Posix消息队列
1.消息队列
消息队列可以认为是一个消息链表，消息队列是随内核持续的。队列中每个消息的属性有：一个无符号整数优先级(Poxis)或一个长整数类型(System V)；消息的数据部分长度(可以为0)；数据本身。链表头含有当前队列的两个属性：队列中运行的最大消息数、每个消息的最大大小。消息队列的可能布局如下：
Posix消息队列与System V消息队列主要区别：
1.对Posix消息队列的读总是返回最高优先级的消息，对System V消息队列的读则可以返回任一指定优先级消息。
2.往空队列放置消息时，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
Posix消息队列与管道或FIFO的主要区别：
1.在某个进程往一个队列写入消息之前，并不需要另外某个进程在该队列上等待消息的到达。对管道和FIFO来说，除非读出者已存在，否则先有写入者是没有意义的。
2.管道和FIFO是字节流模型，没有消息边界；消息队列则指定了数据长度，有边界。
2.mq_open 、 mq_close、 mq_unlink
//创建新消息队列或打开已存在的消息队列
#include
mqd_t mq_open(const char *name, int oflag, .../*mode_t mode, struct mq_attr *attr*/);
返回值：成功，消息队列描述符；失败，-1
消息队列描述符用作其余消息队列函数(mq_unlink除外)的第一个参数。
name规则：必须以一个斜杠符打头，并且不能再包含任何其他斜杠符
oflag：O_RDONLY、O_WRONLY、O_RDWR三者之一，按位或上O_CREAT、O_EXCL
mode：S_ISRUSR、S_ISWUSR、S_ISRGRP、S_ISWGRP、S_ISROTH、S_ISWOTH
attr：
struct mq_attr
{
long mq_flags;//阻塞标志， 0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
};
//关闭已打开的消息队列
int mq_close(mqd_t mqd);
返回值：成功，0；出错，-1
一个进程终止时，它的所有打开的消息队列都关闭，如同调用了mq_close。
//删除消息队列的name
int mq_unlink(const char *name);
返回值：成功，0；出错，-1
每个消息队列有一个保存其当前打开的描述符数的引用计数，只有当引用计数为0时，才删除该消息队列。mq_unlink和mq_close都会让引用数减一
例1：创建一个消息队列，并可使用排他性检验
程序：
#include
#include
#include
#include
#include
#define FILE_MODE (S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH)
int main(int argc, char *argv[])
{
int c;
int flag = O_RDWR | O_CREAT;
while ((c = getopt(argc, argv, "e")) != -1)
{
switch(c)
{
case 'e':
flag |= O_EXCL;
break;
}
}
if (optind != argc -1)
{
printf("usage: mqcreate [- e] \n");
exit(0);
}
mqd_t mqd = mq_open(argv[optind], flag, FILE_MODE, NULL);
if (mqd == -1)
{
printf("mq_open() error %d : %s\n", errno, strerror(errno));
exit(-1);
}
mq_close(mqd);
exit(0);
}
分析：
1.mq_xxx()函数不是标准库函数，所以链接时需指定库，通过在最后加上-lrt选项来指定。
2.程序运行之后可能会看不到消息队列，要看到创建的Posix消息队列，需执行以下操作：
mkdir /dev/mqueue
mount -t mqueue none /dev/mqueue
3.程序通过getopt()函数获取带选项的命令行参数，optind指向下一个要读取的参数在argv[]中的位置。若遇到没包含在getopt第三个参数的选项字母，或者遇到一个没有所需参数的选项字母（通过在第三个参数后跟一个冒号指示）则出错。
4.若命令行参数带有-e选项，则进行排他性检测。
5.若mq_open()出错，则通过strerror(errno)函数得到错误说明。
结果：
例2：使用mq_unlink删除一个消息队列
程序：
#include
#include
#include
int main(int argc, char *argv[])
{
if (argc != 2)
{
printf("argument error\n");
exit(-1);
}
int val = mq_unlink(argv[1]);
if (val != 0)
{
printf("mq_unlink() error %d : %s\n", errno, strerror(errno));
exit(-2);
}
exit(0);
}
结果：
3.mq_getattr、 mq_setattr
//获取、设置消息队列属性
int mq_getattr(mqd_t mqd, struct mq_attr *attr);
int mq_setattr(mqd_t mqd, const struct mq_attr *attr, struct mq_attr *oattr);
返回值：成功，0；出错，-1
消息队列先前属性返回到oattr中
消息队列有4个属性，如下：
struct mq_attr
{
long mq_flags;//阻塞标志， 0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
};
其中，mq_setattr只能设置mq_flags属性；mq_open只能设置mq_maxmsg和mq_msgsize属性，并且两个必须要同时设置；mq_getattr返回全部4个属性。
例3：打开一个消息队列并输出其属性
程序：
#include
#include
#include
int main(int argc, char *argv[])
{
if (argc != 2)
{
printf("must have 2 arguments !\n");
exit(-1);
}
mqd_t mqd = mq_open(argv[1], O_RDONLY);
