引言:消息队列可认为是一个消息链表,有足够写权限的线程可向队列中放置消息,有足够读权限的线程可从队列中取走消息。本篇笔记将简要介绍Posix消息队列特性、基本库函数调用。
1)、存储特性:在某个进程往一个消息队列写入消息之前,并不需要另外某个进程在该队列上等待消息的到达,但是对管道和FIFO来讲,除非读出者已经存在,否则先有写入者是没有意义的。
管道的缓存大小为一个内存页,需要读写进程协同工作才能充分利用管道的“流通”特性,其本身存储信息能力微弱。但是消息队列是一个链表,可以动态扩展,有存储信息的能力,故其在写数据时,不需要某个进程等待消息到达。
2)、生命周期:管道和FIFO是随进程的持续性,即当一个管道或者FIFO的最后一次关闭发生时,仍在该管道或FIFO的数据将被丢弃。而消息队列具有随内核的持续性,直到内核自举或者显示删除该对象为止。一个进程可以向某个队列中写入一些消息,然后终止,再让另外一个进程在以后某个时刻读取这些消息。
3)、数据类型差异:管道和FIFO是字节流模型,没有消息边界,也没有与每个消息关联的类型,但消息队列数据存在类型。
本篇笔记介绍Posix消息队列,后面还会介绍System V消息队列,这两组函数间存在很多相似性,下面是二者的差别:
1)、读取差异:对Posix消息队列的读总是返回最高优先级的最早消息,对System V消息队列的读可以返回任意指定优先级的消息。
2)、写入差异:当向一个空队列放置消息时,Posix消息队列允许产生一个信号或启动一个线程,System V则不提供类似机制。
1)、一个无符号整数优先级(Posix)或一个长整数类型(System V)
2)、消息的数据部分长度(可以为0)
3)、数据本身(如果长度大于0,则有数据)
消息队列可认为是一个消息链表,该链表的头中含有当前队列的两个属性:mq_maxmsg为队列中允许的最大消息数、mq_msgsize为单个消息的容量上限。由于消息队列具有随内核的持续性,于是我们可以编写若干个小程序来使用它,以便深入理解它。
Posix消息队列的基本操作函数包括mq_open、mq_close、mq_unlink、mq_getattr、mq_setattr、mq_send、mq_receive。当然mq是message queue消息队列的缩写,函数依次对应为创建或打开队列、关闭队列、接触链接、获取队列属性、设置队列属性、向队列放置消息、及从队列中取走一个消息。下面对它们依次介绍并附带实例测试。
1)、概述: mq_open()函数创建一个新的消息队列或打开一个已经存在的队列。
2)、参数:
当实际操作是创建一个新队列,即已指定O_CREAT标志且所请求的消息队列尚未存在,则mode和attr参数是需要的。
3)、返回值: mq_open参数的返回值称为消息队列描述符(message queue descriptor),这个值用于其余7个消息队列函数的第一个参数。若其失败,则返回-1.
