进程间通信之：消息队列

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        8.6  消息队列

        8.6.1  消息队列概述

        顾名思义，消息队列就是一些消息的列表。用户可以从消息队列中添加消息和读取消息等。从这点上看，消息队列具有一定的FIFO特性，但是它可以实现消息的随机查询，比FIFO具有更大的优势。同时，这些消息又是存在于内核中的，由“队列ID”来标识。
         
        8.6.2  消息队列的应用

        1．函数说明

        消息队列的实现包括创建或打开消息队列、添加消息、读取消息和控制消息队列这4种操作。其中创建或打开消息队列使用的函数是msgget()，这里创建的消息队列的数量会受到系统消息队列数量的限制；添加消息使用的函数是msgsnd()函数，它把消息添加到已打开的消息队列末尾；读取消息使用的函数是msgrcv()，它把消息从消息队列中取走，与FIFO不同的是，这里可以指定取走某一条消息；最后控制消息队列使用的函数是msgctl()，它可以完成多项功能。
         
        2．函数格式

        表8.23列举了msgget()函数的语法要点。
        表8.23 msgget()函数语法要点

所需头文件		#include <sys/types.h>                                         #include <sys/ipc.h>                                         #include <sys/shm.h>
函数原型		int msgget(key_t key, int msgflg)
函数传入值	key：消息队列的键值，多个进程可以通过它访问同一个消息队列，其中有个特殊值IPC_PRIVATE。它用于创建当前进程的私有消息队列
	msgflg：权限标志位
函数返回值	成功：消息队列ID
	出错：-1

         
        表8.24列举了msgsnd()函数的语法要点。
        表8.24 msgsnd()函数语法要点

所需头文件	#include <sys/types.h>                                         #include <sys/ipc.h>                                         #include <sys/shm.h>
函数原型	int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg)
函数传入值	msqid：消息队列的队列ID
	msgp：指向消息结构的指针。该消息结构msgbuf通常为：                                         struct msgbuf                                                                         {                                                                         long mtype;     /* 消息类型，该结构必须从这个域开始 */                                                                         char mtext[1];   /* 消息正文 */                                         }
	msgsz：消息正文的字节数（不包括消息类型指针变量）
	msgflg：	IPC_NOWAIT若消息无法立即发送（比如：当前消息队列已满），函数会立即返回
		0：msgsnd调阻塞直到发送成功为止
函数返回值	成功：0
	出错：-1

         
        表8.25列举了msgrcv()函数的语法要点。
        表8.25 msgrcv()函数语法要点

所需头文件		#include <sys/types.h>                                         #include <sys/ipc.h>                                         #include <sys/shm.h>
函数原型		int msgrcv(int msgid, void *msgp, size_t msgsz, long int msgtyp, int msgflg)
函数传入值		msqid：消息队列的队列ID
		msgp：消息缓冲区, 同于msgsnd()函数的msgp
		msgsz：消息正文的字节数（不包括消息类型指针变量）
		msgtyp：		0：接收消息队列中第一个消息
				大于0：接收消息队列中第一个类型为msgtyp的消息
				小于0：接收消息队列中第一个类型值不小于msgtyp绝对值且类型值又最小的消息
函数传入值	msgflg：		MSG_NOERROR：若返回的消息比msgsz字节多，则消息就会截短到msgsz字节，且不通知消息发送进程
			IPC_NOWAIT若在消息队列中并没有相应类型的消息可以接收，则函数立即返回
			0：msgsnd()调用阻塞直到接收一条相应类型的消息为止
函数返回值	成功：0
	出错：-1

         
        表8.26列举了msgctl()函数的语法要点。
        表8.26 msgctl()函数语法要点

所需头文件	#include <sys/types.h>                                                                         #include <sys/ipc.h>                                                                         #include <sys/shm.h>
函数原型	int msgctl (int msgqid, int cmd, struct msqid_ds *buf )
函数传入值	msqid：消息队列的队列ID
	cmd：                                                                         命令参数	IPC_STAT：读取消息队列的数据结构msqid_ds，并将其存储在buf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域（IPC操作权限描述结构）值。这个值取自buf参数
		IPC_RMID：从系统内核中删除消息队列
	buf：描述消息队列的msgqid_ds结构类型变量
函数返回值	成功：0
	出错：-1

