06.System V 消息队列

╰+攻爆jí腚メ 2023-05-21 13:59 6阅读 0赞

## 1、概述 ##

System V消息队列使用消息队列标识符(message queue identifier)标识。具有足够特权的任何进程都可以往一个给定队列放置一个消息，具有足够特权的任何进程都可以从一个给定队列读出一个消息。跟Posix消息队列一样，在某个进程往一个队列中写入一个消息之前，不求另外某个进程正在等待该队列上一个消息的到达。

对于系统中的每个消息队列，内核维护一个定义在<sys/msg.h>头文件中的信息结构。

struct msqid_ds 
    {
        struct ipc_perm   msg_perm;      /* read_write perms: Section 3.3 */
        struct msg       *msg_first;     /* ptr to first message on queue */
        struct msg       *msg_last;      /* ptr to last message on queue */
        msglen_t          msg_cbytes;    /* current # bytes on queue */
        msgqnun_t         msg_qnum;      /* current # of messages on queue */
        msgien_t          msg_qbytes;    /* max # of bytes allowed on queue */
        pid_t             msg_lspid;     /* pid of last msgsnd() */
        pid_t             msg_lrpid;     /* pid of last msgrcv() */
        time_t            msg_stime;     /* time of last msgsnd() */
        time_t            msg_rtime;     /* time of last msgrcv() */
        time_t            msg_ctime;     /* time of last magct1() (that changed the above) */
    };

我们可以将内核中某个特定的消息队列画为一个消息链表，如图6-1所示。假设有一个具有三个消息的队列，消息长度分别为1字节、2字节和3字节，而且这些消息就是以这样的顺序写入该队列的。再假设这三个消息的类型(type)分别为100，200和300。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L25pZTIzMTQ1NTA0NDE_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

## 2、msgget 函数 ##

msgget 函数用于创建一个新的消息队列或访问一个已存在的消息队列。

#include <sys/msg.h>
    int msgget(key_t key, int oflag);
            // 返回：若成功则为非负标识符，若出错则为-1

返回值是一个整数标识符，其他三个msg函数就用它来指代该队列。它是基于指定的key产生的，而key既可以是ftok的返回值，也可以是常值IPC\_PRIVATE。

oflag读写权限值的组合。它还可以与IPC\_CREAT或IPC\_CREAT | IPC\_EXCL按位或。

当创建一个新消息队列时，msqid\_ds 结构的如下成员被初始化。

*  msg\_perm 结构的uid和cuid成员被设置成当前进程的有效用户ID, gid和cgid成员被设置成当前进程的有效组ID。
 *  oflag中的读写权限位存放在msg\_perm.mode中。
 *  msg\_qnum、msg\_lspid、msg\_lrpid、msg\_stime和msg\_rtime被置为0。
 *  msg\_ctime被设置成当前时间。
 *  msg\_qbytes被设置成系统限制值。

## 3、msgsnd 函数 ##

使用msgget打开一个消息队列后，我们使用msgsnd往其上放置一个消息。

#include <sys/msg.h>
    int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t length, int flag);
        	            // 返回：若成功则为0，若出错则为-1

其中msqid是由msgget返回的标识符。ptr是一个结构指针，该结构具有如下的模板，它定义在<sys/msg.h>中

struct msgbuf 
    {
        long mtype;      /* message type, must be > 0 */
        char mtext 1];   /* message data */
    };

## 4、msgrcv 函数 ##

使用msgrcv函数从某个消息队列中读出一个消息。

#include <sys/msg.h>
    ssize_t msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t length, long type, int flag);
    	// 返回：若成功则为读入缓冲区中数据的字节数，若出错则为-1

其中ptr参数指定所接收消息的存放位置。跟msgsnd一样，该指针指向紧挨在真正的消息数据之前返回的长整数类型字段

length指定了由ptr指向的缓冲区中数据部分的大小。这是该函数能返回的最大数据量。该长度不包括长整数类型字段。

type指定希望从所给定的队列中读出什么样的消息。

*  如果type为0，那就返回该队列中的第一个消息。既然每个消息队列都是作为一个FIFO(先进先出)链表维护的，因此ype为0指定返回该队列中最早的消息。
 *  如果type大于0，那就返回其类型值为type的第一个消息。
 *  如果tpe小于0，那就返回其类型值小于或等于type参数的绝对值的消息中类型值最小的第一个消息。

## 5、msgctl 函数 ##

msgctl 函数提供在一个消息队列上的各种控制操作。

#include <sys/msg.h>
    int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buff);
                // 返回：若成功则为0，若出错则为-1

msgctl 函数提供3个命令。

*  IPC\_RMID 从系统中删除由msqid指定的消息队列。当前在该队列上的任何消息都被丢弃。
 *  IPC-SET 给所指定的消息队列设置其msqid\_ds结构的以下4个成员： msg\_perm.uid、msg\_perm.gid、 msg\_perm.mode 和msg\_qbytes。 它们的值来自由buff参数指向的结构中的相应成员。
 *  IPC-STAT (通过buff参数)给调用者返回与所指定消息队列对应的当前msgid\_ds结构。

**例子：**

下面程序创建一个消息队列，往该队列中放置一个含有1字节数据的消息，发出msgctl的IPC\_STAT命令，使用system函数执行ipcs命令，最后使用msgctl的IPC\_RMID命令删除该队列。

