linux消息队列总结

1.消息队列简介

实现linux进程通信的方式有5种:

--信号(Singal)

--管道(Pipe)

--消息队列(Message)

--信号量(Semaphore)

每种进程通信方式实现方式和功能不一样,带来适用的场景也有所不同,消息队列是链表队列,它通过内核提供一个struct msqid_ds *msgque[MSGMNI]向量维护内核的一个消息队列列表,因此linux系统支持的最大消息队列数由msgque数组大小来决定,每一个msqid_ds表示一个消息队列,并通过msqid_ds.msg_first、msg_last维护一个先进先出的msg链表队列,当发送一个消息到该消息队列时,把发送的消息构造成一个msg结构对象,并添加到msqid_ds.msg_first、msg_last维护的链表队列,同样,接收消息的时候也是从msg链表队列尾部查找到一个msg_type匹配的msg节点,从链表队列中删除该msg节点,并修改msqid_ds结构对象的数据。

linux消息队列总结_第1张图片

2.消息队列的数据结构

--1.struct msqid_ds *msgque[MSGMNI]向量:

msgque[MSGMNI]是一个msqid_ds结构的指针数组,每个msqid_ds结构指针代表一个系统消息队列,msgque[MSGMNI]的大小为MSGMNI=128,也就是说系统最多有MSGMNI=128个消息队列

--2.struct msqid_ds

一个消息队列结构

struct msqid_ds 中主要数据成员介绍如下:

struct msqid_ds

{

struct ipc_perm msg_perm;

struct msg *msg_first; /*消息队列头指针*/

struct msg *msg_last; /*消息队列尾指针*/

__kernel_time_t msg_stime; /*最后一次插入消息队列消息的时间*/

__kernel_time_t msg_rtime; /*最后一次接收消息即删除队列中一个消息的时间*/

__kernel_time_t msg_ctime;

struct wait_queue *wwait; /*发送消息等待进程队列*/

struct wait_queue *rwait;

unsigned short msg_cbytes;

unsigned short msg_qnum; /*消息队列中的消息个数*/

unsigned short msg_qbytes;

__kernel_ipc_pid_t msg_lspid; /*最后一次消息发送进程的pid*/

__kernel_ipc_pid_t msg_lrpid; /*最后一次消息发送进程的pid*/

};

--3.struct msg 消息节点结构:

msqid_ds.msg_first,msg_last维护的链表队列中的一个链表节点

struct msg

{

msg *msg_next; /*下一个msg*/

long msg_type; /*消息类型*/

*msg_spot; /*消息体开始位置指针*/

msg_ts; /*消息体长度*/

message; /*消息体*/

}

--4.msgbuf消息内容结构:

msg 消息节点中的消息体,也是消息队列使用进程(消息队列发送接收进程)发送或者接收的消息

struct msgbuf

{

long mtype; --消息类型

char mtext[n];--消息内容

}

3.消息队列的使用

--1.消息队列Key的获取:

在程序中若要使用消息队列,必须要能知道消息队列key,因为应用进程无法直接访问内核消息队列中的数据结构,因此需要一个消息队列的标识,让应用进程知道当前操作的是哪个消息队列,同时也要保证每个消息队列key值的唯一性

----a.通过ftok函数获取

key_t key;

key=ftok(".","a")

该函数通过一个路径名称映射出一个消息队列key(我的理解是使用路径映射的方式比较容易获取一个唯一的消息队列key)

----b.直接定义key:

#define MSG_KEY 123456

自定义key的方式要注意避免消息队列的重复。

--2.获取或者打开一个消息队列

----a.使用说明

qid=msgget(key_t key, int msgflag)

--key: 消息队列key

--msgflag:

IPC_PRIVATE:创建一个该进程独占的消息队列,其它进程不能访问该消息队列

IPC_CREAT:若消息队列不存在,创建一个新的消息队列,若消息队列存在,返回存在的消息队列

IPC_CREAT | IPC_EXCL: IPC_EXCL标志本身没有多大意义,与IPC_CREAT一起使用,保证只创建新的消息队列,若对应key的消息队列已经存在,则返回错误

IPC_NOWAIT:小队列以非阻塞的方式获取(若不能获取,立即返回错误)

----b.函数原因

------1)如果key==IPC_PRIVATE,则申请一块内存,创建一个新的消息队列(数据结构msqid_ds),将其初始化后加入到msgque向量表中的某个空位置处,返回标示符。

