14.消息队列

消息队列（Message Queue）是一种通信机制，用于在分布式系统中传递和管理消息的队列型数据结构。

• 消息队列通常是一个先进先出（FIFO）的数据结构，它允许多个进程或线程之间以异步方式进行通信。
• 它可以被看作是一个系统内核中的内部链表，其中发送进程将消息添加到队列中，接收进程从队列中读取消息进行处理。
• 这种通信机制传递的数据通常是结构化的，而不是简单的字节流。

消息队列使用步骤

• 发送端：
  1. 申请Key ftok
  2. 打开/创建消息队列 msgget
  3. 向消息队列发送消息 msgsnd
• 接收端：
  1. 打开/创建消息队列 msgget
  2. 从消息队列接收消息 msgrcv
  3. 控制（删除）消息队列 msgctl

发送端

1.申请Key

ftok函数

1. 原型：key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
2. 功能：生成一个唯一的键值，通常用于创建共享内存或消息队列等
3. 参数：
   • pathname：一个已经存在的文件路径，通常是程序中已经打开的文件。
   • proj_id：一个整数，用于与pathname组合生成唯一的键值。
4. 返回值：
   • 成功，返回一个key_t类型的键值，用于后续的系统调用（如shmget、msgget等）
   • 失败，返回-1

2.打开/创建消息队列

msgget函数

1. 原型：int msgget(key_t key, int msgflg);
2. 功能：创建或打开一个消息队列
3. 参数：
   • key：一个唯一的键值，通常由ftok函数生成。
   • msgflg：消息队列的访问权限和创建标志,IPC_CREAT、IPC_EXCL、IPC_NOWAIT等
     1. IPC_CREAT
        • 若消息队列不存在，则创建一个新的消息队列。
     2. IPC_EXCL
        • 当与 IPC_CREAT 同时使用时，如果已经存在与 key 相关联的消息队列，msgget 会失败并返回 -1。
        • 如果没有同时指定 IPC_CREAT，IPC_EXCL 将被忽略。
     3. IPC_NOWAIT
        • 如果消息队列不能立即创建（例如，由于资源限制），msgget 会立即返回 -1，而不是等待直到可以创建为止。
        • 如果没有指定 IPC_NOWAIT，系统会等待直到可以创建消息队列为止。
     4. IPC_PRIVATE
        • 在 Linux 中，IPC_PRIVATE 是一种特殊的键值，它允许不使用 ftok 来生成唯一的 key。
        • 使用 IPC_PRIVATE 作为 key 时，系统会为调用者分配一个私有的、唯一的消息队列标识符。
     5. IPC_RMID
        • 这是一个较新的选项，用于删除所有关联的消息队列，而不仅仅是与给定 key 关联的那个。
     6. 0666 或 0777 等权限位
        • 这些数字代表消息队列的访问权限。通常，它们被设置为八进制数，其中每个数字对应于用户、组和其他人的读/写权限。
4. 返回值：
   • 成功，返回消息队列的标识符（非负整数）
   • 失败，返回-1
5. 向消息队列发送消息 msgsnd函数
   1. 原型：int msgsnd(int msqid, const struct msgbuf *msgp, int msgsz, int msgflg);
   2. 功能：向消息队列发送一个消息
   3. 参数：
      • msqid：消息队列的标识符，通常由msgget函数返回。
      • msgp：指向要发送的消息结构的指针，该结构包含消息类型和消息正文。
      • msgsz：消息的大小（以字节为单位）。
      • msgflg：指定消息发送的标志，可以是IPC_NOWAIT等,同msgget函数中的msgflg参数。
   4. 返回值：
      • 成功，返回0
      • 失败，返回-1

示例

发送一条消息到队列

#include <stdio.h> 
#include <sys/ipc.h> 
#include <sys/msg.h> 
#include <string.h> 

typedef struct // 定义一个结构体类型
{
    long msg_type; // 消息类型，必须是long型
    char buf[128]; // 消息内容缓冲区，用于存储消息内容
}msgT;    

#define MSGLEN  (sizeof(msgT)-sizeof(long)) // 定义消息长度宏，减去长整型变量的大小

int main() // 主函数
{
    key_t key; // 定义一个key_t类型的变量key，用于存储生成的键值
    int msgid; // 定义一个整型变量msgid，用于存储消息队列的标识符
    int ret;   // 定义一个整型变量ret，用于存储函数调用的返回值
    msgT msg;  // 定义一个msgT类型的结构体变量msg，用于存储要发送的消息
    
