeof(long); 第四个参数是要从消息队列中读取的消息的类型。如果此参数的值为0，那么队列中最长时间的一条消息将返回，而不论其类型是什么。 如果调用中使用了IPC_NOWAIT作为标志，那么当没有数据可以使用时，调用将把ENOMSG返回到调用进程中。否则，调用进程将会挂起，直到队列中的一条消息满足msgrcv()的参数要求。如果当客户端等待一条消息的时候队列为空，将会返回EIDRM。如果进程在等待消息的过程中捕捉到一个信号，则返回EINTR。 下面就是一个从队列中读取消息的程序： int read_message(int qid,long type,struct mymsgbuf*qbuf) { intresult,length; /*The length is essentially the size of the structure minus sizeof(mtype)*/ length=sizeof(struct mymsgbuf)-sizeof(long); if((result=msgrcv(qid,qbuf,length,type,0))==-1) { return(-1); } return(result); } 在成功地读取了一条消息以后，队列中的这条消息的入口将被删除。 参数msgflg中的MSG_NOERROR位提供一种额外的用途。如果消息的实际长度大于msgsz，同时使用了MSG_NOERROR，那么消息将会被截断，只有与msgsz长度相等的消息返回。一般情况下，系统调用msgrcv()会返回-1，而这条消息将会继续保存在队列中。我们可以利用这个特点编制一个程序，利用这个程序可以查看消息队列的情况，看看符合我们条件的消息是否已经到来： int peek_message(int qid,long type) { int result,length; if((result=msgrcv(qid,NULL,0,type,IPC_NOWAIT))==-1) { if(errno==E2BIG) return(TRUE); } return(FALSE); } 在上面的程序中，我们忽略了缓冲区的地址和长度。这样，系统调用将会失败。尽管如此，我们可以检查返回的E2BIG值，它说明符合条件的消息确实存在。 系统调用msgctl() 下面我们继续讨论如何使用一个给定的消息队列的内部数据结构。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 ); 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。 下面是一个修改队列存取模式的程序： int change_queue_mode(int qid, char *mode ) { struct msqid_ds tmpbuf; /* Retrieve a current copy of the internal data structure */ get_queue_ds( qid, &tmpbuf); /* Change the permissions using an old trick */ sscanf(mode, "%ho", &tmpbuf.msg_perm.mode); /* Update the internal data structure */ if( msgctl( qid, IPC_SET, &tmpbuf) == -1) { return(-1); } return( } 我们通过调用get_queue_ds来读取队列的内部数据结构。然后，我们调用sscanf( )修改数据结构msg_perm中的mode 成员的值。但直到调用msgctl（）时，权限的改变才真正完成。在这里msgctl（）使用的是IPC_SET命令。 最后，我们使用系统调用msgctl ( )中的IPC_RMID命令删除消息队列： int remove_queue(int qid ) { if( msgctl( qid, IPC_RMID, 0) == -1) { return(-1); } return(0); } }; </div>