Linux进程间通讯三--消息队列
一、消息队列IPC原理
1.消息队列基本属性
消息队列基本属性数据结构为struct msqid_ds定义在文件/usr/include/linux/msg.h中：
/* Obsolete, used only for backwards compatibility and libc5 compiles */
struct msqid_ds {
struct ipc_perm msg_perm; // 权限
struct msg *msg_first; /* first message on queue,unused */ // 指向消息头
struct msg *msg_last; /* last message in queue,unused */ // 指向消息尾
__kernel_time_t msg_stime; /* last msgsnd time */ // 最近发生消息时间
__kernel_time_t msg_rtime; /* last msgrcv time */ // 最近接收消息时间
__kernel_time_t msg_ctime; /* last change time */ // 最近修改时间
unsigned long msg_lcbytes; /* Reuse junk fields for 32 bit */ //
unsigned long msg_lqbytes; /* ditto */ //
unsigned short msg_cbytes; /* current number of bytes on queue */ // 当前队列大小
unsigned short msg_qnum; /* number of messages in queue */ // 当前队列消息个数
unsigned short msg_qbytes; /* max number of bytes on queue */ // 队列最大值
__kernel_ipc_pid_t msg_lspid; /* pid of last msgsnd */ // 最近发送消息进程pid
__kernel_ipc_pid_t msg_lrpid; /* last receive pid */ // 最近接收消息进程pid
};
第1个成员struct ipc_perm msg_perm为当前消息队列的权限。此结构体在我的博客《System V IPC基础》一节有说明。
第2、3个成员分别指向消息队列的首位。struct msg_msg结构体在/usr/src/uname -r/include/linus/msg.h中定义：
/* one msg_msg structure for each message */
struct msg_msg {
struct list_head m_list;
long m_type; // 消息类型
size_t m_ts; /* message text size */ // 消息大小
struct msg_msgseg *next; // 下一个消息位置
void *security; // 真正消息位置
};
2、消息队列模型
消息队列的本质为一个链式结构，但是，消息队列还可以基于类型处理，因此，消息队列的FIFO原则仅仅使用于同类型的消息。
Linux系统对消息队列有一些限制值，不同Linux版本可能不同，下面列出我的系统的限制：
// come from /usr/include/linux/msg.h
#define MSGMNI 16 /* <= IPCMNI */ /* max # of msg queue identifiers */ // 最大消息队列个数
#define MSGMAX 8192 /* <= INT_MAX */ /* max size of message (bytes) */ // 消息最大值
#define MSGMNB 16384 /* <= INT_MAX */ /* default max size of a message queue */ // 默认消息队列大小 默认情况下，整个系统中最多允许有16个消息队列；
每个消息队列最大为16384字节，即16K；
消息队列中的每个消息最大为8192字节，即8K。
二、消息队列管理
1.创建消息队列
在使用一个消息队列前，需要使用msgget函数创建该消息队列，其函数声明如下：
int msgget(key_t key, int msgflg); 第1个参数key为有ftok()函数创建的key值，关于ftok函数在我的博客《System V IPC基础》一节有说明。
第2个参数msgflg的低位用来确定消息队列的访问权限，其最终权限为当前进程的umask值与设置值perm相与所得，即最终值为perm&~umask。其高位包含以下项：
#define IPC_CREAT 01000 /* Create key if key does not exist. */ // 如果key不存在，则创建，存在，返回ID
#define IPC_EXCL 02000 /* Fail if key exists. */ // 如果key存在返回失败
#define IPC_NOWAIT 04000 /* Return error on wait. */ // 如果需要等待，直接返回错误下面给出创建消息队列的代码：
key_t key = ftok("/", 3);
int msq_id = msgget(key, IPC_CREAT | 0666);2.消息队列属性控制
msgctl()函数可以对创建好的消息队列的基本属性进行控制（修改），其函数声明如下：
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds* buf); 第1个参数msqid为消息队列标识符，该值为msgget()函数创建消息队列的返回值；