         
        3．使用实例

        这个实例体现了如何使用消息队列进行两个进程（发送端和接收端）之间的通信，包括消息队列的创建、消息发送与读取、消息队列的撤消和删除等多种操作。
         
        消息发送端进程和消息接收端进程之间不需要额外实现进程之间的同步。在该实例中，发送端发送的消息类型设置为该进程的进程号（可以取其他值），因此接收端根据消息类型确定消息发送者的进程号。注意这里使用了函数fotk()，它可以根据不同的路径和关键字产生标准的key。以下是消息队列发送端的代码：
         
        /* msgsnd.c */
        #include <sys/types.h>
        #include <sys/ipc.h>
        #include <sys/msg.h>
        #include <stdio.h>
        #include <stdlib.h>
        #include <unistd.h>
        #include <string.h>
        #define  BUFFER_SIZE        512
         
        struct message
        {
             long msg_type;
             char msg_text[BUFFER_SIZE];
        };
         
        int main()
        {
             int qid;
             key_t key;
             struct message msg;
            
             /*根据不同的路径和关键字产生标准的key*/
             if ((key = ftok(".", &#39;a&#39;)) == -1)
             {
                perror("ftok");
                exit(1);
             }
            
             /*创建消息队列*/
             if ((qid = msgget(key, IPC_CREAT|0666)) == -1)
             {
                perror("msgget");
                exit(1);
             }
             printf("Open queue %d\n",qid);
            
             while(1)
             {
                printf("Enter some message to the queue:");
                if ((fgets(msg.msg_text, BUFFER_SIZE, stdin)) == NULL)
                {
                    puts("no message");
                    exit(1);
                }
                
                msg.msg_type = getpid();
                
                /*添加消息到消息队列*/
                if ((msgsnd(qid, &msg, strlen(msg.msg_text), 0)) < 0)
                {
                    perror("message posted");
                    exit(1);
                }
                
                if (strncmp(msg.msg_text, "quit", 4) == 0)
                {
                    break;
                }
             }
             exit(0);
        }
         
        以下是消息队列接收端的代码：
         
        /* msgrcv.c */
        #include <sys/types.h>
        #include <sys/ipc.h>
        #include <sys/msg.h>
        #include <stdio.h>
        #include <stdlib.h>
        #include <unistd.h>
        #include <string.h>
        #define  BUFFER_SIZE        512
         
        struct message
        {
             long msg_type;
             char msg_text[BUFFER_SIZE];
        };
         
        int main()
        {
             int qid;
             key_t key;
             struct message msg;
            
             /*根据不同的路径和关键字产生标准的key*/
             if ((key = ftok(".", &#39;a&#39;)) == -1)
             {
                perror("ftok");
                exit(1);
             }
            
             /*创建消息队列*/
             if ((qid = msgget(key, IPC_CREAT|0666)) == -1)
             {
                perror("msgget");
                exit(1);
             }
             printf("Open queue %d\n", qid);
            
             do
             {
                /*读取消息队列*/
                memset(msg.msg_text, 0, BUFFER_SIZE);
                if (msgrcv(qid, (void*)&msg, BUFFER_SIZE, 0, 0) < 0)
                {
                    perror("msgrcv");
                    exit(1);
                }
                printf("The message from process %d : %s", msg.msg_type, msg.msg_text);        
                
             } while(strncmp(msg.msg_text, "quit", 4));
                
             /*从系统内核中移走消息队列 */
             if ((msgctl(qid, IPC_RMID, NULL)) < 0)
             {
                perror("msgctl");
                exit(1);
             }
            
             exit(0);
        }
         
        以下是程序的运行结果。输入“quit”则两个进程都将结束。
         
        $ ./msgsnd   
        Open queue 327680
        Enter some message to the queue:first message
        Enter some message to the queue:second message
        Enter some message to the queue:quit
        $ ./msgrcv
        Open queue 327680
        The message from process 6072 : first message
        The message from process 6072 : second message
        The message from process 6072 : quit