IO进程线程（十一）进程间通信消息队列

文章目录

一、IPC(Inter-Process Communication)进程间通信相关命令：
- （一）ipcs --- 查看IPC对象
- （二）获取IPC键值
- （三）删除IPC对象的命令
- （四）获取IPC键值的函数
- - 1. 函数定义
  - 2. 使用示例
二、消息队列
- （一）特点
- （二）相关API
- - 1. 创建或获取一个消息队列
  - 2. 向消息队列中写消息
  - 3. 在消息队列中读取一条消息
  - 4. 控制消息队列
- （三）不关注消息类型
- （四）关注消息类型
- （五）消息队列属性结构体

一、IPC(Inter-Process Communication)进程间通信相关命令：

（一）ipcs — 查看IPC对象

在这里插入图片描述

（二）获取IPC键值

ipcs -q 查看消息队列
在这里插入图片描述

ipcs -m 查看共享内存
在这里插入图片描述

ipcs -s 查看信号灯集
在这里插入图片描述

（三）删除IPC对象的命令

ipcrm -q id 删除消息队列
ipcrm -m id 删除共享内存
ipcrm -s id 删除信号灯集

（四）获取IPC键值的函数

1. 函数定义

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
功能：
    使用给定的文件和字符来生成一个IPC通信的key值
参数：
    pathname：路径和文件名(必须是已存在的可访问的)
    proj_id：[0-255]的值  一般我们传一个字符即可 如 'A'  'm'
返回值：
    成功  key值
    失败  -1  重置错误码

注：
typedef int key_t key_t 即 int 类型
pathname 要求必须是一个已存在的文件，因为key值的是由proj_id的后八位，设备号的后8位以及inode号的后16位组成。因此这种机制并不保证key值一定不重复
proj_id 只是用了int的一个字节，即取值范围是[0-255]，一般使用时传一个字符，字符ASCII码是0-127。

2. 使用示例

生成并打印出key，分析key值的由来

验证代码：

#include <my_head.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    key_t key=0;
    key = ftok("/home/linux/05work",'A');
    printf("my_key = %#x\n",key);

    struct stat file_stat= {0};
    stat("/home/linux/05work",&file_stat);
    printf("proj_id=%#x  dev=%#lx inode=%#lx\n",'A', file_stat.st_dev, file_stat.st_ino);

    return 0;
}

输出结果：
在这里插入图片描述

二、消息队列

（一）特点

消息队列也是基于内核实现的，存放在内存上（而非硬盘上）。
消息队列的大小，默认是 16K。
消息队列中的消息有类型和正文。
A进程将消息写入消息队列；
B进程可以根据消息的类型从消息队列中将对应类型的消息取走。
半双工通信

（二）相关API

1. 创建或获取一个消息队列

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

int msgget(key_t key, int msgflg);
功能：
    创建或者获取一个消息队列
参数：
    key：键值
        key 通过ftok获取的
        IPC_PRIVATE 表示只有亲缘进程间能用
    msgflg：消息队列的标志位
        IPC_CREAT|0666 消息队列不存在则创建，权限0666 
        或者  
        IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666 消息不存在则创建，存在则但会-1，置错误码为EEXIST
返回值：
    成功 消息队列的id
    失败 -1 重置错误码

2. 向消息队列中写消息

int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);
功能：向消息队列中写入一条消息
参数：
    msqid：消息队列的id
    msgp： 要写入的数据的首地址
        struct msgbuf {
           long mtype;      /* 消息的类型 必须大于 0 */
           char mtext[1];   /* 消息正文 可以自定义 */
       };
    msgsz：消息正文的大小
    msgflg：标志位 0 阻塞发送  IPC_NOWAIT 非阻塞发送
返回值：
    成功 0
    失败 -1  重置错误码

注：
关于void *msgp参数，第一个long类型大小的空间必须用来存放消息的类型，消息的正文可以自定义
size_t msgsz参数，只包含正文数据的大小（sizeof(struct msgbuf)-sizeof(mtype)）
阻塞发送的情况下，如果消息队列满了，A进程还想向消息队列中写入消息，此时A进程将会阻塞。

3. 在消息队列中读取一条消息

ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, 
        long msgtyp, int msgflg);
功能：在消息队列中读取一条消息
参数：
    msqid：消息队列的id
    msgp： 用来保存接收的数据的缓冲区的首地址
        struct msgbuf {
           long mtype;     /* 消息的类型 必须大于 0 */
           char mtext[1];  /* 消息正文 可以自定义 */
       };
    msgsz：消息正文的大小
    msgtyp：要接受的消息的类型
        0 ：接收消息队列中第一条消息
        >0 ： 接收指定类型的第一条消息
        <0 :一般不使用，了解即可，表示接收消息队列中第一条类型最小的小于msgtyp的绝对值的消息
            3-2-5-500-200-8
            读取时，类型传 -200
            读取的顺序  2-3-5 
    msgflg：标志位 0 阻塞接收  IPC_NOWAIT 非阻塞接收
返回值：
    成功 实际读到的正文的字节数
    失败 -1  重置错误码

注：读消息队列和写消息队列中的void *msgp结构体的内部成员要尽量对应。

4. 控制消息队列

int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
功能：控制消息队列
参数：
    msqid：消息队列id
    cmd：指令
        IPC_STAT：获取消息队列的属性
        IPC_SET：设置消息队列的属性
        IPC_RMID：立即删除消息队列
            只有消息队列的创建者和所有者以及root用户可以删除消息队列
            msgctl函数的第三个参数被忽略
    buff：属性结构体的地址
返回值：
    成功 0
    失败 -1  重置错误码

