Linux消息队列原理与应用

消息队列 (也叫做报文队列)是Unix系统V版本中3种进程间通信机制之一。另外两种是信号灯和共享内存。这些IPC机制使用共同的授权方法。只有通过系统调用将标志符传递给核心之后，进程才能存取这些资源。这种系统IPC对象使用的控制方法和文件系统非常类似。使用对象的引用标志符作为资源表中的索引。

消息队列就是一个消息的链表。就是把消息看作一个记录，并且这个记录具有特定的格式以及特定的优先级。对消息队列有写权限的进程可以按照一定的规则添加新消息；对消息队列有读权限的进程则可以从消息队列中读出消息。

Linux采用消息队列的方式来实现消息传递。这种消息的发送方式是：发送方不必等待接收方检查它所收到的消息就可以继续工作下去，而接收方如果没有收到消息也不需等待。这种通信机制相对简单，但是应用程序使用起来就需要使用相对复杂的方式来应付了。新的消息总是放在队列的末尾，接收的时候并不总是从头来接收，可以从中间来接收。

消息队列是随内核持续的并和进程相关，只有在内核重起或者显示删除一个消息队列时，该消息队列才会真正被删除。因此系统中记录消息队列的数据结构 (struct ipc_ids msg_ids)位于内核中，系统中的所有消息队列都可以在结构msg_ids中中找到访问入口。

IPC标识符：每一个I P C目标都有一个唯一的I P C标识符。这里所指的I P C目标是指一个单独的消息队列、一个信号量集或者一个共享的内存段。系统内核使用此标识符在系统内核中指明 I P C目标。

IPC 关键字：想要获得唯一的标识符，则必须使用一个 I P C关键字。客户端进程和服务器端进程必须双方都同意此关键字。这是建立一个客户机/服务器框架的第一步。在System V IPC机制中，建立两端联系的路由方法是和I P C关键字直接相关的。通过在应用程序中设置关键字值，每一次使用的关键字都可以是相同的。一般情况下，可以使用f t o k ( )函数为客户端和服务器端产生关键字值。

二、ipcs 命令

命令ipcs用于读取System V IPC目标的状态。
ipcs -q: 只显示消息队列。
ipcs -s: 只显示信号量。
ipcs -m: 只显示共享内存。
ipcs –help: 其他的参数。

下面是ipcs命令输出的例子：

[root@wanglong wanglong]# ipcs

—— Shared Memory Segments ——–

key        shmid      owner      perms      bytes      nattch     status      

0×00000000 0          root      644        40         2                       

0×00000000 32769      root      644        16384      2                       

0×00000000 65538      root      644        268        2                       

—— Semaphore Arrays ——–

key        semid      owner      perms      nsems     

0×000000a7 0          root      600        1         

0×00000000 98305      apache    600        1         

0×00000000 65538      apache    600        1         

0×00000000 131075     apache    600        1         

0×00000000 163844     apache    600        1         

0×00000000 196613     apache    600        1         

0×00000000 229382     apache    600        1         

0×00000000 262151     apache    600        1         

0×00000000 294920     apache    600        1         

—— Message Queues ——–

key        msqid      owner      perms      used-bytes   messages 

 

三、消息队列的主要调用

内核中实现消息传递机制的代码基本上都在文件ipc／msg.c中,消息队列的主要调用有下面4个，这里只作简单介绍：

(1)msgget：调用者提供一个消息队列的键标 (用于表示个消息队列的唯一名字)，当这个消息队列存在的时候， 这个消息调用负责返回这个队列的标识号；如果这个队列不存在，就创建一个消息队列，然后返回这个消息队列的标识号 ，主要由sys_msgget执行。

