Linux進(jìn)程間通信——使用消息隊(duì)列
一、什么是消息隊(duì)列
消息隊(duì)列提供了一種從一個(gè)進(jìn)程向另一個(gè)進(jìn)程發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)塊的方法。 每個(gè)數(shù)據(jù)塊都被認(rèn)為含有一個(gè)類型，接收進(jìn)程可以獨(dú)立地接收含有不同類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。我們可以通過(guò)發(fā)送消息來(lái)避免命名管道的同步和阻塞問(wèn)題。但是消息隊(duì)列與命名管道一樣，每個(gè)數(shù)據(jù)塊都有一個(gè)***長(zhǎng)度的限制。
Linux用宏MSGMAX和MSGMNB來(lái)限制一條消息的***長(zhǎng)度和一個(gè)隊(duì)列的***長(zhǎng)度。
二、在Linux中使用消息隊(duì)列
Linux提供了一系列消息隊(duì)列的函數(shù)接口來(lái)讓我們方便地使用它來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的通信。它的用法與其他兩個(gè)System V PIC機(jī)制，即信號(hào)量和共享內(nèi)存相似。
1、msgget函數(shù)
該函數(shù)用來(lái)創(chuàng)建和訪問(wèn)一個(gè)消息隊(duì)列。它的原型為：
int msgget(key_t, key, int msgflg);
與其他的IPC機(jī)制一樣，程序必須提供一個(gè)鍵來(lái)命名某個(gè)特定的消息隊(duì)列。msgflg是一個(gè)權(quán)限標(biāo)志，表示消息隊(duì)列的訪問(wèn)權(quán)限，它與文件的訪問(wèn)權(quán)限一樣。msgflg可以與IPC_CREAT做或操作，表示當(dāng)key所命名的消息隊(duì)列不存在時(shí)創(chuàng)建一個(gè)消息隊(duì)列，如果key所命名的消息隊(duì)列存在時(shí)，IPC_CREAT標(biāo)志會(huì)被忽略，而只返回一個(gè)標(biāo)識(shí)符。
它返回一個(gè)以key命名的消息隊(duì)列的標(biāo)識(shí)符(非零整數(shù))，失敗時(shí)返回-1.
2、msgsnd函數(shù)
該函數(shù)用來(lái)把消息添加到消息隊(duì)列中。它的原型為：
int msgsend(int msgid, const void *msg_ptr, size_t msg_sz, int msgflg);
msgid是由msgget函數(shù)返回的消息隊(duì)列標(biāo)識(shí)符。
msg_ptr是一個(gè)指向準(zhǔn)備發(fā)送消息的指針，但是消息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)卻有一定的要求，指針msg_ptr所指向的消息結(jié)構(gòu)一定要是以一個(gè)長(zhǎng)整型成員變量開始的結(jié)構(gòu)體，接收函數(shù)將用這個(gè)成員來(lái)確定消息的類型。所以消息結(jié)構(gòu)要定義成這樣：
- struct my_message{
- long int message_type;
- /* The data you wish to transfer*/
- };
msg_sz是msg_ptr指向的消息的長(zhǎng)度，注意是消息的長(zhǎng)度，而不是整個(gè)結(jié)構(gòu)體的長(zhǎng)度，也就是說(shuō)msg_sz是不包括長(zhǎng)整型消息類型成員變量的長(zhǎng)度。
msgflg用于控制當(dāng)前消息隊(duì)列滿或隊(duì)列消息到達(dá)系統(tǒng)范圍的限制時(shí)將要發(fā)生的事情。
如果調(diào)用成功，消息數(shù)據(jù)的一分副本將被放到消息隊(duì)列中，并返回0，失敗時(shí)返回-1.
3、msgrcv函數(shù)
該函數(shù)用來(lái)從一個(gè)消息隊(duì)列獲取消息，它的原型為
int msgrcv(int msgid, void *msg_ptr, size_t msg_st, long int msgtype, int msgflg);
msgid, msg_ptr, msg_st的作用也函數(shù)msgsnd函數(shù)的一樣。
msgtype可以實(shí)現(xiàn)一種簡(jiǎn)單的接收優(yōu)先級(jí)。如果msgtype為0，就獲取隊(duì)列中的***個(gè)消息。如果它的值大于零，將獲取具有相同消息類型的***個(gè)信息。如果它小于零，就獲取類型等于或小于msgtype的絕對(duì)值的***個(gè)消息。
msgflg用于控制當(dāng)隊(duì)列中沒(méi)有相應(yīng)類型的消息可以接收時(shí)將發(fā)生的事情。
調(diào)用成功時(shí)，該函數(shù)返回放到接收緩存區(qū)中的字節(jié)數(shù)，消息被復(fù)制到由msg_ptr指向的用戶分配的緩存區(qū)中，然后刪除消息隊(duì)列中的對(duì)應(yīng)消息。失敗時(shí)返回-1.
