【ARM-Linux篇】POSIX消息队列

System V消息队列

POSIX 消息队列

主
要
函
数

#include <sys/msg.h>
int msgget(key_t key, int oflag)
int msgsnd(int msqid, const
void * ptr, size_t length, int flag)
ssize_t msgrcv (int msqid, void
*ptr, size_t length, long type, int
flag)
int msgctl(int msqid, int cmd,
struct msqid_ds *buf)

#include <mqueue.h>
mqd_t mq_open(const char *name, int oflag,mode_t mode, struct mq_attr attr );
int mq_close(mqd_t mqdes);//
int mq_unlink(const char *name);
int mq_getattr(mqd_t mqdes, struct mq_attr *attr);
int mq_setattr(mqd_t mqdes, struct mq_attr *attr,struct mq_attr *oattr);
int mq_send(mqd_t mqdes, const char *ptr, size_t len, unsigned int prio);
ssize_t mq_receive(mqd_t mqdes, char *ptr, size_t len, unsigned int *prio);
int mq_notify(mqd_t mqdes, const struct sigevent *notification);

基
本
用
法

1.创建或获取消息队列：使用msgget()函数来创建或获取一个消息队列。该函数接受一个键（key）和一个标志（flag）作为参数。如果键的值为IPC_PRIVATE或当前没有消息队列与给定键相关联，将会创建一个新的消息队列。标志位可以用来指定权限组合。
2. 往消息队列中放入消息：使用msgsnd()函数来往一个消息队列中放入一个消息。该函数接受四个参数，分别为消息队列标识符、指向消息的指针、消息的大小以及标志位。成功放入消息后，该函数返回0，否则返回-1并设置errno来表示错误原因。
3. 从消息队列中读取消息：使用msgrcv()函数来从一个消息队列中读取一个消息。该函数接受五个参数，分别为消息队列标识符、指向消息的指针、消息的最大大小、消息的类型以及标志位。成功读取消息后，该函数返回读取到的消息的大小，否则返回-1并设置errno来表示错误原
因。
4. 控制消息队列：使用msgctl()函数来对一个消息队列进行控制操
作，如删除、设置权限等。该函
数接受三个参数，分别为消息队
列标识符、操作命令以及一个可
选的参数。

1.创建或打开消息队列：使用mqd_t mq_open(const char *name,int oflag,mode_t mode,struct mq_attr*attr);函数来创建或打开一个消息队列。该函数接受队列名称、打开标志以及可选的权限和属性作为参数。如果队列不存在且指定了创建标志，将会创建一个新的消息队列。成功创建或打开后，函数返回一个
消息队列描述符（mqd_t）。
2. 发送消息：使用int mq_send(mqd_t mqdes,const char *msg_ptr,size_t msg_len,unsigned int msg_prio);函数来发送一个消息到指定的消息队列。该函数接受消息队列描述符、指向消息的指针以及消
息的大小作为参数。发送消息时，可以指定消息的优
先级，较高的优先级数值表示较高的优先级。成功发
送后，函数返回0，否则返回-1并设置errno来表示错
误原因。
3. 接收消息：使用ssize_t mq_receive(mqd_t
mqdes, char *mdg_ptr,size_t msg_len,unsigned int
*msg_prio);函数来从指定的消息队列中接收一个消息。该函数接受消息队列描述符、指向接收缓冲区的指针以及缓冲区的最大大小作为参数。接收消息时，可以选择按优先级接收，也可以选择非阻塞接收。成功接收后，函数返回接收到的消息的大小，否则返回-1并设置errno来表示错误原因。
4. 关闭消息队列：使用int mq_close(mqd_t mqdes);函数来关闭一个已打开的消息队列。该函数接受消息队列描述符作为参数。关闭消息队列后，相关的资源将被释放。
5. 删除消息队列：使用int mq_unlink(const char*name);函数来删除一个已存在的消息队列。该函数接受队列名称作为参数。删除一个消息队列将会移除与之关联的所有消息和状态.
2、3步可以改成下面的6、7、8步，支持异步通知:
6. 设置异步通知：使用int mq_notify(mqd_t
mqdes,const struct sigevent *notification);函数来注册一个进程以接收异步通知。该函数接受消息队列描述符、一个指向sigevent结构的指针以及一个通知标志作为参数。在sigevent结构中，可以设置当消息到达时要发送的信号或者要调用的回调函数。通过设置用int mq_notify(mqd_t mqdes,const struct
sigevent *notification);，当消息队列从空变为非空时，已注册的进程将收到一个信号或触发一个回调函数，以异步地通知该进程。

