POSIX消息队列

消息队列

消息队列是Linux IPC中很常用的一种通信方式，它通常用来在不同进程间发送特定格式的消息数据。

消息队列和管道和FIFO有很大的区别，主要有以下两点：

一个进程向消息队列写入消息之前，并不需要某个进程在该队列上等待该消息的到达，
而管道和FIFO是相反的，进程向其中写消息时，管道和FIFO必需已经打开来读，
那么内核会产生SIGPIPE信号。

IPC的持续性不同。管道和FIFO是随进程的持续性，当管道和FIFO最后一次关闭发生时，
写入消息后，然后终止，另外一个进程可以在以后某个时刻打开该队列读取消息。只要内核
没有重新自举，消息队列没有被删除。

消息队列中的每条消息通常具有以下属性：

一个表示优先级的整数；
消息的数据部分的长度；
消息数据本身；

POSIX消息队列的一个可能的设计是一个如下图所示的消息链表，链表头部有消息队列的属性信息。

消息队列的创建和关闭

POSIX消息队列的创建，关闭和删除用到以下三个函数接口：

#include 
mqd_t mq_open(const char *name, int oflag, /* mode_t mode, struct mq_attr *attr */);
//成功返回消息队列描述符，失败返回-1

mq_open用于打开或创建一个消息队列。

name：表示消息队列的名字，即将要被打开或创建的消息队列对象，其所创建的真正路径名和具体的系统实现有关。为了便于移植，需要指定为“/name”的格式。

oflag：表示打开的方式，和open函数的类似。有必须的选项：O_RDONLY，O_WRONLY，O_RDWR，还有可选的选项：O_NONBLOCK，O_CREAT，O_EXCL。

mode：是一个可选参数，在oflag中含有O_CREAT标志且消息队列不存在时，才需要提供该参数。表示默认访问权限。可以参考open。

attr：也是一个可选参数，在oflag中含有O_CREAT标志且消息队列不存在时才需要。该参数用于给新队列设定某些属性，如果是空指针，那么就采用默认属性。

mq_open返回值是mqd_t类型的值，被称为消息队列描述符。

mqd_t mq_close(mqd_t mqdes);

mq_close用于关闭一个消息队列，和文件的close相似，关闭后，消息队列并不从系统中删除。一个进程结束，会自动调用关闭打开着的消息队列。

mqd_t mq_unlink(const char *name);//成功返回0，失败返回-1

mq_unlink用于删除一个消息队列。消息队列创建后只有通过调用该函数或者是内核自举才能进行删除。每个消息队列都有一个保存当前打开着描述符数的引用计数器，和文件一样，因此本函数能够实现类似于unlink函数删除一个文件的机制。

POSIX消息队列的属性

POSIX标准规定消息队列属性mq_attr必须要含有以下四个内容：

long    mq_flags //消息队列的标志：0或O_NONBLOCK,用来表示是否阻塞 
long    mq_maxmsg  //消息队列的最大消息数
long    mq_msgsize  //消息队列中每个消息的最大字节数
long    mq_curmsgs  //消息队列中当前的消息数目

在Linux 2.6.18中mq_attr结构的定义如下：

#include 
struct mq_attr
{
  long int mq_flags;      /* Message queue flags.  */
  long int mq_maxmsg;   /* Maximum number of messages.  */
  long int mq_msgsize;   /* Maximum message size.  */
  long int mq_curmsgs;   /* Number of messages currently queued.  */
  long int __pad[4];
};

POSIX消息队列的属性设置和获取可以通过下面两个函数实现：

#include 
mqd_t mq_getattr(mqd_t mqdes, struct mq_attr *attr);

mqd_t mq_setattr(mqd_t mqdes, struct mq_attr *newattr,struct mq_attr *oldattr);
//成功返回0，失败返回-1

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。mq_attr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。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include


int main()
{
    mqd_t mqID;
    mqID = mq_open("/test_mq", O_RDWR | O_CREAT, 0666, NULL);

    if (mqID < 0)
    {
        printf("open message queue error...\n");
        return -1;
    }

    struct mq_attr mqAttr;
    if (mq_getattr(mqID, &mqAttr) < 0)
    {
        printf("open message queue error\n");
        return -1;
    }

    printf("mq_flags:%d\n",mqAttr.mq_flags);
    printf("mq_maxmsg:%d\n",mqAttr.mq_maxmsg);
    printf("mq_msgsize:%d\n",mqAttr.mq_msgsize);
    printf("mq_curmsgs:%d\n",mqAttr.mq_curmsgs);
}

编译时要加-lrt
运行结果为：

POSIX消息队列的发送和接收

POSIX消息队列可以通过以下函数来进行发送和接收消息：

#include 
mqd_t mq_send(mqd_t mqdes, const char *msg_ptr,size_t msg_len, unsigned msg_prio);
//成功返回0，出错返回-1

mqd_t mq_receive(mqd_t mqdes, char *msg_ptr,size_t msg_len,unsigned *msg_prio);
//成功返回接收到消息的字节数，出错返回-1

mq_send向消息队列中写入一条消息，mq_receive从消息队列中读取一条消息。

mqdes：消息队列描述符；
msg_ptr：指向消息体缓冲区的指针；
msg_len：消息体的长度。
其中mq_receive的该参数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。如果mq_receive中的msg_len小于该值，就会返回EMSGSIZE错误。POXIS消息队列发送的消息长度可以为0。

msg_prio：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中置msg_prio为0，mq_receive的msg_prio置为NULL。

如果消息队列已满，mq_send()函数将阻塞，直到队列有可用空间再次允许放置消息或该调用被信号打断；如果O_NONBLOCK被指定，mq_send()那么将不会阻塞，而是返回EAGAIN错误。如果队列空，mq_receive()函数将阻塞，直到消息队列中有新的消息；如果O_NONBLOCK被指定，mq_receive()那么将不会阻塞，而是返回EAGAIN错误。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 


int main()
{
    mqd_t mqID;
    int i = 0;
    char msg[] = "test_string";
    mqID = mq_open("/test_mq", O_RDWR | O_CREAT | O_EXCL, 0666, NULL);

    if (mqID < 0)
    {
        if (errno == EEXIST)
        {
            mq_unlink("/test_mq");
            mqID = mq_open("/test_mq", O_RDWR | O_CREAT, 0666, NULL);
        }
        else
        {
            printf("open message queue error...\n");
            return -1;
        }
    }

    if (fork() == 0)
    {
        struct mq_attr mqAttr;
        mq_getattr(mqID, &mqAttr);

        char *buf = (char*) malloc(sizeof(mqAttr.mq_msgsize));

        for (i = 1; i < 5; ++i)
        {
            if (mq_receive(mqID, buf, mqAttr.mq_msgsize, NULL) < 0)
            {
                printf("receive message  failed.\n");
                continue;
            }

            printf("receive message:%d\t%s\n",i,buf);   
        }
        exit(0);
        free(buf);
    }

    for (i = 1; i < 5; ++i)
    {
        if (mq_send(mqID, msg, sizeof(msg), i) < 0)
        {
            printf("send message:%d failed\n",i);
        }
        printf("send message %d success.\n",i);   

        sleep(1);
    }
}                     

参考：
《UNIX网络编程卷二 》第五章 posix消息队列
http://blog.csdn.net/anonymalias/article/details/9799645