(2)msgsnd：向一个消息队列发送一个消息，主要由sys_msgsnd执行。

(3)msgrcv：从一个消息队列中收到一个消息，主要由sys_msgrcv执行。

(4)msgctl：在消息队列上执行指定的操作。根据参数的不同和权限的不同，可以执行检索、删除等的操作，主要由sys_msgctl执行。

四、消息队列的应用例子

下面的例子很好的演示了创建、发送、读取、改变权限以及删除消息队列各种操作：

#include 
#include 
#include 

#include 
#include 
#include 
#include 
#define MAX_SEND_SIZE 80

struct mymsgbuf {
long mtype;
char mtext[MAX_SEND_SIZE];
};

void send_message(int qid, struct mymsgbuf *qbuf, long type, char *text);
void read_message(int qid, struct mymsgbuf *qbuf, long type);
void remove_queue(int qid);
void change_queue_mode(int qid, char *mode);
void usage(void);
int main(int argc, char *argv[])
{
key_t key;
int msgqueue_id;
struct mymsgbuf qbuf;

if(argc == 1)
usage();

/* Create unique key via call to ftok() */
key = ftok(“.”, ’m');

/* Open the queue - create if necessary */
if((msgqueue_id = msgget(key, IPC_CREAT|0660)) == -1)

 {
perror(“msgget”);
exit(1);
}

switch(tolower(argv[1][0]))
{
case ’s’: send_message(msgqueue_id, (struct mymsgbuf *)&qbuf,atol(argv[2]), argv[3]);
break;
case ’r': read_message(msgqueue_id, &qbuf, atol(argv[2]));
break;
case ’d': remove_queue(msgqueue_id);
break;
case ’m': change_queue_mode(msgqueue_id, argv[2]);
break;

default: usage();

}

return(0);
}

void send_message(int qid, struct mymsgbuf *qbuf, long type, char *text)
{
/* Send a message to the queue */
printf(“Sending a message …n”);
qbuf->mtype = type;
strcpy(qbuf->mtext, text);

if((msgsnd(qid, (struct msgbuf *)qbuf,
strlen(qbuf->mtext)+1, 0)) ==-1)
{
perror(“msgsnd”);
exit(1);
}
}

void read_message(int qid, struct mymsgbuf *qbuf, long type)
{
/* Read a message from the queue */
printf(“Reading a message …n”);
qbuf->mtype = type;
msgrcv(qid, (struct msgbuf *)qbuf, MAX_SEND_SIZE, type, 0);

printf(“Type: %ld Text: %sn”, qbuf->mtype, qbuf->mtext);
}

void remove_queue(int qid)
{
/* Remove the queue */
msgctl(qid, IPC_RMID, 0);
}

void change_queue_mode(int qid, char *mode)
{
struct msqid_ds myqueue_ds;

/* Get current info */
msgctl(qid, IPC_STAT, &myqueue_ds);

/* Convert and load the mode */
sscanf(mode, ”%ho”, &myqueue_ds.msg_perm.mode);

/* Update the mode */
msgctl(qid, IPC_SET, &myqueue_ds);
}

void usage(void)
{
fprintf(stderr, ”msgtool - A utility for tinkering with msg queuesn”);
fprintf(stderr, ”nUSAGE: msgtool (s)end n”);
fprintf(stderr, ” (r)ecv n”);
fprintf(stderr, ” (d)eleten”);
fprintf(stderr, ” (m)ode n”);
exit(1);
}

 

程序保存为 ipcs.c

编译：gcc -o ipcs ipcs.c

程序运行结果解释：

[root@wanglong wanglong]# ./ipcs  s  001  hello!

Sending a message …

[root@wanglong wanglong]# ./ipcs  s  001  world!

Sending a message …

[root@wanglong wanglong]# ./ipcs  s  001  you

Sending a message …

[root@wanglong wanglong]# ./ipcs  s  001  and

Sending a message …

[root@wanglong wanglong]# ./ipcs  s  001  me!

Sending a message …

[root@wanglong wanglong]# ./ipcs  r  001 

Reading a message …

Type: 001 Text:hello!

[root@wanglong wanglong]# ./ipcs  r  001 

Reading a message …

Type: 001 Text:world!

[root@wanglong wanglong]# ./ipcs  r  001  

Reading a message …

Type: 001 Text:you

[root@wanglong wanglong]# ./ipcs  d  001    /*删除了消息队列001*/ 

[root@wanglong wanglong]# ./ipcs  r  001 

Reading a message ..                        ./* 因为删除了，所以读不出消息了*/