7. 发送消息：使用int mq_send(mqd_t mqdes,const char *msg_ptr,size_t msg_len,unsigned int msg_prio);函数来发送一个消息到指定的消息队列。该函数接受消息队列描述符、指向消息的指针以及消息的大小作为参数。发送消息时，可以指定消息的优
先级，较高的优先级数值表示较高的优先级。成功发送后，函数返回0，否则返回-1并设置errno来表示错误原因。
8.处理异步通知：当有新消息到达时，已注册的进程将收到一个信号或触发一个回调函数。在信号处理函数或回调函数中，可以执行相关的操作来处理新到达的消息。例如，可以调用ssize_t mq_receive(mqd_t mqdes, char *mdg_ptr,size_t msg_len,unsigned int
*msg_prio);来接收并处理消息。

Notes:

1. mqd_t mq_open(const char *name, int oflag, mode_t mode, struct mq_attr *attr) 中oflag和mode 参数说明

•参数oflag：同int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);函数的的oflag类似有
O_RDONLY、O_RDWR， O_WRONLY，除此之外还有 O_CREAT、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，在正常情况下mq_receive和mq_send 函数会阻塞的地方，使用该标志打开的消息队列会返回 EAGAIN 错误）。
•参数mode：同int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);函数的mode参数，用于指定权限位，比如0644权限

2. 关于 struct mq_attr属性结构体：

struct mq_attr
{
        long mq_flags;//阻塞标志， 0(阻塞)或O_NONBLOCK
        long mq_maxmsg;//最大消息数
        long mq_msgsize;//每个消息最大大小
        long mq_curmsgs;//当前消息数
};

3. mq_notiy函数的使用注意事项：

a. 注册撤销：当通知被发送给它的注册进程时，其注册会被撤销。这意味着，如果希望继续接收通知，进程必须再次调用 mq_notify 以重新注册。
b. 空队列与数据到来：消息机制触发条件是，在消息队列为空的情况下有数据到来才会触发。当消息队列不为空时，即使有新的数据到来也不会触发通知。
c. 阻塞与通知：只有当没有任何线程阻塞在该队列的 mq_receive 调用的前提下，通知才会发出。这意味着，如果有线程正在等待接收消息，通知可能不会被发送。

4. struct sigevent和sigval_t sigev_val 的定义如下：

union sigval { /* Data passed with notification */
        int sival_int; /* Integer value */
        void *sival_ptr; /* Pointer value */
};
struct sigevent {
        int sigev_notify; /* Notification method */
        int sigev_signo; /* Notification signal */
        union sigval sigev_value;
                                /* Data passed with notification */
        void (*sigev_notify_function) (union sigval);
                                /* Function used for thread
                                notification (SIGEV_THREAD) */
        void *sigev_notify_attributes;
                                /* Attributes for notification thread
                                (SIGEV_THREAD) */
        pid_t sigev_notify_thread_id;
                                /* ID of thread to signal
                                (SIGEV_THREAD_ID); Linux-specific */

};

a. sigev_notify取值：
•SIGEV_NONE：这个值表示不需要任何通知。当sigev_notify被设置为这个值时，即使事件发生了，也不会有任何通知发送到进程。
•SIGEV_SIGNAL：事件发生时，将sigev_signo指定的信号发送给指定的进程；
•SIGEV_THREAD：事件发生时，内核会（在此进程内）以sigev_notify_attributes为线程属性创建一个线程，并让其执行sigev_notify_function，并以sigev_value为其参数
b. sigev_signo: 在sigev_notify=SIGEV_SIGNAL时使用，指定信号类别, 例如SIGUSR1、SIGUSR2 等
c.sigev_value: sigev_notify=SIGEV_SIGEV_THREAD时使用，作为sigev_notify_function的参数, 当发送信号时,这个值会传递给信号处理函数。

示例代码1:使用阻塞方式读写

#include <stdio.h>
#include <mqueue.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>

#if 0
mqd_t mq_open(const char *name, int oflag,mode_t mode, struct mq_attr attr );
int mq_close(mqd_t mqdes);
int mq_send(mqd_t mqdes, const char *ptr, size_tlen, unsigned int prio);
ssize_t mq_receive(mqd_t mqdes, char *ptr, size_tlen, unsigned int *prio);
int mq_unlink(const char *name);
struct mq_attr
{
    long mq_flags;//阻塞标志， 0(阻塞)或O_NONBLOCK
    long mq_maxmsg;//最大消息数
    long mq_msgsize;//每个消息最大大小
    long mq_curmsgs;//当前消息数
};
#endif

#define QUEQUE_NAME "/test_queue"
#define MESSAGE "mqueque,test!"

