消息队列

既然我们已经有了共享内存，为什么还需要消息队列呢？原因有很多，为了简化起见，我们试着将其分解成多个点 −

众所周知，一旦某个进程接收到该消息，其他进程就无法再使用该消息。而在共享内存中，多个进程可以访问该数据。
如果我们想使用小消息格式进行通信。
当多个进程同时通信时，需要使用同步来保护共享内存数据。
使用共享内存进行写入和读取的频率很高，因此实现该功能将非常复杂。在这种情况下，就利用率而言不值得。
如果所有进程都不需要访问共享内存，而只有极少数进程需要它，那么使用消息队列来实现会更好。
如果我们想要与不同的数据包进行通信，假设进程 A 向进程 B 发送消息类型 1，向进程 C 发送消息类型 10，向进程 D 发送消息类型 20。在这种情况下，使用消息队列实现更简单。为了将给定的消息类型简化为 1、10、20，它可以是 0 或 +ve 或 -ve，如下所述。
当然，消息队列的顺序是 FIFO（先进先出）。插入队列的第一个消息是第一个被检索的消息。

使用共享内存或消息队列取决于应用程序的需求以及利用效率。

使用消息队列进行通信可以通过以下方式进行 −

一个进程写入共享内存，另一个进程从共享内存读取。我们知道，读取也可以通过多个进程进行。

一个进程使用不同的数据包写入共享内存，多个进程从中读取，即按照消息类型。

看过关于消息队列的某些信息后，现在是时候检查支持消息队列的系统调用（System V）了。

要使用消息队列进行通信，请按照以下步骤 −

步骤 1 −创建消息队列或连接到已经存在的消息队列（msgget()）

步骤 2 − 写入消息队列（msgsnd()）

步骤 3 − 从消息队列读取（msgrcv()）

步骤 4 − 对消息队列执行控制操作（msgctl()）

现在，让我们检查上述调用的语法和某些信息。

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

int msgget(key_t key, int msgflg)

此系统调用创建或分配 System V 消息队列。需要传递以下参数 −

第一个参数 key 用于识别消息队列。key 可以是任意值，也可以是从库函数 ftok() 派生的值。
第二个参数 shmflg 指定所需的消息队列标志，例如 IPC_CREAT（如果不存在则创建消息队列）或 IPC_EXCL（与 IPC_CREAT 一起使用以创建消息队列，如果消息队列已存在，则调用失败）。还需要传递权限。

注意 − 有关权限的详细信息，请参阅前面的部分。

此调用将在成功时返回有效的消息队列标识符（用于进一步调用消息队列），在失败时返回 -1。要了解失败的原因，请检查 errno 变量或 perror() 函数。

与此调用相关的各种错误包括 EACCESS（权限被拒绝）、EEXIST（队列已存在无法创建）、ENOENT（队列不存在）、ENOMEM（内存不足，无法创建队列）等。

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

int msgsnd(int msgid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg)

此系统调用将消息发送/附加到消息队列（System V）。需要传递以下参数 −

第一个参数 msgid 识别消息队列，即消息队列标识符。在 msgget() 成功后会收到标识符值
第二个参数 msgp 是指向发送给调用者的消息的指针，在以下形式的结构中定义 −

struct msgbuf {
   long mtype;
   char mtext[1];
};

变量 mtype 用于与不同的消息类型进行通信，在 msgrcv() 调用中有详细说明。变量 mtext 是一个数组或其他结构，其大小由 msgsz（正值）指定。如果未提及 mtext 字段，则将其视为零大小消息，这是允许的。

第三个参数 msgsz 是消息的大小（消息应以空字符结尾）
第四个参数 msgflg 表示某些标志，例如 IPC_NOWAIT（在队列中未找到消息时立即返回）或 MSG_NOERROR（如果消息文本超过 msgsz 字节，则截断消息文本）

此调用在成功时将返回 0，在失败时返回 -1。要了解失败的原因，请检查 errno 变量或 perror() 函数。

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

int msgrcv(int msgid, const void *msgp, size_t msgsz, long msgtype, int msgflg)

此系统调用从消息队列 (System V) 中检索消息。需要传递以下参数 −

第一个参数 msgid 识别消息队列，即消息队列标识符。msgget() 成功后将收到标识符值
第二个参数 msgp 是从调用者接收的消息的指针。它以以下形式的结构定义 −

struct msgbuf {
   long mtype;
   char mtext[1];
};

变量 mtype 用于与不同消息类型进行通信。变量 mtext 是一个数组或其他结构，其大小由 msgsz（正值）指定。如果没有提到 mtext 字段，则将其视为零大小消息，这是允许的。

第三个参数 msgsz 是收到的消息的大小（消息应以空字符结尾）
第四个参数 msgtype 表示消息的类型 −
- 如果 msgtype 为 0 − 读取队列中收到的第一条消息
- 如果 msgtype 为 +ve −读取队列中 msgtype 类型的第一个消息（如果 msgtype 为 10，则只读取类型 10 的第一个消息，即使队列开头可能有其他类型）
- 如果 msgtype 为 –ve −读取第一个类型小于或等于消息类型绝对值的最低消息（例如，如果 msgtype 为 -5，则读取第一个类型小于 5 的消息，即消息类型从 1 到 5）
第五个参数 msgflg 表示某些标志，例如 IPC_NOWAIT（当队列中未找到任何消息时立即返回）或 MSG_NOERROR（如果消息文本超过 msgsz 个字节，则截断消息文本）

