三、Linux系统编程：进程间的通信（IPC）之消息队列

3 IPC（进程间通信）消息队列

消息队列（Message queue）是一种进程间通信或同一进程的不同线程间的通信方式，软件的贮列用来处理一系列的输入，通常是来自用户。

3.1 背景

管道和套接字比较适合两三个进程之间的通信，如果进程成倍增加，管道和套接字的数量也会阶乘级的增加，管理也非常复杂麻烦，于是出现了消息队列。

3.2 POSIX 消息队列

3.3 查看

• POSIX消息队列预览：man mq_overview
• 查看POSIX消息队列：ls /dev/mqueue
• cat /dev/mqueue/PIC名字

3.4 接口

头文件:mqueue.h
库:librt.so(real time)

3.5 结构体

struct mq_attr消息队列属性

成员	含义	说明
mq_flags	标志	在mq_open时被初始化,在mq_setattr设置,其值为0或者O_NONBLOCK
mq_maxmsg	队列的消息个数最大值	只能在mq_open时被初始化
mq_msgsize	队列每个消息长度的最大值	只能在mq_open时被初始化
mq_curmsgs	当前队列消息个数	在mq_getattr获取

3.6 函数

POSIX 消息队列主要有八个操作

操作	函数
创建消息队列	mqd_t mq_open(const char *name, int oflag, mode_t mode, struct mq_attr *attr)
删除消息队列	int mq_unlink(const char *name)
打开消息队列	mqd_t mq_open(const char *name, int oflag)
关闭消息队列	int mq_close(mqd_t mqdes)
发送消息	int mq_send(mqd_t mqdes, const char *msg_ptr,size_t msg_len, unsigned msg_prio)
接收消息	ssize_t mq_receive(mqd_t mqdes, char *msg_ptr,size_t msg_len, unsigned *msg_prio)
设置消息队列属性	int mq_setattr(mqd_t mqdes, struct mq_attr *newattr,struct mq_attr *oldattr)
获取消息队列属性	int mq_getattr(mqd_t mqdes, struct mq_attr *attr)

注：消息队列操作与文件读写操作非常相似

3.6.1 创建消息堆列

mqd_t mq_open(const char *name, int oflag, mode_t mode, struct mq_attr *attr)

• 参数

参数	含义
name	posix IPC名字，格式为/somename
oflag	标志
mode	权限
attr	队列属性,阻塞attr.mq_flag = 0;非阻塞attr.mq_flag = NONBLOCK

• 标志

标志	作用
O_CREAT	没有该对象则创建
O_EXCL	如果O_CREAT指定，但name不存在，就返回错误
O_NONBLOCK	以非阻塞方式打开消息队列
O_RDONLY	只读
O_RDWR	读写
O_WRONLY	只写

• 权限

权限	作用
S_IWUSR	用户/属主写
S_IRUSR	用户/属主读
S_IWGRP	组成员写
S_IRGRP	组成员读
S_IWOTH	其他用户写
S_IROTH	其他用户读

• 返回值

返回值	含义
-1	出错
其他	消息队列描述符

• 注意
  编译时需要加上 -lrt。

3.6.2 删除消息队列

int mq_unlink(const char *name)

• 参数
  name ：posix IPC名字
• 返回值

返回值	含义
-1	出错
0	成功

3.6.3 打开消息队列

mqd_t mq_open(const char *name, int oflag)

• 参数

参数	含义
name	posix IPC名字
oflag	标志,O_RDONLY只读;O_RDWR读写;O_WRONLY只写

• 返回值

返回值	含义
-1	出错
其他	消息队列描述符

3.6.4 关闭消息队列

int mq_close(mqd_t mqdes)

• 参数
  mqdes ：消息队列描述符

• 返回值

返回值	含义
-1	出错
0	成功

• 注意
  mq_close()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。

3.6.5 发送消息

int mq_send(mqd_t mqdes, const char *msg_ptr,size_t msg_len, unsigned msg_prio)

