【操作系统】进程间的通信——消息队列

半生瓜的blog

发布于 2023-05-13 14:15:42

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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;
}