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进程间通信之深入消息队列的详解

运维开发网 https://www.qedev.com 2020-02-12 19:29 出处:网络 作者: 网络整理
本篇文章是对消息队列的应用进行了详细的分析介绍,需要的朋友参考下

    最近在Hi3515上调试Qt与DVR程序,发现他们之间使用消息队列通信的,闲暇之余,就总结了一下消息队列,呵呵,自认为通俗易懂,同时,在应用中也发现了消息队列的强大之处。

   关于线程的管理(互斥量和条件变量)见:Linux线程管理必备:解析互斥量与条件变量的详解

一、消息队列的特点

    1.消息队列是消息的链表,具有特定的格式,存放在内存中并由消息队列标识符标识.

    2.消息队列允许一个或多个进程向它写入与读取消息.

    3.管道和命名管道都是通信数据都是先进先出的原则。

    4.消息队列可以实现消息的随机查询,消息不一定要以先进先出的次序读取,也可以按消息的类型读取.比FIFO更有优势。

    目前主要有两种类型的消息队列:POSIX消息队列以及系统V消息队列,系统V消息队列目前被大量使用。系统V消息队列是随内核持续的,只有在内核重起或者人工删除时,该消息队列才会被删除。

二、相关函数

1. 获得key值

    key_t ftok(char *pathname, int projid)

#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h>

参数:

    pathname:文件名(含路径),通常设置为当前目录“.” 比如projid为'a',则为"./a"文件

    projid:项目ID,必须为非0整数(0-255).

2. 创建消息队列

    int msgget(key_t key, int msgflag)

#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h>

#include <sys/msg.h>

功能:

    用于创建一个新的或打开一个已经存在的消息队列,此消息队列与key相对应。

参数:

    key:函数ftok的返回值或IPC_PRIVATE。

    msgflag:

        IPC_CREAT:创建新的消息队列。

        IPC_EXCL:与IPC_CREAT一同使用,表示如果要创建的消息队列已经存在,则返回错误。

        IPC_NOWAIT:读写消息队列要求无法满足时,不阻塞。

返回值:

    调用成功返回队列标识符,否则返回-1.

在以下两种情况下,将创建一个新的消息队列:

    1、如果没有与键值key相对应的消息队列,并且msgflag中包含了IPC_CREAT标志位。

    2、key参数为IPC_PRIVATE。

3. 消息队列属性控制

    int msgctl(int msqid,  int cmd,  struct msqid_ds *buf)

功能:

 对消息队列进行各种控制操作,操作的动作由cmd控制。

参数:

    msqid:消息队列ID,消息队列标识符,该值为msgget创建消息队列的返回值。

    cmd:

        IPC_STAT:将msqid相关的数据结构中各个元素的当前值存入到由buf指向的结构中.

        IPC_SET:将msqid相关的数据结构中的元素设置为由buf指向的结构中的对应值.

        IPC_RMID:删除由msqid指示的消息队列,将它从系统中删除并破坏相关数据结构.

buf:消息队列缓冲区

     struct msqid_ds {

               struct ipc_perm msg_perm;          /* Ownership and permissions*/

               time_t         msg_stime;                 /* Time of last msgsnd() */

               time_t         msg_rtime;                  /* Time of last msgrcv() */

               time_t         msg_ctime;                 /* Time of last change */

               unsigned long  __msg_cbytes;    /* Current number of bytes in  queue (non-standard) */

               msgqnum_t      msg_qnum;          /* Current number of messages  in queue */

               msglen_t       msg_qbytes;           /* Maximum number of bytesallowed in queue */

               pid_t          msg_lspid;                  /* PID of last msgsnd() */

               pid_t          msg_lrpid;                  /* PID of last msgrcv() */

                     };

     struct ipc_perm {

               key_t key;                        /* Key supplied to msgget() */

               uid_t uid;                         /* Effective UID of owner */

               gid_t gid;                        /* Effective GID of owner */

               uid_t cuid;                       /* Effective UID of creator */

               gid_t cgid;                      /* Effective GID of creator */

               unsigned short mode;    /* Permissions */

               unsigned short seq;       /* Sequence number */

                   };

4.发送信息到消息队列

    int msgsnd(int msqid,  struct msgbuf *msgp,  size_t msgsz,  int msgflag)

#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h>

#include <sys/msg.h>

功能:

    将新消息添加到队列尾端,即向消息队列中发送一条消息。

参数:

    msqid:已打开的消息队列id

    msgp:存放消息的结构体指针。

    msgflag:函数的控制属性。

    消息结构msgbuf为:

    struct msgbuf

    {

         long mtype;//消息类型

         char mtext[1];//消息正文,消息数据的首地址,这个数据的最大长度为8012吧,又可把他看成是一个结构,也有类型和数据,recv时解析即可。

    }

    msgsz:消息数据的长度。

    msgflag:

         IPC_NOWAIT: 指明在消息队列没有足够空间容纳要发送的消息时,msgsnd立即返回。

         0:msgsnd调用阻塞直到条件满足为止.(一般选这个)

5. 从消息队列接收信息

    ssize_t msgrcv(int msqid,  struct msgbuf *msgp,  size_t msgsz,  long msgtype,  int msgflag)

#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h>

#include <sys/msg.h>

功能:

    从队列中接收消息

参数:

    msqid:已打开的消息队列id

    msgp:存放消息的结构体指针。msgp->mtype与第四个参数是相同的。

    msgsz:消息的字节数,指定mtext的大小。

    msgtype:消息类型,消息类型 mtype的值。如果为0,则接受该队列中的第一条信息,如果小于0,则接受小于该值的绝对值的消息类型,如果大于0,接受指定类型的消息,即该值消息。

    msgflag:函数的控制属性。

    msgflag:

        MSG_NOERROR:若返回的消息比nbytes字节多,则消息就会截短到nbytes字节,且不通知消息发送进程.

        IPC_NOWAIT:调用进程会立即返回.若没有收到消息则返回-1.

        0:msgrcv调用阻塞直到条件满足为止.

在成功地读取了一条消息以后,队列中的这条消息将被删除。

三、相关例子

例1:消息队列之简单收发测试

#include <sys/types.h>

#include <sys/msg.h>

#include <unistd.h>

#include <string.h>

#include <stdio.h>

struct msg_buf{

     int mtype;//消息类型

     char data[255];//数据

};

int main(int argc,  char *argv[])

{

      key_t key;

      int msgid;

      int ret;

      struct msg_buf msgbuf;

      //获取key值

      key = ftok(".",  'a');

      printf("key = [%x]\n",  key);

      //创建消息队列

      msgid = msgget(key,  IPC_CREAT|0666);/*通过文件对应*/

      if(msgid == -1)

      {

            printf("creat error\n");

            return -1;

      }

      //以当前进程类型,非阻塞方式发送"test data"到消息队列

      msgbuf.mtype = getpid();

      strcpy(msgbuf.data,  "test data");

      ret = msgsnd(msgid,  &msgbuf,  sizeof(msgbuf.data),  IPC_NOWAIT);

      if(ret == -1)

      {

            printf("send message err\n");

            return -1;

      }

      //以非阻塞方式接收数据

      memset(&msgbuf,  0,  sizeof(msgbuf));

      ret = msgrcv(msgid,  &msgbuf,  sizeof(msgbuf.data), getpid(),  IPC_NOWAIT);

      if(ret == -1)

      {

            printf("receive message err\n");

            return -1;

      }

      printf("receive msg = [%s]\n",  msgbuf.data);

      return 0;

}

例2:进程间消息队列通信

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/ipc.h>

#include <string.h>

#include <signal.h>

struct msgbuf{

      int mtype;

      char mtext[100];

};

int main(void)

{

      key_t key;

      pid_t pid;

      int msgid;

      struct msgbuf msg;

      key=ftok(".", 0x01);

      if ( (msgid = msgget(key,  IPC_CREAT|0666)) <0 )

      {

            perror("msgget error");

            exit(1);

      }

      //创建一个进程

      if ( (pid = fork()) < 0 )

      {

            perror("fork error");

            exit(1);

      }

      //子进程收信息

      else if (pid==0)

      {

            while(1)

            {

                  memset(msg.mtext, 0, 100);

                  msgrcv(msgid, &msg, 100, 2, 0);  //receive the msg from 2

                  printf("\receive:%s\n:", msg.mtext);

                  fflush(stdout);

            }

            exit(0);

      }

      //父进程发信息

      else

      {

            while(1)

            {

                  memset(msg.mtext, 0, 100);

                  printf("father:");

                  fgets(msg.mtext, 100, stdin);

                  if (strncmp("bye", msg.mtext, 3)==0)//如果前3个字符为bye,则退出

                  {

                        kill(pid, SIGSTOP);

                        exit(1);

                  }

                  msg.mtype=1;//send to 1

                  msg.mtext[strlen(msg.mtext)-1]='\0';

                  msgsnd(msgid, &msg, strlen(msg.mtext)+1, 0);

            }

      }

      return 0;

}

   这个程序的缺点为:有发无收,有收无发。可在这2个进程中分别创建2个线程,分别负责收和发,就完成了进程间的通信。

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