IPC通信:Posix消息队列

mytomorrow · 发表于 2021-4-26 17:10

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　消息队列可以认为是一个链表。进程（线程）可以往里写消息，也可以从里面取出消息。一个进程可以往某个消息队列里写消息，然后终止，另一个进程随时可以从消息队列里取走这些消息。这里也说明了，消息队列具有随内核的持续性，也就是系统不重启，消息队列永久存在。

创建（并打开）、关闭、删除一个消息队列

1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #include <mqueue.h> //头文件
4 #include <sys/types.h>
5 #include <sys/stat.h>
6 #include <unistd.h>
7 #include <fcntl.h>
8 #include <errno.h>
9
10 #define MQ_NAME ("/tmp")
11 #define MQ_FLAG (O_RDWR | O_CREAT | O_EXCL) // 创建MQ的flag
12 #define FILE_MODE (S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH) // 设定创建MQ的权限
13
14 int main()
15
16 {
17    mqd_t posixmq;
18    int rc = 0;
19
20    /*
21    函数说明：函数创建或打开一个消息队列
22    返回值：成功返回消息队列描述符，失败返回-1，错误原因存于errno中
23    */
24    posixmq = mq_open(MQ_NAME, MQ_FLAG, FILE_MODE, NULL);
25
26    if(-1 == posixmq)
27    {
28       perror("创建MQ失败");
29       exit(1);
30    }
31
32    /*
33    函数说明：关闭一个打开的消息队列，表示本进程不再对该消息队列读写
34    返回值：成功返回0，失败返回-1，错误原因存于errno中
35    */
36    rc = mq_close(posixmq);
37    if(0 != rc)
38    {
39       perror("关闭失败");
40       exit(1);
41    }
42
43    /*
44    函数说明：删除一个消息队列，好比删除一个文件，其他进程再也无法访问
45    返回值：成功返回0，失败返回-1，错误原因存于errno中
46    */
47    rc = mq_unlink(MQ_NAME);
48    if(0 != rc)
49    {
50       perror("删除失败");
51       exit(1);
52    }
53
54    return 0;
55 }

编译并执行：

1 root@linux:/mnt/hgfs/C_libary# gcc -o crtmq crtmq.c
2 /tmp/ccZ9cTxo.o: In function `main':
3 crtmq.c：(.text+0x31): undefined reference to `mq_open'
4 crtmq.c：(.text+0x60): undefined reference to `mq_close'
5 crtmq.c：(.text+0x8f): undefined reference to `mq_unlink'
6 collect2: ld returned 1 exit status
7 因为mq_XXX()函数不是标准库函数，链接时需要指定；库-lrt；
8 root@linux:/mnt/hgfs/C_libary# gcc -o crtmq crtmq.c -lrt
9
10 root@linux:/mnt/hgfs/C_libary# ./crtmq
11 最后程序并没有删除消息队列（消息队列有随内核持续性），如再次执行该程序则会给出错误信息：
12 root@linux:/mnt/hgfs/C_libary# ./crtmq
13 创建MQ失败: File  exit(0)

编译这个程序需要注意几点：

1、消息队列的名字最好使用“/”打头，并且只有一个“/”的名字。否则可能出现移植性问题；（还需保证在根目录有写权限,为了方便我在root权限下测试）
2、创建成功的消息队列不一定能看到，使用一些方法也可以看到，本文不做介绍；

　　消息队列的名字有如此规定，引用《UNIX网络编程卷2》的相关描述： mq_open,sem_open,shm_open这三个函数的第一个参数是
一个IPC名字，它可能是某个文件系统中的一个真正存在的路径名，也可能不是。Posix.1是这样描述Posix IPC名字的。
1)它必须符合已有的路径名规则（最多由PATH_MAX个字节构成，包括结尾的空字节）
2)如果它以斜杠开头，那么对这些函数的不同调用将访问同一个队列，否则效果取决于实现（也就是效果没有标准化）
3)名字中的额外的斜杠符的解释由实现定义（同样是没有标准化）因此，为便于移植起见，Posix IPC名字必须以一个斜杠打头，并且不能再包含任何其他斜杠符。

IPC通信：Posix消息队列读,写

创建消息队列的程序:

