System V 消息队列概念以及相关函数(msgget、msgsnd、msgrcv、msgctl)介绍

System V 消息队列

消息队列是半双工的通信方式

1.1 创建一个消息队列

消息队列的特点：消息只能一条的读取，不能多读取，也不能少读取，每条消息有一个类型，可以按照消息的类型读取

创建或者打开一条消息：

/*************************
函数功能：创建或者打开一条消息队列
返回值： If successful, the return value will be the message queue identifier (anonnegative integer), otherwise -1 with errno indicating the error.
*************************/
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
include <sys/msg.h>
int msgget(key_t key, int msgflg);
/*参数
key：键值，用来生成标识符
msgflag：可以指定IPC_CREATE, IPC_EXCL等标记用 | 符号连接起来
*/

通过key值与指定的键值对应的队列匹配，如果匹配成功，返回既有队列的标识符，如果指定了IPC_CREATE, IPC_EXCL等标记，返回相关错误，如果没有匹配成功，但是指定了IPC_CREATE标记，创建一个新的消息队列对象

1.2 交换消息

消息的常规形式

struct mymsg
{long mtype;       /*Message type*/char mtext;       /*Message body*/
}
/*这个结构可以由程序员自己决定，只是一般情况下的消息结构体是这样*/

发送消息

/*****************************
函数功能：发送一条消息
返回值： On failure both functions return -1 with errno  indicating  the  error,otherwise  msgsnd()  returns 0 and msgrcv() returns the number of bytesactually copied into the mtext array.
*****************************/
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);
/*参数：
msqid：消息队列的标识符
msgp：指向一个消息结构
msgsz：消息结构中消息本体的大小
msgflg：位掩码的组合IPC_NOWAIT：执行一个非阻塞的发送操作，通常消息队列满的时候，msgsnd调用会阻塞，如果设置了这个标记，不会阻塞，会直接返回一个EINTR错误，并且该系统调用被打断之后，不会自动重启，就算设置了SA_RESETART标记
*/

接受消息

/*****************************
函数功能：接受一条消息
返回值： On failure both functions return -1 with errno  indicating  the  error,otherwise  msgsnd()  returns 0 and msgrcv() returns the number of bytesactually copied into the mtext array.
*****************************/
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp,int msgflg);
/*参数：
msqid：消息队列的标识符
msgp：指向一个存放消息结构的缓冲区
msgsz：指定了msgp指向的mtext字段(消息本体)最大能够容纳的大小，如果队列中消息大小超过这个字段，就不会从队列中读取消息，而是返回E2BIG错误
msgtyp：消息的读取并非是先进先出，而是按照msgtype的类型进行选择性的读取
1:msgtyp==0:删除队列中第一条消息，并且返回给调用进程
2:msgtyp>0:将队列中第一个mtype等于msgtyp的消息删除并将其返回给调用进程，其它不相等不管，让它还是存在于队列中
3：msgtyp<0：将等待队列中mtype值最小并且其值小于或者等于msgtyp的绝对值的第一条消息会被删除返回给调用进程
msgflg：
IPC_NOWAIT:执行一个非阻塞操作，没有匹配的消息类型，返回ENOMSG错误
MSG_EXCEPT:当msgtyp>0时候，将队列中mtype不等于msgtyp的消息强制删除并且返回给调用者，这个标记linux特有的，需要定义_GNU_SOURCE之后才可以，等于msgtyp的消息忽略，让其存在于队列中
MSG_NOERROR:如果消息中mtext字段大于msgsz，会截断mtext字段的数据大小为msgsz返回给调用者，截断剩余的数据会丢失，没有这个标志的话是不会发生截断的，而是直接报错
*/

1.3 消息队列控制操作

函数功能：在标识符msqid的消息队列上执行控制操作
返回值：Return 0 On success，or -1 on error

函数原型：

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

参数：
1. msqid：消息队列的标识符
2. cmd：在消息队列上操作的相关命令
  1. IPC_RMID：立即删除消息队列对象及其关联的msqid_ds数据结构，队列中所有消息会丢失，所有被阻塞的读者和写者进程立即醒来，msgsnd和msgrcv会失败返回EIDRM，这个操作会忽略第三个参数
  2. IPC_STAT：将这个消息队列关联的msgid_ds数据结构的副本保存在buf指向的缓冲区
  3. IPC_SET：将buf指向的缓冲区提供的值更新这个消息队列关联的msqid_ds数据结构中的被选中的字段

1.4 消息队列关联数据结构

每个icp对象的关联数据结构中共有的一部分：
1. 该部分的讲解在第45章中已经完成，这里主要对消息队列关联数据结构独有的字段进行分析
消息队列的关联数据结构

msgqnum、msglen_t属于无符号整型
msg_stime:队列创建之后，初始化为0，每次msgsnd调用会将这个字段设置为当前时间，新纪元到现在的秒数
msg_stime:队列创建之后，初始化为0，每次msgsrcv调用会将这个字段设置为当前时间，新纪元到现在的秒数
msg_ctime:队列创建之后，初始化为当前时间，每次IPC_SET操作会将这个字段设置为当前时间，新纪元到现在的秒数
__msg_cbytes：队列创建之后，初始化为0，后续每个msgsnd或者msgsrcv调用都会把字段更新为队列中所有mtext字段包含的字节的总和
msg_qnum:队列创建之后，初始化为0，后续每个msgsnd调用递增这个字段，后续每个msgrcv调用递减这个字段，以反映出队列中消息的总数
msg_qbytes:这个字段为队列中所有消息的mtext字段包含的字节的总和设置了一个上限，队列创建之后，初始化为MSGMNB，特权进程可以使用IPC_SET操作更改该字段的值在0到INT_MAX之间，也可以在/proc/sys/kernel/msgmnb文件中做修改，以保证后续队列创建初始值以及非特权进程所能进行的修改
msg_lspid:队列创建之后，初始化为0，后续每个msgsnd调用，会把该字段的值设置为调用进程的pid
msg_lrpid:队列创建之后，初始化为0，后续每个msgrcv调用，会把该字段的值设置为调用进程的pid

1.5 消息队列的限制

大多数UNIX实现会对System V消息队列操作施加各种各样的限制，比如系统级创建消息队列的数量、单条消息可以写入的字节数、一个消息队列一次最多可以保存的字节数、系统中消息队列能存放的消息总数，linux下可以在/proc/sys/kernel里面查看并且修改这些限制，具体可以查阅书籍本章节

1.6 使用消息队列实现客户端-服务器应用程序

服务器和客户端之间可以采用一个消息队列，但是这里会存在一些问题：
1. 注意区分消息类型，这里一般用进程ID作为消息类型
2. 多个并行的写入可能会造成死锁等问题
所以我们这里最好采用多个消息队列，每一个客户端一个，每一个服务器一个，但死锁的问题还是需要自己解决

1.7 使用System V 消息队列的缺点：

优点：可以根据消息类型选择性的读取队列中的消息
缺点：
1. 消息队列的引用采用标识符，而不是文件描述符
2. 使用键而不是文件名来标识消息队列会增加额外的程序设计复杂性
3. 内核不会对使用消息队列的进程引用计数
4. 消息队列有很多种限制
总体上来讲最好避免使用System V 消息队列，应该尽量考虑其它方案，比如POSIX 消息队列，更加有难度的是基于多文件描述符的通信信道

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