4、msgctl函數(shù)
該函數(shù)用來(lái)控制消息隊(duì)列，它與共享內(nèi)存的shmctl函數(shù)相似，它的原型為：
int msgctl(int msgid, int command, struct msgid_ds *buf);
command是將要采取的動(dòng)作，它可以取3個(gè)值，
IPC_STAT：把msgid_ds結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)設(shè)置為消息隊(duì)列的當(dāng)前關(guān)聯(lián)值，即用消息隊(duì)列的當(dāng)前關(guān)聯(lián)值覆蓋msgid_ds的值。
IPC_SET：如果進(jìn)程有足夠的權(quán)限，就把消息列隊(duì)的當(dāng)前關(guān)聯(lián)值設(shè)置為msgid_ds結(jié)構(gòu)中給出的值
IPC_RMID：刪除消息隊(duì)列
buf是指向msgid_ds結(jié)構(gòu)的指針，它指向消息隊(duì)列模式和訪問(wèn)權(quán)限的結(jié)構(gòu)。msgid_ds結(jié)構(gòu)至少包括以下成員：
- struct msgid_ds
- {
- uid_t shm_perm.uid;
- uid_t shm_perm.gid;
- mode_t shm_perm.mode;
- };
成功時(shí)返回0，失敗時(shí)返回-1.
三、使用消息隊(duì)列進(jìn)行進(jìn)程間通信
馬不停蹄，介紹完消息隊(duì)列的定義和可使用的接口之后，我們來(lái)看看它是怎么讓進(jìn)程進(jìn)行通信的。由于可以讓不相關(guān)的進(jìn)程進(jìn)行行通信，所以我們?cè)谶@里將會(huì)編寫兩個(gè)程序，msgreceive和msgsned來(lái)表示接收和發(fā)送信息。根據(jù)正常的情況，我們?cè)试S兩個(gè)程序都可以創(chuàng)建消息，但只有接收者在接收完***一個(gè)消息之后，它才把它刪除。
接收信息的程序源文件為msgreceive.c的源代碼為：
- #include <unistd.h>
- #include <stdlib.h>
- #include <stdio.h>
- #include <string.h>
- #include <errno.h>
- #include <sys/msg.h>
- struct msg_st
- {
- long int msg_type;
- char text[BUFSIZ];
- };
- int main()
- {
- int running = 1;
- int msgid = -1;
- struct msg_st data;
- long int msgtype = 0; //注意1
- //建立消息隊(duì)列
- msgid = msgget((key_t)1234, 0666 | IPC_CREAT);
- if(msgid == -1)
- {
- fprintf(stderr, "msgget failed with error: %d\n", errno);
- exit(EXIT_FAILURE);
- }
- //從隊(duì)列中獲取消息，直到遇到end消息為止
- while(running)
- {
- if(msgrcv(msgid, (void*)&data, BUFSIZ, msgtype, 0) == -1)
- {
- fprintf(stderr, "msgrcv failed with errno: %d\n", errno);
- exit(EXIT_FAILURE);
- }
- printf("You wrote: %s\n",data.text);
- //遇到end結(jié)束
- if(strncmp(data.text, "end", 3) == 0)
- running = 0;
- }
- //刪除消息隊(duì)列
- if(msgctl(msgid, IPC_RMID, 0) == -1)
- {
- fprintf(stderr, "msgctl(IPC_RMID) failed\n");
- exit(EXIT_FAILURE);
- }
- exit(EXIT_SUCCESS);
- }
發(fā)送信息的程序的源文件msgsend.c的源代碼為：
- #include <unistd.h>
- #include <stdlib.h>
- #include <stdio.h>
- #include <string.h>
- #include <sys/msg.h>
- #include <errno.h>
- #define MAX_TEXT 512
- struct msg_st
- {