1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #include <mqueue.h> //头文件
4 #include <sys/types.h>
5 #include <sys/stat.h>
6 #include <unistd.h>
7 #include <fcntl.h>
8 #include <errno.h>
9
10 #define MQ_NAME ("/tmp")
11 #define MQ_FLAG (O_RDWR | O_CREAT | O_EXCL) // 创建MQ的flag
12 #define FILE_MODE (S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH) // 设定创建MQ的权限
13
14 int main()
15
16 {
17    mqd_t posixmq;
18    int rc = 0;
19
20    /*
21    函数说明：函数创建或打开一个消息队列
22    返回值：成功返回消息队列描述符，失败返回-1，错误原因存于errno中
23    */
24    posixmq = mq_open(MQ_NAME, MQ_FLAG, FILE_MODE, NULL);
25
26    if(-1 == posixmq)
27    {
28       perror("创建MQ失败");
29       exit(1);
30    }
31
32    /*
33    函数说明：关闭一个打开的消息队列，表示本进程不再对该消息队列读写
34    返回值：成功返回0，失败返回-1，错误原因存于errno中
35    */
36    rc = mq_close(posixmq);
37    if(0 != rc)
38    {
39       perror("关闭失败");
40       exit(1);
41    }
42
43 #if 0
44    /*
45    函数说明：删除一个消息队列，好比删除一个文件，其他进程再也无法访问
46    返回值：成功返回0，失败返回-1，错误原因存于errno中
47    */
48    rc = mq_unlink(MQ_NAME);
49    if(0 != rc)
50    {
51       perror("删除失败");
52       exit(1);
53    }
54
55    return 0;
56 #endif
57 }

编译并执行：

1 root@linux:/mnt/hgfs/C_libary# gcc -o crtmq crtmq.c -lrt
2 root@linux:/mnt/hgfs/C_libary# ./crtmq
3 程序并没有删除消息队列（消息队列有随内核持续性），如再次执行该程序则会给出错误信息：
4 root@linux:/mnt/hgfs/C_libary# ./crtmq
5 创建MQ失败: File  exit(0)

向消息队列写消息的程序：

消息队列的读写主要使用下面两个函数：
/*头文件*/
#include <mqueue.h>
/*返回：若成功则为消息中字节数，若出错则为-1 */
int mq_send(mqd_t mqdes, const char *msg_ptr, size_t msg_len, unsigned msg_prio);
/*返回：若成功则为0，若出错则为-1*/
ssize_t mq_receive(mqd_t mqdes, char *msg_ptr, size_t msg_len, unsigned *msg_prio);
/*消息队列属性结构体*/
struct mq_attr {
long mq_flags; /* Flags: 0 or O_NONBLOCK */
long mq_maxmsg; /* Max. # of messages on queue */
long mq_msgsize; /* Max. message size (bytes) */
long mq_curmsgs; /* # of messages currently in queue */
};
) i- K7 |& C& r

1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #include <mqueue.h>
4 #include <sys/types.h>
5 #include <sys/stat.h>
6 #include <unistd.h>
7 #include <fcntl.h>
8 #include <errno.h>
9
10 /*向消息队列发送消息，消息队列名及发送的信息通过参数传递*/
11 int main(int argc, char *argv[])
12 {
13    mqd_t mqd;
14    char *ptr;
15    size_t len;
16    unsigned int prio;
17    int rc;
18
19    if(argc != 4)
20    {
21       printf("Usage: sendmq <name> <bytes> <priority>\n");
22       exit(1);
23    }
24
25    len = atoi(argv[2]);
26    prio = atoi(argv[3]);
27
28    //只写模式找开消息队列
29    mqd = mq_open(argv[1], O_WRONLY);
30    if(-1 == mqd)
31    {
32       perror("打开消息队列失败");
33       exit(1);
34    }
35
36    // 动态申请一块内存
37    ptr = (char *) calloc(len, sizeof(char));
38    if(NULL == ptr)
39    {
40       perror("申请内存失败");
41       mq_close(mqd);
42       exit(1);
43    }
44
45    /*向消息队列写入消息，如消息队列满则阻塞，直到消息队列有空闲时再写入*/
46    rc = mq_send(mqd, ptr, len, prio);
47    if(rc < 0)
48    {
49       perror("写入消息队列失败");
50       mq_close(mqd);
51       exit(1);
52    }
53
54    // 释放内存
55    free(ptr);
56    return 0;
57 }

