System V 消息队列（一）—— 消息队列相关接口函数（msgget / msgctl）

news2024/12/28 3:37:37

SystemV方案是在OS内核层面专门为进程间通信设计的一个方案，然后通过系统调用（system call）给用户提供通信接口。SystemV方案包含三种：共享内存、消息队列、信号量。

和System V 共享内存一样，OS为了管理这些消息队列，给每个消息队列配上了标识唯一性的编号msgid。消息队列中的消息则是以链表的形式被管理的。

1、ftok

2、msgget

3、msgsnd

4、msgrcv

5、msgctl

1、ftok

System V共享内存里也用到了这个函数，该函数的作用是生成一个具有唯一性的ID。这里的ID不是消息队列的ID，因为消息队列是一份临界资源，为了避免该消息队列被无关线程访问，所以设置了房间密码，ftok的返回值则是 “ 房间密码 ”。

ftok函数的第一个参数：路径名

ftok函数的第二个参数：项目ID

返回值：成功返回具有唯一性的“房间密码”；失败返回 -1

关于这个函数无需想的太复杂，简单来说就是，从路径名中取出一部分，然后再从ID中取出一部分，最后再把两部分组合一下形成一个整数，我们就把这个整数当作“房间密码”

注意：ftok被不同进程调用，只要路径名和ID是一样的，生成的整数就是一样的

2、msgget

msgget函数的作用是通过上面的得到的房间密码创建一个消息队列或者拿到已有消息队列的ID。

第一个参数 key：“房间密码”

第二个参数 msgflag：创建消息队列的方式，同时设置权限

返回值：成功返回消息队列id，失败返回 -1

类似于write函数的第二个参数，属于位运算输入

IPC_CREAT：可以单独使用，如果共享内存不存在，则重新开辟，函数返回值是新开辟的共享内

存的ID；如果已经存在，则沿用已有的共享内存，函数返回值是已有的共享内存的

IPC_EXCL：无法单独使用，要配合IPC_CREAT使用，即 IPC_CREAT | IPC_EXCL

IPC_CREAT | IPC_EXCL：如果共享内存不存在，则重新开辟，函数返回值是新开辟的共享内

存的ID；如果已经存在，则报错

IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0664：开辟共享内存的同时，设置共享内存的访问权限

key_t key = ftok(".", 100);

// 如果消息队列不存在 (0664 —— rw-rw-r--)
int msghid = msgget(key, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0664);
// 如果消息队列已存在
int msghid = msgget(key, IPC_CREAT);

3、msgsnd

msgsnd函数的作用是向消息队列中添加一条消息。

第一个参数 msgid：消息队列ID，即msgget函数的返回值

第二个参数 msgp： 消息缓冲区的地址，也就是你要向消息队列中添加的消息，需要满足一定的格式。消息格式如下：

struct msgbuf {
    long mtype;       /* message type, must be > 0 */  // 
                      // 消息类型，在从消息队列取出消息的时候，可以根据消息类型来选择性地取消息
    char mtext[1];    /* message data */
                      // 消息内容
};

第三个参数 msgsz：表示消息长度。这里的消息长度指的是上面这个结构体中buf成员所占字节数

第四个参数 msgflag：表示发送消息的方式。可选值如下：

可选值	含义
0	当消息队列满时，msgsnd将会阻塞，直到消息能写进消息队列
IPC_NOWAIT	当消息队列已满的时候，msgsnd函数不等待立即返回，此时是以报错的形式返回。

返回值：成功返回0，失败返回-1

4、msgrcv

msgrcv函数的作用是从消息队列的队头取出一条消息。

第一个参数 msgid：消息队列id

第二个参数 msgp：输出型参数，表示消息缓冲区的地址。也就是你要把取出来的消息放在哪，同样需要使用指定格式。（数据格式详见msgsnd函数）

第三个参数 size：指定接收的消息长度。单位是字节。

第四个参数 msgtype：选择想要取出的消息类型（虽然叫做消息队列，但是不一定就是取出队头元素，也可以是取出具有相同消息类型中的第一个消息）。主要分为以下三种情况：

msgtype的值	解析
msgtype = 0	直接取出队头消息，不论是什么类型
msgtype > 0	从所有消息类型为msgtype的消息中，取出其中的第一条消息
msgtype < 0	接收类型小于等于 msgtype的绝对值的第一条消息。

补充：针对msgtype < 0做一些补充，假设消息队列里的消息类型有 1、3、4、5 四种类型的消息，如果msgtype = -4，绝对值是4，那就需要取出消息类型小于等于4的所有消息，因此，取出消息的消息类型必须是1、3、4类型。

第五个参数 msgflag：表示接收消息的方式。可选值如下：

可选值	含义
0	阻塞式接收消息
IPC_NOWAIT	如果消息队列中没有消息，则立马返回，此时错误码为ENOMSG
MSG_EXCEPT	与msgtype配合使用，返回队列中第一个类型不为msgtype的消息