1)、概述:已打开的消息队列是由mq_close关闭的,其功能与我们关闭一个word文件类似:调用进程可以不再使用该描述符,但其消息队列并不从系统中删除。当一个进程终止时,它所有打开的消息队列都关闭,就像调用mq_close一样。
2)、参数:
3)、返回值:成功关闭返回0,失败返回-1;
1)、概述:要从系统中删除用作mq_open第一个参数的某个name,必须调用mq_unlink。当一个消息队列的引用计数仍大于0时,其name就可以删除,但是该队列的析构(拆除队列),要在其引用计数变为0才进行。
我的理解是仅打开该消息队列的进程,可以执行相应的读取写入操作,其他进程已经找不到该消息队列,无法建立连接了。
2)、参数:
3)、返回值:成功返回0,失败返回-1;
1)、概述:每个消息队列有四个属性,mq_getattr返回这些属性,mq_setattr设置其中某个属性。其中mq_flags在mq_open创建或打开时,已经初始化,唯一能改变的即设置为O_NONBLOCK。其他项不会改变。
2)、参数:
3)、返回值:成功返回0,失败返回1
1)、概述:这两个函数分别用于向一个队列中放置一个消息,和从一个队列中取走一个消息。每个消息有一个优先级,它是一个小于MQ_PRIO_MAX的无符号整数。这两个函数的前三个参数与write和read的前三个参数类似。mq_send函数的prio参数是待发送消息的优先级,其值必须小于MQ_PRIO_MAX。
2)、mq_send与mq_timesend的区别
**区别:**mq_timesend是一个系统调用,mq_send是库函数。但是二者表现类似,只是mq_timesend附加了一个等待时间,若消息队列为满,且设置为非阻塞,则mq_timesend会阻塞至struct timespec制定的时间,然后返回。详情可以参考man手册。
3)、mq_receive函数:
需要注意: mq_receive的len参数的值不能小于能加到所指定队列中的消息的最大大小(该队列mq_attr结构的mq_msgsize成员),如果len小于该值,mq_receive就立即返回EMSGSIZE错误。这就意味着使用Posix消息队列的大多数应用程序必须在打开某个队列后调用mq_getattr确定最大消息大小,然后分配一个或多个那样大小的缓冲区,要求每个缓冲区总是足以存放队列中任何消息。
/********************************************************
*内容:使用mq_open函数创建消息队列,其名字通过命令行参数指定
*时间:2018.04.02
*问题:1、编译过程提示 undefined reference to ‘mq_open’
解决:gcc -o mqcreat mqcreat.c -lrt
2、找不到自己建立的消息队列:
解决:mkdir /dev/mqueue
mount -t mqueue none /dev/mqueue
3、队列名称的限定:仅可有一个/
*****************************************************/
#include
#include
#include
#include
#include
#define FILE_MODE (S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IRUSR)
int main(int argc, char* argv[] )
{
int flag = O_RDWR | O_CREAT;
mqd_t mqd;
//第一步、用户输入合法性检测:
if (argc != 2)
{
fprintf(stderr, "usage : %s\n", argv[0]);
exit(1);
}
//第二步、创建消息队列
mqd = mq_open(argv[1], flag, FILE_MODE, NULL);
if(-1 != mqd)
{
printf("message queue creat success!\n");
//mq_close(mqd);
}
else
{
printf("message queue creat fail!\n");
}
exit(0);
}
编译及执行结果:
已创建队列查看:
unlink删除一个消息队列:
/**************************************************
*内容:打开一个指定的消息队列,并且输出其属性
*时间:2018.04.02
*问题:注意mq_setattr给队列设置属性,仅能修改mq_flag标志位
队列长度mq_maxmsg及单条消息上限mq_msgsize
仅能创建时指定,当前消息数mq_curmsg只能获取不能指定
***************************************************/
#include
#include
#include
#include
#include
#define FILE_MODE (S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IRUSR)
int main(int argc, char* argv[] )
{
mqd_t mqd;
struct mq_attr old_attr, new_addr;
//第一步、用户输入合法性检测:
if (argc != 2)
{
fprintf(stderr, "usage : %s\n", argv[0]);
exit(1);
}
//第二步、打开消息队列,获取并打印属性信息
mqd = mq_open(argv[1], O_RDWR);
if(-1 != mqd)
{
printf("message queue open success!\n");
if(0 == mq_getattr(mqd, &old_attr) )
{
printf(" Intial: mq_flags = %ld. mq_maxmsg = %ld\n", old_attr.mq_flags, old_attr.mq_maxmsg);
}
}
else
{
printf("message queue creat fail!\n");
}
//第三步、修改属性信息,并且再次打印:
new_addr.mq_flags = O_NONBLOCK;
new_addr.mq_maxmsg = 12;