编译并执行：

1 root@linux:/mnt/hgfs/C_libary# gcc -o sendmq sendmq.c -lrt
2 root@linux:/mnt/hgfs/C_libary# ./sendmq /tmp 30 15
3 root@linux:/mnt/hgfs/C_libary# ./sendmq /tmp 30 16
4 root@linux:/mnt/hgfs/C_libary# ./sendmq /tmp 30 17
5 root@linux:/mnt/hgfs/C_libary# ./sendmq /tmp 30 18

　　上面先后向消息队列“/tmp”写入了四条消息，因为先前创建的消息队列只允许存放3条消息，本次第四次写入时程序会阻塞。直到有另外进程从消息队列取走消息后本次写入才成功返回。

读消息队列：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <mqueue.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>

/*读取某消息队列,消息队列名通过参数传递*/
int main(int argc, char *argv[])
{
mqd_t mqd;
struct mq_attr attr;
char *ptr;
unsigned int prio;
size_t n;
int rc;

if(argc != 2)
{
      printf("Usage: readmq <name>\n");
      exit(1);
}

/*只读模式打开消息队列*/
mqd = mq_open(argv[1], O_RDONLY);
if(mqd < 0)
{
      perror("打开消息队列失败");
      exit(1);
}

// 取得消息队列属性，根据mq_msgsize动态申请内存
rc = mq_getattr(mqd, &attr);
if(rc < 0)
{
      perror("取得消息队列属性失败");
      exit(1);
}

/*动态申请保证能存放单条消息的内存*/
ptr = calloc(attr.mq_msgsize, sizeof(char));
if(NULL == ptr)
{
      printf("动态申请内存失败\n");
      mq_close(mqd);
      exit(1);
}

/*接收一条消息*/
n = mq_receive(mqd, ptr, attr.mq_msgsize, &prio);
if(n < 0)
{
      perror("读取失败");
      mq_close(mqd);
      free(ptr);
      exit(1);
}

printf("读取 %ld 字节\n  优先级为 %u\n", (long)n, prio);
return 0;
}

编译并执行：

1 root@linux:/mnt/hgfs/C_libary# vi readmq.c
2 root@linux:/mnt/hgfs/C_libary# vi readmq.c
3 root@linux:/mnt/hgfs/C_libary# gcc -o readmq readmq.c -lrt
4 root@linux:/mnt/hgfs/C_libary# ./readmq /tmp
5 读取 30 字节
6 优先级为 18
7 root@linux:/mnt/hgfs/C_libary# ./readmq /tmp
8 读取 30 字节
9 优先级为 17
10 root@linux:/mnt/hgfs/C_libary# ./readmq /tmp
11 读取 30 字节
12 优先级为 16
13 root@linux:/mnt/hgfs/C_libary# ./readmq /tmp
14 读取 30 字节
15    优先级为 15
16 root@linux:/mnt/hgfs/C_libary# ./readmq /tmp

　　程序执行五次，第一次执行完，先前阻塞在写处的程序成功返回。第五次执行，因为消息队列已经为空，程序阻塞。直到另外的进程向消息队列写入一条消息。另外，还可以看出Posix消息队列每次读出的都是消息队列中优先级最高的消息。

IPC通信：Posix消息队列的属性设置

Posix消息队列的属性使用如下结构存放：
struct mq_attr
{
long mq_flags; /*阻塞标志位，0为非阻塞(O_NONBLOCK)*/
long mq_maxmsg; /*队列所允许的最大消息条数*/
long mq_msgsize; /*每条消息的最大字节数*/
long mq_curmsgs; /*队列当前的消息条数*/
};
队列可以在创建时由mq_open()函数的第四个参数指定mq_maxmsg，mq_msgsize。如创建时没有指定则使用默认值，一旦创建，则不可再改变。
队列可以在创建后由mq_setattr()函数设置mq_flags
#include <mqueue.h>
/*取得消息队列属性，放到mqstat地fh*/
int mq_getattr(mqd_t mqdes, struct mq_attr *mqstat);
/*设置消息队列属性，设置值由mqstat提供，原先值写入omqstat*/
int mq_setattr(mqd_t mqdes, const struct mq_attr *mqstat, struct mq_attr *omqstat);
均返回：若成功则为0，若出错为-1 v: B, r8 K/ Z- R ]: q

