system V消息队列

1.消息队列
1）消息队列提供了一个从进程向另外一个进程发送一块是数据的方法
2）每个数据块都被认为是有一个类型，接收者进程接收的数据块可以有不同的类型
不足之处：
每个消息的最大长度是有限制的。MSGMAX
每个消息队列的总的字节数也是有上限。MSGMNB
系统上消息队列的总数也有一个上限。MSGMNI
可以这样查看这三个限制：

xcy@xcy-virtual-machine:~$ cat /proc/sys/kernel/msgmax
8192
xcy@xcy-virtual-machine:~$ cat /proc/sys/kernel/msgmnb
16384
xcy@xcy-virtual-machine:~$ cat /proc/sys/kernel/msgmni
32000
xcy@xcy-virtual-machine:~$

2.IPC对象数据结构
内核为每个IPC对象维护了一个数据结构：

           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 */
           };

下面是消息队列的数据结构：

           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 in
                                                queue (nonstandard) */
               msgqnum_t       msg_qnum;     /* Current number of messages
                                                in queue */
               msglen_t        msg_qbytes;   /* Maximum number of bytes
                                                allowed in queue */ // 这个就是MSGMNB
               pid_t           msg_lspid;    /* PID of last msgsnd(2) */
               pid_t           msg_lrpid;    /* PID of last msgrcv(2) */
           };

3.如何查看IPC对象
可以看到每个IPC对象都有一个key还有一个id。
命令ipcs：

如何删除：
ipcrm -Q <key>
ipcrm -q <id>
例如：

xcy@xcy-virtual-machine:~$ ipcrm -Q 0x4d2
xcy@xcy-virtual-machine:~$

4.如何操作消息队列

主要有下面几个函数：

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
int msgget(key_t key, int msgfl_g); 
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgfl_g);
ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp,int msgfl_g);

先补充一个自己的头文件comm.h

#ifndef __COMM_H__
#define __COMM_H__


#include<errno.h>
#include<stdlib.h>
#define ERR_EXIT(m) 
    do 
    { 
        perror(m); 
        exit(EXIT_FAILURE); 
    } while(0)


#endif // __COMM_H__

下面单独介绍：
4.1 msgget：
int msgget(key_t key, int msgfl_g); 
功能：用来创建和访问一个消息队列
参数：key：某个消息队列的名字（比如1234）。还可以是IPC_PRIVATE，表示私有的，这样创建出来的消息队列只能用于亲缘进程通信，它的key是0.
msgfl_g：由九个权限标志构成，它们的用法和创建文件时使用的mode模式标志是一样的
返回值：成功返回非负整数，是该消息队列的标识码，失败返回-1.
下面表示创建的大致过程：

开始 ->
if(key == IPC_PRIVATE)
{
    if(系统表格满了)    
    {
        // 出错返回
    }
    else
    {
        // 创建成功，返回标识符
    }
}
else // 不是私有的
{
    if(key已经存在)    
    {
        if(IPC_CREAT和IPC_EXCL都设置了)
        {
            // 出错返回
        }
        else
        {
            if(访问权限允许)
            {
                // 成功打开消息队列，返回标识符
            }
            else
            {
                // 出错返回
            }
        }
    }
    else   // key 不存在
    {
        if(IPC_CREAT设置了)
        {
            if(系统表格满了)    
              {
                // 出错返回
            }
            else
            {
                // 创建成功，返回标识符
            }
        }
        else // 不存在就无法打开
        {
            // 出错返回
        }
    }
}

实例：

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/msg.h>

#include"comm.h"
int main()
{
    //int msgid = msgget(1234,0666 | IPC_CREAT | IPC_EXCL);// 已存在则失败
    int msgid = msgget(1234,0666 | IPC_CREAT);
    //int msgid = msgget(IPC_PRIVATE,0666 | IPC_CREAT);
    if(msgid < 0)
        ERR_EXIT("msgget");
    printf("msgget success
");
    printf("msgid = %d
", msgid);

    return 0;
}

4.2 msgctl
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
作用：消息队列控制函数
返回值：成功返回0，失败返回-1
参数：msgid：由msgget返回的id
cmd：有三个值可选
IPC_STAT：获取消息队列的状态，把msqid_ds结构中的数据设置为消息队列的当前关联值
IPC_SET：在进程有足够权限的条件下，把消息队列的当前关联值设置为msqid_ds数据结构中给出的值
IPC_RMID：删除消息队列。（此时buf可置为null）
buf：输入参数，根据第二个参数来设置，具体用法参考例子
例子：