// ctl.c
    #include  "unpipc.h"
    int main(int argc, char **argv)
    {
      int msqid;
      struct msqid_ds info;
      struct msgbuf buf;
    
      msqid = Msgget(IPC_PRIVATE, SVMSG_MODE | IPC_CREAT);
    
      buf.mtype = 1;
      buf.mtext[0] = 1;
      Msgsnd(msqid, &buf, 1, 0); 
    
      Msgctl(msqid, IPC_STAT, &info);
      printf("read-write: %03o, cbytes = %lu, qnum = %lu, qbytes = %lu\n",
           info.msg_perm.mode & 0777, (ulong_t) info.msg_cbytes,
           (ulong_t) info.msg_qnum, (ulong_t) info.msg_qbytes);
    
      system("ipcs -q");
    
      Msgctl(msqid, IPC_RMID, NULL);
      exit(0);
    }

**执行结果：**

![20200419121046388.png][]

##  ##

## 6、简单的程序 ##

### 6.1 msgcreate 函数，创建一个消息队列 ###

// msgcreate.c
    #include  "unpipc.h"
    int main(int argc, char **argv)
    {
      int c, oflag, mqid;
    
      oflag = SVMSG_MODE | IPC_CREAT;
      while ( (c = Getopt(argc, argv, "e")) != -1) 
      {
        switch (c) 
        {   
        case 'e':
          oflag |= IPC_EXCL;
          break;
        }   
      }
      if (optind != argc - 1)
        err_quit("usage: msgcreate [ -e ] <pathname>");
    
      mqid = Msgget(Ftok(argv[optind], 0), oflag);
      exit(0);
    }

### 6.2 msgsnd 函数，将消息放置到队列中 ###

// msgsnd.h
    #include  "unpipc.h"
    int main(int argc, char **argv)
    {
      int   mqid;
      size_t  len;
      long  type;
      struct msgbuf *ptr;
    
      if (argc != 4)
        err_quit("usage: msgsnd <pathname> <#bytes> <type>");
      len = atoi(argv[2]);
      type = atoi(argv[3]);
    
      mqid = Msgget(Ftok(argv[1], 0), MSG_W);
    
      ptr = Calloc(sizeof(long) + len, sizeof(char));
      ptr->mtype = type;
    
      Msgsnd(mqid, ptr, len, 0); 
    
      exit(0);
    }

### 6.3 msgrcv 函数，从队列中读出一个消息。 ###

\-n 命令行选择指定非阻塞

\-t 命令行选项指定msgrcv函数的type参数

#include  "unpipc.h"
    
    #define MAXMSG  (8192 + sizeof(long))
    
    int main(int argc, char **argv)
    {
      int   c, flag, mqid;
      long  type;
      ssize_t n;
      struct msgbuf *buff;
    
      type = flag = 0;
      while ( (c = Getopt(argc, argv, "nt:")) != -1)
      {
        switch (c) 
        {
        case 'n':
          flag |= IPC_NOWAIT;
          break;
    
        case 't':
          type = atol(optarg);
          break;
        }
      }
      
      if (optind != argc - 1)
        err_quit("usage: msgrcv [ -n ] [ -t type ] <pathname>");
    
      mqid = Msgget(Ftok(argv[optind], 0), MSG_R);
      buff = Malloc(MAXMSG);
    
      n = Msgrcv(mqid, buff, MAXMSG, type, flag);
      printf("read %d bytes, type = %ld\n", n, buff->mtype);
    
      exit(0);
    }

### 6.4 msgrmid 函数，删除一个消息队列 ###

#include  "unpipc.h"
    int main(int argc, char **argv)
    {
      int   mqid;
    
      if (argc != 2)
        err_quit("usage: msgrmid <pathname>");
    
      mqid = Msgget(Ftok(argv[1], 0), 0); 
      Msgctl(mqid, IPC_RMID, NULL);
    
      exit(0);
    }

### 6.5 例子执行 ###

创建一个消息队列并往其中写入三个消息：

![20200419121834986.png][]

不以FIFO顺序读取消息：

![20200419121910950.png][]

## 6.6 msgrcvid 函数 ##

要访问一个System V消息队列，调用msgget并不是必须的：我们只需知道该消息队列的标识符(使用ipcs极易得到)，并拥有该队列的读权限。

**例子：**

#include  "unpipc.h"
    #define MAXMSG  (8192 + sizeof(long))
    int main(int argc, char **argv)
    {
      int   mqid;
      ssize_t n;
      struct msgbuf *buff;
    
      if (argc != 2)
        err_quit("usage: msgrcvid <mqid>");
      
      mqid = atoi(argv[1]);
      buff = Malloc(MAXMSG);
      n = Msgrcv(mqid, buff, MAXMSG, 0, 0); 
      printf("read %d bytes, type = %ld\n", n, buff->mtype);
    
      exit(0);
    }

**执行结果：**

![20200419122014187.png][]

## 7、小结 ##

System V消息队列与Posix消息队列类似。新的应用程序应考虑使用Posix消息队列，不过大量的现有代码使用System V消息队列。然而把一个应用程序从使用System V消息队列重新编写成使用Posix消息队列不是件难事。 Posix消息队列缺失的主要特性是从队列中读出指定优先级的消息的能力。这两种消息队列都不使用真正的描述符，从而造成在消息队列上使用select或poll的困难。

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[20200419122014187.png]: /images/20230521/2c5d14c17cd44a779455cb7cd6bdec71.png