程序获取和设置消息队列的默认属性：

1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #include <mqueue.h>
4 #include <sys/types.h>
5 #include <sys/stat.h>
6 #include <unistd.h>
7 #include <fcntl.h>
8 #include <errno.h>
9
10 #define MQ_NAME ("/tmp")
11 #define MQ_FLAG (O_RDWR | O_CREAT | O_EXCL) // 创建MQ的flag
12 #define FILE_MODE (S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH) // 设定创建MQ的权限
13
14 int main()
15 {
16    mqd_t posixmq;
17    int rc = 0;
18
19    struct mq_attr mqattr;
20
21    // 创建默认属性的消息队列
22    posixmq = mq_open(MQ_NAME, MQ_FLAG, FILE_MODE, NULL);
23    if(-1 == posixmq)
24    {
25       perror("创建MQ失败");
26       exit(1);
27    }
28
29    // 获取消息队列的默认属性
30    rc = mq_getattr(posixmq, &mqattr);
31    if(-1 == rc)
32    {
33       perror("获取消息队列属性失败");
34       exit(1);
35    }
36
37    printf("队列阻塞标志位：%ld\n", mqattr.mq_flags);
38    printf("队列允许最大消息数：%ld\n", mqattr.mq_maxmsg);
39    printf("队列消息最大字节数：%ld\n", mqattr.mq_msgsize);
40    printf("队列当前消息条数：%ld\n", mqattr.mq_curmsgs);
41
42    rc = mq_close(posixmq);
43    if(0 != rc)
44    {
45       perror("关闭失败");
46       exit(1);
47    }
48
49    rc = mq_unlink(MQ_NAME);
50    if(0 != rc)
51    {
52       perror("删除失败");
53       exit(1);
54    }
55    return 0;
56 }

编译并执行：

1 root@linux:/mnt/hgfs/C_libary# gcc -o attrmq attrmq.c -lrt
2 root@linux:/mnt/hgfs/C_libary# ./attrmq
3 队列阻塞标志位：0
4 队列允许最大消息数：10
5 队列消息最大字节数：8192
6 队列当前消息条数：0
7 root@linux:/mnt/hgfs/C_libary#

设置消息队列的属性：

1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #include <mqueue.h>
4 #include <sys/types.h>
5 #include <sys/stat.h>
6 #include <unistd.h>
7 #include <fcntl.h>
8 #include <errno.h>
9
10 #define MQ_NAME ("/tmp")
11 #define MQ_FLAG (O_RDWR | O_CREAT | O_EXCL) // 创建MQ的flag
12 #define FILE_MODE (S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH) // 设定创建MQ的权限
13
14 int main()
15 {
16    mqd_t posixmq;
17    int rc = 0;
18
19    struct mq_attr mqattr;
20
21    // 创建默认属性的消息队列
22    mqattr.mq_maxmsg = 5; // 注意不能超过系统最大限制
23    mqattr.mq_msgsize = 8192;
24    //posixmq = mq_open(MQ_NAME, MQ_FLAG, FILE_MODE, NULL);
25    posixmq = mq_open(MQ_NAME, MQ_FLAG, FILE_MODE, &mqattr);
26
27    if(-1 == posixmq)
28    {
29       perror("创建MQ失败");
30       exit(1);
31    }
32
33    mqattr.mq_flags = 0;
34    mq_setattr(posixmq, &mqattr, NULL);// mq_setattr()只关注mq_flags，adw
35
36    // 获取消息队列的属性
37    rc = mq_getattr(posixmq, &mqattr);
38    if(-1 == rc)
39    {
40       perror("获取消息队列属性失败");
41       exit(1);
42    }
43
44    printf("队列阻塞标志位：%ld\n", mqattr.mq_flags);
45    printf("队列允许最大消息数：%ld\n", mqattr.mq_maxmsg);
46    printf("队列消息最大字节数：%ld\n", mqattr.mq_msgsize);
47    printf("队列当前消息条数：%ld\n", mqattr.mq_curmsgs);
48
49    rc = mq_close(posixmq);
50    if(0 != rc)
51    {
52       perror("关闭失败");
53       exit(1);
54    }
55
56    rc = mq_unlink(MQ_NAME);
57    if(0 != rc)
58    {
59       perror("删除失败");
60       exit(1);
61    }
62
63    return 0;
64 }

编译运行：

1 root@linux:/mnt/hgfs/C_libary# gcc -o setattrmq setattrmq.c -lrt
2 root@linux:/mnt/hgfs/C_libary# ./setattrmq
3 队列阻塞标志位：0
4 队列允许最大消息数：5
5 队列消息最大字节数：8192
6 队列当前消息条数：0

NNNei256 · 发表于 2021-4-26 17:55

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