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Linux進程間通信(IPC)編程實踐（三）詳解System V消息隊列(1)

消息隊列簡介

消息隊列提供了一個從一個進程向另外一個進程發送一塊數據的方法（本機）;每個數據塊都被認為是有一個類型，接收者進程接收的數據塊可以有不同的類型值。消息隊列也有管道一樣的不足:

(1)每個消息的最長字節數的上限（MSGMAX）;

(2)系統中消息隊列的總條數也有一個上限（MSGMNI）;

(3)每個消息隊列所能夠保存的總字節數是有上限的（MSGMNB） .

消息隊列與管道的區別：最主要的區別是管道通信是要求兩個進程之間要有親緣關系，只能承載無格式的字節流，而消息隊列當中，通信的兩個進程之間可以是完全無關的進程，它是有格式的（可類比TCP\UDP）。至於它與有名管道的區別，首先FIFO是要存儲在磁盤上的一種通信方式，而消息隊列是在內存中的。

查看系統中的三個限制的上限：

IPC對象數據結構

//內核為每個IPC對象維護一個數據結構  
struct ipc_perm  
{  
    key_t          __key;       /* Key supplied to msgget(2) */  
    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 */  
};

//消息隊列特有的結構  
struct msqid_ds  
{  
    struct ipc_perm msg_perm;     /* Ownership and permissions 各類IPC對象所共有的數據結構*/  
    time_t          msg_stime;    /* Time of last msgsnd(2) */  
    time_t          msg_rtime;    /* Time of last msgrcv(2) */  
    time_t          msg_ctime;    /* Time of last change */  
    unsigned long   __msg_cbytes; /* Current number of bytes in queue (nonstandard) 消息隊列中當前所保存的字節數 */  
    msgqnum_t       msg_qnum;     /* Current number of messages in queue 消息隊列中當前所保存的消息數 */  
    msglen_t        msg_qbytes;   /* Maximum number of bytes allowed in queue 消息隊列所允許的最大字節數 */  
    pid_t           msg_lspid;    /* PID of last msgsnd(2) 最後一個發送數據的進程號*/  
    pid_t           msg_lrpid;    /* PID of last msgrcv(2) 最後一個接受的進程號*/  
};

消息隊列在內核中的表示

消息在消息隊列中是以鏈表形式組織的, 每個節點的類型類似如下:

struct msq_Node  
{  
    Type msq_type;  //類型  
    Length msg_len; //長度  
    Data msg_data;  //數據  
  
    struct msg_Node *next;  
};

消息隊列的基本API

#include   
#include   
#include   
int msgget(key_t key, int msgflg);  
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);  
int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);  
ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);

本節先介紹前2個API，發送和接受消息的API請參考下篇博客。

msgget

int msgget(key_t key, int msgflg);

參數:

key: 某個消息隊列的名字

msgflg:由九個權限標志構成,如0644,它們的用法和創建文件時使用的mode模式標志是一樣的(但是消息隊列沒有x(執行)權限)

返回值:

成功返回消息隊列編號，即該消息隊列的標識碼；失敗返回-1

接下來我們舉幾個實例來看一下創建消息隊列的不同操作及其結果：

/** 示例1: 在msgflg處指定IPC_CREAT, 如果不存在該消息隊列, 則創建之**/  
int main(int argc, char *argv[])  
{  
    //指定IPC_CREAT,如果不存在，　則創建消息隊列  
    int msgid = msgget(1234, 0666|IPC_CREAT);  
    if (msgid == -1)  
        err_exit("msgget error");  
    cout << "msgget success" << endl;  
}

注意：KEY是16進制顯示。我們可以使用命令 ipcrm -q 刪除消息隊列或者 ipcrm -Q [key]（此時key！=0）； Ipcs查看消息隊列；要指定IPC_CREAT,才可創建，類似於文件的creat

/** 示例2:IPC_CREAT|IPC_EXCL, 如果該消息隊列已經存在, 則返回出錯 **/  
int main(int argc, char *argv[])  
{  
    //指定IPC_EXCL, 如果已經存在,則報告文件已經存在(錯誤)  
    int msgid = msgget(1234, 0666|IPC_CREAT|IPC_EXCL);  
    if (msgid == -1)  
        err_exit("msgget error");  
    cout << "msgget success" << endl;  
}