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/msg.h>

#include"comm.h"

void stattest(int msgid)
{
    struct msqid_ds buf;

    int ret = msgctl(msgid, IPC_STAT, &buf);
    if(ret < 0)
        ERR_EXIT("msgctl");
    printf("mode = %o
", buf.msg_perm.mode);
    printf("bytes = %ld
", buf.__msg_cbytes);
    printf("number = %d
", (int)buf.msg_qnum);
    printf("msgmnb = %d
", (int)buf.msg_qbytes);
}

void rmtest(int msgid)
{
    int ret = msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL);
    if(ret < 0)
        ERR_EXIT("msgctl");

    printf("remove msg success
");
}
void settest(int msgid)
{
    struct msqid_ds buf;

    int ret = msgctl(msgid, IPC_STAT, &buf);
    if(ret < 0)
        ERR_EXIT("msgctl stat");
    sscanf("600", "%o", (unsigned int*)&buf.msg_perm.mode);
    ret = msgctl(msgid, IPC_SET, &buf);
    if(ret < 0)
        ERR_EXIT("msgctl set");
}


int main()
{
    int msgid = msgget(1234,0);
    if(msgid < 0)
        ERR_EXIT("msgget");
    printf("msgget success
");
    printf("msgid = %d
", msgid);
    //stattest(msgid);
    //rmtest(msgid);
    settest(msgid);
    return 0;
}

运行，这里仅仅展示stat的例子：

xcy@xcy-virtual-machine:~/test/IPC_MSG$ ./msg_stat // 不存在会出错
msgget: No such file or directory
xcy@xcy-virtual-machine:~/test/IPC_MSG$ ./msg_get  // 先创建
msgget success
msgid = 229376
xcy@xcy-virtual-machine:~/test/IPC_MSG$ ./msg_stat
msgget success
msgid = 229376
mode = 666
bytes = 0
number = 0
msgmnb = 16384
xcy@xcy-virtual-machine:~/test/IPC_MSG$

4.3 msgsnd

int msgsnd(int msqid, const void *msgp,size_t msgsz, int msgfl_g);
作用：把一条消息添加到消息队列中去返回值：成功返回0，失败返回-1
参数：msgid：由msgget返回的idmsgp：一个指针，指向准备发送的消息
msgsz：是msgp指向的消息长度。这个长度不包含保存消息类型那个long int的长整型

msgfl_g：控制位，控制当前消息队列满或到达系统上限时将要发生的事情。
         为0表示等待；msgfl_g =IPC_NOWAIT。表示队列满不等待，返回EAGAIN。 

下面是消息的封装（参考形式）：

struct msgbuf{
        longmtype; // 必须为long型，接收者函数通过这个长整数确定消息的类型        

　　char mtext[1]; // 这里存放具体的消息内容，必须小于MSGMAX
};

例子：

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/msg.h>

#include"comm.h"

struct msgbuf{
    long mtype;
    char mtext[1];
};

int main(int argc, char *argv[])
{
    if(argc != 3)
    {
        printf("Usage:<%s> <type> <len>
", argv[0]);
        return -1;
    }
    int type = atoi(argv[1]); // 表示发送的类型
    int len = atoi(argv[2]); // 表示发送的数据大小

    int msgid = msgget(1234,0);
    if(msgid < 0)
        ERR_EXIT("msgget");
    printf("msgget success
");
    printf("msgid = %d
", msgid);

    struct msgbuf *buf = (struct msgbuf*)malloc(sizeof(buf));
    buf->mtype = type;
    int ret = msgsnd(msgid, (void*)buf, len, 0);// 满了就等待
    //int ret = msgsnd(msgid, (void*)buf, len, IPC_NOWAIT);// 满了就会失败
    if(ret < 0)
        ERR_EXIT("msgsnd");
    return 0;
}

4.4 msgrcv
ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp,int msgfl_g);作用：从一个消息队列中接收消息
返回值：成功返回实际接收到放到接收缓冲区里去的字符个数，失败返回-1参数：msgid：由msgget返回的id
msgp：一个指针，指向准备接收的消息msgsz：是msgp指向的消息长度，不包含消息类型的长度。
msgtype：它可以实现接收优先级的简单形式msgfl_g：控制着队列中没有相应类型的消息可工接收时将要发生的事情。

下面重点来分析msgtye：

=0：表示返回队列里的第一条消息

>0：返回队列第一条类型等于msgtype的消息。

<0：返回队列第一条类型小于等于msgtype绝对值的消息。

 