（三）不关注消息类型

此时进程间通信不关心消息类型，按顺序接收第一条消息。
注意，当其中一个进程关闭消息队列后，另一个进程再试图关闭，就会报错，错误码EINVAL

read.c

#include <my_head.h>

typedef struct msgbuf{
    long type;
    char name[20];
}msg_t;

int main(int argc, char const *argv[])
{
    //获取key值
    key_t key=ftok("/home/linux/05work",'A');

    //创建消息队列
    int msgid = msgget(key,IPC_CREAT|0666);
    if(-1 == msgid)
        ERR_LOG("msgget error");
    //定义消息结构体
    msg_t msg={0};
    int type=0;
    while(1){
        if(-1 == msgrcv(msgid,&msg,sizeof(msg_t)-sizeof(msg.type),type,0)){
            ERR_LOG("msgrcv error");
        }
        if(!strcmp(msg.name,"quit")){
            break;
        }
        printf("%ld:%s\n",msg.type,msg.name);
    }
    if(-1 == msgctl(msgid,IPC_RMID,NULL)){
        if(EINVAL == errno){
            return 0;
        }
        ERR_LOG("msgctl error");
    }
    return 0;
}

write.c

#include <my_head.h>

typedef struct msgbuf{
    long type;
    char name[20];
}msg_t;

int main(int argc, char const *argv[])
{
    //获取key值
    key_t key=ftok("/home/linux/05work",'A');

    //创建消息队列
    int msgid = msgget(key,IPC_CREAT|0666);
    if(-1 == msgid)
        ERR_LOG("msgget error");
    //定义消息结构体
    msg_t msg={0};
    while(1){
        printf("请输入消息：<类型> <正文>：");
        scanf("%ld %s",&msg.type,msg.name);
        msgsnd(msgid,&msg,sizeof(msg_t)-sizeof(msg.type),0);
        if(!strcmp(msg.name,"quit")){
            break;
        }
    }

    //销毁消息队列
    if(-1 == msgctl(msgid,IPC_RMID,NULL)){
        if(EINVAL == errno){
            return 0;
        }
        ERR_LOG("msgctl error");
    }
    return 0;
}

（四）关注消息类型

此时进程间通信关心消息类型，按顺序接收第一条符合类型的消息，如果消息队列中没有同类型消息，会阻塞等待。
在这里插入图片描述
read.c

#include <my_head.h>

typedef struct msgbuf{
    long type;
    char name[20];
}msg_t;

int main(int argc, char const *argv[])
{
    //获取key值
    key_t key=ftok("/home/linux/05work",'A');

    //创建消息队列
    int msgid = msgget(key,IPC_CREAT|0666);
    if(-1 == msgid)
        ERR_LOG("msgget error");
    //定义消息结构体
    msg_t msg={0};
    int type=0;
    while(1){
        printf("请输入想要接收的消息类型：");
        scanf("%d",&type);
        if(-1 == msgrcv(msgid,&msg,sizeof(msg_t)-sizeof(msg.type),type,0)){
            ERR_LOG("msgrcv error");
        }
        if(!strcmp(msg.name,"quit")){
            break;
        }
        printf("%ld:%s\n",msg.type,msg.name);
    }
    if(-1 == msgctl(msgid,IPC_RMID,NULL)){
        if(EINVAL == errno){
            return 0;
        }
        ERR_LOG("msgctl error");
    }
    return 0;
}

write.c

#include <my_head.h>

typedef struct msgbuf{
    long type;
    char name[20];
}msg_t;

int main(int argc, char const *argv[])
{
    //获取key值
    key_t key=ftok("/home/linux/05work",'A');

    //创建消息队列
    int msgid = msgget(key,IPC_CREAT|0666);
    if(-1 == msgid)
        ERR_LOG("msgget error");
    //定义消息结构体
    msg_t msg={0};
    while(1){
        printf("请输入消息：<类型> <正文>：");
        scanf("%ld %s",&msg.type,msg.name);
        msgsnd(msgid,&msg,sizeof(msg_t)-sizeof(msg.type),0);
        if(!strcmp(msg.name,"quit")){
            break;
        }
    }

    //销毁消息队列
    if(-1 == msgctl(msgid,IPC_RMID,NULL)){
        if(EINVAL == errno){
            return 0;
        }
        ERR_LOG("msgctl error");
    }
    return 0;
}

（五）消息队列属性结构体

struct msqid_ds {
    struct ipc_perm msg_perm;     /* IPC权限结构体 */
    time_t          msg_stime;    /* 最后一次执行msgsnd的时间 */
    time_t          msg_rtime;    /* 最后一次执行msgrcv的时间 */
    time_t          msg_ctime;    /* 最后一次被修改的时间 */
    unsigned long   __msg_cbytes; /* 当前消息队列中的字节数 */
    msgqnum_t       msg_qnum;     /* 当前消息队列中的消息数 */
    msglen_t        msg_qbytes;   /* 允许的最大字节数 */
    pid_t           msg_lspid;    /* 最后一次执行msgsnd的进程的PID */
    pid_t           msg_lrpid;    /* 最后一次执行msgrcv的进程的PID */
};

struct ipc_perm {
    key_t          __key;       /* 键值 */
    uid_t          uid;         /* 所属用户的id */
    gid_t          gid;         /* 所属用户的组id */
    uid_t          cuid;        /* 创建者的id */
    gid_t          cgid;        /* 创建者的组id */
    unsigned short mode;        /* 权限 */
};