------2)在msgque向量表中找键值为key的消息队列,如果没有找到,结果有二:

msgflag表示不创建新的队列,则错误返回。

msgflag表示要创建新的队列(IPC_CREAT),则创建新消息队列,创建过程如1)。

-------3)如果在msgque向量表中找到了键值为key的消息队列,则有以下情况:

如果msgflg表示一定要创建新的消息队列而且不允许有相同键值的队列存在,则错误返回。

如果找到的队列是不能用的或已经损坏的队列,则错误返回。

认证和存取权限检查,如果该队列不允许msgflg要求的存取,则错误返回。

正常,返回队列的标识符。

--3.发送一个消息到消息对列

----a.使用说明:

int msgsnd (int msqid, struct msgbuf *msgp, size_t msgsz, int msgflg)
------msqid为消息队列的qid
------msgp对应消息内容结构体指针
------msgsz消息的大小即msgp指针指向的消息结构体的大小
------msgflg消息标志

0:忽略该标志位,以阻塞的方式发送消息到消息队列

IPC_NOWAIT:以非阻塞的方式发送消息,若消息队列满,函数立即返回。

------返回:

0: 成功

-1:非阻塞方式访问满消息队列返回

EACCES:没有该消息队列写权限

EFAULT:消息队列地址无法获取

EIDRM:消息队列已经被删除

EINTR:消息队列等待写入的时候被中断

ENOMEM:内存不够

----b.函数原理:

1)计算id = (unsigned int) msqid % MSGMNI,然后根据id在linux系统消息队列向量msgque[MSGMNI]中查找对应的消息队列,并进行认证检查,合法性检查

2)如果队列已满,以可中断等待状态(TASK_INTERRUPTIBLE)将当前进程挂起在wwait等待队列(发送消息等待队列)上(msgflag==0)。

3)否则 根据msgbuf的大小申请一块空间,并在其上创建一个消息数据结构struct msg(内核空间),将消息缓冲区中的消息内容拷贝到该内存块中消息头的后面(从用户空间拷贝到内核空间)。

4)将消息数据结构加入到消息队列的队尾,修改队列msqid_ds的相应参数。

5)唤醒在该消息队列的rwait进程队列(读等待进程队列)上等待读的进程,并返回。

--4.从消息队列接收一个消息到msgbuf*

----a.使用说明
int msgrcv (int msqid, struct msgbuf *msgp, size_t msgsz,long msgtyp, int msgflg)
----msqid为消息队列的qid
----msgp是接收到的消息将要存放的缓冲区
----msgsz是消息的大小
----msgtyp是期望接收的消息类型
----msgflg是标志

0:表示忽略

IPC_NOWAIT:如果消息队列为空,不阻塞等待,返回一个ENOMSG

----返回

0:成功

-1:消息长度大于msgsz

EACCES:没有该消息队列读权限

EFAULT:消息队列地址无法获取

EIDRM:消息队列已经被删除

EINTR:消息队列等待写入的时候被中断

ENOMEM:内存不够

----b.函数原理:

1)计算id = (unsigned int) msqid % MSGMNI,然后根据id在msgque[MSGMNI]中查找对应的消息队列,并进行认证检查,合法性检查
2)根据msgtyp搜索消息队列,情况有二:
----如果找不到所要的消息,则以可中断等待状态(TASK_INTERRUPTIBLE)将当前进程挂起在rwait等待队列上
----如果找到所要的消息,则将消息从队列中摘下,调整队列msqid_ds参数,唤醒该消息队列的wwait进程队列上等待写的进程,将消息内容拷贝到用户空间的消息缓冲区msgp中,释放内核中该消息所占用的空间,返回

--5.消息的控制

----a.使用说明:

int msgctl (int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf)

------msqid:为消息队列的qid
------cmd:为该函数要对消息队列执行的操作

IPC_STAT:取出消息队列的msqid_ds结构体并将参数存入buf所指向的msqid_ds结构对象中

IPC_SET:设定消息队列的msqid_ds 数据中的msg_perm 成员。设定的值由buf 指向的msqid_ds
结构给出。

IPC_EMID:将队列从系统内核中删除。
----buf:消息队列msqid_ds结构体指针

----b.函数作用

对消息队列进行设置以及相关操作,具体操作由cmd指定。

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