linux进程间通信之消息队列

Posted 2020-08-08 Mr_listening

我们已经知道进程通信的方式是有多种的，在上一篇博客中讲述了通过管道实现简单的进程间通信，那么接下来我们看看与之类似的另一种方式，通过消息队列来实现进程间通信。

什么是消息队列

消息队列提供了一种由一个进程向另一个进程发送块数据的方法。另外，每一个数据块被看作有一个类型，而接收进程可以独立接收具有不同类型的数据块。消息队列的好处在于我们几乎可以完全避免同步问题，并且可以通过发送消息屏蔽有名管道的问题。更好的是，我们可以使用某些紧急方式发送消息。坏处在于，与管道类似，在每一个数据块上有一个最大尺寸限制，同时在系统中所有消息队列上的块尺寸上也有一个最大尺寸限制。

 

如何使用消息队列

我们先来了解一下System V IPC

System V IPC

    System V IPC指的是AT&T在System V.2发行版中引入的三种进程间通信工具:(1)信号量，用来管理对共享资源的访问 (2)共享内存，用来高效地实现进程间的数据共享 (3)消息队列，用来实现进程间数据的传递。我们把这三种工具统称为System V IPC的对象，每个对象都具有一个唯一的IPC标识符(identifier)。要保证不同的进程能够获取同一个IPC对象，必须提供一个IPC关键字(IPC key)，内核负责把IPC关键字转换成IPC标识符。   

    System V IPC具有相似的语法，一般操作如下:

(1)选择IPC关键字，可以使用如下三种方式:

       a)IPC_PRIVATE。由内核负责选择一个关键字然后生成一个IPC对象并把IPC标识符直接传递给另一个进程。
       b)直接选择一个关键字。
       c)使用ftok()函数生成一个关键字。

 (2)使用semget()/shmget()/msgget()函数根据IPC关键字key和一个标志flag创建或访问IPC对象。如果key是IPC_PRIVATE;或者key尚未与已经存在的IPC对象相关联且flag中包含IPC_CREAT标志，那么就会创建一个全新的IPC对象。

 (3)使用semctl()/shmctl()/msgctl()函数修改IPC对象的属性。

 (4)使用semctl()/shmctl()/msgctl()函数和IPC_RMID标志销毁IPC实例。

    System V IPC为每个IPC对象设置了一个ipc_perm结构体并在创建IPC对象的时候进行初始化。这个结构体中定义了IPC对象的访问权限和所有者:

struct ipc_perm{
       uid_t uid;   //所有者的用户id
       gid_t gid;   //所有者的组id
       uid_t cuid;  //创建者的用户id
       gid_t cgid;  //创建者的组id
       mode_t mode; //访问模式
       …

};
    

可以在/usr/include/linux/ipc.h目录进行查看。

 

shell中管理IPC对象的命令是ipcs、ipcmk和ipcrm。

很多人看到这里估计就看不下去了，我也是，怎么这么麻烦啊，这么多相关的东西。别急，我们再来继续分析，我们要使用消息队列、信号量和共享内存就必须知道上面这些，具体怎样实际的应用呢，我们继续来看。

在上面提到了IPC关键字，这里我们采用ftok函数来生成关键字，下面是一些在使用中会涉及的函数

》ftok函数
函数ftok把一个已存在的路径名和一个整数标识得转换成一个key_t值，称为IPC键：

# include <sys/types.h> 


# include <sys/ipc.h>

key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);

参数介绍：*pathname， 路径名 proj_id，项目号，不为0

》int msgget(key_t key, int msgflg); 创建消息队列

参数介绍：

>key，IPC关键字

>msgflag，IPC_CREAT 如果IPC不存在，则创建一个IPC资源，否则打开操作。 IPC_EXCL：只有在共享内存不存在的时候，新的共享内存才建立，否则就产生错误。
如果单独使用IPC_CREAT， XXXget()函数要么返回一个已经存在的共享内存的操作符，要
么返回一个新建的共享内存的标识符。
如果将IPC_CREAT和IPC_EXCL标志一起使用， XXXget()将返回一个新建的IPC标识符
；如果该IPC资源已存在，或者返回-1。 IPC_EXEL标志本来并没有太大的意义，但是和IPC_CREAT标志一起使用可以来保证

》向队列读/写消息

msgrcv从队列中取⽤消息：

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

msgsnd将数据放到消息队列中：

int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);
参数： msqid：消息队列的标识码 msgp：指向消息缓冲区的指针，此位置⽤来暂时存储发送和接收的消息，是一个用户可定义的通用结构，形态如下：

struct msgstru

{ long mtype; //大于于0
char mtext[用户指定大小]; };

msgsz：消息的大小。

msgtyp：从消息队列内读取的消息形态。如果值为零，则表示消息队列中的所有消息都会被读取。

msgflg：用来指明核心程序在队列没有数据的情况下所应采取的行动。如果msgflg和常数IPC_NOWAIT合用，则在msgsnd()执行时若是消息队列已满，则msgsnd()将不会阻塞，而会立即返回-1，如果执行的是msgrcv()，则在消息队列呈空时，不做等待马上返回-1，并设定错误码为ENOMSG。当msgflg为0时， msgsnd()及msgrcv()在队列呈满或呈空的情形时，采取阻塞等待的处理模式。