if (mqd == -1)
{
printf("mq_open() error %d: %s\n", errno, strerror(errno));
exit(-2);
}
struct mq_attr attr;
if (mq_getattr(mqd, &attr) != 0)
{
printf("mq_open() error %d: %s\n", errno, strerror(errno));
exit(-3);
}
if (attr.mq_flags == 0)
printf("mq_flags = 0, ");
else
printf("mq_flags = O_NONBLOCK, ");
printf("mq_maxmsg = %d, ", attr.mq_maxmsg);
printf("mq_msgsize = %d, ", attr.mq_msgsize);
printf("mq_curmsgs = %d\n", attr.mq_curmsgs);
exit(0);
}
结果：
例4：重新实现例1，这次创建消息队列时，指定其属性。
程序：
#include
#include
#include
#include
#include
#define MODE (S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH)
struct mq_attr attr;
int main(int argc, char *argv[])
{
int c;
int flag = O_RDWR | O_CREAT;
while ((c = getopt(argc, argv, "em:z:")) != -1)
{
switch (c)
{
case 'e':
flag |= O_EXCL;
break;
case 'm':
attr.mq_maxmsg = atol(optarg);
break;
case 'z':
attr.mq_msgsize = atol(optarg);
break;
}
}
if (optind != argc -1)
{
printf("usage: mqcreate -e [-m maxsg] [-z msgsize] \n");
exit(-1);
}
if ((attr.mq_maxmsg != 0 && attr.mq_msgsize == 0)
|| (attr.mq_maxmsg == 0 && attr.mq_msgsize != 0))
{
printf("must specify both -m maxmsg and -z msgsize\n");
exit(-2);
}
mqd_t mqd = mq_open(argv[optind], flag, MODE, (attr.mq_maxmsg != 0) ? &attr : NULL);
if (mqd == -1)
{
printf("mq_open() error %d: %s\n", errno, strerror(errno));
exit(-3);
}
int rtn = mq_close(mqd);
if (rtn == -1)
{
printf("mq_close() error\n");
exit(-4);
}
exit(0);
}
1.通过getopt参数获取命令行选项，可见例1的分析。其中“em:z:”，选项字母后带冒号的意思是，-m选项后要跟参数，-z选项后也要跟参数，否则出错。
2.optarg代表选项后的参数。
3.如果设置，则必须同时设置mq_maxmsg和mq_msgsize两个属性。
结果：
4.mq_send、 mq_receive
//往消息队列中放置一个消息
int mq_send(mqd_t mqd, const char *ptr, size_t len, unsigned int prio);
返回值：成功，0；出错，-1
说明：优先级prio要小于MQ_PRIO_MAX（此值最少为32）。
//从消息队列中取走一个消息
ssize_t mq_receive(mqd_t mqd, char *ptr, size_t len, unsigned int *prio);
返回值：成功，消息中字节数；出错，-1
说明：消息内存的长度len，最小要等于mq_msgsize。mq_receive总是返回消息队列中最高优先级的最早消息。
例5：往消息队列中添加一个消息
#include
#include
#include
int main(int argc, char *argv[])
{
char *ptr;
size_t size;
unsigned long prio;
mqd_t mqd;
if (argc != 4)
{
printf("usage: mqsend <#bytes> \n");
exit(-1);
}
if ((mqd = mq_open(argv[1], O_WRONLY)) == -1)
{
printf("mq_open() error %d: %s\n", errno, strerror(errno));
exit(-1);
}
size = atoi(argv[2]);
prio = atoi(argv[3]);
ptr = calloc(size, sizeof(char));
if (mq_send(mqd, ptr, size, prio) == -1)
{
printf("mq_send() error %d: %s\n", errno, strerror(errno));
exit(-1);
}
exit(0);
}
1.通过atoi()函数将命令行参数转换成int变量
2.通过calloc()函数分配内存，并初始化为0
3.要发送消息，要先为消息分配内存。
结果：和例6一起
例6：从消息队列中取出一个消息
程序：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define ERR_EXIT(m)\
{\
printf("%s() error %d: %s\n", m, errno, strerror(errno));\
exit(EXIT_FAILURE);\
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int c;
int flag = O_RDONLY;
//设置非阻塞方式
while ((c = getopt(argc, argv, "n")) != -1)
{
switch(c)
{
case 'n':
flag |= O_NONBLOCK;
break;
}
}
if (optind != argc -1)
{
printf("usage: mqreceive [-n] \n");
