多进程(五)
进程间通信
消息队列
消息队列是一种进程间通信机制，它允许两个或多个进程之间进行通信。
消息队列的实现依赖于操作系统提供的消息队列机制，它可以实现不同进程之间的数据交换。
IPC : Inter-Process Communication (进程间通讯)
System V是早期的UNIX系统，曾经被成为AT & T System V,是unix操作系统中比较重要的一个分支
现在的Linux操作系统也支持System V IPC
System V IPC 对象共有三种:
消息队列 16K大小
共享内存
信号量
System V IPC是由内核维护的若干个对象,通过ipcs命令查询
每个IPC对象都有自己的唯一ID,可以通过ftok()函数生成IPC对象的ID
消息队列是属于 sytem ipc 的⼀种, 由内核维护与管理 可以通过 ipcs -q 查看ftok()函数
函数头文件:
#include <sys/ipc.h>
函数原型:
key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
参数说明:
- pathname: 要生成IPC对象的路径名
proj_id: 项目ID,用于区分不同IPC对象
每个存在的文件都有一个id,叫做inode节点号,可以通过ll 命令查询
- inode节点号 + proj_id(低8bit) 生成key_t类型的值,作为IPC对象的ID
- key_t类型的值可以用ftok()函数生成,也可以用mkkey()函数生成
函数返回值:
- 成功: 返回一个key_t类型的整数,该整数是IPC对象的ID
- 失败: 返回-1,并设置errno
创建消息队列
函数头文件:
#include <sys/msg.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
函数原型:
int msgget(key_t key, int msgflg);
参数说明:
- key: 要生成IPC对象的ID
- IPC_PRIVATE: 创建一个新的IPC对象,key值由系统自动分配,该对象只能被调用进程及其子进程访问
- msgflg: 标志位,用于设置消息队列的访问模式,可取值如下:
- IPC_CREAT: 如果key对应的消息队列不存在,则创建该消息队列
- IPC_EXCL: 如果key对应的消息队列已经存在,则返回错误
- 0: 打开已存在的消息队列
- 权限控制标志: 如0666,表示创建的消息队列具有读写权限
函数返回值:
- 成功: 返回消息队列的ID
- 失败: 返回-1,并设置errno
创建消息队列示例
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
//创建消息队列
#define MSG_PATH "."
#define MSG_ID 88
int main(){
key_t key;//消息队列的key
key= ftok(MSG_PATH,MSG_ID);//通过文件路径和ID生成key
if(key==-1){
printf("ftok()");
exit(EXIT_FAILURE);
}
int msgid= msgget(key,IPC_CREAT|0666);//创建消息队列
if(msgid==-1){
printf("msgget()");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("Message Queue ID: %d\n",msgid);
return 0;
}
运行结果:
msgctl 函数
功能: 操作消息队列
函数头文件:
#include <sys/msg.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
函数原型:
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
参数说明:
- msqid: 要操作的消息队列ID
- cmd: 操作命令,可取值如下:
- IPC_STAT: 获取消息队列的状态信息 //和struct msqid_ds *buf参数一起使用
- IPC_SET: 设置消息队列的状态信息 //和struct msqid_ds *buf参数一起使用
- IPC_RMID: 删除消息队列 //使用这个命令时,第三个参数为NULL//只有消息队列的创建者和所有者以及root用户可以删除消息队列
- buf: 消息队列属性结构体对象指针,用于设置或获取消息队列的状态信息,
函数返回值:
- 成功: 返回0
- 失败: 返回-1,并设置errno
消息队列属性结构体定义如下:
struct msqid_ds
{
#ifdef __USE_TIME_BITS64
# include <bits/types/struct_msqid64_ds_helper.h>
#else
struct ipc_perm msg_perm; /* 描述操作权限的结构 */
struct ipc_perm
{
__key_t __key; /* Key. */
__uid_t uid; /* 所有者的用户 ID. */
__gid_t gid; /* 所有者组 ID. */
__uid_t cuid; /* 创作者的用户 ID. */
__gid_t cgid; /* 创作者的组 ID. */
__mode_t mode; /* 读/写权限. */
unsigned short int __seq; /* 序列号. */