》设置消息队列属性
原型： int msgctl ( int msgqid, int cmd, struct msqid_ds *buf );
参数： msgctl 系统调用对 msgqid 标识的消息队列执行 cmd 操作，系统定义了 3 种 cmd 操作： IPC_STAT , IPC_SET , IPC_RMID


IPC_STAT : 该命令用来获取消息队列对应的 msqid_ds 数据结构，并将其保存到 buf 指
定的地址空间。 


IPC_SET : 该命令用来设置消息队列的属性，要设置的属性存储在buf中。

IPC_RMID : 从内核中删除 msqid 标识的消息队列

示例代码：

 comm.h：定义和函数声明

 1 #pragma once
 2 #include<stdio.h>
 3 #include<sys/ipc.h>
 4 #include<sys/msg.h>
 5 #include<stdlib.h>
 6 #include<string.h>
 7 #include<unistd.h>
 8 #include <sys/types.h>
 9 #include<time.h>
10 extern const  int ser_send_type;//server
11 extern const int cli_send_type;//client
12 #define _PATH_NAME_ "/tmp"
13 #define _PROJ_ID_ 0x111
14 #define _SIZE_ 512
15  
16 int create_msg_queue();
17 int get_msg_queue();
18 int recv_msg(int msg_id,int type,char* out);
19   int send_mag(int msg_id,int type,char* in);
20   
21   typedef struct msgbuf
22   {
23        long mtype;
24        char mtext[_SIZE_];
25   } msg_t;

View Code

comm.c：对server和client需要调用的一些函数的一些封装

 1 #include"comm.h"
 2  const int ser_send_type=1;//server
 3  const int cli_send_type=2;//client
 4  int comm_msg_queue(int flag)
 5  {
 6       key_t key = ftok(_PATH_NAME_,_PROJ_ID_);
 7       if(key == -1)
 8       {
 9            perror("ftok");
10            return -2;
11       }
12       int msg_id=msgget(key,flag);
13       if(msg_id<0)
14           perror("msgget");
15       return msg_id;
16 }
17 int create_msg_queue()
18 {
19       int flag=IPC_CREAT|IPC_EXCL|0664;
20      return comm_msg_queue(flag);
21  }
22  int get_msg_queue()
23  {
24      int flag=IPC_CREAT;
25      return comm_msg_queue(flag);
26 }
27 
28 int recv_msg(int msg_id,int type,char* out)
29 {
30     msg_t msg;
31     msg.mtype=type;
32     size_t ret=msgrcv(msg_id,&msg,sizeof(msg.mtext),type,0);
33     if(ret<0)
34     {
35          perror("msgrcv");
36          return 1;
37     }
38     strcpy(out,msg.mtext);
39     return 0;
40 }
41 int send_msg(int msg_id,int type,char* msg_in)
42 {
43      msg_t msg;
44      msg.mtype=type;
45      strncpy(msg.mtext,msg_in, strlen(msg_in)+1);
46      size_t  ret=msgsnd(msg_id,&msg,sizeof(msg.mtext),0);
47      if(ret<0)
48      {
49           perror("msgsnd");
50                return 2;
51       }
52       return 0;
53  }
54  int destroy_msg(int msg_id)
55  {
56       msgctl(msg_id,IPC_RMID,NULL);
57  }

View Code

server.c：

 1 #include "comm.h"
 2 
 3 int main()
 4 {
 5      int msg_id=create_msg_queue();
 6      char buf[_SIZE_];
 7      while(1)
 8      {
 9           memset(buf,0,sizeof(buf));
10           printf("please enter >:");
11           fgets(buf,sizeof(buf)-1,stdin);
12           if( strncmp(buf,"quit",4)==0)
13           {
14                printf("server bye!\\n");
15                break;
16           }
17            send_msg(msg_id,ser_send_type,buf);
18            memset(buf,0,sizeof(buf));
19            recv_msg(msg_id,cli_send_type,buf);
20            printf("client:%s",buf);
21       }
22       destroy_msg(msg_id);
23       return 0;
24 }

client.c：

 1 #include"comm.h"
 2  int main()
 3  {
 4       int msg_id=get_msg_queue();
 5       if(msg_id < 0){
 6            return 1;
 7       }    
 8     char buf[_SIZE_];
 9     while(1)
10     {
11          recv_msg(msg_id,ser_send_type,buf);
12          printf("server:%s",buf);
13          memset(buf,0,sizeof(buf));
14          
15          printf("please enter:");
16          fgets(buf,sizeof(buf)-1,stdin);
17          if(strncmp(buf,"quit",4)==0)
18          {
19               printf("client bye!\\n");
20               break;
21          }    
22          send_msg(msg_id,cli_send_type,buf);
23       }    
24       destroy_msg(msg_id);
25       return 0;
26       
27  }  

　　

最后再贴出makefile文件：

.PHONY: all
all:server client server:server.o comm.o
     gcc -o $@ $^
client:client.o comm.o
     gcc -o $@ $^
%.o:%.c
     gcc -c $<
.PHONY:clean
clean:
     rm -f server client *.o

　　

  最后我们再打开一个终端，一个运行server，一个运行client。看一下我们高大上的结果：