四.消息队列

news2025/1/17 21:45:57

目录

1 .消息队列概述

2.消息队列的特点

3.ftok函数

3 创建消息队列-msgget( )

3.1发送消息-msgsnd( )

3.2 接收消息-msgrcv( )

4 消息队列的控制

1 .消息队列概述

       消息队列是一种进程间通信的机制，允许不同进程在系统中传递数据。它们通常由内核维护，并提供了一种异步的通信方式，允许进程通过在队列中发送和接收消息进行通信。

消息队列是消息的链表，存放在内存中，由内核维护

2.消息队列的特点

1、消息队列中的消息是有类型的。

2、消息队列中的消息是有格式的。

3、消息队列可以实现消息的随机查询。消息不一定要以先进先出的次序读取，编程时可以按消息的类型读取。

4、消息队列允许一个或多个进程向它写入或者读取消息。

5、与无名管道、命名管道一样，从消息队列中读出消息，消息队列中对应的数据都会被删除。 6、每个消息队列都有消息队列标识符，消息队列的标识符在整个系统中是唯一的。

7、只有内核重启或人工删除消息队列时，该消息队列才会被删除。若不人工删除消息队列，消息队列会一直存在 于系统中。

在 ubuntu 12.04 中消息队列限制值如下:

每个消息内容最多为 8K 字节。

每个消息队列容量最多为 16K 字节 系统中消息队列个数最多为 1609 个。

系统中消息个数最多为 16384 个。

System V 提供的 IPC 通信机制需要一个 key 值，通过 key 值就可在系统内获得一个唯一的消息队列标识符。 key 值可以是人为指定的，也可以通过 ftok 函数获得。

3.ftok函数

ftok函数

ftok()函数是在 Linux/Unix 操作系统中用于创建一个唯一的 key 的函数。

消息队列、信号量等进程间通信方式都需要一个唯一的标识符来标识自己。`ftok()` 函数可以将一个普通文件的路径名和一个整数 ID 转换为一个 key（即 IPC 标识符），返回值为一个 long 类型的 key 值。

ftok()的函数原型为：

#include <sys/types.h> 

#include <sys/ipc.h>
key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);

 功能：通过文件名和目标值共同创造一个键值并返回值。获得项目相关的唯一的 IPC 键值。

参数：

 pathname：任意一个文件名（文件名或者目录名）路径名

 proj_id：目标值，范围一般是0~127，项目 ID，非 0 整数(只有低 8 位有效)。

返回值： 成功：返回 key 的键值。 失败：‐1

 如果使用ftok函数获取键值，得到的键值是由ftok的第一个 参数对应文件的信息和第二个参数一起决定的。

其中，参数 `pathname` 是指文件的路径名，`proj_id` 是一个用户自定义的整数 ID。

`ftok()` 函数会根据给定的文件路径名和整数 ID 生成一个唯一的 key。在多个进程中使用同一个 key 可以让它们访问同一个 IPC 对象，例如同一个消息队列或同一个信号量集合。

需要注意的是，如果文件不存在或者无法访问，或者多个进程使用不同的文件路径名和/或整数 ID 调用 `ftok()` 生成相同的 key，则可能导致 IPC 系统中的冲突。因此，在使用 `ftok()` 函数时需要选择一个合适的文件路径名和整数 ID，并确保所有进程都使用相同的参数来调用该函数。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    //使用ftok函数获取键值
    //只要保证ftok的第一个参数对应的文件和第二个参数值相同，则不管程序运行多少遍或者多少个进程或者键值
    //键值一定都是唯一的
    key_t mykey;
    if((mykey = ftok(".", 100)) == -1)
    {
        perror("fail to ftok");
        exit(1);
    }

    printf("key = %#x\n", mykey);

    
    return 0;
}

3 创建消息队列-msgget( )

man msgget

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

       int msgget(key_t key, int msgflg);

功能：创建一个消息队列，并得到该消息队列的id

 参数：

 key：键值，唯一的键值确定唯一的消息队列

 方法1：任意指定一个数

方法2：使用ftok函数获取键值

 msgflg：消息队列的访问权限

 一般设置为 IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0777 或者 IPC_CREAT | 0777。

 返回值：

 成功：消息队列的id  失败：‐1

使用shell命令操作消息队列:

查看消息队列 ： ipcs ‐q  

删除消息队列 ： ipcrm ‐q msqid 

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    //通过ftok函数获取ipc键值
    key_t mykey;
    if((mykey = ftok(".", 100)) == -1)
    {
        perror("fail to ftok");
        exit(1);
    }

    printf("mykey = %#x\n", mykey);

    //通过msgget函数创建一个消息队列
    int msqid;
    if((msqid = msgget(mykey, IPC_CREAT | 0666)) == -1)
    {
        perror("fail to msgget");
        exit(1);
    }

    printf("msqid = %d\n", msqid);

    system("ipcs -q");

    return 0;
}

3.1发送消息-msgsnd( )

man msgsnd

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

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

功能：向指定的消息队列发送数据（写操作）

 参数：

 msqid：消息队列的id

 msgp：要写入的数据，需要自己定义结构体

struct struct_name{

 long mtype; //消息的编号，必须大于0

 char mtext[128]; //消息正文，可以定义多个成员

 }

msgsz：消息正文的大小，不包括消息的编号长度

msgflg：标志位

 0 阻塞

 IPC_NOWAIT 非阻塞

返回值：

 成功：0

失败：‐1

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

#define N 128

typedef struct{
    long msg_type; //消息类型，必须在结构体的第一个位置并且类型必须是long
    char msg_text[N]; //消息正文，也可以有多个成员并且类型也可以是任意
}MSG;

