linux进程间通信之消息队列
摘要
本文旨在深入探讨Linux进程间通信中的消息队列机制，包括其工作原理、系统调用接口以及实际应用场景。通过理论分析和示例代码的解读，本文将帮助读者更好地理解消息队列在多进程环境中的作用和应用。
一、引言
在Linux操作系统中，进程间通信（IPC）是一种常见的需求。为了实现进程间的同步和协调，Linux提供了多种IPC机制，包括管道、消息队列、共享内存和信号量等。其中，消息队列是一种灵活且高效的进程间通信方式，它允许进程之间发送和接收消息。本文将重点介绍消息队列的工作原理、系统调用接口以及一个简单的示例代码。
二、消息队列工作原理
消息队列是一种在进程之间传递消息的数据结构。它由一系列消息组成，每个消息都有一个特定的优先级和内容。当一个进程需要发送消息时，它可以将消息添加到队列中。接收进程可以从队列中获取消息并根据其优先级进行处理。
三.系统调用接口
1.mq_open
用于创建或打开一个消息队列。它接受四个参数：消息队列的名称、打开方式、消息的属性和一个指向mq_attr结构体的指针。
2.mq_send
用于向消息队列发送消息。它接受三个参数：消息队列的描述符、要发送的消息和消息的优先级。
3.mq_receive
用于从消息队列接收消息。它接受三个参数：消息队列的描述符、存放接收消息的缓冲区和消息的最大长度。
4.mq_close
用于关闭一个消息队列。它接受一个参数：消息队列的描述符。
5.mq_unlink
用于删除一个消息队列。它接受一个参数：消息队列的名称。
四.消息队列的特点
五.代码
#include
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#include
#include
#include
#include
#include
#define QUEUE_NAME "/my_queue" // 消息队列名称
#define MAX_MSG_SIZE 1024 // 消息的最大长度
#define MAX_MSG_NUM 10 // 队列中最多存储的消息数
#define PRIORITY 1 // 消息的优先级
int main() {
mqd_t mq; // 消息队列描述符
char buf[MAX_MSG_SIZE]; // 存放接收到的消息的缓冲区
struct mq_attr attr; // 消息队列的属性
pid_t pid; // 子进程ID
int status; // 子进程状态
// 初始化消息队列属性，使用默认值
attr.mq_flags = 0;
attr.mq_maxmsg = MAX_MSG_NUM;
attr.mq_msgsize = MAX_MSG_SIZE;
attr.mq_curmsgs = 0;
attr.mq_perm.uid = getuid(); // 设置拥有者的用户ID
attr.mq_perm.gid = getgid(); // 设置拥有者的组ID
attr.mq_perm.mode = S_IRUSR | S_IWUSR; // 设置访问权限
// 创建或打开一个名为QUEUE_NAME的消息队列，使用attr属性结构体进行初始化，不阻塞状态打开方式，返回一个描述符mq给当前线程使用该对象进行后续操作，使用后必须调用mq_close关闭该对象，如果不再使用该对象，需要调用mq_unlink删除该对象。如果该对象不存在，则创建该对象。如果该对象已经存在，则打开该对象。如果返回值为-1，则表示打开失败，如果返回值为非负数，则表示成功打开对象并返回对象的描述符。 -O_CREAT表示创建对象，-O_RDONLY表示以只读方式打开对象，-O_WRONLY表示以只写方式打开对象，-O_RDWR表示以读写方式打开对象。attr指定了对象的最大消息数、每个消息的最大字节长度以及对象的初始状态（0表示非阻塞状态）。如果对象不存在，则创建该对象；如果对象已经存在，则打开该对象并返回对象的描述符。如果返回值为-1，则表示打开失败；如果返回值为非负数，则表示成功打开对象并返回对象的描述符。 -O_CREAT表示创建对象；-O_RDONLY表示以只读方式打开对象；-O_WRONLY表示以只写方式打开对象；-O_RDWR表示以读写方式打开对象。
mq = mq_open(QUEUE_NAME, O_CREAT | O_RDWR, 0664, &attr);
if (mq == (mqd_t)-1) {
perror("mq_open");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 创建子进程并等待其结束
pid = fork();
if (pid == -1) {
perror("fork");
exit(EXIT_FAILURE);
} else if (pid > 0) { // 父进程
// 父进程向消息队列发送消息
if (mq_send(mq, "Hello from parent", MAX_MSG_SIZE, PRIORITY) == -1) {
perror("mq_send");
exit(EXIT_FAILURE);
} else {
printf("Parent process sent message.\n");
}
// 等待子进程结束并获取其状态
waitpid(pid, &status, 0);
printf("Child process exited with status %d.\n", status);
} else { // 子进程
// 子进程从消息队列接收消息并打印出来
if (mq_receive(mq, buf, MAX_MSG_SIZE, NULL) == -1) {
perror("mq_receive");
exit(EXIT_FAILURE);
} else {
printf("Child process received message: %s\n", buf);
}
// 子进程正常结束并释放资源
exit(EXIT_SUCCESS);
}
// 关闭消息队列并删除该对象（当且仅当队列中没有消息时才删除）如果成功删除则返回0；如果删除失败，则返回-1。
// 关闭消息队列并删除该对象（当且仅当队列中没有消息时才删除）如果成功删除则返回0；如果删除失败则返回-1。
if (mq_close(mq) == -1) {
perror("mq_close");
exit(EXIT_FAILURE);
}
if (mq_unlink(QUEUE_NAME) == -1) {
perror("mq_unlink");
exit(EXIT_FAILURE);
}
return 0;
} 六.代码分析
使用了mq_open函数来创建或打开一个名为QUEUE_NAME的消息队列，并使用attr属性结构体进行初始化。其中，O_CREAT表示创建对象，O_RDWR表示以读写方式打开对象，0664是文件权限的掩码，表示拥有者具有读写权限，组用户和其他用户具有读权限。attr结构体中的mq_maxmsg表示队列中最多存储的消息数，mq_msgsize表示每个消息的最大长度，mq_curmsgs表示队列中当前的消息数，mq_perm表示访问权限和拥有者信息。
在父进程中，我们使用mq_send函数向消息队列发送一条消息，并指定了消息的内容、最大长度和优先级。在子进程中，我们使用mq_receive函数从消息队列中接收消息，并指定了缓冲区和最大长度。如果接收成功，则打印出消息的内容。
最后，我们使用mq_close函数关闭消息队列，并使用mq_unlink函数删除该对象。需要注意的是，只有当队列中没有消息时才能删除对象。
需要注意的是，实际应用中可能需要更多的错误处理和异常情况处理。同时，还需要注意消息队列的使用方式和限制，例如消息的最大长度和优先级等参数需要根据实际需求进行设置。