linux System V消息隊列實現回射客戶/服務器和msgsnd、msgrcv函數

一、msgsnd 和 msgrcv 函數

#include <sys/types.h>

 #include <sys/ipc.h>

 #include <sys/msg.h>

功能：把一條消息添加到消息隊列中

原型 int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);

參數

msgid: 由msgget函數返回的消息隊列標識碼

msgp:是一個指針， 指針指向准備發送的消息結構體

msgsz:是msgp指向的消息長度，這個長度不含保存消息類型的那個long int長整型

msgflg:控制著當前消息隊列滿或到達系統上限時將要發生的事情

返回值：成功返回0；失敗返回- 1

msgflg=IPC_NOWAIT表示隊列滿不等待，返回EAGAIN錯誤。為0表示阻塞等待

消息結構在兩方面受到制約。首先 ，它的具體數據必須小於系統規定的上限值MSGMAX；其次，它必須以一個long int長整數開始，接收者函數將利用這個長整 數確定消息的類型。

消息結構參考形式如下：

struct msgbuf {

long  mtype;

char mtext [1];

};

The  mtext  field  is an array (or other structure) whose size is specified by msgsz, a nonnegative integer value.Messages of zero length (i.e., no mtext field) are permitted.

即mtex 這塊區域可以是個數組或者結構體，大小由參數msgsz 指明。

功能：是從一個消息隊列接收消息

原型 ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);

參數

msgid: 由msgget函數返回的消息 隊列標識碼

msgp:是一個指針，指針指向准備接收的消息結構體

msgsz:是msgp指向的消息長度，這個長度不含保存消 息類型的那個long int長整型

msgtype:它可以實現接收優先級的簡單形式

msgflg:控制著隊列中沒有相應類型的消息 可供接收時將要發生的事

返回值：成功返回實際放到接收緩沖區裡去的字符個數，失敗返回-1

msgtype=0返回隊 列第一條信息

msgtype>0返回隊列第一條類型等於msgtype的消息　

msgtype<0返回隊列第一條類型小於等於 msgtype絕對值的消息，並且是滿足條件的消息類型最小的消息

msgflg=IPC_NOWAIT，隊列沒有可讀消息不等待，返回 ENOMSG錯誤。

msgflg=MSG_NOERROR，消息大小超過msgsz時被截斷

msgtype>0且msgflg=MSG_EXCEPT，接收類型不等 於msgtype的第一條消息。

二、消息隊列實現回射客戶/服務器

在前面的系列文章中，我們都是使用socket 套接字來實現回射客戶/服務器程序，現在嘗試使用消息隊列來實現，主要就是利用上面介紹的兩個函數msgsnd，msgrcv 。

對於服務器端來說，接收到一個消息結構體的類型如果為1，表示是客戶請求，而mtex 字段的前4個字節存放著不同進程 的pid ，後續字節才是真正的數據，服務器回射客戶端時，將pid 作為類型，mtex 為實際數據，客戶端只接收對應類型的 數據，故可以區分不同客戶端。

程序如下：

echoser.c

#include<stdlib.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/msg.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
    
#define ERR_EXIT(m) \
    do { \
        perror(m); \
        exit(EXIT_FAILURE); \
    } while(0)
    
#define MSGMAX 8192
struct msgbuf
{
    long mtype;
    char mtext[MSGMAX];
};
    
    
void echo_ser(int msgid)
{
    struct msgbuf msg;
    memset(&msg, 0, sizeof(msg));
    int nrcv = 0;
    while (1)
    {
    
        if ((nrcv = msgrcv(msgid, &msg, MSGMAX, 1, 0)) < 0);
        int pid = *((int *)msg.mtext);
        fputs(msg.mtext + 4, stdout);
        msg.mtype = pid;
        msgsnd(msgid, &msg, nrcv, 0);
        memset(&msg, 0, sizeof(msg));
    
    }
}
    
int main(int argc, char *argv[])
{
    int msgid;
    msgid = msgget(1234, IPC_CREAT | 0666);
    if (msgid == -1)
        ERR_EXIT("msgget");
    
    echo_ser(msgid);
    
    
    return 0;
}

echocli.c

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/msg.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
    
#define ERR_EXIT(m) \
    do { \
        perror(m); \
        exit(EXIT_FAILURE); \
    } while(0)
    
#define MSGMAX 8192
    
struct msgbuf
{
    long mtype;
    char mtext[MSGMAX];
};
    
void echo_cli(int msgid)
{
    int nrcv;
    int pid = getpid();
    struct msgbuf msg;
    memset(&msg, 0, sizeof(msg));
    msg.mtype = 1;
    *((int *)msg.mtext) = pid;
    while (fgets(msg.mtext + 4, MSGMAX, stdin) != NULL)
    {
    
        if (msgsnd(msgid, &msg, 4 + strlen(msg.mtext + 4), IPC_NOWAIT) < 0)
            ERR_EXIT("msgsnd");
    
        memset(msg.mtext + 4, 0, MSGMAX - 4);
        if ((nrcv = msgrcv(msgid, &msg, MSGMAX, pid, 0)) < 0)
            ERR_EXIT("msgsnd");
        fputs(msg.mtext + 4, stdout);
        memset(msg.mtext + 4, 0, MSGMAX - 4);
    
    }
}
    
int main(int argc, char *argv[])
{
    
    int msgid;
    msgid = msgget(1234, 0);
    if (msgid == -1)
        ERR_EXIT("msgget");
    
    echo_cli(msgid);
    
    return 0;
}

程序邏輯不復雜，就不多說了，編譯運行服務器端，再開兩個客戶端，可以看到正常回射輸出。

但上述程序是存 在死鎖的風險的，當開了多個客戶端，將隊列寫滿了，此時服務器端想要寫入就會阻塞，而因為客戶端一旦發送了數據就阻 塞等待服務器端回射，故不會去讀取隊列，即隊列的消息不會減少，此時就會形成死鎖，即使服務器端是非阻塞地寫入，此 時會返回EAGAIN 的錯誤，程序邏輯來說我們也會使其不斷地嘗試去寫入，而不是粗暴地將其退出進程，這樣還是會死鎖。

對此問題可以多開幾個私有的隊列進行服務，如下：

即某個客戶端先創建一個私有消息隊列，然後將私有消息隊列標識符和具體數據發到共享的隊列，服務器fork 出一個子 進程，此時根據私有隊列標識符就可以將數據回射到這個隊列，這個客戶端就可以從私有隊列讀取到回射的數據。