POSIX 消息队列 和 系列函数

一、在前面介绍了system v 消息队列的相关知识，现在来稍微看看posix 消息队列。

posix消息队列的一个可能实现如下图：

其实消息队列就是一个可以让进程间交换数据的场所，而两个标准的消息队列最大的不同可能只是api 函数的不同，如system v 的系列函数是msgxxx，而posix 是mq_xxx。posix 消息队列也有一些对消息长度等的限制，man 7 mq_overview：

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/posix$ cat /proc/sys/fs/mqueue/msg_max 
10
simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/posix$ cat /proc/sys/fs/mqueue/msgsize_max 
8192
simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/posix$ cat /proc/sys/fs/mqueue/queues_max 
256

即一个消息队列最多能有10条消息，每条消息的最大长度为8192字节，一个系统最多能有256个消息队列。

还有一点是，在Linux上，posix 消息队列是以虚拟文件系统实现的，必须将其挂载到某个目录才能看见，如

           # mkdir /dev/mqueue
           # mount -t mqueue none /dev/mqueue

通过cat 命令查看消息队列的状态，假设mymq 是创建的一条消息队列的名字
           $ cat /dev/mqueue/mymq
           QSIZE:129     NOTIFY:2    SIGNO:0    NOTIFY_PID:8260

QSIZE：消息队列所有消息的数据长度

NOTIFY_PID：某个进程使用mq_notify 注册了消息到达异步通知事件，即此进程的pid

NOTIFY：通知方式： 0 is SIGEV_SIGNAL; 1 is SIGEV_NONE; and 2 is SIGEV_THREAD.

SIGNO：当以信号方式通知的时候，表示信号的编号.

二、系列函数，编译时候加上 -lrt 选项，即连接librt 库 （实时库）

      #include <fcntl.h>           /* For O_* constants */
      #include <sys/stat.h>        /* For mode constants */
      #include <mqueue.h>

功能：用来创建和访问一个消息队列
原型
mqd_t mq_open(const char *name, int oflag);
mqd_t mq_open(const char *name, int oflag, mode_t mode, struct mq_attr *attr);
参数
name: 某个消息队列的名字，必须以/打头，并且后续不能有其它/ ，形如/somename长度不能超过NAME_MAX（255）
oflag:与open函数类似，可以是O_RDONLY、O_WRONLY、O_RDWR，还可以按位或上O_CREAT、O_EXCL、O_NONBLOCK；
mode:如果oflag指定了O_CREAT，需要设置mode。
返回值：成功返回消息队列文件描述符；失败返回-1

功能：关闭消息队列
原型
mqd_t mq_close(mqd_t mqdes);
参数
mqdes : 消息队列描述符
返回值：成功返回0；失败返回-1

功能：删除消息队列
原型
mqd_t mq_unlink(const char *name);
参数
name: 消息队列的名字
返回值：成功返回0；失败返回-1

功能：获取/设置消息队列属性
原型
mqd_t mq_getattr(mqd_t mqdes, struct mq_attr *attr);
mqd_t mq_setattr(mqd_t mqdes, struct mq_attr *newattr, struct mq_attr *oldattr);
返回值：成功返回0；失败返回-1

           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 */
           };

mq_flags 是标志；mq_maxmsg 即一个消息队列消息个数上限；mq_msgsize即一条消息的数据上限；mq_curmsgs即当前消息个数

功能：发送消息
原型
mqd_t mq_send(mqd_t mqdes, const char *msg_ptr, size_t msg_len, unsigned msg_prio);
参数
mqdes:消息队列描述符
msg_ptr:指向消息的指针
msg_len:消息长度
msg_prio:消息优先级
返回值：成功返回0；失败返回-1

功能：接收消息
原型
ssize_t mq_receive(mqd_t mqdes, char *msg_ptr, size_t msg_len, unsigned *msg_prio);
参数
mqdes:消息队列描述符
msg_ptr:返回接收到的消息
msg_len:消息长度，一般需要指定为msgsize_max
msg_prio:返回接收到的消息优先级
返回值：成功返回接收到的消息字节数；失败返回-1
注意：返回指定消息队列中最高优先级的最早消息，优先级最低为0

功能：建立或者删除消息到达通知事件
原型
mqd_t mq_notify(mqd_t mqdes, const struct sigevent *notification);
参数
mqdes:消息队列描述符
notification：
非空表示当消息到达且消息队列先前为空，那么将得到通知;
NULL表示撤消已注册的通知
返回值：成功返回0；失败返回-1
通知方式：
产生一个信号
创建一个线程执行一个指定的函数

union sigval {          /* Data passed with notification */
int     sival_int;/* Integer value */
void   *sival_ptr;/* Pointer value */
};


struct sigevent {
int           sigev_notify; /* Notification method */
int           sigev_signo; /* Notification signal */
union sigval sigev_value; /* Data passed with notification */
void (*sigev_notify_function) (union sigval);
/* Function for thread notification */
void *sigev_notify_attributes;
/* Thread function attributes */
};

sigev_notify 的取值有3个：

SIGEV_NONE：消息到达不会发出通知

SIGEV_SIGNAL：以信号方式发送通知，当设置此选项时，sigev_signo 设置信号的编号，且只有当信号为实时信号时才可以通过sigev_value顺带数据，参考这里。

