進程間通信（二）—消息隊列

我會用幾篇博客總結一下在Linux中進程之間通信的幾種方法，我會把這個開頭的摘要部分在這個系列的每篇博客中都打出來

進程之間通信的方式

• 管道
• 消息隊列
• 信號
• 信號量
• 共享存儲區
• 套接字（socket）

進程間通信（一）—管道傳送門：http://www.cnblogs.com/lenomirei/p/5636339.html

進程間通信（三）—信號量傳送門：http://www.cnblogs.com/lenomirei/p/5649792.html

進程間通信（四）—共享存儲區傳送門：http://www.cnblogs.com/lenomirei/p/5651995.html

進程間通信（五）—信號傳送門：http://www.cnblogs.com/lenomirei/p/5656449.html

這次主要寫的是消息隊列，之前講過的管道和消息隊列在本質上就有很大的區別，管道是一個文件，而消息隊列是一個數據結構（類似於鏈表）。這說明了，管道文件是存放在磁盤上的，關機也會存在（尤其是命名管道更為顯而易見，你不刪除他他就擱那呆着），而消息隊列是存在於內核中的內存，顯而易見，關機就沒了。

更關鍵的是，內存他快呀，比磁盤I/O快多了，為啥要用那么慢的管道。而且消息隊列是可以直接完成沒有親緣關系的進程之間的通信的。但是結構比起管道要復雜，用到了很多結構體。內容有些多。先寫一下和管道的主要區別，可以更直觀的進行對比

• 匿名管道是跟隨進程的，消息隊列是跟隨內核的，也就是說進程結束之后，匿名管道就死了，但是消息隊列還會存在（除非顯示調用函數銷毀）
• 管道是文件，存放在磁盤上，訪問速度慢，消息隊列是數據結構，存放在內存，訪問速度快
• 管道是數據流式存取，消息隊列是數據塊式存取

那么從頭開始吧：

 

• 如何創建一個消息隊列

在C庫函數中有一個系統調用可以創建一個消息隊列，那就是msgget，跟這個函數有關的其他函數也會一並給出來

• 函數原型： int msgget(key_t key, int msgflg)
• 頭文件：#include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h>  #include <sys/msg.h>
• 參數解析
  • 第一個參數是一個標識數據結構唯一的key鍵值，可以給IPC_PRIVATE讓內核自動給，也可以自己調用ftok函數綁定一個
  • 第二個參數是創建消息隊列的參數，有IPC_CREAT 和 IPC_EXCL
    • 單獨使用IPC_CREAT，如果該消息隊列已經存在（就是該key_t對象已經拿去被創建過一個隊列了），打開該隊列並返回，如果不存在，就創建一個返回
    • 單獨使用IPC_EXCL沒有意義
    • 兩個參數一起使用（IPC_CREAT | IPC_EXCL），如果該隊列存在，出錯返回，如果不存在創建一個返回，也就是說這樣使用一定會獲得一個新隊列
• 返回值，成功返回標志消息隊列的唯一的一個int，失敗返回-1

 

• 函數原型：key_t ftok(const char *pathname,int proj_id)
• 頭文件：#include <sys/types.h>  #include <sys/ipc.h>
• 參數解析
  • 沒啥好解析的，第一個參數就是給個路徑（目錄）就成了
  • 第二個就是給個int值，沒啥特殊要求，ftok本質就是把這個proj_id和pathname綁定在一起罷了

相關函數就這么多，到這里就可以開心的創建一個新的消息隊列了，那么怎么看我們創建出來的消息隊列呢？怎么銷毀他呢？

先用命令看一下，使用ipcs -q就可查看消息隊列的狀態，這里我創建了一個消息隊列，下面來銷毀它

使用ipcrm -q msqid就可以銷毀一個消息隊列，我已經把剛才創建的消息隊列銷毀了

那么如何通過C函數銷毀一個消息隊列？使用msgctl函數

• 函數原型： int msgctl(int msgid ,int cmd ,struct msgid_ds *buf)
• 頭文件：#include <sys/types.h>  #include <sys/ipc.h>  #include <sys/msg.h>
• 參數解析
  • 第一個參數就是創建好的標識msg的int變量
  • 第二個參數有很多，這里介紹兩個，先說主要的銷毀，IPC_RMID，設置了這個之后第三個參數就沒必要設置了給個0就成
  • 第二個參數設置成IPC_SET的時候表示對消息隊列進行初始化，這時第三個參數就有用了，但是我這里沒用到就不話費篇幅詳細解釋了，貼出結構看看就成