if(0 == mq_setattr(mqd,&new_addr, &old_attr))
{
printf("message queue setattr success.\n");
}
sleep(3);
if(0 == mq_getattr(mqd, &old_attr))
{
printf(" New: mq_flags = %ld. mq_maxmsg = %ld\n", old_attr.mq_flags, old_attr.mq_maxmsg);
}
mq_close(mqd);
exit(0);
}
执行结果:
结合代码及结果:确实mq_setattr给队列设置属性,仅能修改mq_flag标志位,队列长度mq_maxmsg及单条消息上限mq_msgsize,仅能创建时指定,当前消息数mq_curmsg只能获取不能指定。
/*********************************************************
*内容:测试Posix消息队列中,消息的添加与读取
*逻辑:向队列中添加优先级不同的消息
*时间:2018.04.02
*问题:
**********************************************************/
#include
#include
#include
#include
#include
#define FILE_MODE (S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IRUSR)
int main(int argc, char* argv[] )
{
mqd_t mqd;
struct mq_attr attr;
char *ptr = "hello msssage queue";
size_t len;
unsigned prio;
//第一步、用户输入合法性检测,读入参数
if (argc != 4)
{
fprintf(stderr, "usage : %s\n", argv[0]);
exit(1);
}
len = atoi(argv[2]);
prio = atoi(argv[3]);
//第二步、打开消息队列
mqd = mq_open(argv[1], O_RDWR);
if(-1 != mqd)
{
printf("message queue open success!\n");
}
else
{
printf("message queue creat fail!\n");
}
//第三步、读取当前消息队列内消息数
if(0 == mq_getattr(mqd, &attr) )
{
printf(" Intial: mq_curmsg = %ld.\n", attr.mq_curmsgs);
}
//第四步、添加一条消息
if(0 == mq_send(mqd, ptr, len, prio));
{
printf("mq_send success!\n");
}
//第五步、再次读取当前消息队列内消息数
if(0 == mq_getattr(mqd, &attr) )
{
printf(" After mq_send: mq_curmsg = %ld.\n", attr.mq_curmsgs);
}
mq_close(mqd);
exit(0);
}
发送消息测试结果:
/*********************************************************
*内容:测试Posix消息队列中,消息的添加与读取
*逻辑:读取消息内容
*时间:2018.04.02
*问题:如果在读写代码,添加上getpid()打印不同进程ID会更直观
**********************************************************/
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define FILE_MODE (S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IRUSR)
int main(int argc, char* argv[] )
{
mqd_t mqd;
struct mq_attr attr;
void *buff;
size_t len;
unsigned prio;
//第一步、用户输入合法性检测,读入参数
if (argc != 2)
{
fprintf(stderr, "usage : %s\n", argv[0]);
exit(1);
}
//第二步、打开消息队列
mqd = mq_open(argv[1], O_RDWR);
if(-1 != mqd)
{
printf("message queue open success!\n");
}
else
{
printf("message queue creat fail!\n");
}
//第三步、读取当前消息队列内消息数
if(0 == mq_getattr(mqd, &attr) )
{
printf(" Intial: mq_curmsg = %ld.\n", attr.mq_curmsgs);
}
buff = malloc(attr.mq_msgsize);
memset(buff, 0, sizeof(attr.mq_msgsize));
//第四步、读取一条消息
len = mq_receive(mqd, buff,attr.mq_msgsize , &prio);
if( len > 0);
{
printf("read messages: %s\n", (char*)buff);
printf("read %ld bytes, priorrity = %u\n", (long)len, prio);
}
//第五步、再次读取当前消息队列内消息数
if(0 == mq_getattr(mqd, &attr) )
{
printf(" After mq_receive: mq_curmsg = %ld.\n", attr.mq_curmsgs);
}
mq_close(mqd);
exit(0);
}
执行结果:
参考资料:
1、unix 网络编程卷II
2、linux man手册 Ubuntu 14.04
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