【IPC】消息队列

1、IPC对象

除了最原始的进程间通信方式信号、无名管道和有名管道外，还有三种进程间通信方式，这
三种方式称之为IPC对象
IPC对象分类：消息队列、共享内存、信号量(信号灯集)
IPC对象也是在内核空间开辟区域，每一种IPC对象创建好之后都会将其设置为全局，并且
会给其分配一个编号，只要找到唯一的这个编号就可以进行通信，所以不相关的进程可以通
过IPC对象通信。
IPC对象创建好之后，会在当前系统中可见，只要不删除或者不关闭系统，就会一直存在。
查看已经创建的IPC对象：
  ipcs 查看当前系统中所有创建的 IPC 对象
  ipcs ‐q 查看创建的消息队列
  ipcs ‐m 查看创建的共享内存
  ipcs ‐s 查看信号量
  ipcrm 删除 IPC 对象
  例如： ipcrm ‐q msqid 删除标号为 msqid 的消息队列

2、消息队列的概述

2.1 消息队列的概念

消息队列是消息的链表，存放在内存中，由内核维护
消息队列的特点
1、消息队列中的消息是有类型的。
2、消息队列中的消息是有格式的。
3、消息队列可以实现消息的随机查询。消息不一定要以先进先出的次序读取，编程时可以
按消息的类型读取
4、消息队列允许一个或多个进程向它写入或者读取消息。
5、与无名管道、命名管道一样，从消息队列中读出消息，消息队列中对应的数据都会被删
除。
6、每个消息队列都有消息队列标识符，消息队列的标识符在整个系统中是唯一的。
7、只有内核重启或人工删除消息队列时，该消息队列才会被删除。若不人工删除消息队
列，消息队列会一直存在于系统中。
在ubuntu 12.04中消息队列限制值如下:
每个消息内容最多为8K字节
每个消息队列容量最多为16K字节
系统中消息队列个数最多为1609个
系统中消息个数最多为16384个
System V提供的IPC通信机制 需要一个key值， 通过key值就可在系统内获得一个唯一的消
息队列标识符 。
key值可以是人为指定的，也可以通过ftok函数获得。
如果多个进程想通过IPC对象通信，则必须找到唯一的标识，而唯一的标识是由key决定
的，所以只要key知道，则就可以实现多个进程通信
（另外，Posix IPC的操作稍有不同，后面补充）

2.2 ftok函数

ftok - convert a pathname and a project identifier to a System V IPC key
 
  #include <sys/types.h>
  #include <sys/ipc.h>
  key_t ftok ( const char *pathname, int proj_id );
  功能：通过文件名和目标值共同创造一个键值并返回值
  参数：
           pathname ：任意一个文件名（文件名或者目录名）
         proj_id：目标值，范围一般是 0~127
  返回值：
                  成功：键值
                  失败： ‐1
  如果使用 ftok 函数获取键值，得到的键值是由 ftok 的第一个   参数对应文件的信息和第二个参数一起决定的 
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>


int main(int argc, char const *argv[])
{
    //使用ftok函数获取键值
    //只要保证ftok的第一个参数对应的文件和第二个参数值相同，则不管程序运行多少遍或者多少个进程或者键值
    //键值一定都是唯一的

    key_t mykey;
    mykey = ftok("test",666);
    if(mykey==-1){
        perror("fail to ftok");
        exit(1);
    }
printf("mykey = %#x\n", mykey);


    return 0;
}

3、消息队列操作

3.1创建消息队列 -- msgget()

  #include <sys/types.h>
  #include <sys/ipc.h>
  #include <sys/msg.h>
  int msgget ( key_t key, int msgflg );
          功能：创建一个消息队列，得到消息队列的 id
参数：
          key ：键值，唯一的键值确定唯一的消息队列
                  方法 1 ：任意指定一个数
                  方法 2 ：使用 ftok 函数获取键值
          msgflg ：消息队列的访问权限，
          一般设置为 IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0777 或者 IPC_CREAT | 0777
  返回值：
          成功：消息队列的 id
        失败：‐1
查看消息队列
  ipcs ‐q
  删除消息队列
  ipcrm ‐q msqid
测试msgget 
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/msg.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    key_t mykey;
    mykey = ftok("test", 666);
    if (mykey == -1)
    {
        perror("fail to ftok");
        exit(1);
    }
    printf("mykey = %#x\n", mykey);

    // 通过msgget函数创建一个消息队列
    int msgid;

    msgid = msgget(mykey, IPC_CREAT | 0666);
    if (msgid == -1)
    {
        perror("fail to msgget");
        exit(1);
    }

    printf("msgid = %d\n", msgid);
    system("ipcs -q");

    return 0;
}

3.2 发送消息-- msgsnd()