/**示例3:將key指定為IPC_PRIVATE(值為0) 
將key指定為IPC_PRIVATE之後,則每調用一次msgget會創建一個新的消息隊列
而且每次創建的消息隊列的描述符都是不同的! 因此, 除非將MessageID(key)傳送給其他進程(除非有關聯的進程),否則其他進程也無法使用該消息隊列
但是具有親緣進程的是可以使用的（fork） 
因此, IPC_PRIVATE創建的消息隊列,只能用在與當前進程有關系的進程中使用! 
**/  

這也意味著進程不能共享這個消息隊列，父子兄弟進程是可以的
int main(int argc, char *argv[])  
{  
    //指定IPC_PRIVATE  
    int msgid = msgget(IPC_PRIVATE, 0666|IPC_CREAT|IPC_EXCL);  
    if (msgid == -1)  
        err_exit("msgget error");  
    cout << "msgget success" << endl;  
}

以上KEY為0x00000000的都是使用IPC_PRIVATE創建的。

/** 示例4: 僅打開消息隊列時, msgflg選項可以直接忽略(填0), 此時是以消息隊列創建時的權限進行打開 
**/  
int main(int argc, char *argv[])  
{  
    int msgid = msgget(1234, 0);  
    if (msgid == -1)  
        err_exit("msgget error");  
    cout << "msgget success" << endl;  
    cout << "msgid = " << msgid << endl;  
}

//示例5:低權限創建,高權限打開  
int main()  
{  
    //低權限創建  
    int msgid = msgget(0x255,0444 | IPC_CREAT);  
    if (msgid < 0)  
        err_exit("mesget error");  
    else  
        cout << "Create Mes OK, msgid = " << msgid << endl;  
  
    //高權限打開  
    msgid = msgget(0x255,0644 | IPC_CREAT);  
    if (msgid < 0)  
        err_exit("mesget error");  
    else  
        cout << "Create Mes OK, msgid = " << msgid << endl;  
}

會發生“Permission denied”的錯誤。

msgctl函數

功能：獲取/設置消息隊列的信息

[cpp] view plaincopy

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

參數:

msqid: 由msgget函數返回的消息隊列標識碼

/** 示例1: IPC_RMID, 刪除消息隊列 
注意: 消息隊列並沒有運用”引用計數”的功能 
**/  
int main()  
{  
    int msgid = msgget(1234, 0);  
    if (msgid == -1)  
        err_exit("msgget error");  
    if (msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL) == -1)  
        err_exit("msgctl IPC_RMID error");  
    cout << "msgctl IPC_RMID success" << endl;  
}

/** 示例2: IPC_STAT，消息隊列相關信息讀入buf 
**/  
int main()  
{  
    int msgid = msgget(0x255, 0666|IPC_CREAT);  
    if (msgid == -1)  
        err_exit("msgget error");  
  
    struct msqid_ds buf;  
    if (msgctl(msgid,IPC_STAT,&buf) == -1)  
        err_exit("msgctl error");  
  
    printf("buf.msg_perm.mode = %o\n",buf.msg_perm.mode);   //%o以八進制打印  
    printf("buf.__key = %x\n", buf.msg_perm.__key);         //%x以十六進制打印  
    cout << "buf.__msg_cbytes = " << buf.__msg_cbytes << endl;  
    cout << "buf.msg_qbytes = " << buf.msg_qbytes << endl;  
    cout << "buf.msg_lspid = " << buf.msg_lspid << endl;  
}

** 實踐:IPC_SET,一般需要先獲取,然後再設置 
**/  
int main()  
{  
    int msgid = msgget(0x255, 0);  
    if (msgid == -1)  
        err_exit("msgget error");  
  
    //獲取消息隊列的屬性  
    struct msqid_ds buf;  
    if (msgctl(msgid,IPC_STAT,&buf) == -1)  
        err_exit("msgctl error");  
  
    //設置消息隊列的屬性  
    buf.msg_perm.mode = 0600;  
    if (msgctl(msgid, IPC_SET, &buf) == -1)  
        err_exit("msgctl error");  
  
    //獲取並打印  
    bzero(&buf, sizeof(buf));  
    if (msgctl(msgid, IPC_STAT, &buf) == -1)  
        err_exit("msgctl IPC_STAT error");  
    printf("mode = %o\n", buf.msg_perm.mode);  
}