进程间通信--POSIX消息队列

时间:2023-12-29 11:11:50

相关函数:

 mqd_t mq_open(const char *name, int oflag);
mqd_t mq_send(mqd_t mqdes, const char *msg_ptr, size_t msg_len, unsigned msg_prio);
mqd_t mq_receive(mqd_t mqdes, char *msg_ptr, size_t msg_len, unsigned *msg_prio);
mqd_t mq_close(mqd_t mqdes);
mqd_t mq_unlink(const char *name);

POSIX通信机制比System V的更加通用!

一.消息队列管道和FIFO的区别,主要有以下两点:

①一个进程向消息队列写入消息之前,并不需要某个进程在该队列上等待该消息的到达,而管道和FIFO是相反的,进程向其中写消息时,
管道和FIFO必需已经打开来读,那么内核会产生SIGPIPE信号。
②IPC的持续性不同。管道和FIFO是随进程的持续性,当管道和FIFO最后一次关闭发生时,仍在管道和FIFO中的数据会被丢弃。消息队列
是随内核的持续性,即一个进程向消息队列写入消息后,然后终止,另外一个进程可以在以后某个时刻打开该队列读取消息。只要内核没
有重新自举,消息队列没有被删除。

二.消息队列中的每条消息通常具有以下属性:
  一个表示优先级的整数;
  消息的数据部分的长度;
  消息数据本身;

进程间通信--POSIX消息队列

/*成功返回消息队列描述符,失败返回-1*/
1. mqd_t mq_open(const char *name, int oflag);
/*成功返回0,失败返回-1*/
1. mqd_t mq_open(const char *name, int oflag, mode_t mode,struct mq_attr *attr);

mq_open用于打开或创建一个消息队列
name:表示消息队列的名字,它符合POSIX IPC的名字规则。
oflag:表示打开的方式,和open函数的类似。
有必须的选项:O_RDONLY,O_WRONLY,O_RDWR,还有可选的选项:O_NONBLOCK,O_CREAT,O_EXCL。
mode:是一个可选参数,在oflag中含有O_CREAT标志且消息队列不存在时,才需要提供该参数。表示默认访问权限。可以参考open。
attr:也是一个可选参数,在oflag中含有O_CREAT标志且消息队列不存在时才需要。该参数用于给新队列设定某些属性,
如果是空指针,那么就采用默认属性。
mq_open返回值是mqd_t类型的值,被称为消息队列描述符,类型为整型.

2. mqd_t mq_close(mqd_t mqdes);
3. mqd_t mq_unlink(const char *name);

mq_close:用于关闭一个消息队列,和文件的close类似,关闭后,消息队列并不从系统中删除。一个进程结束,会自动关闭打开着的
消息队列。
mq_unlink:用于删除一个消息队列。消息队列创建后只有通过调用该函数或者是内核自举才能进行删除。每个消息队列都有一个保存
当前打开着描述符数的引用计数器,和文件一样,因此本函数能够实现类似于unlink函数删除一个文件的机制。
POSIX消息队列的名字所创建的真正路径名和具体的系统实现有关,关于具体POSIX IPC的名字规则可以参考《UNIX 网络编程 卷2:进程间通信》的P14。
经过测试,在Linux 2.6.18中,所创建的POSIX消息队列不会在文件系统中创建真正的路径名。且POSIX的名字只能以一个’/’开头,名字中不能包含其他的’/’。

2 POSIX消息队列的属性
POSIX标准规定消息队列属性mq_attr必须要含有以下四个内容:
long mq_flags //消息队列的标志:0或O_NONBLOCK,用来表示是否阻塞
long mq_maxmsg //消息队列的最大消息数
long mq_msgsize //消息队列中每个消息的最大字节数
long mq_curmsgs //消息队列中当前的消息数目

mq_attr结构的定义如下:
#include <bits/mqueue.h>
struct mq_attr {
  long int mq_flags;    /* Message queue flags. */
  long int mq_maxmsg;  /* Maximum number of messages. */
  long int mq_msgsize; /* Maximum message size. */
  long int mq_curmsgs; /* Number of messages currently queued. */
  long int __pad[4];
};

POSIX消息队列的属性设置和获取通过下面两个函数实现:
#include <mqueue.h>
mqd_t mq_getattr(mqd_t mqdes, struct mq_attr *attr);
mqd_t mq_setattr(mqd_t mqdes, struct mq_attr *newattr, struct mq_attr *oldattr);

成功返回0,失败返回-1
mq_getattr:用于获取当前消息队列的属性。
mq_setattr:用于设置当前消息队列的属性。其中mq_setattr中的oldattr用于保存修改前的消息队列的属性,可以为空。
mq_setattr可以设置的属性只有mq_flags,用来设置或清除消息队列的非阻塞标志。newattr结构的其他属性被忽略。mq_maxmsg
和mq_msgsize属性只能在创建消息队列时通过mq_open来设置。mq_open只会设置该两个属性,忽略另外两个属性。mq_curmsgs属
性只能被获取而不能被设置。