exit(-1);
}
//打开消息队列
mqd_t mqd;
if ((mqd = mq_open(argv[optind], flag)) == -1)
ERR_EXIT("mq_open");
//获取消息队列中每个消息最大大小
struct mq_attr attr;
if ((mq_getattr(mqd, &attr)) == -1)
ERR_EXIT("mq_getattr");
long len = attr.mq_msgsize;
//从消息队列中取出消息
unsigned int prio;//无符号整型
ssize_t n;
char *buff = (char *)malloc(attr.mq_msgsize * sizeof(char));
if ((n = mq_receive(mqd, buff, len, &prio)) == -1)
ERR_EXIT("mq_getattr");
printf("read %d bytes, priority = %d\n", n, prio);
exit(0);
}
分析：
1.要取出消息，则先要为消息分配内存。
2.open时，若未设置O_NONBLOCK选项，则一直阻塞，直到消息队列中有消息为止；设置了O_NONBLOCK选项，若消息队列中没有消息，则立刻出错返回。
结果：
5.mq_notify
Posix消息队列允许异步事件通知，以告知何时有一个消息放置到了某个空消息队列中。这种通知有两种方式可供选择：
(1)产生一个信号
(2)创建一个线程来执行指定的函数
//这种通知通过调用mq_notify建立
int mq_notify(mqd_t mqd, const struct sigevent *notification);
返回值：成功，0；出错-1
1.notification非空，该进程被注册为接收该消息队列的通知
2.notification空，且当前队列已被注册，则已存在的注册被撤销
3.对一个消息队列来说，任一时刻只有一个进程可以被注册
4.在mq_receive调用中的阻塞比任何通知的注册都优先收到消息
5.当通知被发送给注册进程时，注册即被撤销，该进程若要重新注册，则必须重新调用mq_notify()
#include
struct sigevent
{
int sigev_notify;
int sigev_signo;
union sigval sigev_value;
void (*sigev_notify_function)(union sigval);
pthread_attr_t *sigev_notify_attributes;
};
sigev_notify取值：
SIGEV_NONE：事件发生时，什么也不做；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
sigev_signo：在sigev_notify=SIGEV_SIGNAL时使用，指定信号类别
sigev_value：sigev_notify=SIGEV_SIGEV_THREAD时使用，作为sigev_notify_function的参数
union sigval
{
int sival_int;
void *sival_ptr;
};
sigev_notify_function：在sigev_notify=SIGEV_THREAD时使用，其他情况下置NULL
sigev_notify_attributes：在sigev_notify=SIGEV_THREAD时使用，指定创建线程的属性，其他情况下置NULL
例7：注册一个进程，当消息队列中有消息到来时，该进程被通知，并在其信号处理程序中取出消息。
程序：
#include
#include
#include
#include
#include
#define ERR_EXIT(m)\
{\
printf("%s() error %d: %s\n", m, errno, strerror(errno));\
exit(EXIT_FAILURE);\
}
mqd_t mqd;
void *buff;
struct mq_attr attr;
struct sigevent event;
static void sig_usr1(int signo);
int main(int argc, char *argv[])
{
if (signal(SIGUSR1, sig_usr1) == SIG_ERR)
ERR_EXIT("signal");
if ((mqd = mq_open(argv[1], O_RDONLY)) == -1)
ERR_EXIT("mq_open");
if (mq_getattr(mqd, &attr) == -1)
ERR_EXIT("mq_getattr");
buff = malloc(attr.mq_msgsize);
//注册进程接收队列的通知
event.sigev_notify = SIGEV_SIGNAL;
event.sigev_signo = SIGUSR1;
if (mq_notify(mqd, &event) == -1)//注册进程，消息队列中有消息来时，触发事件。
ERR_EXIT("mq_notify");
//一直执行，等待信号到来
for (;;)
pause();
exit(0);
}
static void sig_usr1(int signo)
{
//重新注册
if (mq_notify(mqd, &event) == -1)
ERR_EXIT("mq_notify");
//取出消息
ssize_t n;
unsigned int prio;
if ((n = mq_receive(mqd, buff, attr.mq_msgsize, &prio)) == -1)
ERR_EXIT("mq_receive");
printf("SIGUSR1 received, read %d bytes, priority = %d\n", n, prio);
}
因为通知被发送给注册进程时，其注册即被撤销，所以在信号处理程序中重新注册。
结果：
例7中的程序有个问题：
在信号处理程序中调用的函数都不是异步信号安全函数，即不可重入的，具体参考apue 10.6节。http://blog.csdn.net/zx714311728/article/details/53056927#t4
前面说过，通知有两种方式，一种是产生一个信号，另一种是创建一个线程执行指定函数。例7是产生一个信号，下面例8是创建一个线程。
例8：空消息队列有消息到来时，通知注册进程，注册进程创建一个线程执行指定函数操作。
程序：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define ERR_EXIT(m)\
