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)塊的方法觉啊。 每個(gè)數(shù)據(jù)塊都被認(rèn)為含有一個(gè)類型折联，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)急灭。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)最大長(zhǎng)度的限制钠糊。
Linux用宏MSGMAX和MSGMNB來(lái)限制一條消息的最大長(zhǎng)度和一個(gè)隊(duì)列的最大長(zhǎng)度。

在Linux中使用消息隊(duì)列

1壹哺、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)列抄伍。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)列斗躏。msgflg是一個(gè)權(quán)限標(biāo)志逝慧，表示消息隊(duì)列的訪問(wèn)權(quán)限，它與文件的訪問(wèn)權(quán)限一樣啄糙。msgflg可以與IPC_CREAT做或操作笛臣，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)隧饼，IPC_CREAT標(biāo)志會(huì)被忽略沈堡，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)）燕雁，失敗時(shí)返回-1.

2诞丽、msgsnd函數(shù)
該函數(shù)用來(lái)把消息添加到消息隊(duì)列中鲸拥。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)送消息的指針僧免，但是消息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)卻有一定的要求刑赶，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(kāi)始的結(jié)構(gòu)體，接收函數(shù)將用這個(gè)成員來(lái)確定消息的類型懂衩。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)度撞叨，注意是消息的長(zhǎng)度，而不是整個(gè)結(jié)構(gòu)體的長(zhǎng)度浊洞，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)度牵敷。
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)用成功法希，消息數(shù)據(jù)的一分副本將被放到消息隊(duì)列中枷餐，并返回0，失敗時(shí)返回-1.

3苫亦、msgrcv函數(shù)
該函數(shù)用來(lái)從一個(gè)消息隊(duì)列獲取消息毛肋，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)著觉。如果msgtype為0村生，就獲取隊(duì)列中的第一個(gè)消息。如果它的值大于零饼丘，將獲取具有相同消息類型的第一個(gè)信息。如果它小于零辽话，就獲取類型等于或小于msgtype的絕對(duì)值的第一個(gè)消息肄鸽。
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)油啤，該函數(shù)返回放到接收緩存區(qū)中的字節(jié)數(shù)典徘，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)消息益咬。失敗時(shí)返回-1.

4逮诲、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)相似幽告，它的原型為：

int msgctl(int msgid, int command, struct msgid_ds *buf);  

command是將要采取的動(dòng)作梅鹦，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)值冗锁，即用消息隊(duì)列的當(dāng)前關(guān)聯(lián)值覆蓋msgid_ds的值齐唆。
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)的指針冻河，它指向消息隊(duì)列模式和訪問(wèn)權(quán)限的結(jié)構(gòu)箍邮。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茉帅，失敗時(shí)返回-1.

三、使用消息隊(duì)列進(jìn)行進(jìn)程間通信
馬不停蹄锭弊，介紹完消息隊(duì)列的定義和可使用的接口之后堪澎，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)行行通信味滞，所以我們?cè)谶@里將會(huì)編寫(xiě)兩個(gè)程序全封，msgreceive和msgsned來(lái)表示接收和發(fā)送信息。根據(jù)正常的情況桃犬，我們?cè)试S兩個(gè)程序都可以創(chuàng)建消息刹悴，但只有接收者在接收完最后一個(gè)消息之后，它才把它刪除攒暇。

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)列中獲取消息土匀，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(xiě)消息，直到寫(xiě)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：

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形用，注意msgreceive.c文件main函數(shù)中定義的變量msgtype（注釋為注意1）就轧，它作為msgrcv函數(shù)的接收信息類型參數(shù)的值，其值為0田度，表示獲取隊(duì)列中第一個(gè)可用的消息妒御。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镇饺，即其發(fā)送的信息的類型為1乎莉。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奸笤，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)生什么情況惋啃，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)监右，如果msgtype（第四個(gè)參數(shù)）大于零边灭，則將只獲取具有相同消息類型的第一個(gè)消息，修改后獲取的消息類型為2健盒，而msgsend發(fā)送的消息類型為1绒瘦，所以不能被msgreceive程序接收。重新編譯msgreceive.c文件并再次執(zhí)行扣癣，其結(jié)果如下：


我們可以看到惰帽，msgreceive并沒(méi)有接收到信息和輸出，而且當(dāng)msgsend輸入end結(jié)束后搏色，msgreceive也沒(méi)有結(jié)束善茎，通過(guò)jobs命令我們可以看到它還在后臺(tái)運(yùn)行著。

五频轿、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垂涯，通過(guò)與命名管道一樣烁焙，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)的耕赘。在命名管道中骄蝇，發(fā)送數(shù)據(jù)用write，接收數(shù)據(jù)用read操骡，則在消息隊(duì)列中九火，發(fā)送數(shù)據(jù)用msgsnd，接收數(shù)據(jù)用msgrcv册招。而且它們對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)都有一個(gè)最大長(zhǎng)度的限制岔激。

與命名管道相比，消息隊(duì)列的優(yōu)勢(shì)在于是掰，
1虑鼎、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(kāi)和關(guān)閉時(shí)可能產(chǎn)生的困難键痛。
2炫彩、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)提供同步方法絮短。
3江兢、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丁频，只能默認(rèn)地接收杉允。