三. POSIX消息队列的使用
POSIX消息队列可以通过以下两个函数来进行发送和接收消息:
#include <mqueue.h>
mqd_t mq_send(mqd_t mqdes, const char *msg_ptr, size_t msg_len, unsigned msg_prio);

如果消息队列已满(即队列上的消息数量等于队列的mq_maxmsg属性),那么默认情况下,mq_send()阻塞,直到有足够的空间可用于允许消息排队或直到调用被信
号处理程序中断。 如果为消息队列描述启用了O_NONBLOCK标志,则调用会立即失败返回,并errno为EAGAIN。

成功返回0,出错返回-1

mqd_t mq_receive(mqd_t mqdes, char *msg_ptr, size_t msg_len, unsigned *msg_prio);

如果队列为空,那么默认情况下,mq_receive()阻塞,直到消息变为可用,或者调用被信号处理程序中断。 如果为消息队列描述启用了O_NONBLOCK标志,
那么调用会立即失败,errno为错误EAGAIN。

成功返回接收到消息的字节数,出错返回-1

#ifdef __USE_XOPEN2K
mqd_t mq_timedsend(mqd_t mqdes, const char *msg_ptr,size_t msg_len, unsigned msg_prio, const struct timespec *abs_timeout);
mqd_t mq_timedreceive(mqd_t mqdes, char *msg_ptr, size_t msg_len, unsigned *msg_prio, const struct timespec *abs_timeout);
#endif

mq_send(): 向消息队列中写入一条消息
mq_receive(): 从消息队列中读取一条消息。
参数:
mqdes:消息队列描述符;
msg_ptr:指向消息体缓冲区的指针;
msg_len:消息体的长度,其中mq_receive的该参数不能小于能写入队列中消息的最大长度,即一定要大于等于该队列的mq_attr结构
中mq_msgsize。如果mq_receive中的msg_len小于该值,就会返回EMSGSIZE错误。POXIS消息队列发送的消息长度可以为0。
msg_prio:消息的优先级;它是一个小于MQ_PRIO_MAX的数,数值越大,优先级越高。
POSIX消息队列在调用mq_receive时总是返回队列中最高优先级的最早的消息。如果消息不需要设定优先级,那么可以在mq_send是置msg_prio
为0,mq_receive的msg_prio置为NULL。
默认情况下mq_send和mq_receive是阻塞进行调用,可以通过mq_setattr来设置为O_NONBLOCK。

还有两个XSI定义的扩展接口限时发送和接收消息的函数:mq_timedsend和mq_timedreceive函数。

 /* send.c */
#include <mqueue.h>
#include <stdbool.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <errno.h>
#include <string.h> #define MAXSIZE 1024
int main(int argc,char**argv)
{
if(argc!=)
{
printf("Usage: %s /mqname \n", argv[]);
return -;
}
char Msg[MAXSIZE]="Hello World";
char *name = argv[]; int flags = O_RDWR | O_CREAT | O_EXCL ;
mode_t mode = S_IRUSR | S_IWUSR| S_IRGRP |S_IROTH; struct mq_attr attr;
attr.mq_flags=;
attr.mq_maxmsg=;
attr.mq_msgsize=sizeof(Msg);
attr.mq_curmsgs=; mqd_t mqid = mq_open(name,flags,mode,&attr);
if(mqid==-)
{
printf("mq_open() failed! error %s (%d)\r\n",strerror(errno),errno);
return -;
} int i;
for(i=;i<;i++)
{
if(mq_send(mqid,Msg,strlen(Msg),i)==-)
{
perror("mq_send error");
return -;
}
} mq_close(mqid); return ;
}
 /* recv.c */
#include <mqueue.h>
#include <stdbool.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <errno.h>
#include <string.h> int main(int argc,char**argv)
{
if(argc !=)
{
printf("Usage: %s /mqname \r\n", argv[]);
return -;
}
const int MAXSIZE =;
char RecvBuff[MAXSIZE];
int prio;
ssize_t n;
char* name = argv[];
int flags = O_RDONLY; memset(RecvBuff, , sizeof(RecvBuff));
mqd_t mqid = mq_open(name, flags); struct mq_attr attr;
if(mqid == -)
{
printf("mq_open error %s (%d)\r\n",strerror(errno),errno);
return -;
}
while(true)
{
if(mq_getattr(mqid,&attr) == -)
{
printf("get attr error\r\n");
break;
}
if(attr.mq_curmsgs == (long))
{
printf("no messages in queue\r\n");
break;
} if((n = mq_receive(mqid,RecvBuff,sizeof(RecvBuff),&prio)) == -)
{
perror("mq_receive error");
return -;
}
printf("read %ld bytes\r\n", (long)n);
printf("prio is %d\r\n", prio);
printf("%s \r\n\n", RecvBuff);
} mq_close(mqid);
mq_unlink(name); return ;
}
/* Makefile */

all:
gcc send.c -o send -lrt
gcc recv.c -o recv -lrt
/*运行结果*/

read  bytes
prio is
Hello World read bytes
prio is
Hello World read bytes
prio is
Hello World read bytes
prio is
Hello World read bytes
prio is
Hello World