進程間通信（二）—消息隊列，進程通信消息隊列

進程間通信（二）—消息隊列，進程通信消息隊列

我會用幾篇博客總結一下在Linux中進程之間通信的幾種方法，我會把這個開頭的摘要部分在這個系列的每篇博客中都打出來

進程之間通信的方式

• 管道
• 消息隊列
• 信號
• 信號量
• 共享存儲區
• 套接字（socket）

這次主要寫的是消息隊列，之前講過的管道和消息隊列在本質上就有很大的區別，管道是一個文件，而消息隊列是一個數據結構（類似於鏈表）。這說明了，管道文件是存放在磁盤上的，關機也會存在（尤其是命名管道更為顯而易見，你不刪除他他就擱那呆著），而消息隊列是存在於內核中的內存，顯而易見，關機就沒了。

更關鍵的是，內存他快呀，比磁盤I/O快多了，為啥要用那麼慢的管道。而且消息隊列是可以直接完成沒有親緣關系的進程之間的通信的。但是結構比起管道要復雜，用到了很多結構體。內容有些多。先寫一下和管道的主要區別，可以更直觀的進行對比

• 匿名管道是跟隨進程的，消息隊列是跟隨內核的，也就是說進程結束之後，匿名管道就死了，但是消息隊列還會存在（除非顯示調用函數銷毀）
• 管道是文件，存放在磁盤上，訪問速度慢，消息隊列是數據結構，存放在內存，訪問速度快
• 管道是數據流式存取，消息隊列是數據塊式存取

那麼從頭開始吧：

• 如何創建一個消息隊列

在C庫函數中有一個系統調用可以創建一個消息隊列，那就是msgget，跟這個函數有關的其他函數也會一並給出來

• 函數原型： int msgget(key_t key, int msgflg)
• 頭文件：#include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/msg.h>
• 參數解析
  • 第一個參數是一個標識數據結構唯一的key鍵值，可以給IPC_PRIVATE讓內核自動給，也可以自己調用ftok函數綁定一個
  • 第二個參數是創建消息隊列的參數，有IPC_CREAT 和 IPC_EXCL
    • 單獨使用IPC_CREAT，如果該消息隊列已經存在（就是該key_t對象已經拿去被創建過一個隊列了），打開該隊列並返回，如果不存在，就創建一個返回
    • 單獨使用IPC_EXCL沒有意義
    • 兩個參數一起使用（IPC_CREAT | IPC_EXCL），如果該隊列存在，出錯返回，如果不存在創建一個返回，也就是說這樣使用一定會獲得一個新隊列
• 返回值，成功返回標志消息隊列的唯一的一個int，失敗返回-1

• 函數原型：key_t ftok(const char *pathname,int proj_id)
• 頭文件：#include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h>
• 參數解析
  • 沒啥好解析的，第一個參數就是給個路徑（目錄）就成了
  • 第二個就是給個int值，沒啥特殊要求，ftok本質就是把這個proj_id和pathname綁定在一起罷了

相關函數就這麼多，到這裡就可以開心的創建一個新的消息隊列了，那麼怎麼看我們創建出來的消息隊列呢？怎麼銷毀他呢？

先用命令看一下，使用ipcs -q就可查看消息隊列的狀態，這裡我創建了一個消息隊列，下面來銷毀它

使用ipcrm -q msqid就可以銷毀一個消息隊列，我已經把剛才創建的消息隊列銷毀了

那麼如何通過C函數銷毀一個消息隊列？使用msgctl函數

• 函數原型： int msgctl(int msgid ,int cmd ,struct msgid_ds *buf)
• 頭文件：#include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/msg.h>
• 參數解析
  • 第一個參數就是創建好的標識msg的int變量
  • 第二個參數有很多，這裡介紹兩個，先說主要的銷毀，IPC_RMID，設置了這個之後第三個參數就沒必要設置了給個0就成
  • 第二個參數設置成IPC_SET的時候表示對消息隊列進行初始化，這時第三個參數就有用了，但是我這裡沒用到就不話費篇幅詳細解釋了，貼出結構看看就成