第2个参数cmd为执行的控制命令，即要执行的操作，包括以下选项：
// come from /usr/include/linux/ipc.h
#define IPC_RMID 0 /* remove resource */ // 删除消息队列
#define IPC_SET 1 /* set ipc_perm options */ // 设置ipc_perm参数
#define IPC_STAT 2 /* get ipc_perm options */ // 获取ipc_perm参数
#define IPC_INFO 3 /* see ipcs */ // 获取限制信息 IPC_RMID ：删除消息队列。从系统中删除该消息队列以及仍在该队列上的所有数据，这种删除立即生效。仍在使用该消息队列的进程对消息队列的操作时，将出错返回EIDRM。
IPC_STAT：读取消息队列属性。取得此队列的msqid_ds结构，并将其存放在第3个参数buf中；
IPC_SET：设置消息队列属性。按由buf指向的结构中的值，设置此队列的属性；
IPC_INFO：读取消息队列基本情况。
第3个参数buf是一个临时的msqid_ds结构体类型的变量。用于存储读取的消息队列属性或者需要修改的消息队列属性。
下面给出删除消息队列代码：
msgctl(msq_id, IPC_RMID, NULL);3.发送信息到消息队列
msgsnd()函数将新的消息添加到消息队列尾端，此函数声明如下：
// come from /usr/include/sys/msg.h
int msgsnd(int msqid, const void* msqp, size_t msgsz, int msgflg); 第1个参数msqid为消息队列标识符，由msgget创建消息队列是返回；
第2个参数msgp指向用户定义缓冲区，下面是用户定义缓冲区结构：
// come from /usr/include/linux/msg.h
/* message buffer for msgsnd and msgrcv calls */
struct msgbuf {
long mtype; /* type of message */ // 消息类型
char mtext[1]; /* message text */ // 消息内容，在使用时自己重新定义此结构
}; 第3个参数为实际信息的大小。其大小为0到系统对消息队列的限制值。可以表示为sizeof(msgbuf) - sizeof(long)；
第4个参数msgflg用来指定在达到系统为消息队列所定的界限（如消息队列所占空间满时）时采取的操作。
如果设置为IPC_NOWAIT，如果需要等待，则不发送消息且立即返回错误信息EAGIN；
如果设置为0，则阻塞调用进程。该函数成功调用后返回0，否则返回-1，同时将对消息队列msqid数据结构的成员执行下列操作：
msg_qnum自增1；
msg_lspid设置为调用进程PID;
msg_stime设置为当前时间。下面给出msgsnd发送消息的代码：
struct msgbuf {
long mtype;
char mtext[100];
};
struct msgbuf buf;
int ret = msgsnd(msq_id, &buf, sizeof(buf.mtext), 0);4.从消息队列接收信息
msgrcv()函数用于从消息队列中读取消息，其函数声明如下：
int msgrcv(int msqid, void* msgp, size_t msgsz, long int msgtype, int msgflg); 第1个参数msqid为消息队列标识符，即从哪个消息队列获得消息；
第2个参数为一个临时消息数据结构，用来保存读取的信息，其定义如下：
// come from /usr/include/linux/msg.h
/* message buffer for msgsnd and msgrcv calls */
struct msgbuf {
long mtype; /* type of message */ // 消息类型
char mtext[1]; /* message text */ // 消息内容，在使用时自己重新定义此结构
}; 第3个参数msgsz用于指定接收缓冲中mtext的大小（以字节为单位）。如果收到的消息大于msgsz，并且msgflg&MSG_NOERROR为真，则将该消息截至msgsz，消息的截断部分将丢失，并且不向调用进程提供截断的提示。
第4个参数msgtype用于指定请求的消息类型，具体如下：
msgtype=0：接收队列中的第一天消息，任意类型；
msgtype>0：接收第一天msgtype类型的消息；
msgtype<0：接收第一条最低类型（小于或等于msgtype的绝对值）的消息。第5个参数msgflg用于指定所需类型消息不在队列上时将要采取的操作。具体如下所示：
如果设置IPC_NOWAIT，如果没有消息，调用进程立即返回，同时返回-1，并将errno设置为ENOMSG；
如果未设置IPC_NOWAIT（即设置0），则阻塞调用进程，直到下面任何一种情况发生：
所需信息被放到消息队列中；
msqid从系统中删除；
收到信号。接收消息成功时，该消息将自动从消息队列中删除，并返回接收到的消息大小，并将对整个消息队列msqid数据结构的成语执行下列操作：
msg_qnum自减1；
msg_lrpid设置为调用进程PID;
msg_rtime设置为当前时间。下面给出msgrcv发送消息的代码：
struct msgbuf {
long mtype;
char mtext[100];
};
struct msgbuf buf;
int ret = msgrcv(msq_id, &buf, sizeof(buf.mtext), 1, 0);三、示例
下面给出消息队列应用示例：
#include