#define MSGTEXT_SIZE (sizeof(MSG) - sizeof(long))//此处表示消息正文的大小

int main(int argc, char const *argv[])
{
    //使用ftok函数获取键值
    key_t key;
    if((key = ftok(".", 100)) == -1)
    {
        perror("fail to ftok");
        exit(1);
    }

    //使用msgget函数创建一个消息队列
    int msgid;
    if((msgid = msgget(key, IPC_CREAT | 0777)) == -1)
    {
        perror("fail to msgget");
        exit(1);
    }

    system("ipcs -q");

    //使用msgsnd函数向消息队列中发送数据（写操作）
    MSG msg1 = {1, "hello world"};
    MSG msg2 = {2, "nihao beijing"};
    MSG msg3 = {2, "hello kitty"};
    MSG msg4 = {3, "welcome to china"};
    
    if(msgsnd(msgid, &msg1, MSGTEXT_SIZE, 0) == -1)
    {
        perror("fail to msgsnd");
        exit(1);
    }

    if(msgsnd(msgid, &msg2, MSGTEXT_SIZE, 0) == -1)
    {
        perror("fail to msgsnd");
        exit(1);
    }

    if(msgsnd(msgid, &msg3, MSGTEXT_SIZE, 0) == -1)
    {
        perror("fail to msgsnd");
        exit(1);
    }

    if(msgsnd(msgid, &msg4, MSGTEXT_SIZE, 0) == -1)
    {
        perror("fail to msgsnd");
        exit(1);
    }

    system("ipcs -q");


    return 0;
}

3.2 接收消息-msgrcv( )

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

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

ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, 5 long msgtyp, int msgflg);

 功能：从消息队列中接收数据（读操作），接收的数据会从消息队列中删除

 参数：

 msqid：消息队列id

 msgp：保存接收到的数据的结构体

 struct struct_name{

 long mtype; //消息的编号，必须大于0

 char mtext[128]; //消息正文，可以定义多个成员

 }

msgsz：消息正文的大小

 msgtyp：设置要接收哪个消息

 msgtyp = 0 按照写入消息队列的顺序依次读取

 msgtyp > 0 只读取消息队列中消息编号为当前参数的第一个消息

msgtyp < 0 只读取消息队列中小于等于当前参数的绝对中内最小的第一个消息

 msgflg：标志位

 0 阻塞

 IPC_NOWAIT 非阻塞

 返回值：

 成功：接收到的消息正文的长度

 失败：‐1

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

#define N 128

typedef struct{
    long msg_type;
    char msg_text[N];
}MSG;

#define MSGTEXT_SIZE (sizeof(MSG) - sizeof(long))

int main(int argc, char const *argv[])
{
    //使用ftok函数获取键值
    key_t key;
    if((key = ftok(".", 100)) == -1)
    {
        perror("fail to ftok");
        exit(1);
    }

    //使用msgget函数创建一个消息队列
    int msgid;
    if((msgid = msgget(key, IPC_CREAT | 0777)) == -1)
    {
        perror("fail to msgget");
        exit(1);
    }

    system("ipcs -q");

    //通过msgrcv函数接收消息队列中的信息（读操作）
    //注意：如果没有第四个参数指定的消息时，msgrcv函数会阻塞等待
    MSG msg;

    //如果第四个参数为0，则按照先进先出的方式读取数据
    //if(msgrcv(msgid, &msg, MSGTEXT_SIZE, 0, 0) == -1) 
    //如果第四个参数为>0，则获取当前值得消息类型的数据
    //if(msgrcv(msgid, &msg, MSGTEXT_SIZE, 2, 0) == -1)
    //如果第四个参数为<0，则获取当前值得绝对值内消息类型最小的数据
    if(msgrcv(msgid, &msg, MSGTEXT_SIZE, -3, 0) == -1)
    {
        perror("fail to msgrcv");
        exit(1);
    }

    printf("recv_msg = %s\n", msg.msg_text);

    system("ipcs -q");
    
    return 0;
}

4 消息队列的控制

man msgctl

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

       int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

功能：设置或者获取消息队列的信息

 参数：

msqid：指定的消息队列的id

 cmd：具体操作的指令

 IPC_SET :设置属性

 IPC_STAT: 获取属性

 IPC_RMID: 删除消息队列

msqid_ds：设置或者获取消息队列的属性

 返回值：

 成功：0  失败：‐1

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    //使用ftok函数获取键值
    key_t key;
    if((key = ftok(".", 100)) == -1)
    {
        perror("fail to ftok");
        exit(1);
    }

    //使用msgget函数创建一个消息队列
    int msgid;
    if((msgid = msgget(key, IPC_CREAT | 0777)) == -1)
    {
        perror("fail to msgget");
        exit(1);
    }

    printf("msgid = %d\n", msgid);
    system("ipcs -q");

    //通过msgctl函数删除消息队列
    if(msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL) == -1)
    {
        perror("fail to msgctl");
        exit(1);
    }

    system("ipcs -q");
    
    return 0;
}

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