這里提一下，消息隊列的一個缺點，這里說到IPC_SET對消息隊列的初始化，就是說消息隊列的創建和初始化是分開的，這樣設計不是很好，因為有線程安全的問題，當一個線程創建了消息隊列還沒初始化，另一個線程直接開始執行訪問的操作就很尷尬了

這里說錯了！我把信號量的缺點說成是消息隊列的了！現在取消了，真是對不起！！！

struct msginfo {  2                       int msgpool; /* Size in kibibytes of buffer pool  3  used to hold message data;  4  unused within kernel */
                      int msgmap;  /* Maximum number of entries in message  6  map; unused within kernel */
                      int msgmax;  /* Maximum number of bytes that can be  8  written in a single message */
                      int msgmnb;  /* Maximum number of bytes that can be 10  written to queue; used to initialize 11  msg_qbytes during queue creation 12  (msgget(2)) */
                      int msgmni;  /* Maximum number of message queues */
                      int msgssz;  /* Message segment size; 15  unused within kernel */
                      int msgtql;  /* Maximum number of messages on all queues 17  in system; unused within kernel */
                      unsigned short int msgseg; 19                                    /* Maximum number of segments; 20  unused within kernel */
                  };

 

• 使用消息隊列

提到使用消息隊列無非就是消息的寫入和消息的讀出，這涉及兩個函數和一個結構體

先說發送函數

• 函數原型：int msgsnd(int msgid,const void *msgp,size_t msgsz,int msgflg)
• 頭文件：#include <sys/types.h>  #include <sys/ipc.h>   #include <sys/msg.h>
• 參數解析
  • 第一個還是消息隊列號
  • 第二個是一個結構體的指針，這個結構體叫做msgbuf在內核中有（應該是有的。。。沒有就自己寫一個放程序里），必要的，這個就是傳輸數據的數據塊，沒了它就沒得傳了，可不能隨便設置為0
  • 第三個就是傳輸的消息長度（一般你的數據有多長就寫多長，不是msgbuf對象的總大小）
  • 第四個是傳送方式（無阻塞啊什么的）的參數，我的程序沒有使用所以我設置為0了

在列接受函數之前必須把結構體放出來，不然下面就懵逼了

struct msgbuf { 2                long mtype;       /* message type, must be > 0 */
               char mtext[1];    /* message data */
           };

從mtype講起，因為隊列是好多進程（或者說是線程）都拿來用的，比如4個進程共用一個消息隊列，兩兩之間進行通信，就有必要標識哪兩個進程是一組的，哪塊數據是屬於你們組的，不能亂拿是不是，這個mtype就是用來標識的，但是一定要大於0，我一開始設置為0一直報參數錯誤，查了文檔才發現自己蠢了。。。

mtext存放的就是你要傳輸的數據了，怎么大小只有1?當然不能只有1，我自己寫的msgbuf就有1024長度。。。所以還是自己寫爽啊

 可以說接受函數了

• 函數原型：ssize_t msgrcv(int msgid,const void *msgp,size_t msgsz,long msgtyp,int msgflg)
• 頭文件同msgsnd函數
• 參數解析
  • 只用看標紅部分就成了，其他的和msgsnd一樣
  • msgtyp就是用來表示我（當前進程）拿數據的時候，只拿（msgbuf對象中的mtype）和我傳入的msgtyp一樣的數據塊（msgbuf對象）
•  成功返回長度，失敗返回-1

 