SIGEV_THREAD：以线程方式通知，当设置此选项时，sigev_notify_function 即一个函数指针，sigev_notify_attributes 即线程的属性

mq_notify 函数注意点：

1、任何时刻只能有一个进程可以被注册为接收某个给定队列的通知
2、当有一个消息到达某个先前为空的队列，而且已有一个进程被注册为接收该队列的通知时，只有在没有任何线程阻塞在该队列的mq_receive调用的前提下，通知才会发出。
3、当通知被发送给它的注册进程时，其注册被撤消。进程必须再次调用mq_notify以重新注册（如果需要的话），重新注册要放在从消息队列读出消息之前而不是之后。

下面写两个小程序测试一下：

mq_send.c

 C++ Code 

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#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<sys/ipc.h> #include<sys/msg.h> #include<sys/types.h> #include<unistd.h> #include<errno.h> #include<mqueue.h> #include<fcntl.h> #include<sys/stat.h> #include<string.h> #define ERR_EXIT(m)      do {          perror(m);          exit(EXIT_FAILURE);      } while(0) typedef struct stu {     char name[32];     int age; } STU; int main(int argc, char *argv[]) {     if (argc != 2)     {         fprintf(stderr, "Usage: %s <prio> ", argv[0]);         exit(EXIT_FAILURE);     }     mqd_t mqid;     mqid = mq_open("/abc", O_WRONLY);     if (mqid == (mqd_t) - 1)         ERR_EXIT("mq_open");     printf("mq_open succ ");     STU stu;     strcpy(stu.name, "test");     stu.age = 20;     unsigned int prio = atoi(argv[1]);     mq_send(mqid, (const char *)&stu, sizeof(stu), prio);     mq_close(mqid);     return 0; }

mq_notify.c

 C++ Code 

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#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<sys/ipc.h> #include<sys/msg.h> #include<sys/types.h> #include<unistd.h> #include<errno.h> #include<mqueue.h> #include<fcntl.h> #include<sys/stat.h> #include<string.h> #include<signal.h> #define ERR_EXIT(m)      do {          perror(m);          exit(EXIT_FAILURE);      } while(0) typedef struct stu {     char name[32];     int age; } STU; size_t size; mqd_t mqid; struct sigevent sigev; void handle(int sig) {     mq_notify(mqid, &sigev);     STU stu;     unsigned int prio;     mq_receive(mqid, (char *)&stu, size, &prio);     printf("name=%s, age=%d, prio=%d ", stu.name, stu.age, prio); } int main(int argc, char *argv[]) {     mqid = mq_open("/abc", O_RDONLY);     if (mqid == (mqd_t) - 1)         ERR_EXIT("mq_open");     printf("mq_open succ ");     struct mq_attr attr;     mq_getattr(mqid, &attr);     size = attr.mq_msgsize;     signal(SIGUSR1, handle);     sigev.sigev_notify = SIGEV_SIGNAL;     sigev.sigev_signo = SIGUSR1;     mq_notify(mqid, &sigev);     for (; ;)         pause();     mq_close(mqid);     return 0; }

mq_open.c

 C++ Code 

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#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<sys/ipc.h> #include<sys/msg.h> #include<sys/types.h> #include<unistd.h> #include<errno.h> #include<mqueue.h> #include<fcntl.h> #include<sys/stat.h> #define ERR_EXIT(m)      do {          perror(m);          exit(EXIT_FAILURE);      } while(0) int main(void) {     mqd_t mqid;     mqid = mq_open("/abc", O_CREAT | O_RDWR, 0666, NULL);     if (mqid == (mqd_t) - 1)         ERR_EXIT("mq_open");     mq_close(mqid);     return 0; }

先运行./mq_open 用mq_open 创建了一个消息队列并mount 到/dev/mqueue 上，可以查看状态：

simba@ubuntu:/dev/mqueue$ cat /dev/mqueue/abc 
QSIZE:0          NOTIFY:0     SIGNO:0     NOTIFY_PID:0  

接着运行./mq_notify 再查看状态：

simba@ubuntu:/dev/mqueue$ cat /dev/mqueue/abc 
QSIZE:0          NOTIFY:0     SIGNO:10    NOTIFY_PID:3572 

准备通知的信号是10号，即SIGUSR1，等待的进程pid即./mq_notify ，此时./mq_notify 进程是阻塞的，正在等待其他进程往消息队列写入消息，现在运行./mq_send

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/posix$ ./mq_send 
Usage: ./mq_send <prio>
simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/posix$ ./mq_send 1
mq_open succ
simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/posix$ ./mq_send 1
mq_open succ
simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/posix$ 

回头看./mq_notify 的输出：

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/posix$ ./mq_notify 
mq_open succ
name=test, age=20, prio=1
name=test, age=20, prio=1

...........................................

即./mq_send 发送的两条消息都接收到了，需要注意的是虽然通知是一次性的，但我们在消息处理函数再次注册了通知，故能多次接收到通知，但通知只发生在消息队列由空到不空的时候，如果先运行./mq_send 先往消息队列发送了n条消息，那么执行./mq_notify 是不会接收到通知的，一直阻塞着。