Linux进程间通信 --- 消息队列

消息队列 IPC 原理

消息队列是消息的链式队列，如下图为消息队列的模型。整个消息队列有两种类型的数据结构。

1.msqid_ds 消息队列数据结构：描述整个消息队列的属性，主要包括整个消息队列的权限、拥有者、两个重要的指针(分别指向消息队列的第一个消息和最后一个消息)。

2.msg 消息队列数据结构：整个消息队列的主体，一个消息队列有若干个消息，每个消息数据结构的基本成员包括消息类型、消息大小、消息内容指针和下一个消息数据结构的位置。

消息队列还可以基于类型处理，但是，消息队列的 FIFO 原则仅仅适用于同类型的消息。在 Linux 中，对消息队列进行了以下规定(不同 Linux 版本的话值可能会不同)：

1.默认情况下，整个系统最多允许有16个消息队列。
2.每个消息队列最大为16384字节。
3.消息队列中的每个消息最大为8192字节。

这些内容在 /usr/include/linux/msg.h 中进行定义：

#define MSGMNI    16   /* <= IPCMNI */     /* max # of msg queue identifiers */
#define MSGMAX  8192   /* <= INT_MAX */   /* max size of message (bytes) */
#define MSGMNB 16384   /* <= INT_MAX */   /* default max size of a message queue */

消息队列的基本属性

下图出于 /usr/include/linux/msg.h 文件

消息队列管理

1.创建消息队列：

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

/* 第一个参数为key值，一般由ftok()函数获得;第二个参数为访问权限 */
int msgget(key_t key, int msgflg);

2.消息队列属性控制

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

/* 
 * 第一个参数为消息队列ID，由msgget获得
 * 第二个参数为控制指令
 * 第三个参数为数据传递的载体
 */
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

控制指令如下：

3.发送消息队列

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

/*
 * 第一个参数为消息队列ID
 * 第二个参数 msgp 指向定义的缓冲区
 * 第三个参数为发送消息的大小
 * 第四个参数一般高为0，阻塞调用进程
 */
int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);

4.从消息队列接收消息

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

/*
 * 第一个参数为消息队列ID
 * 第二个参数为临时消息数据结构，用于储存消息
 * 第三个参数为接收消息的大小
 * 第四个参数用于指定请求的消息类型
 * 第五个参数一般设置为0，阻塞调用进程 
 */
ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);

其中消息数据结构应定义如下：

/* From /usr/include/linux/msg.h */

struct msgbuf {
    long mtype;         /* 消息类型 */
    char mtext[1];      /* 存储消息位置，需要重新定义 */
};

消息队列应用实例

创建两个进程，使用消息队列进行通信，一个进程发送消息，另一个进程接收消息。

发送端：

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

struct msgbuf {
    long mtype;       
    char mtext[50];    
};

int main()
{
    int key, msg_id;
    static struct msgbuf buf;

    key = ftok(".", 1);

    msg_id = msgget(key, IPC_CREAT | 0600);

    /* 设置消息的类型 */
    buf.mtype = 1;

    while(1){

        fgets(buf.mtext, 50, stdin);

        /* 输入quit退出进程，并删除队列 */
        if(!strncmp(buf.mtext, "quit", 4)){
            msgctl(msg_id, IPC_RMID, 0);
            exit(0);
        }

        /* 将消息发送到队列 */
        msgsnd(msg_id, (void *)&buf, sizeof(buf), 0);
    }

    return 0;
}

接收端：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

struct msgbuf {
    long mtype;       
    char mtext[50];    
};

int main()
{
    int key, msg_id;
    static struct msgbuf buf;

    key = ftok(".", 1);

    msg_id = msgget(key, IPC_CREAT | 0600);

    /* 设置消息类型 */
    buf.mtype = 1;

    while(1){

        /* 从消息队列接收消息 */
        msgrcv(msg_id, (void*)&buf, sizeof(buf), buf.mtype, 0);
        
        printf("Recv msg : %s \n", buf.mtext);
    }

    return 0;
}

运行结果：