unsigned short int __pad2;
__syscall_ulong_t __glibc_reserved1;
__syscall_ulong_t __glibc_reserved2;
};
# if __TIMESIZE == 32
__time_t msg_stime; //上次发送消息的时间
unsigned long int __msg_stime_high;
__time_t msg_rtime; //上次接收消息的时间
unsigned long int __msg_rtime_high;
__time_t msg_ctime; //消息队列的创建时间
unsigned long int __msg_ctime_high;
# else
__time_t msg_stime; //上次发送消息的时间
__time_t msg_rtime; //上次接收消息的时间
__time_t msg_ctime; //消息队列的创建时间
# endif
__syscall_ulong_t __msg_cbytes; //消息队列中消息的字节数
msgqnum_t msg_qnum; //消息队列中消息的数量
__pid_t msg_lspid; //最后发送消息的进程ID
__syscall_ulong_t __glibc_reserved4; //保留
__syscall_ulong_t __glibc_reserved5;//保留
#endif
};
示例:在上⼀个示例的基础上，加上删除队列的代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
//创建消息队列
#define MSG_PATH "."
#define MSG_ID 88
int main(){
key_t key;//消息队列的key
key= ftok(MSG_PATH,MSG_ID);//通过文件路径和ID生成key
if(key==-1){
printf("ftok()");
exit(EXIT_FAILURE);
}
int msgid= msgget(key,IPC_CREAT|0666);//创建消息队列
if(msgid==-1){
printf("msgget()");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("Message Queue ID: %d\n",msgid);
int ret= msgctl(msgid,IPC_RMID,NULL);//删除消息队列
if(ret==-1){
printf("msgctl()");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("消息队列已删除.\n");
return 0;
}
发送消息
发送消息队列的函数是msgsnd()
msgsnd函数是用于向System V消息队列发送消息的一个系统调用。消息队列是一种由操作系统提供的进程间通信（IPC）机制，允许一个进程发送消息并且另一个进程接收消息。以下是msgsnd函数的详细说明和用法。
函数头文件:
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
函数原型:
int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);
参数说明:
- msqid: 要发送的消息队列ID
- msgp: 要发送的消息内容指针
struct msgbuf { long mtype; /* 消息的类型 必须大于 0 */ char mtext[1]; /* 消息正文 可以自定义 */ };msgsz: 要发送的消息内容长度
msgflg: 标志位,用于设置消息发送的模式,可取值如下:
- IPC_NOWAIT: 若消息队列已满,则立即返回错误 ,返回-1,并设置errno为EAGAIN
- 0: 若消息队列已满,则阻塞等待直到消息队列空闲
- 对发送消息来说，有意义的flags标志为IPC_NOWAIT，
- 在消息队列没有足够的空间容纳要发送的数据时，设置了该标志，
- 则msgsnd()函数立刻出错返回，
- 否则发送消息的进程被阻塞，直至消息队列有空间或队列被删除时返回。
函数返回值:
- 成功: 返回0
- 失败: 返回-1,并设置errno
示例:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#define MSG_PATH "/home/gopher"
#define MSG_ID 88
//消息队列发送 MessageQueues2中接收
#define MSG_SZ 100
struct msgbuf{
//消息队列结构
long mtype;//消息类型
char mtext[MSG_SZ];//消息内容
};
int main(){
key_t key;//消息队列的key
//通过文件路径和ID生成key,
key= ftok(MSG_PATH,MSG_ID);
if(key==-1){
printf("ftok()");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("key: %d\n",key);
