Posix消息队列使用总结

news2024/7/6 20:37:57

Posix在线文档：

The Single UNIX Specification, Version 2 (opengroup.org)

Linux系统中提供了两种不同接口的消息队列：

  1. POSIX消息队列。POSIX为可移植的操作系统接口。
  2. System V消息队列。System V 是 AT&T 的第一个商业UNIX版本(UNIX System III)的加强。

其中，POSIX消息队列可移植性较强，使用较广。

Linux系统中提供的消息队列一般应用于进行间通信，但也可以用于线程间通信。

本文介绍POSIX消息队列应用于线程间通信。

相关API

Linux内核提供了一系列函数来使用消息队列：

/**
 * @brief 创建消息队列实例
 *
 * Detailed function description
 *
 * @param[in] name: 消息队列名称
 * @param[in] oflag：根据传入标识来创建或者打开一个已创建的消息队列
                    - O_CREAT: 创建一个消息队列
                    - O_EXCL: 检查消息队列是否存在，一般与O_CREAT一起使用
                    - O_CREAT|O_EXCL: 消息队列不存在则创建，已存在返回NULL
                    - O_NONBLOCK: 非阻塞模式打开，消息队列不存在返回NULL
                    - O_RDONLY: 只读模式打开
                    - O_WRONLY: 只写模式打开
                    - O_RDWR: 读写模式打开
 * @param[in] mode：访问权限
 * @param[in] attr：消息队列属性地址
 *
 * @return 成功返回消息队列描述符，失败返回-1，错误码存于error中
 */
mqd_t mq_open(const char *name, int oflag,  mode_t mode, struct mq_attr *attr);

/**
 * @brief 无限阻塞方式接收消息
 *
 * Detailed function description
 *
 * @param[in] mqdes: 消息队列描述符
 * @param[in] msg_ptr：消息体缓冲区地址
 * @param[in] msg_len：消息体长度，长度必须大于等于消息属性设定的最大值
 * @param[in] msg_prio：消息优先级
 *
 * @return 成功返回消息长度，失败返回-1，错误码存于error中
 */
mqd_t mq_receive(mqd_t mqdes, char *msg_ptr, size_t msg_len, unsigned *msg_prio);

/**
 * @brief 指定超时时间阻塞方式接收消息
 *
 * Detailed function description
 *
 * @param[in] mqdes: 消息队列描述符
 * @param[in] msg_ptr：消息体缓冲区地址
 * @param[in] msg_len：消息体长度，长度必须大于等于消息属性设定的最大值
 * @param[in] msg_prio：消息优先级
 * @param[in] abs_timeout：超时时间
 *
 * @return 成功返回消息长度，失败返回-1，错误码存于error中
 */
mqd_t mq_timedreceive(mqd_t mqdes, char *msg_ptr, size_t msg_len, unsigned *msg_prio, const struct timespec *abs_timeout);

/**
 * @brief 无限阻塞方式发送消息
 *
 * Detailed function description
 *
 * @param[in] mqdes: 消息队列描述符
 * @param[in] msg_ptr：待发送消息体缓冲区地址
 * @param[in] msg_len：消息体长度
 * @param[in] msg_prio：消息优先级
 *
 * @return 成功返回0，失败返回-1
 */
mqd_t mq_send(mqd_t mqdes, const char *msg_ptr, size_t msg_len, unsigned msg_prio);

/**
 * @brief 指定超时时间阻塞方式发送消息
 *
 * Detailed function description
 *
 * @param[in] mqdes: 消息队列描述符
 * @param[in] msg_ptr：待发送消息体缓冲区地址
 * @param[in] msg_len：消息体长度
 * @param[in] msg_prio：消息优先级
 * @param[in] abs_timeout：超时时间
 *
 * @return 成功返回0，失败返回-1
 */
mqd_t mq_timedsend(mqd_t mqdes, const char *msg_ptr, size_t msg_len, unsigned msg_prio, const struct timespec *abs_timeout);

