简介

这篇笔记中介绍了消息队列的基本知识和Posix消息队列。这篇笔记主要学习记录System V消息队列，并对比两个消息队列。

System V消息队列是更早的一个消息队列的实现。Posix消息队列接口简单，但是缺陷之一是只能获取最高优先级的消息；而System V队列与之的最大的区别就是在消息类型和优先级上更加灵活。System V消息队列也是随内核持续的，而且也是链式结构实现的。

基本操作

创建或者获取消息队列：

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
int msgget(key_t key, int msgflg);

key：可以是IPC_PRIVATE或者ftok()函数返回的参数。
msgflg：指定创建的参数，第一次创建使用IPC_CREAT，其余的都是按照比特位或进行操作。如果IPC_CREAT | IPC_EXCL，则参照open函数的笔记，两者用法一致。
Return Value：成功返回消息队列的id；失败返回-1，并设置errno

发送消息

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);

msqid：msgget返回的消息队列标识符
msgp：需要发送的消息，该消息具有以下结构：
```
struct msgbuf {long mtype;char mtext[msgsz];
};
```
- mtype：表示消息的类型，必须是正数！！！
- mtext：表示存储消息的数组，由参数指定大小
msgsz：指定消息存储数据区的大小
msgflg：指定接收的行为参数。正常设置为0，如果是IPC_NOWAIT，则立刻返回。
Return Value：成功返回0；失败返回-1，并设置错误码errno

接收消息

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
ssize_t msgrcv(int msqid, void *prt, size_t length, long type, int flag);

msgqid：消息队列的标识符
ptr：存储消息的地址
length：缓冲区数据部分的长度，参照msgsnd函数介绍
type：指定消息的返回类型，见下文
flag：指定接受行为的参数，见下文
Return Value：接收消息的字节数，不包括长整型占用的字节

在这里着重介绍type，有3个取值：

0：返回队列中第一个消息
大于0：返回类型为type的第一个消息
小鱼0，返回类型值小于等于type绝对值的最小的一个消息

介绍flag参数：

操作消息队列

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

msqid：消息队列标识符
cmd：命令参数
buf：需要更新的数据

这个函数主要是更改内核维护的消息队列的队头表，表的结构如下：

struct msqid_ds {struct ipc_perm msg_perm;     /* Ownership and permissions */time_t          msg_stime;    /* Time of last msgsnd(2) */time_t          msg_rtime;    /* Time of last msgrcv(2) */time_t          msg_ctime;    /* Time of last change */unsigned long   __msg_cbytes; /* Current number of bytes inqueue (nonstandard) */msgqnum_t       msg_qnum;     /* Current number of messagesin queue */msglen_t        msg_qbytes;   /* Maximum number of bytesallowed in queue */pid_t           msg_lspid;    /* PID of last msgsnd(2) */pid_t           msg_lrpid;    /* PID of last msgrcv(2) */
};

其中ipc_perm结构如下：

struct ipc_perm {key_t          __key;       /* Key supplied to msgget(2) */uid_t          uid;         /* Effective UID of owner */gid_t          gid;         /* Effective GID of owner */uid_t          cuid;        /* Effective UID of creator */gid_t          cgid;        /* Effective GID of creator */unsigned short mode;        /* Permissions */unsigned short __seq;       /* Sequence number */
};

命令参数：

IPC_STAT：拷贝消息队列的命令参数到buf中
IPC_SET：设置队列参数，具体参照手册。
IPC_RMID：移除整个消息队列，如果有写入或者读取，会得到EIDRM错误
IPC_INFO：返回系统级别的消息队列的限制，参考手册
MSG_INFO：类似IPC_INFO，但是有几个域排除掉，参考手册
MSG_STAT：与IPC_STAT类似，区别参考手册

代码实例

实现一个和上一篇笔记的Posix队列，实现一个类似的功能。一个服务端接收，多个客户端发送消息。暂时有些小的bug。

注意一个点，因为System V消息队列是跟随内核同步的，所以应该可以获取一个全局的队列标识符。这通过ftok()系统调用实现。

客户端：

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <cstdio>
#include <unistd.h>
#include <strings.h>
#include <wait.h>
#include <vector>
#include <time.h>const int MAX_BUFFER_SIZER = 50;
const int CLIENT_NUM = 10;bool stop_client = false;
key_t msqkey;
int msqid;
std::vector<pid_t> childProcess;struct usermsg {long mtype;char mtext[MAX_BUFFER_SIZER];
};int register_signal(int sig, void(*sig_handler)(int));
void sig_int(int sig);
void child_process();
void sig_int_child(int sig);inline void handle_error(const char *err) {perror(err);exit(EXIT_FAILURE);
}int main() {srand(time(0));key_t msqkey = ftok("/tmp/msg_example", 1);int msqid = msgget(msqkey, IPC_CREAT);if (msqid < 0) {handle_error("msgget() error\n");}for (int i = 0; i < CLIENT_NUM; ++i) {pid_t pid = fork();if (pid == 0) {child_process();exit(EXIT_SUCCESS);} else {childProcess.push_back(pid);}}if (register_signal(SIGINT, sig_int) < 0) {handle_error("register_signal() error\n");}wait(nullptr);puts("stop all client");exit(EXIT_SUCCESS);
}void child_process() {int n = 5;register_signal(SIGINT, sig_int_child);usermsg msg;while (!stop_client) {msg.mtype = rand() % 2;if (msg.mtype == 0) {snprintf(msg.mtext, 50, "msgtype = 0");} else {snprintf(msg.mtext, 50, "msgtype = 1");}if (msgsnd(msqid, (usermsg *) &msg, 50, 0) < 0) {handle_error("msgsnd() error\n");}sleep(rand() % 3);if (--n <= 0) {return;}}
}int register_signal(int sig, void(*sig_handler)(int)) {struct sigaction sa;bzero(&sa, sizeof(sa));sa.sa_handler = sig_handler;sa.sa_flags = SA_RESTART;return sigaction(sig, &sa, nullptr);
}void sig_int(int sig) {if (sig != SIGINT) {return;}for (const auto &it: childProcess) {kill(it, SIGINT);}puts("main proess gets stop signal");
}void sig_int_child(int sig) {if (sig != SIGINT) {return;}printf("client %d end...\n", getpid());stop_client = true;
}

服务器：

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <cstdio>
#include <unistd.h>
#include <strings.h>const int MAX_BUFFER_SIZER = 50;
bool stop_server = false;struct usermsg {long mtype;char mtext[MAX_BUFFER_SIZER];
};void sig_int(int sig);inline void handle_error(const char *msg) {perror(msg);exit(EXIT_FAILURE);
}int main() {// 创建一个消息队列key_t msqkey = ftok("/tmp/msg_example", 1);  // 获取全局标识符int msqid = msgget(msqkey, IPC_CREAT);if (msqid < 0) {handle_error("msgget() error\n");}struct sigaction sa;bzero(&sa, sizeof(sa));sa.sa_handler = sig_int;sa.sa_flags = SA_RESTART;if (sigaction(SIGINT, &sa, nullptr) < 0) {handle_error("sigaction() error\n");}usermsg msg;msg.mtype = 1;while (!stop_server) {ssize_t ret = msgrcv(msqid, (usermsg *) &msg, MAX_BUFFER_SIZER, msg.mtype, 0);printf("get message %s, type = %ld", msg.mtext, msg.mtype);sleep(1);}exit(EXIT_SUCCESS);
}void sig_int(int sig) {if (sig != SIGINT) {return;}puts("stop server...");stop_server = true;
}

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