- long int msg_type;
- char text[MAX_TEXT];
- };
- int main()
- {
- int running = 1;
- struct msg_st data;
- char buffer[BUFSIZ];
- int msgid = -1;
- //建立消息隊(duì)列
- msgid = msgget((key_t)1234, 0666 | IPC_CREAT);
- if(msgid == -1)
- {
- fprintf(stderr, "msgget failed with error: %d\n", errno);
- exit(EXIT_FAILURE);
- }
- //向消息隊(duì)列中寫消息，直到寫入end
- while(running)
- {
- //輸入數(shù)據(jù)
- printf("Enter some text: ");
- fgets(buffer, BUFSIZ, stdin);
- data.msg_type = 1; //注意2
- strcpy(data.text, buffer);
- //向隊(duì)列發(fā)送數(shù)據(jù)
- if(msgsnd(msgid, (void*)&data, MAX_TEXT, 0) == -1)
- {
- fprintf(stderr, "msgsnd failed\n");
- exit(EXIT_FAILURE);
- }
- //輸入end結(jié)束輸入
- if(strncmp(buffer, "end", 3) == 0)
- running = 0;
- sleep(1);
- }
- exit(EXIT_SUCCESS);
- }
運(yùn)行結(jié)果如下：
四、例子分析——消息類型
這里主要說(shuō)明一下消息類型是怎么一回事，注意msgreceive.c文件main函數(shù)中定義的變量msgtype(注釋為注意1)，它作為msgrcv函數(shù)的接收信息類型參數(shù)的值，其值為0，表示獲取隊(duì)列中***個(gè)可用的消息。再來(lái)看看msgsend.c文件中while循環(huán)中的語(yǔ)句data.msg_type = 1(注釋為注意2)，它用來(lái)設(shè)置發(fā)送的信息的信息類型，即其發(fā)送的信息的類型為1。所以程序msgreceive能夠接收到程序msgsend發(fā)送的信息。
如果把注意1，即msgreceive.c文件main函數(shù)中的語(yǔ)句由long int msgtype = 0;改變?yōu)閘ong int msgtype = 2;會(huì)發(fā)生什么情況，msgreceive將不能接收到程序msgsend發(fā)送的信息。因?yàn)樵谡{(diào)用msgrcv函數(shù)時(shí)，如果msgtype(第四個(gè)參數(shù))大于零，則將只獲取具有相同消息類型的***個(gè)消息，修改后獲取的消息類型為2，而msgsend發(fā)送的消息類型為1，所以不能被msgreceive程序接收。重新編譯msgreceive.c文件并再次執(zhí)行，其結(jié)果如下：
我們可以看到，msgreceive并沒(méi)有接收到信息和輸出，而且當(dāng)msgsend輸入end結(jié)束后，msgreceive也沒(méi)有結(jié)束，通過(guò)jobs命令我們可以看到它還在后臺(tái)運(yùn)行著。
五、消息隊(duì)列與命名管道的比較
消息隊(duì)列跟命名管道有不少的相同之處，通過(guò)與命名管道一樣，消息隊(duì)列進(jìn)行通信的進(jìn)程可以是不相關(guān)的進(jìn)程，同時(shí)它們都是通過(guò)發(fā)送和接收的方式來(lái)傳遞數(shù)據(jù)的。在命名管道中，發(fā)送數(shù)據(jù)用write，接收數(shù)據(jù)用read，則在消息隊(duì)列中，發(fā)送數(shù)據(jù)用msgsnd，接收數(shù)據(jù)用msgrcv。而且它們對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)都有一個(gè)***長(zhǎng)度的限制。
與命名管道相比，消息隊(duì)列的優(yōu)勢(shì)在于，1、消息隊(duì)列也可以獨(dú)立于發(fā)送和接收進(jìn)程而存在，從而消除了在同步命名管道的打開和關(guān)閉時(shí)可能產(chǎn)生的困難。2、同時(shí)通過(guò)發(fā)送消息還可以避免命名管道的同步和阻塞問(wèn)題，不需要由進(jìn)程自己來(lái)提供同步方法。3、接收程序可以通過(guò)消息類型有選擇地接收數(shù)據(jù)，而不是像命名管道中那樣，只能默認(rèn)地接收。
