linux 消息队列线程

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mob64ca1416b5a8 2024-10-14 13:48:28

文章标签 linux 消息队列线程 linux 消息队列 #include 数据 文章分类 运维

参考：Linux系统编程—消息队列

1、消息队列简介

消息队列本质上是位于内核空间的链表，链表的每一个节点都是一条消息。每一条消息都有自己的消息类型，消息类型用整数来表示，且必须大于0，每种类型的消息都被对应的链表所维护：

linux 消息队列线程_消息队列

其中数字1表示类型为1的消息，数字2、3、4类似，彩色块变数消息数据，它们被挂在对应类型的链表上。值得注意的是，没有消息类型为0的消息，实际上消息类型为0的链表记录了所有消息加入队列的顺序，图中红色箭头表示消息加入碎裂的顺序。

2、消息队列相关的函数

// 创建和获取 ipc 内核对象
int msgget(key_t key, int flags);
// 将消息发送到消息队列
int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);
// 从消息队列获取消息
ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);
// 查看、设置、删除 ipc 内核对象（用法和 shmctl 一样）
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

3、消息数据格式

无论你是发送数据还是接收数据，消息的格式都得按照规范来，它一般长成下面这个样子：

struct Msg{
   long type; // 消息类型。这个是必须的，而且值必须 > 0，这个值被系统使用
   // 消息正文，多少字节随你而定
   // ...
};

所以，只要你保证首4字节（32位linux下的long）是一个整数就行了，举例：

struct Msg {
	long type;
	char name[20];
	int age;
} msg;
	
struct Msg {
	long type;
	int start;
	int end;
} msg;

从上面可以看出，正文部分是什么数据类型都没关系，因为消息队列传递的是 2 进制数据，不一定非得是文本。

4、接口函数

4.1、msgsnd函数

/tr> /tr> /tr> /tr> /tr> /tr> /tr> /tr>

函数原型	int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg)
参数msqid	消息队列标识符
参数msgp	消息数据地址
参数msgsz	消息正文部分的大小，不含消息类型
参数msgflg	0:当消息队列满时，msgsnd将阻塞，直到消息能写进队列
	IPC_NOWAIT:当消息队列已满的时候，msgsnd函数不等待立即返回
	IPC_NOERROR：若发送的消息大于size字节，则把该消息截断，截断部分将被丢弃，且不通知发送进程
函数返回值	成功：0
	出错：-1，错误原因存于errno中
错误代码errno	EAGAIN：参数msgflg设为IPC_NOWAIT，而消息队列已满
	EIDRM：标识符为msqid的消息队列已被删除
	EACCESS：无权限写入消息队列
	EFAULT：参数msgp指向无效的内存地址
	EINTR：队列已满而处于等待情况下被信号中断
	EINVAL：无效的参数msqid、msgsz或参数消息类型type小于0

4.2、msgrcv函数

/tr> /tr> /tr> /tr> /tr> /tr> /tr> /tr>

函数原型	ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg)
参数msqid	消息队列标识符
参数msgp	用来接收消息数据地址
参数msgsz	消息正文部分的大小，不含消息类型
参数msgtyp	指定获取哪种类型的消息
参数msgflg	0: 阻塞式接收消息，没有该类型的消息msgrcv函数一直阻塞等待
	如果指定类型的消息不存在就立即返回，同时设置 errno 为 ENOMSG
	IPC_EXCEPT：与msgtype配合使用返回队列中第一个类型不为msgtype的消息
	MSG_NOERROR：如果消息数据正文内容大于 msgsz，就将消息数据截断为 msgsz
函数返回值	成功：实际读取到的消息数据长度
	出错：-1，错误原因存于errno中
错误代码errno	E2BIG：消息数据长度大于msgsz而msgflag没有设置IPC_NOERROR
	EIDRM：标识符为msqid的消息队列已被删除
	EACCESS：无权限读取该消息队列
	EFAULT：参数msgp指向无效的内存地址
	ENOMSG：参数msgflg设为IPC_NOWAIT，而消息队列中无消息可读
	EINTR：等待读取队列内的消息情况下被信号中断

4.3、msgctl函数

/tr> /tr> /tr> /tr> /tr> /tr> /tr>

函数原型	int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf)
参数msqid	消息队列标识符
参数cmd	IPC_STAT:获得msgid的消息队列头数据到buf中
	设置消息队列的属性，要设置的属性需先存储在buf中，可设置的属性包括：msg_perm.uid、msg_perm.gid、msg_perm.mode以及msg_qbytes
buf	消息队列管理结构体
函数返回值	成功：实际读取到的消息数据长度
	出错：-1，错误原因存于errno中
错误代码errno	EACCESS：参数cmd为IPC_STAT，确无权限读取该消息队列
	EFAULT：参数buf指向无效的内存地址
	EIDRM：标识符为msqid的消息队列已被删除
	EINVAL：无效的参数cmd或msqid
	EPERM：参数cmd为IPC_SET或IPC_RMID，却无足够的权限执行