void *sender_thread(void *arg)
{
    //发送消息
    mqd_t mqd = *(mqd_t *)arg;
    int send_size = -1;
    char message[] = MESSAGE;
    printf("sender thread message=%s,mqd=%d\n",message,mqd);
    send_size = mq_send(mqd,message,strlen(message)+1,0);
    if(-1 == send_size){
        if(errno == EAGAIN){
            printf("message queque is full!\n");
        }else{
            perror("mq_send");
        }
    }
    return NULL;        
}

void *receiver_thread(void *arg)
{
    mqd_t mqd = *(mqd_t *)arg;
    ssize_t receiver_size = -1;
    //接收消息
    char buffer[256];
    printf("Receive thread start\n");
    receiver_size = mq_receive(mqd,buffer,sizeof(buffer),NULL);
    printf("receive thread message=%smqd=%d,receiver_size=%ld\n",buffer,mqd,receiver_size);

    return NULL;
}

int main(int argc,char *argv[])
{
    pthread_t sender,receiver;
    //创建消息队列
    mqd_t mqd = -1;

    struct mq_attr attr;
    attr.mq_flags = 0;
    attr.mq_maxmsg = 10;
    attr.mq_msgsize = 256;
    attr.mq_curmsgs = 0;

    mqd = mq_open(QUEQUE_NAME,O_CREAT | O_RDWR,0666,&attr);
    if(mqd == (mqd_t)-1){
        perror("mq_open");
        return -1;
    }

    if(pthread_create(&sender,NULL,sender_thread,(void*)&mqd) != 0){
        perror("pthread_create sender");
        return -1;
    }
    if(pthread_create(&receiver,NULL,receiver_thread,(void*)&mqd) != 0){
        perror("pthread_create receiver");
        return -1;
    }

    pthread_join(sender,NULL);
    pthread_join(receiver,NULL);
    mq_close(mqd);
    //mq_unlink(QUEQUE_NAME);

    return 0;
}

示例2：使用mq_notify sigev_notify = SIGEV_THREAD异步通知的方式实现

#include <stdio.h>
#include <mqueue.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>

// 定义消息队列名称和要发送的消息内容
#define QUEQUE_NAME "/test_queue"
#define MESSAGE "mqueque,test!"

void *sender_thread(void *arg)
{
    // 获取消息队列描述符
    mqd_t mqd = *(mqd_t *)arg;
    int send_size = -1;
    char message[] = MESSAGE;

    // 打印发送消息的信息
    printf("sender thread message=%s, mqd=%d\n", message, mqd);

    // 发送消息
    send_size = mq_send(mqd, message, strlen(message) + 1, 0);
    if (send_size == -1) {
        if (errno == EAGAIN) {
            printf("message queue is full!\n");
        } else {
            perror("mq_send");
        }
    }
    return NULL;
}

void notify_thread(union sigval arg)
{
    // 获取消息队列描述符
    mqd_t mqd = *((mqd_t *)arg.sival_ptr);
    char buffer[256];
    ssize_t recv_size = -1;

    memset(buffer, 0, sizeof(buffer));

    printf("notify_thread start, mqd=%d\n", mqd);

    // 接收消息
    recv_size = mq_receive(mqd, buffer, sizeof(buffer), NULL);
    printf("notify_thread receive_size=%ld, buffer=%s\n", recv_size, buffer);
    if (recv_size == -1) {
        if (errno == EAGAIN) {
            printf("message queue is empty!\n");
        } else {
            perror("mq_receive");
            exit(1);
        }
    }

    // 重新注册通知
    struct sigevent sev;
    sev.sigev_notify = SIGEV_THREAD;
    sev.sigev_value.sival_ptr = arg.sival_ptr;
    sev.sigev_notify_function = notify_thread;
    if (mq_notify(mqd, &sev) == -1) {
        perror("mq_notify");
        exit(1);
    }
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    pthread_t sender;
    mqd_t mqd = -1;

    // 设置消息队列属性
    struct mq_attr attr;
    attr.mq_flags = 0;
    attr.mq_maxmsg = 10;
    attr.mq_msgsize = 256;
    attr.mq_curmsgs = 0;

    // 创建消息队列
    mqd = mq_open(QUEQUE_NAME, O_CREAT | O_RDWR, 0666, &attr);
    if (mqd == (mqd_t)-1) {
        perror("mq_open");
        return -1;
    }

    // 设置消息队列通知
    struct sigevent sev;
    sev.sigev_notify = SIGEV_THREAD;
    sev.sigev_value.sival_ptr = &mqd;
    sev.sigev_notify_function = notify_thread;

    if (mq_notify(mqd, &sev) == -1) {
        perror("mq_notify");
        mq_close(mqd);
        mq_unlink(QUEQUE_NAME);
        return -1;
    }

    // 创建发送消息的线程
    if (pthread_create(&sender, NULL, sender_thread, (void*)&mqd) != 0) {
        perror("pthread_create sender");
        mq_close(mqd);
        mq_unlink(QUEQUE_NAME);
        return -1;
    }

    // 等待发送线程结束
    pthread_join(sender, NULL);

    // 等待一段时间以接收消息
    sleep(5);

    // 关闭并删除消息队列
    mq_close(mqd);
    mq_unlink(QUEQUE_NAME);

    return 0;
}