  # include <sys/types.h>
  # include <sys/ipc.h>
# include <sys/msg.h>
  int msgsnd ( int msqid , const void * msgp , size_t msgsz , int msgflg );
  功能：向指定的消息队列发送数据（写操作）
  参数：
  msqid ：
        消息队列的id
msgp ：
        要写入的数据，需要自己定义结构体
struct struct_name {
          long mtype ; // 消息的编号，必须大于 0
          char mtext [ 128 ]; // 消息正文，可以定义多个成员
          ...
  }
  msgsz ：消息正文的大小，不包括消息的编号长度
  msgflg ：标志位
          0 阻塞
          IPC_NOWAIT 非阻塞
  返回值：
          成功： 0
          失败： ‐ 1 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>


#define N 128

typedef struct 
{
    long msg_type; //消息类型，必须在结构体的第一个位置并且类型必须是long
    char msg_text[N]; //消息正文，也可以有多个成员并且类型也可以是任意
}MSG ;


#define MSG_SIZE (sizeof(MSG)-sizeof(long))
int main(int argc, char const *argv[])
{
   
key_t mykey;
    mykey = ftok("test", 666);
    if (mykey == -1)
    {
        perror("fail to ftok");
        exit(1);
    }
    printf("mykey = %#x\n", mykey);

    // 通过msgget函数创建一个消息队列
    int msgid;

    msgid = msgget(mykey, IPC_CREAT | 0666);
    if (msgid == -1)
    {
        perror("fail to msgget");
        exit(1);
    }

    //printf("msgid = %d\n", msgid);
    system("ipcs -q");


MSG msg1 ={1,"hello world"};
MSG msg2 ={3,"UCC"};

MSG msg3 ={2,"giant"};

MSG msg4 ={4,"美利达"};


if(msgsnd(msgid,&msg1,MSG_SIZE,0)==-1){
    perror("fail to send");
    exit(1);
}

if(msgsnd(msgid,&msg2,MSG_SIZE,0)==-1){
    perror("fail to send");
    exit(1);
}
if(msgsnd(msgid,&msg3,MSG_SIZE,0)==-1){
    perror("fail to send");
    exit(1);
}
if(msgsnd(msgid,&msg4,MSG_SIZE,0)==-1){
    perror("fail to send");
    exit(1);
}

system("ipcs -q");

    return 0;
}

3.3 消息接收--msgrcv()

# include <sys/ipc.h>
# include <sys/msg.h>
  ssize_t msgrcv ( int msqid , void * msgp , size_t msgsz ,
  long msgtyp , int msgflg );
  功能：从消息队列中接收数据（读操作），接收的数据会从消息队列中删除
  参数：
  msqid ：
        消息队列id
  msgp ：
        保存接收到的数据的结构体
        struct struct_name {
                long mtype ; // 消息的编号，必须大于 0
                char mtext [ 128 ]; // 消息正文，可以定义多个成员
        }
  msgsz ：
        消息正文的大小
  msgtyp ：设置要接收哪个消息
          0 按照写入消息队列的顺序依次读取
          > 0 只读取消息队列中消息编号为当前参数的第一个消息
          < 0 只读取消息队列中小于等于当前参数的绝对中内最小的第一个消息
 
msgflg ：标志位
        0 阻塞
          IPC_NOWAIT 非阻塞
  返回值：
          成功：接收到的消息正文的长度
          失败： ‐ 1 
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/msg.h>



#define N 128
typedef struct 
{
    long msg_type; //消息类型，必须在结构体的第一个位置并且类型必须是long
    char msg_text[N]; //消息正文，也可以有多个成员并且类型也可以是任意
}MSG ;


#define MSG_SIZE (sizeof(MSG)-sizeof(long))

int main(int argc, char const *argv[])
{
   key_t mykey;
    mykey = ftok("test", 666);
    if (mykey == -1)
    {
        perror("fail to ftok");
        exit(1);
    }
    printf("mykey = %#x\n", mykey);

    // 通过msgget函数创建一个消息队列
    int msgid;

    msgid = msgget(mykey, IPC_CREAT | 0666);
    if (msgid == -1)
    {
        perror("fail to msgget");
        exit(1);
    }

    //printf("msgid = %d\n", msgid);
    system("ipcs -q");

//通过msgrcv函数接收消息队列中的信息（读操作）
//注意：如果没有第四个参数指定的消息时，msgrcv函数会阻塞等待
MSG msg;
//如果第四个参数为0，则按照先进先出的方式读取数据

//if(msgrcv(msgid,&msg,MSG_SIZE,0,0))

//如果第四个参数为>0，则获取当前值得消息类型的数据
//if(msgrcv(msgid, &msg, MSGTEXT_SIZE, 2, 0) == ‐1)

//如果第四个参数为<0，则获取当前值得绝对值内消息类型最小的数据

if(msgrcv(msgid, &msg, MSG_SIZE, -3, 0) == -1)
 {
 perror("fail to msgrcv");
 exit(1);
 }

 printf("recv_msg = %s\n", msg.msg_text);
 system("ipcs -q");
    return 0;
}

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