• 参数

参数	含义
msg_ptr	消息的指针。
msg_len	消息长度，不能大于属性值mq_msgsize的值
msg_prio	优先级，小于MQ_PRIO_MAX，数值越大，优先级越高

• 注意
  消息在队列中将按照优先级大小顺序来排列消息
  消息队列已满，mq_send()函数将阻塞,直到有可用空间再次允许放置消息。
  如果O_NONBLOCK被指定，mq_send()那么将不会阻塞，而是返回EAGAIN错误。

3.6.6 接收消息

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

• 参数

参数	含义
msg_ptr	消息的指针。
msg_len	消息长度，不能大于属性值mq_msgsize的值
msg_prio	优先级，消息在队列中将按照优先级大小顺序来排列消息

• 返回值

返回值	含义
-1	出错
正数	接收到的消息长度

• 注意
  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消息。
  如果队列空，mq_receive()函数将阻塞，直到消息队列中有新的消息。
  如果O_NONBLOCK被指定，mq_receive()那么将不会阻塞，而是返回EAGAIN错误。

3.6.7 设置消息队列属性

int mq_setattr(mqd_t mqdes, struct mq_attr *newattr,struct mq_attr *oldattr);

• 参数

参数	含义
mqdes	消息队列描述符
newattr	新属性,只能设置mq_flags:0:NONBLOCK
oldattr	旧属性

• 返回值

返回值	含义
-1	出错
0	成功

3.6.8 获取消息队列属性

int mq_getattr(mqd_t mqdes, struct mq_attr *attr)

• 参数

参数	含义
mqdes	消息队列描述符
attr	属性

• 返回值

返回值	含义
-1	出错
0	成功

• 注意
  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。

3.7 实例: 创建POSIX消息队列，实现基本的消息收发

• create_mq.cpp

#include 
#include 
#include 
using namespace std;
int main(int argc,char** argv){
    mq_attr attr;
    attr.mq_maxmsg = 100;
    attr.mq_msgsize = 100;
    cout << argv[1] << endl;
    mqd_t fd = mq_open(argv[1],O_CREAT,0644,&attr);
    if(-1 == fd){
    	perror("mq_open error");
    }
    return 0;
}

• write_mq.cpp

#include 
#include 
using namespace std;
int main(int argc,char** argv){
    mqd_t fd = mq_open(argv[1],O_WRONLY);
    if(-1 == fd){
    	perror("mq_open error");
	return 1;
    }
    string msg;
    cin >> msg;
    mq_send(fd,msg.c_str(),msg.size()+1,0);
    mq_close(fd);
}

• read_mq.cpp

#include 
#include 
using namespace std;
int main(int argc,char** argv){
    mqd_t fd = mq_open(argv[1],O_RDONLY);
    if(-1 == fd){
    	perror("mq_open error");
    }
    char buffer[1024] = {0};
    unsigned int p;
    mq_receive(fd,buffer,sizeof(buffer),&p);
    cout << buffer << endl;
    mq_close(fd);
}

步骤：
1）通过该程序创建一个类似通道的交互文件,g++ create_mq.cpp -lrt。
2）执行./a.out /abc生成一个名为abc的通道，目录位于/dev/mqueue
3）执行：./write_mq /abc 发送
4）执行：另一shell窗口./ read_mq /abc 接收

[root@localhost 3]# ./write /abc
a   
[root@localhost 3]# ./write /abc
b
[root@localhost 3]# ./write /abc
c
[root@localhost 3]# ./write /abc
1
[root@localhost 3]# ./write /abc
2
[root@localhost 3]# ./write /abc
3
[root@localhost 3]# 
...
...
[root@localhost 3]# ./read /abc
a
[root@localhost 3]# ./read /abc
b
[root@localhost 3]# 
[root@localhost 3]# ./read /abc
c
[root@localhost 3]# ./read /abc
1
[root@localhost 3]# ./read /abc
2
[root@localhost 3]# ./read /abc
3
[root@localhost 3]#