	//1.生成一个键值
    key = ftok(".",100); // "."表示当前目录，100是一个任意的整数
    if(key<0) // 如果生成键值失败
    {
        perror("ftok"); // 打印错误信息并返回0
        return 0;
    }
    
    //2.函数创建
    msgid = msgget(key,IPC_CREAT|0666); // key为键值，IPC_CREAT表示如果不存在则创建，0666表示权限设置为可读写
    if(msgid<0) // 如果获取消息队列失败
    {
        perror("msgget"); // 打印错误信息并返回0
        return 0;
    }
	
    //3.发送消息
    msg.msg_type = 1; // 设置消息类型为1
    strcpy(msg.buf,"this msg type 1"); // 将消息内容复制到buf中
    ret = msgsnd(msgid,&msg,MSGLEN,0);//0表示不等待
    if(ret<0) // 如果发送消息失败
    {
        perror("msgsnd"); // 打印错误信息并返回0
        return 0;
    }
}

运行程序后，在终端输入ipcs -qc查看消息队列

这就是刚刚发送到消息队列的信息

接收端

1. 打开/创建消息队列 msgget函数（发送端用过）

从消息队列接收消息

msgrcv函数

1. 原型：ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);
2. 功能：从消息队列中接收一个消息
3. 参数：
   • msqid：消息队列的标识符，通常由msgget函数返回。
   • msgp：指向要接收的消息结构的指针，该结构包含消息类型和消息正文。
   • msgsz：消息的大小（以字节为单位）。
   • msgtyp：指定要接收的消息类型。
     • msgtyp=0：收到的第一条消息，任意类型。
     • msgtyp>0：收到的第一条 msg_typ类型的消息。
     • msgtyp<0：接收类型等于或者小于msgtyp绝对值的第一个消息。
   • msgflg：
     • 0：阻塞式接收消息
     • IPC_NOWAIT：如果没有返回条件的消息调用立即返回，此时错误码为ENOMSG
     • MSG_EXCEPT：与msgtyp配合使用返回队列中第一个类型不为msgtyp的消息
4. 返回值：
   • 成功时返回实际接收到的消息大小（以字节为单位）
   • 失败时返回-1
5. 控制（删除）消息队列 msgctl函数
   1. 原型：int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
   2. 功能：控制消息队列，包括获取和设置消息队列的属性
   3. 参数：
      • msqid：消息队列的标识符，通常由msgget函数返回。
      • cmd：指定要执行的命令，可以是IPC_STAT、IPC_SET等。
      • buf：指向一个msqid_ds结构体的指针，用于存储或设置消息队列的属性。
   4. 返回值：
      • 成功时返回0
      • 失败时返回-1

示例

接收消息队列的一条消息

#include <stdio.h> 
#include <sys/ipc.h> 
#include <sys/msg.h> 
#include <string.h> 

// 定义消息结构体
typedef struct
{
  long msg_type; // 消息类型
  char buf[128]; // 消息内容缓冲区
}msgT;    

#define MSGLEN  (sizeof(msgT)-sizeof(long)) // 计算消息长度，减去长整型成员的长度
int main()
{
  int msgid; // 消息队列ID
  key_t key; // 消息队列关键字
  msgT msg; // 消息结构体实例
  int ret; // 返回值
  key = ftok(".",100); // 生成消息队列关键字
  if(key<0)
  {
      perror("ftok"); // 如果生成失败，打印错误信息
      return 0;
  }

  // 1.创建或获取消息队列ID
  msgid = msgget(key,IPC_CREAT|0666); 
  if(msgid<0)
  {
      perror("msgget"); // 如果获取失败，打印错误信息
      return 0;
  }

  // 2.从消息队列中接收消息
  ret = msgrcv(msgid,&msg,MSGLEN,0,0); 
  if(ret<0)
  {
      perror("msgrcv"); // 如果接收失败，打印错误信息
      return 0;
  }

  printf("receiv msg type=%d,buf=%s\n",(int)msg.msg_type,msg.buf); // 打印接收到的消息类型和内容

   // 3.删除消息队列
  ret = msgctl(msgid,IPC_RMID,NULL);
  if(ret<0)
  {
      perror("msgctl"); // 如果删除失败，打印错误信息
      return 0;
  }
}