事已至此，基本操作就說完了，廢話少說，show me the code

我的程序分為comm.h（公共頭文件）  comm.c（封裝基本函數） server.c（簡易服務器端） client.c（簡易客戶端）一共4個文件

完成了服務器端和客戶端的簡單通信（回合制聊天（誤））

comm.h

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


#define _PATH_NAME_ "/tmp"
#define _PROJ_ID_ 0x666
#define _SIZE_ 1024

static int comm_create_msg_set(int flags); 17 int create_msg_set(); 18 int get_msg_set(); 19 void destory_msg_set(int msg_id); 20 void send_msg(int msg_id,long msgtype,char * buf); 21 void receive_msg(int msg_id,long msgtype,char *buf); 22 


struct msgbuf 26 { 27   long mtype; 28   char mtext[_SIZE_]; 29 };

comm.c

#include "comm.h"
static int comm_create_msg_set(int flags)  3 {  4   key_t _key=ftok(_PATH_NAME_,_PROJ_ID_);  5   if(_key<0)  6  {  7     printf("%d:%s",errno,strerror(errno));  8  }  9   int msg_id=msgget(_key,flags); 10   if(msg_id<0) 11  { 12     printf("%d:%s",errno,strerror(errno)); 13  } 14   return msg_id; 15 } 16 

int get_msg_set() 19 { 20   key_t _key=ftok(_PATH_NAME_,_PROJ_ID_); 21   int flags=IPC_CREAT; 22   return comm_create_msg_set(flags); 23 } 24 

int create_msg_set() 27 { 28   key_t _key=ftok(_PATH_NAME_,_PROJ_ID_); 29   int flags=IPC_CREAT | IPC_EXCL; 30   return comm_create_msg_set(flags); 31 } 32 

void send_msg(int msg_id,long msgtype,char *buf) 35 { 36   memset(buf,'\0',strlen(buf)+1); 37   ssize_t _size=read(0,buf,_SIZE_); 38   if(_size>0) 39  { 40     buf[_size-1]='\0'; 41  } 42 
  struct msgbuf _mbuf; 44   memset(&_mbuf,'\0',sizeof(struct msgbuf)); 45   _mbuf.mtype=msgtype; 46  strcpy(_mbuf.mtext,buf); 47   if(msgsnd(msg_id,&_mbuf,_size,0)<0) 48  { 49     printf("send error,%d:%s",errno,strerror(errno)); 50  } 51 } 52 
void receive_msg(int msg_id , long msgtype ,char *buf) 54 { 55   struct msgbuf _mbuf; 56   memset(&_mbuf,'\0',sizeof(struct msgbuf)); 57   _mbuf.mtype=0; 58   if(msgrcv(msg_id,&_mbuf,_SIZE_,msgtype,0)<0) 59  { 60     printf("recv error %d:%s",errno,strerror(errno)); 61  } 62  strcpy(buf,_mbuf.mtext); 63 } 64 
void destory_msg_set(int msg_id) 66 { 67   if(msgctl(msg_id,IPC_RMID,0)<0) 68  { 69     printf("%d:%s",errno,strerror(errno)); 70  } 71 }

server.c

#include "comm.h"
long c_type=1;  3 long s_type=22;  4 int main()  5 {  6   int msg_id=create_msg_set();  7   char buf[_SIZE_];  8 
  while(1) 10  { 11     memset(buf,'\0',sizeof(buf)); 12  receive_msg(msg_id,c_type,buf); 13     if(strcasecmp(buf,"quit")==0) 14  { 15       break; 16  } 17     printf("client # %s\n",buf); 18     printf("clent say done ! Please Input:"); 19  fflush(stdout); 20     memset(buf,'\0',sizeof(buf)); 21  send_msg(msg_id,c_type,buf); 22  } 23  destory_msg_set(msg_id); 24   return 0; 25 }

client.c

#include "comm.h"


long c_type=1;  5 long s_type=2;  6 
int main()  8 {  9   int msg_id = get_msg_set(); 10 
  char buf[_SIZE_]; 12 
  while(1) 14  { 15     memset(buf,'\0',sizeof(buf)); 16  send_msg(msg_id,c_type,buf); 17     if(strcasecmp(buf,"quit")==0) 18  { 19       break; 20  } 21     memset(buf,'\0',sizeof(buf)); 22  receive_msg(msg_id,c_type,buf); 23     printf("server # %s\n",buf); 24     printf("server say done ! Please Input:"); 25  fflush(stdout); 26  } 27 
  return 0; 29 }