這裡提一下，消息隊列的一個缺點，這裡說到IPC_SET對消息隊列的初始化，就是說消息隊列的創建和初始化是分開的，這樣設計不是很好，因為有線程安全的問題，當一個線程創建了消息隊列還沒初始化，另一個線程直接開始執行訪問的操作就很尴尬了

 1 struct msginfo {
 2                       int msgpool; /* Size in kibibytes of buffer pool
 3                                       used to hold message data;
 4                                       unused within kernel */
 5                       int msgmap;  /* Maximum number of entries in message
 6                                       map; unused within kernel */
 7                       int msgmax;  /* Maximum number of bytes that can be
 8                                       written in a single message */
 9                       int msgmnb;  /* Maximum number of bytes that can be
10                                       written to queue; used to initialize
11                                       msg_qbytes during queue creation
12                                       (msgget(2)) */
13                       int msgmni;  /* Maximum number of message queues */
14                       int msgssz;  /* Message segment size;
15                                       unused within kernel */
16                       int msgtql;  /* Maximum number of messages on all queues
17                                       in system; unused within kernel */
18                       unsigned short int msgseg;
19                                    /* Maximum number of segments;
20                                       unused within kernel */
21                   };

• 使用消息隊列

提到使用消息隊列無非就是消息的寫入和消息的讀出，這涉及兩個函數和一個結構體

先說發送函數

• 函數原型：int msgsnd(int msgid,const void *msgp,size_t msgsz,int msgflg)
• 頭文件：#include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/msg.h>
• 參數解析
  • 第一個還是消息隊列號
  • 第二個是一個結構體的指針，這個結構體叫做msgbuf在內核中有（應該是有的。。。沒有就自己寫一個放程序裡），必要的，這個就是傳輸數據的數據塊，沒了它就沒得傳了，可不能隨便設置為0
  • 第三個就是傳輸的消息長度（一般你的數據有多長就寫多長，不是msgbuf對象的總大小）
  • 第四個是傳送方式（無阻塞啊什麼的）的參數，我的程序沒有使用所以我設置為0了

在列接受函數之前必須把結構體放出來，不然下面就懵逼了

1 struct msgbuf {
2                long mtype;       /* message type, must be > 0 */
3                char mtext[1];    /* message data */
4            };

從mtype講起，因為隊列是好多進程（或者說是線程）都拿來用的，比如4個進程共用一個消息隊列，兩兩之間進行通信，就有必要標識哪兩個進程是一組的，哪塊數據是屬於你們組的，不能亂拿是不是，這個mtype就是用來標識的，但是一定要大於0，我一開始設置為0一直報參數錯誤，查了文檔才發現自己蠢了。。。

mtext存放的就是你要傳輸的數據了，怎麼大小只有1?當然不能只有1，我自己寫的msgbuf就有1024長度。。。所以還是自己寫爽啊

可以說接受函數了

• 函數原型：ssize_t msgrcv(int msgid,const void *msgp,size_t msgsz,long msgtyp,int msgflg)
• 頭文件同msgsnd函數
• 參數解析
  • 只用看標紅部分就成了，其他的和msgsnd一樣
  • msgtyp就是用來表示我（當前進程）拿數據的時候，只拿（msgbuf對象中的mtype）和我傳入的msgtyp一樣的數據塊（msgbuf對象）
• 成功返回長度，失敗返回-1

事已至此，基本操作就說完了，廢話少說，show me the code

我的程序分為comm.h（公共頭文件） comm.c（封裝基本函數） server.c（建議服務器端） client.c（簡易客戶端）一共4個文件

完成了服務器端和客戶端的簡單通信（回合制聊天（誤））

comm.h

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <unistd.h>
 3 #include <sys/msg.h>
 4 #include <sys/types.h>
 5 #include <sys/ipc.h>
 6 #include <string.h>
 7 #include <stdlib.h>
 8 #include <errno.h>
 9 #include <memory.h>
10 
11 
12 #define _PATH_NAME_ "/tmp"
13 #define _PROJ_ID_ 0x666
14 #define _SIZE_ 1024
15 
16 static int comm_create_msg_set(int flags);
17 int create_msg_set();
18 int get_msg_set();
19 void destory_msg_set(int msg_id);
20 void send_msg(int msg_id,long msgtype,char * buf);
21 void receive_msg(int msg_id,long msgtype,char *buf);
22 
23 
24 
25 struct msgbuf
26 {
27   long mtype;
28   char mtext[_SIZE_];
29 };

