linux環境編程-IPC 之 msg queue

消息隊列
    在UNIX的SystemV版本，AT&T引進了三種新形式的IPC功能（消息隊列、信號量、以及共享內存）。但BSD版本的UNIX使用套接口作為主要的IPC形式。Linux系統同時支持這兩個版本。

    如果希望創建一個新的消息隊列，或者希望存取一個已經存在的消息隊列，你可以使用系統調用msgget()。

系統調用：msgget();
原型：int msgget(key_t key, int msgflg);
返回值：如果成功，返回消息隊列標識符
如果失敗，則返回-1：errno=EACCESS(權限不允許)
EEXIST(隊列已經存在，無法創建)
EIDRM(隊列標志為刪除)
ENOENT(隊列不存在)
ENOMEM(創建隊列時內存不夠)
ENOSPC(超出最大隊列限制)

    系統調用msgget()中的第一個參數是關鍵字值（通常是由ftok()返回的）。然後此關鍵字值將會和其他已經存在於系統內核中的關鍵字值比較。這時，打開和存取操作是和參數msgflg中的內容相關的。
IPC_CREAT如果內核中沒有此隊列，則創建它。
IPC_EXCL當和IPC_CREAT一起使用時，如果隊列已經存在，則失敗。

    如果單獨使用IPC_CREAT，則msgget()要麼返回一個新創建的消息隊列的標識符，要麼返回具有相同關鍵字值的隊列的標識符。如果IPC_EXCL和IPC_CREAT一起使用，則msgget()要麼創建一個新的消息隊列，要麼如果隊列已經存在則返回一個失敗值-1。IPC_EXCL單獨使用是沒有用處的。
下面看一個打開和創建一個消息隊列的例子：
int  open_queue(key_t keyval)
{
    intqid;
   if((qid=msgget(keyval, IPC_CREAT|0660))==-1)
   {
      return(-1);
   }
   return(qid);
}

系統調用msgsnd()

    一旦我們得到了隊列標識符，我們就可以在隊列上執行我們希望的操作了。如果想要往隊列中發送一條消息，你可以使用系統調用msgsnd（）：

系統調用：msgsnd();
原型：int  msgsnd(int msqid,struct msgbuf*msgp,int msgsz,int msgflg);
返回值：如果成功，0。
如果失敗，-1：errno=EAGAIN(隊列已滿，並且使用了IPC_NOWAIT)
EACCES(沒有寫的權限)
EFAULT(msgp地址無效)
EIDRM（消息隊列已經刪除)
EINTR(當等待寫操作時，收到一個信號)
EINVAL(無效的消息隊列標識符，非正數的消息類型，或
者無效的消息長度)
ENOMEM(沒有足夠的內存復制消息緩沖區)

    系統調用msgsnd()的第一個參數是消息隊列標識符，它是由系統調用msgget返回的。第二個參數是msgp，是指向消息緩沖區的指針。參數msgsz中包含的是消息的字節大小，但不包括消息類型的長度（4個字節）。
    參數msgflg可以設置為0（此時為忽略此參數），或者使用IPC_NOWAIT。

    如果消息隊列已滿，那麼此消息則不會寫入到消息隊列中，控制將返回到調用進程中。如果沒有指明，調用進程將會掛起，直到消息可以寫入到隊列中。
    下面是一個發送消息的程序：

int send_message(int qid, struct mymsgbuf *qbuf)
{
intresult,length;
/*The length is essentially the size of the structure minus sizeof(mtype)*/
length=sizeof(structmymsgbuf)-sizeof(long);
if((result = msgsnd(qid, qbuf, length, 0))==-1)
{
    return(-1);
}
    return(result);
}

系統調用：msgrcv();
原型：int msgrcv(intmsqid,structmsgbuf*msgp,intmsgsz,longmtype,intmsgflg);
返回值：如果成功，則返回復制到消息緩沖區的字節數。
如果失敗，則返回-1：errno=E2BIG(消息的長度大於msgsz,沒有MSG_NOERROR)
EACCES(沒有讀的權限)
EFAULT(msgp指向的地址是無效的)
EIDRM(隊列已經被刪除)
EINTR(被信號中斷)
EINVAL(msgqid無效,或者msgsz小於0)
ENOMSG(使用IPC_NOWAIT,同時隊列中的消息無法滿足要求)