/**
 * @brief 关闭消息队列
 *
 * Detailed function description
 *
 * @param[in] mqdes: 消息队列描述符
 *
 * @return 成功返回0，失败返回-1
 */
mqd_t mq_close(mqd_t mqdes);

/**
 * @brief 分离消息队列
 *
 * Detailed function description
 *
 * @param[in] name: 消息队列名称
 *
 * @return 成功返回0，失败返回-1
 */
mqd_t mq_unlink(const char *name);

消息队列的名称类似于设备文件，mq_open通过名称打开对应的消息队列，然后返回一个消息队列描述符，之后的操作都是引用返回的描述符，类似于打开文件时返回的文件描述符。

其实和文件的打开、读写、关闭都非常类似。

​POSIX消息队列允许进程以消息的形式交换数据。 消息队列是使用mq_open创建和打开的；此函数返回消息队列描述符(mqd_t)，该描述符用于在以后的调用中引用打开的消息队列。每个消息队列由/somename形式的名称标识，该名称由一个初始斜杠组成，后跟一个或多个字符(都不是斜杠)。通过将相同的名称传递给mq_open，两个进程可以在同一队列上进行操作。 使用mq_send和mq_receive在队列之间来回传送消息。当进程使用完队列后，可以使用mq_close关闭该队列，而当不再需要该队列时，可以使用mq_unlink将其删除。可以使用mq_getattr和mq_setattr检索和修改队列属性(在某些情况下)。进程可以使用mq_notify请求异步通知消息到达先前为空的队列。 ​

消息队列可以认为是一个链表。进程（线程）可以往里写消息，也可以从里面取出消息。一个进程可以往某个消息队列里写消息，然后终止，另一个进程随时可以从消息队列里取走这些消息。这里也说明了，消息队列具有随内核的持续性，也就是系统不重启，消息队列永久存在。

几个主要函数可进一步参考：

mq_open

MQ_OPEN - Linux手册页-之路教程 (onitroad.com)

mq_send

MQ_SEND - Linux手册页-之路教程 (onitroad.com)

mq_receive

MQ_RECEIVE - Linux手册页-之路教程 (onitroad.com)

mq_close

MQ_CLOSE - Linux手册页-之路教程 (onitroad.com)

相关头文件如下：

#include <fcntl.h>           /* For O_* constants */
#include <sys/stat.h>        /* For mode constants */
#include <mqueue.h>

注意事项

参考：

POSIX 消息队列函数(mq_open、mq_getattr、mq_send、mq_receive)示例_mqreceivetest-CSDN博客

关于消息队列mq_open的属性参数

指向attr的struct mq_attr字段指定队列允许的最大消息数和最大消息大小。此结构定义如下：

struct mq_attr {

    long mq_flags;       /* Flags (ignored for mq_open()) */

    long mq_maxmsg;      /* Max. # of messages on queue */

    long mq_msgsize;     /* Max. message size (bytes) */

    long mq_curmsgs;     /* # of messages currently in queue(ignored for mq_open()) */

};

mq_maxmsg指的是容纳的消息数也就是消息队列的缓冲大小，msgsize指的是每个消息的大小；mq_maxmsg貌似并没有那么重要，因为消息队列是以流的形式来发送和接收的。两个参数的乘积，就是消息队列的总容量。

调用mq_open()时仅使用mq_maxmsg和mq_msgsize字段；其余字段中的值将被忽略。

如果attr为NULL，则使用默认属性创建队列。

关于消息队列名称

资料中说消息队列名称要写斜杠/开头，但是我看有的程序里并没有，而是一个单纯的字符串，为啥？

经过测试，在Linux 2.6.18中，所创建的POSIX消息队列不会在文件系统中创建真正的路径名。且POSIX的名字只能以一个’/’开头，名字中不能包含其他的’/’。

比如，不符合的情况：


报错

对应的错误如下：

另外需要注意以下几点：

1、

mq_receive() 的第三个参数表示读取消息的长度，不能小于能写入队列中消息的最大大小，即一定要大于等于该队列的 mq_attr 结构中 mq_msgsize 的大小。也就是最少要读一个消息。