如果成功，此调用将返回 mtext 数组中实际接收的字节数，如果失败，则返回 -1。要了解失败的原因，请检查 errno 变量或 perror() 函数。

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

int msgctl(int msgid, int cmd, struct msqid_ds *buf)

此系统调用执行消息队列的控制操作（System V）。需要传递以下参数 −

第一个参数 msgid 识别消息队列，即消息队列标识符。在 msgget() 成功后会收到标识符值
第二个参数 cmd 是执行消息队列所需控制操作的命令。cmd 的有效值为 −

IPC_STAT − 将 struct msqid_ds 中每个成员的当前值信息复制到 buf 指向的传递结构中。此命令需要对消息队列具有读取权限。

IPC_SET − 设置结构 buf 指向的用户 ID、所有者的组 ID、权限等。

IPC_RMID − 立即删除消息队列。

IPC_INFO − 返回 buf 指向的结构中有关消息队列限制和参数的信息，该结构属于 struct msginfo 类型

MSG_INFO −返回一个 msginfo 结构，其中包含有关消息队列所消耗的系统资源的信息。

第三个参数 buf 是指向名为 struct msqid_ds 的消息队列结构的指针。此结构的值将用于根据 cmd 进行设置或获取。

此调用将根据传递的命令返回值。IPC_INFO 和 MSG_INFO 或 MSG_STAT 的成功将返回消息队列的索引或标识符，其他操作则返回 0，失败则返回 -1。要了解失败的原因，请使用 errno 变量或 perror() 函数进行检查。

了解了有关消息队列的基本信息和系统调用后，现在是时候使用程序进行检查了。

在查看程序 − 之前，让我们先看看描述。

步骤 1 −创建两个进程，一个用于发送到消息队列（msgq_send.c），另一个用于从消息队列检索（msgq_recv.c）

步骤 2 − 使用 ftok() 函数创建密钥。为此，最初创建文件 msgq.txt 以获取唯一密钥。

步骤 3 − 发送过程执行以下操作。

读取用户输入的字符串
删除新行（如果存在）
发送到消息队列
重复该过程，直到输入结束（CTRL + D）
一旦收到输入结束，发送消息"end"以表示过程结束

步骤 4 − 在接收过程中，执行以下操作。

从队列读取消息
显示输出
如果收到的消息是"end"，则完成该过程并退出

为简化起见，我们在本示例中不使用消息类型。此外，一个进程正在写入队列，另一个进程正在从队列读取。这可以根据需要进行扩展，即理想情况下一个进程将写入队列，多个进程从队列中读取。

现在，让我们检查该过程（将消息发送到队列） - 文件：msgq_send.c

/* Filename: msgq_send.c */
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

#define PERMS 0644
struct my_msgbuf {
   long mtype;
   char mtext[200];
};

int main(void) {
   struct my_msgbuf buf;
   int msqid;
   int len;
   key_t key;
   system("touch msgq.txt");
   
   if ((key = ftok("msgq.txt", 'B')) == -1) {
      perror("ftok");
      exit(1);
   }
   
   if ((msqid = msgget(key, PERMS | IPC_CREAT)) == -1) {
      perror("msgget");
      exit(1);
   }
   printf("message queue: ready to send messages.
");
   printf("Enter lines of text, ^D to quit:
");
   buf.mtype = 1; /* we don't really care in this case */
   
   while(fgets(buf.mtext, sizeof buf.mtext, stdin) != NULL) {
      len = strlen(buf.mtext);
      /* remove newline at end, if it exists */
      if (buf.mtext[len-1] == '
') buf.mtext[len-1] = '\0';
      if (msgsnd(msqid, &buf, len+1, 0) == -1) /* +1 for '\0' */
      perror("msgsnd");
   }
   strcpy(buf.mtext, "end");
   len = strlen(buf.mtext);
   if (msgsnd(msqid, &buf, len+1, 0) == -1) /* +1 for '\0' */
   perror("msgsnd");
   
   if (msgctl(msqid, IPC_RMID, NULL) == -1) {
      perror("msgctl");
      exit(1);
   }
   printf("message queue: done sending messages.
");
   return 0;
}

编译和执行步骤

message queue: ready to send messages.
Enter lines of text, ^D to quit:
this is line 1
this is line 2
message queue: done sending messages.

以下是消息接收过程的代码（从队列中检索消息） – 文件：msgq_recv.c

/* Filename: msgq_recv.c */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

#define PERMS 0644
struct my_msgbuf {
   long mtype;
   char mtext[200];
};

int main(void) {
   struct my_msgbuf buf;
   int msqid;
   int toend;
   key_t key;
   
   if ((key = ftok("msgq.txt", 'B')) == -1) {
      perror("ftok");
      exit(1);
   }
   
   if ((msqid = msgget(key, PERMS)) == -1) { /* connect to the queue */
      perror("msgget");
      exit(1);
   }
   printf("message queue: ready to receive messages.
");
   
   for(;;) { /* normally receiving never ends but just to make conclusion 
             /* this program ends wuth string of end */
      if (msgrcv(msqid, &buf, sizeof(buf.mtext), 0, 0) == -1) {
         perror("msgrcv");
         exit(1);
      }
      printf("recvd: \"%s\"
", buf.mtext);
      toend = strcmp(buf.mtext,"end");
      if (toend == 0)
      break;
   }
   printf("message queue: done receiving messages.
");
   system("rm msgq.txt");
   return 0;
}

编译和执行步骤

message queue: ready to receive messages.
recvd: "this is line 1"
recvd: "this is line 2"
recvd: "end"
message queue: done receiving messages.

进程间通信

消息队列

编译和执行步骤

编译和执行步骤

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