comm.c

 1 #include "comm.h"
 2 static int comm_create_msg_set(int flags)
 3 {
 4   key_t _key=ftok(_PATH_NAME_,_PROJ_ID_);
 5   if(_key<0)
 6   {
 7     printf("%d:%s",errno,strerror(errno));
 8   }
 9   int msg_id=msgget(_key,flags);
10   if(msg_id<0)
11   {
12     printf("%d:%s",errno,strerror(errno));
13   }
14   return msg_id;
15 }
16 
17 
18 int get_msg_set()
19 {
20   key_t _key=ftok(_PATH_NAME_,_PROJ_ID_);
21   int flags=IPC_CREAT;
22   return comm_create_msg_set(flags);
23 }
24 
25 
26 int create_msg_set()
27 {
28   key_t _key=ftok(_PATH_NAME_,_PROJ_ID_);
29   int flags=IPC_CREAT | IPC_EXCL;
30   return comm_create_msg_set(flags);
31 }
32 
33 
34 void send_msg(int msg_id,long msgtype,char *buf)
35 {
36   memset(buf,'\0',strlen(buf)+1);
37   ssize_t _size=read(0,buf,_SIZE_);
38   if(_size>0)
39   {
40     buf[_size-1]='\0';
41   }
42 
43   struct msgbuf _mbuf;
44   memset(&_mbuf,'\0',sizeof(struct msgbuf));
45   _mbuf.mtype=msgtype;
46   strcpy(_mbuf.mtext,buf);
47   if(msgsnd(msg_id,&_mbuf,_size,0)<0)
48   {
49     printf("send error,%d:%s",errno,strerror(errno));
50   }
51 }
52 
53 void receive_msg(int msg_id , long msgtype ,char *buf)
54 {
55   struct msgbuf _mbuf;
56   memset(&_mbuf,'\0',sizeof(struct msgbuf));
57   _mbuf.mtype=0;
58   if(msgrcv(msg_id,&_mbuf,_SIZE_,msgtype,0)<0)
59   {
60     printf("recv error %d:%s",errno,strerror(errno));
61   }
62   strcpy(buf,_mbuf.mtext);
63 }
64 
65 void destory_msg_set(int msg_id)
66 {
67   if(msgctl(msg_id,IPC_RMID,0)<0)
68   {
69     printf("%d:%s",errno,strerror(errno));
70   }
71 }

server.c

 1 #include "comm.h"
 2 long c_type=1;
 3 long s_type=22;
 4 int main()
 5 {
 6   int msg_id=create_msg_set();
 7   char buf[_SIZE_];
 8 
 9   while(1)
10   {
11     memset(buf,'\0',sizeof(buf));
12     receive_msg(msg_id,c_type,buf);
13     if(strcasecmp(buf,"quit")==0)
14     {
15       break;
16     }
17     printf("client # %s\n",buf);
18     printf("clent say done ! Please Input:");
19     fflush(stdout);
20     memset(buf,'\0',sizeof(buf));
21     send_msg(msg_id,c_type,buf);
22   }
23   destory_msg_set(msg_id);
24   return 0;
25 }

client.c

 1 #include "comm.h"
 2 
 3 
 4 long c_type=1;
 5 long s_type=2;
 6 
 7 int main()
 8 {
 9   int msg_id = get_msg_set();
10 
11   char buf[_SIZE_];
12 
13   while(1)
14   {
15     memset(buf,'\0',sizeof(buf));
16     send_msg(msg_id,c_type,buf);
17     if(strcasecmp(buf,"quit")==0)
18     {
19       break;
20     }
21     memset(buf,'\0',sizeof(buf));
22     receive_msg(msg_id,c_type,buf);
23     printf("server # %s\n",buf);
24     printf("server say done ! Please Input:");
25     fflush(stdout);
26   }
27 
28   return 0;
29 }

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