5、实例

程序 msg_send 和 msg_recv 分别用于向消息队列发送数据和接收数据。

5.1、msg_send

msg_send 程序定义了一个结构体 Msg，消息正文部分是结构体 Person。该程序向消息队列发送了 10 条消息。
msg_send.c

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

typedef struct {
    char name[20];
    int age;
}Person;

typedef struct {
    long type;
    Person person;
}Msg;

int main(int argc, char *argv) {
    int id = msgget(0x8888, IPC_CREAT | 0664);
    
    Msg msg[10] = {
        {1, {"Luffy", 17}},
        {1, {"Zoro", 19}},
        {2, {"Nami", 18}},
        {2, {"Usopo", 17}},
        {1, {"Sanji", 19}},
        {3, {"Chopper", 15}},
        {4, {"Robin", 28}},
        {4, {"Franky", 34}},
        {5, {"Brook", 88}},
        {6, {"Sunny", 2}}
    };
    
    int i;
    for (i = 0; i < 10; ++i) {
        int res = msgsnd(id, &msg[i], sizeof(Person), 0);
    }
    
    return 0;
}

程序 msg_send 第一次运行完后，内核中的消息队列大概像下面这样：

linux 消息队列线程_linux 消息队列线程_02

5.2 msg_recv

msg_recv 程序接收一个参数，表示接收哪种类型的消息。比如./msg_recv 4 表示接收类型为 4 的消息，并打印在屏幕。
msg_recv.c

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

typedef struct {
    char name[20];
    int age;
}Person;

typedef struct {
    long type;
    Person person;
}Msg;

void printMsg(Msg *msg) {
    printf("{ type = %ld, name = %s, age = %d }\n",
           msg->type, msg->person.name, msg->person.age);
}
int main(int argc, char *argv[]) {
    if (argc < 2) {
        printf("usage: %s <type>\n", argv[0]);
        return -1;
    }
    
    // 要获取的消息类型
    long type = atol(argv[1]);
    
    // 获取 ipc 内核对象 id
    int id = msgget(0x8888, 0);
   
    
    Msg msg;
    int res;
    
    while(1) {
        // 以非阻塞的方式接收类型为 type 的消息
        res = msgrcv(id, &msg, sizeof(Person), type, IPC_NOWAIT);
        if (res < 0) {
            // 如果消息接收完毕就退出，否则报错并退出
            if (errno == ENOMSG) {
                printf("No message!\n");
                break;
            }

        }
        // 打印消息内容
        printMsg(&msg);
    }
    return 0;
}

linux 消息队列线程_消息队列_03

5.2 msg_ctl

获取和设置消息队列的属性

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <error.h>


struct msgbuf{
    long mtype ;
    char mtext[] ;
}  ;
int main(int argc, char **argv){
    int msqid ;
    struct msqid_ds info ;
    struct msgbuf buf ;
    struct msgbuf buf1 ;
    int flag ;
    int sendlength, recvlength ;

    msqid = msgget( IPC_PRIVATE, 0666 ) ;

    if ( msqid < 0 ){
        perror("get ipc_id error") ;
        return -1 ;
    }

    buf.mtype = 1 ;
    strcpy(buf.mtext, "happy new year!") ;
    sendlength = sizeof(struct msgbuf) - sizeof(long) ;
    flag = msgsnd( msqid, &buf, sendlength , 0 ) ;

    if ( flag < 0 ){
        perror("send message error") ;
        return -1 ;
    }
	buf.mtype = 3 ;
    strcpy(buf.mtext, "good bye!") ;
    sendlength = sizeof(struct msgbuf) - sizeof(long) ;
    flag = msgsnd( msqid, &buf, sendlength , 0 ) ;

    if ( flag < 0 ){
        perror("send message error") ;
        return -1 ;
    }

    flag = msgctl( msqid, IPC_STAT, &info ) ;

    if ( flag < 0 ){
        perror("get message status error") ;
        return -1 ;
    }
	printf("uid:%d, gid = %d, cuid = %d, cgid= %d\n" ,
           info.msg_perm.uid,  info.msg_perm.gid,  info.msg_perm.cuid,  info.msg_perm.cgid  ) ;

    printf("read-write:%03o, cbytes = %lu, qnum = %lu, qbytes= %lu\n" ,
           info.msg_perm.mode&0777, info.msg_cbytes, info.msg_qnum, info.msg_qbytes ) ;

    system("ipcs -q") ;
    recvlength = sizeof(struct msgbuf) - sizeof(long) ;
    memset(&buf1, 0x00, sizeof(struct msgbuf)) ;

    flag = msgrcv( msqid, &buf1, recvlength ,3,0 ) ;
    if ( flag < 0 ){
        perror("recv message error") ;
        return -1 ;
    }
	printf("type=%d, message=%s\n", buf1.mtype, buf1.mtext) ;

    flag = msgctl( msqid, IPC_RMID,NULL) ;
    if ( flag < 0 ){
        perror("rm message queue error") ;
        return -1 ;
    }
    system("ipcs -q") ;
    while(1);//不加这一句，退出会出段错误，原因待查
    return 0 ;
}

linux 消息队列线程_linux_04