2、

消息的优先级：它是一个小于 MQ_PRIO_MAX 的数，数值越大，优先级越高。 POSIX 消息队列在调用 mq_receive 时总是返回队列中最高优先级的最早消息。如果消息不需要设定优先级，那么可以在 mq_send 是置 msg_prio 为 0， mq_receive 的 msg_prio 置为 NULL。因为mq_send的优先级是以变量的形式传递的，而mq_receive是以指针的形式传递的。

3、

默认情况下mq_send和mq_receive是阻塞进行调用，可以通过mq_setattr来设置为O_NONBLOCK，如：

struct mq_attr new_attr;

mq_getattr(mqID, &new_attr);//获取当前属性

new_attr.mq_flags = O_NONBLOCK;//设置为非阻塞

mq_setattr(mqID, &new_attr, NULL)//设置属性

4、

mq_getattr用于获取当前消息队列的属性，mq_setattr用于设置当前消息队列的属性。其中mq_setattr中的oldattr用于保存修改前的消息队列的属性，可以为空。

mq_setattr可以设置的属性只有mq_flags，用来设置或清除消息队列的非阻塞标志。newattr结构的其他属性被忽略。mq_maxmsg和mq_msgsize属性只能在创建消息队列时通过mq_open来设置。mq_open只会设置该两个属性，忽略另外两个属性。mq_curmsgs属性只能被获取而不能被设置。

5、

mq_send和mq_recevie的第二个参数，也就是数据指针，是char *类型的，需要时做个强转。

6、

使用POSIX消息队列API的程序必须使用cc -lrt进行编译，以链接到实时库librt。

gcc pthread_5.c -o obj -lpthread -lrt

Linux编译命令-pthread & -lpthread - 邗影 - 博客园 (cnblogs.com)

linux的各种自带库-lz -lrt -lm -lc都是什么库_lm是什么库-CSDN博客

7、

消息队列无需init初始化，只用在第一次mq_open打开时创建即可。

8、

Posix消息队列就是先进先出，但是可以通过优先级来让紧急数据插队。

使用示例

常规示例代码如下： 

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <semaphore.h>
#include <fcntl.h>           /* For O_* constants */
#include <sys/stat.h>        /* For mode constants */
#include <mqueue.h>
#include <errno.h>

#define MQ_NAME "/thisIsOneMqName"

static void *thread_fun1(void *param)
{
    mqd_t mqfd;
    struct mq_attr attr;
    int count;

    attr.mq_maxmsg = 1;
    attr.mq_msgsize = sizeof(int);

    mqfd = mq_open(MQ_NAME, O_WRONLY | O_CREAT, 0666, &attr);
    if(mqfd < 0)
    {
        printf("mq_open errno is %d\n", errno);
        exit(-1);
    }

    while(1)
    {
        count += 10;
        mq_send(mqfd, (char *)&count, sizeof(int), 0);
    }
    
    return NULL;
}

static void *thread_fun2(void *param)
{
    mqd_t mqfd;
    int count;

    mqfd = mq_open(MQ_NAME, O_RDONLY);
    if(mqfd < 0)
    {
        printf("mq_open errno is %d\n", errno);
        exit(-1);
    }

    while(1)
    {
        mq_receive(mqfd, (char *)&count, sizeof(int), NULL);
        printf("count is %d\n", count);
        if(count == 100)
        {
            exit(0);
        }
    }
    
    return NULL;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    pthread_t tid1, tid2;
    int ret;

    ret = pthread_create(&tid1, NULL, thread_fun1, NULL);
    if (ret < 0)
    {
         printf("ERROR; return code from pthread_create() is %d\n", ret);
         exit(-1);
    }

    ret = pthread_create(&tid2, NULL, thread_fun2, NULL);
    if (ret < 0)
    {
         printf("ERROR; return code from pthread_create() is %d\n", ret);
         exit(-1);
    }

    pthread_exit(NULL);
}

更多待补充

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