    第一個參數用來指定將要讀取消息的隊列。第二個參數代表要存儲消息的消息緩沖區的地址。第三個參數是消息緩沖區的長度，不包括mtype的長度，它可以按照如下的方法計算：
        msgsz=sizeof(struct mymsgbuf)-sizeof(long);
    第四個參數是要從消息隊列中讀取的消息的類型。如果此參數的值為0，那麼隊列中最長時間的一條消息將返回，而不論其類型是什麼。
如果調用中使用了IPC_NOWAIT作為標志，那麼當沒有數據可以使用時，調用將把ENOMSG返回到調用進程中。否則，調用進程將會掛起，直到隊列中的一條消息滿足msgrcv()的參數要求。如果當客戶端等待一條消息的時候隊列為空，將會返回EIDRM。如果進程在等待消息的過程中捕捉到一個信號，則返回EINTR。
    下面就是一個從隊列中讀取消息的程序：

int read_message(int qid,long type,struct mymsgbuf*qbuf)
{
intresult,length;
/*The length is essentially the size of the structure minus sizeof(mtype)*/
length=sizeof(struct  mymsgbuf)-sizeof(long);
if((result=msgrcv(qid,qbuf,length,type,0))==-1)
{
return(-1);
}
return(result);
}
    在成功地讀取了一條消息以後，隊列中的這條消息的入口將被刪除。
    參數msgflg中的MSG_NOERROR位提供一種額外的用途。如果消息的實際長度大於msgsz，同時使用了MSG_NOERROR，那麼消息將會被截斷，只有與msgsz長度相等的消息返回。一般情況下，系統調用msgrcv()會返回-1，而這條消息將會繼續保存在隊列中。我們可以利用這個特點編制一個程序，利用這個程序可以查看消息隊列的情況，看看符合我們條件的消息是否已經到來：

int  peek_message(int qid,long type)
{
int  result,length;
if((result=msgrcv(qid,NULL,0,type,IPC_NOWAIT))==-1)
{
if(errno==E2BIG)
return(TRUE);
}
return(FALSE);
}
    在上面的程序中，我們忽略了緩沖區的地址和長度。這樣，系統調用將會失敗。盡管如此，我們可以檢查返回的E2BIG值，它說明符合條件的消息確實存在。

系統調用msgctl()

    下面我們繼續討論如何使用一個給定的消息隊列的內部數據結構。我們可以使用系統調用msgctl ( )來控制對消息隊列的操作。

系統調用： msgctl( ) ;
調用原型： int msgctl ( int msgqid, int cmd, struct msqid_ds *buf );
返回值： 0 ，如果成功。
- 1，如果失敗：errno = EACCES (沒有讀的權限同時cmd 是IPC_STAT )
EFAULT (buf 指向的地址無效)
EIDRM (在讀取中隊列被刪除)
EINVAL (msgqid無效, 或者msgsz 小於0 )
EPERM (IPC_SET或者IPC_RMID 命令被使用，但調用程序沒有寫的權限)
下面我們看一下可以使用的幾個命令：
IPC_STAT
讀取消息隊列的數據結構msqid_ds，並將其存儲在b u f指定的地址中。
IPC_SET
設置消息隊列的數據結構msqid_ds中的ipc_perm元素的值。這個值取自buf參數。
IPC_RMID
從系統內核中移走消息隊列。
    我們在前面討論過了消息隊列的數據結構(msqid_ds)。系統內核中為系統中的每一個消息隊列保存一個此數據結構的實例。通過使用IPC_STAT命令，我們可以得到一個此數據結構的副本。下面的程序就是實現此函數的過程：

int get_queue_ds( int qid, struct msgqid_ds *qbuf )
{
if( msgctl( qid, IPC_STAT, qbuf) == -1)
{
return(-1);
}
return(0);
}

    如果不能復制內部緩沖區，調用進程將返回-1。如果調用成功，則返回0。緩沖區中應該包括消息隊列中的數據結構。
    消息隊列中的數據結構中唯一可以改動的元素就是ipc_perm。它包括隊列的存取權限和關於隊列創建者和擁有者的信息。你可以改變用戶的id、用戶的組id以及消息隊列的存取權限。
    下面是一個修改隊列存取模式的程序：

int change_queue_mode(int qid, char *mode )
{
struct msqid_ds tmpbuf;
/* Retrieve a current copy of the internal data structure */
get_queue_ds( qid, &tmpbuf);
/* Change the permissions using an old trick */
sscanf(mode, "%ho", &tmpbuf.msg_perm.mode);
/* Update the internal data structure */
if( msgctl( qid, IPC_SET, &tmpbuf) == -1)
{
return(-1);
}
return(
}

    我們通過調用get_queue_ds來讀取隊列的內部數據結構。然後，我們調用sscanf( )修改數據結構msg_perm中的mode 成員的值。但直到調用msgctl（）時，權限的改變才真正完成。在這裡msgctl（）使用的是IPC_SET命令。
    最後，我們使用系統調用msgctl ( )中的IPC_RMID命令刪除消息隊列：

int remove_queue(int qid )
{
if( msgctl( qid, IPC_RMID, 0) == -1)
{
return(-1);
}
return(0);
}
};