//使用key 创建消息队列
int msgid= msgget(key,IPC_CREAT|0666);
if(msgid==-1){
printf("msgget()");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("消息队列ID: %d\n",msgid);
//准备消息模板
struct msgbuf msg;//消息队列结构
msg.mtype=101;//消息类型
strcpy(msg.mtext,"Hello,world!");//消息内容
//msgsnd函数第一个参数是消息队列ID，第二个参数是消息队列结构的指针，第三个参数是消息长度，第四个参数是消息类型
int ret= msgsnd(msgid,(const void*)&msg,strlen(msg.mtext)+1,0);// 0: 若消息队列已满,则阻塞等待直到消息队列空闲
if(ret==-1){
printf("msgsnd()");
exit(EXIT_FAILURE);
}
return 0;
}
常见错误
EINVAL: 无效的消息队列标识符或无效的消息大小。
EIDRM: 消息队列已被标记为删除。
EINTR: 调用被信号中断。
EAGAIN: 消息队列满，并且指定了IPC_NOWAIT标志。
接收消息
msgrcv函数是用于在System V消息队列中接收消息的函数。msgrcv函数从消息队列中读取消息，并从队列中删除该消息。以下是msgrcv函数的语法及其详细说明。
函数原型:
#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);
参数说明:
msqid: 消息队列标识符，通常由msgget函数返回。
msgp: 指向用户定义的消息缓冲区的指针。结构体中至少应包含一个long mtype成员，用于指定消息的类型。其余部分可根据需要定义为消息数据。
- struct msgbuf {
long mtype; /* 消息的类型 必须大于 0 */
char mtext[1]; /* 消息正文 可以自定义 */
};
msgsz: 指定消息数据部分的最大字节数（不包括mtype成员的大小）。
msgtyp: 指定要接收的消息类型。如果msgtyp为零，则接收队列中的第一个消息。
0 ：接收消息队列中第一条消息
>0 ： 接收指定类型的第一条消息
<0 :一般不使用，了解即可，表示接收消息队列中第一条类型最小的小于msgtyp的绝对值的消息
3-2-5-500-200-8
读取时，类型传 -200
读取的顺序 2-3-5
msgflg: 操作标志，可以是以下值的按位或：
标志位 0 阻塞接收
IPC_NOWAIT: 如果没有合适的消息可供接收，函数立即返回而不是阻塞。
MSG_EXCEPT: 接收不等于msgtyp的第一个消息。
MSG_NOERROR: 如果消息过长，将其截断。
返回值:
- 成功: 返回实际接收的消息的字节数。
- 失败: 返回-1，并设置errno。
常见错误
EINVAL: 无效的消息队列标识符。
EINTR: 调用被信号中断。
E2BIG: 消息太长并且未指定MSG_NOERROR标志。
ENOMSG: 没有符合msgtyp条件的消息，并且未指定IPC_NOWAIT标志。
示例
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#define MSG_PATH "/home/gopher"
#define MSG_ID 88
//消息队列接收
#define MSG_SZ 100
struct msgbuf{
//消息队列结构
long mtype;//消息类型
char mtext[MSG_SZ];//消息内容
};
int main(){
key_t key;//消息队列的key
//通过文件路径和ID生成key,
key= ftok(MSG_PATH,MSG_ID);
if(key==-1){
printf("ftok()");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("key: %d\n",key);
//使用key 创建消息队列
int msgid= msgget(key,IPC_CREAT|0666);
if(msgid==-1){
printf("msgget()");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("消息队列ID: %d\n",msgid);
//准备消息模板
struct msgbuf msg;//消息队列结构
msg.mtype=101;//消息类型
ssize_t nbytes;//接收到的字节数
nbytes= msgrcv(msgid,(void*)&msg,MSG_SZ,101,0);//接收消息 //0接收第一条消息
//MSG_SZ为msg能接受的最大字节数
if(nbytes==-1){
printf("msgrcv()");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("消息类型: %ld\n",msg.mtype);
printf("已收到消息: %s\n",msg.mtext);
return 0;
}