{\
printf("%s() error %d: %s\n", m, errno, strerror(errno));\
exit(EXIT_FAILURE);\
}
mqd_t mqd;
struct mq_attr attr;
struct sigevent event;
static void thread_func(union sigval);
int main(int argc, char *argv[])
{
if (argc != 2)
{
printf("argument error\n");
exit(-1);
}
//打开消息队列
if ((mqd = mq_open(argv[1], O_RDONLY | O_NONBLOCK)) == -1)
ERR_EXIT("mq_open");
if (mq_getattr(mqd, &attr) == -1)
ERR_EXIT("mq_getattr");
//注册进程
event.sigev_notify = SIGEV_THREAD;
event.sigev_value.sival_ptr = NULL;
event.sigev_notify_attributes = NULL;
event.sigev_notify_function = thread_func;
if (mq_notify(mqd, &event) == -1)
ERR_EXIT("mq_notify");
for (;;)
pause();
exit(0);
}
void thread_func(union sigval value)
{
ssize_t n;
void *buff;
long len;
unsigned int prio;
buff = malloc(attr.mq_msgsize);
len = attr.mq_msgsize;
if (mq_notify(mqd, &event) == -1)//重新注册进程
ERR_EXIT("mq_notify");
if ((n = mq_receive(mqd, buff, len, &prio)))
printf("read %d bytes, priority = %d\n", n, prio);
free(buff);
pthread_exit((void *)0);
}
6.sigwait
在多线程的环境中应使用sigwait、sigwaitinfo和sigtimedwait来处理所有信号，而绝不要用异步信号处理程序。多线程环境中也不应使用sigprocmask，而应使用pthread_sigmask。具体见：http://blog.csdn.net/yusiguyuan/article/details/14230719
#include
int sigwait(const sigset_t *set, int *sig);
返回值：成功，0；出错，正的Exxx值
调用sigwait前阻塞set信号集，sigwait然后一直阻塞到这些信号中有一个或多个待处理，这时它返回其中一个信号存放到sig。此过程为“同步的等待一个异步事件”：我们使用了信号，但没有涉及异步信号处理程序。
例9：修改例7的问题，不使用异步信号处理程序，而是使用sigwait。
程序：
#include
#include
#include
#include
#include
#define ERR_EXIT(m)\
{\
printf("%s() error %d: %s\n", m, errno, strerror(errno));\
exit(EXIT_FAILURE);\
}
int main(int argc, char *argv[])
{
if (argc != 2)
{
printf("argument error\n");
exit(-1);
}
mqd_t mqd;
struct sigevent event;
sigset_t newmask, oldmask, zeromask;
struct mq_attr attr;
void *buff;
long len;
int signo;
ssize_t n;
unsigned int prio;
//打开消息队列,获取消息队列属性
if ((mqd = mq_open(argv[1], O_RDONLY | O_NONBLOCK)) == -1)
ERR_EXIT("mq_open");
if (mq_getattr(mqd, &attr) == -1)
ERR_EXIT("mq_getattr");
buff = malloc(attr.mq_msgsize);
len = attr.mq_msgsize;
//设置阻塞信号集，阻塞信号
sigemptyset(&newmask);
sigaddset(&newmask, SIGUSR1);
sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, NULL);
//注册进程
event.sigev_notify = SIGEV_SIGNAL;
event.sigev_signo = SIGUSR1;
if (mq_notify(mqd, &event) == -1)
ERR_EXIT("mq_notify");
//使注册进程永久执行，当空消息队列中有消息到来时，进行处理
for (;;)
{
sigwait(&newmask, &signo);//阻塞，直到有个信号到来
if (signo == SIGUSR1)
{
if (mq_notify(mqd, &event) == -1)//重新注册
ERR_EXIT("mq_notify");
if ((n = mq_receive(mqd, buff, len, &prio)) == -1)//获取消息队列中消息
{
ERR_EXIT("mq_receive");
}
else
printf("SIGUSR1 received, read %dbytes, priority = %d\n", n, prio);
}
}
exit(0);
}
此程序没有使用异步信号处理程序，而是使用了sigwait以接收信号
结果：
7.Posix实时信号
信号可划分为两个大组：
(1)值在SIGRTMIN和SIGRTMAX之间(包括两者在内)的实时信号
(2)所有其他信号：SIGALRM、SIGINT、SIGKILL等
实时信号中“实时”的意思是：
(1)信号是排队的，是按先进先出(FIFO)顺序排队的。同一信号产生3次，则递交3次
(2)当有多个SIGRTMIN到SIGRTMAX范围内的解阻塞信号排队时，值较小的信号先与较大的信号递交
(3)实时信号能比非实时信号携带更多信息
此部分因涉及到其他部分内容，只粗略看了下。