关于小于0，man手册里面的东西：
* If  msgtyp  is  less than 0, then the first message in the queue with the lowest type less than or equal to the absolute  value  of  msgtypwill be read.
我的理解是：第一条小于msgtype绝对值的消息将会被读取。实际的测试情况有点不符和，实际情况返回的是小于msgtype绝对值中类型最小的那一个。
比如：发送给消息队列的顺序是 4 5 4 1 78 3 8（这些数字表示类型）,获取的是-10。结果却收到的是类型为1的消息。并且假如发送了多个1，收到的会是第一个类型为1的消息。

补充：

msgfl_g=IPC_NOWAIT：队列没有可读消息不等待，返回ENOMSG错误
msgfl_g=MSG_NOERROR：消息大小超过msgsz时被截断
msgtype>0且msgfl_g=MSG_EXCEPT：接收类型不等于msgtype的第一条消息

例子：

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/msg.h>
#include<unistd.h>

#include"comm.h"

struct msgbuf{
    long mtype;
    char mtext[1];
};

#define MSGMAX 8192

int main(int argc, char *argv[])
{
    int flag = 0;
    int type = 0;
    int opt;
    while(1)
    {
        /* 接受命令行参数。形式如下： ./a.out -n -t 3    
            -n 表示不等待
            -t 3 ：表示接收类型为3的消息。
        */
        opt = getopt(argc, argv, "nt:"); // 这个n表示接受n参数（但是-n后面不能接参数），t后面的冒号表示t后面可以接参数。具体用法网上再查一下。
        if(opt == '?')
            exit(EXIT_FAILURE);
        if(opt == -1)
            break;
        switch(opt)
        {
        case 'n':
            flag |= IPC_NOWAIT;
            break;
        case 't':
            type = atoi(optarg);
            break;
        default:
            break;
        }
    }
    int msgid = msgget(1234,0);
    if(msgid < 0)
        ERR_EXIT("msgget");
    printf("msgget success
");
    printf("msgid = %d
", msgid);

    struct msgbuf *buf = (struct msgbuf*)malloc(sizeof(long) + MSGMAX);
    buf->mtype = type;
    int ret = msgrcv(msgid, buf, MSGMAX, type, flag);
    if(ret < 0)
        ERR_EXIT("msgsnd");
    printf("recv msg, type:%ld len:%d
", buf->mtype, ret); // 打印接受到的类型和长度

    return 0;
}

运行，联合send一起运行：
先是发送：

xcy@xcy-virtual-machine:~/test/IPC_MSG$ ./msg_send
Usage:<./msg_send> <type> <len>
xcy@xcy-virtual-machine:~/test/IPC_MSG$ ./msg_send 5 50
msgget success
msgid = 229376
xcy@xcy-virtual-machine:~/test/IPC_MSG$ ./msg_send 4 40
msgget success
msgid = 229376
xcy@xcy-virtual-machine:~/test/IPC_MSG$ ./msg_send 3 30
msgget success
msgid = 229376
xcy@xcy-virtual-machine:~/test/IPC_MSG$ ./msg_send 2 30
msgget success
msgid = 229376
xcy@xcy-virtual-machine:~/test/IPC_MSG$ ./msg_send 2 40
msgget success
msgid = 229376
xcy@xcy-virtual-machine:~/test/IPC_MSG$ ./msg_send 1 10
msgget success
msgid = 229376

发送了6个消息。类型分别是5 -> 4 -> 3 -> 2 -> 2 -> 1

再来看接收：

xcy@xcy-virtual-machine:~/test/IPC_MSG$ ./msg_recv -n -3  // 这里参数错误了
./msg_recv: invalid option -- '3'
xcy@xcy-virtual-machine:~/test/IPC_MSG$ ./msg_recv -t -3 // -3.表示接收队列中绝对值小于3的类型，并且是最小的
msgget success
msgid = 229376
recv msg, type:1 len:10
xcy@xcy-virtual-machine:~/test/IPC_MSG$ ./msg_recv -t -3
msgget success
msgid = 229376
recv msg, type:2 len:30
xcy@xcy-virtual-machine:~/test/IPC_MSG$ ./msg_recv -t -3
msgget success
msgid = 229376
recv msg, type:2 len:40
xcy@xcy-virtual-machine:~/test/IPC_MSG$ ./msg_recv -n -t 6 // 这里表示不等待，所以会出错。
msgget success
msgid = 229376
msgsnd: No message of desired type
xcy@xcy-virtual-machine:~/test/IPC_MSG$