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程序間通信（二）—消息隊列

我會用幾篇部落格總結一下在Linux中程序之間通信的幾種方法，我會把這個開頭的摘要部分在這個系列的每篇部落格中都打出來

程序之間通信的方式

  • 管道
  • 消息隊列
  • 信号
  • 信号量
  • 共享存儲區
  • 套接字（socket）

程序間通信（一）—管道傳送門：http://www.cnblogs.com/lenomirei/p/5636339.html

程序間通信（三）—信号量傳送門：http://www.cnblogs.com/lenomirei/p/5649792.html

程序間通信（四）—共享存儲區傳送門：http://www.cnblogs.com/lenomirei/p/5651995.html

程序間通信（五）—信号傳送門：http://www.cnblogs.com/lenomirei/p/5656449.html

這次主要寫的是消息隊列，之前講過的管道和消息隊列在本質上就有很大的差別，管道是一個檔案，而消息隊列是一個資料結構（類似于連結清單）。這說明了，管道檔案是存放在磁盤上的，關機也會存在（尤其是命名管道更為顯而易見，你不删除他他就擱那呆着），而消息隊列是存在于核心中的記憶體，顯而易見，關機就沒了。

更關鍵的是，記憶體他快呀，比磁盤I/O快多了，為啥要用那麼慢的管道。而且消息隊列是可以直接完成沒有親緣關系的程序之間的通信的。但是結構比起管道要複雜，用到了很多結構體。内容有些多。先寫一下和管道的主要差別，可以更直覺的進行對比

  • 匿名管道是跟随程序的，消息隊列是跟随核心的，也就是說程序結束之後，匿名管道就死了，但是消息隊列還會存在（除非顯示調用函數銷毀）
  • 管道是檔案，存放在磁盤上，通路速度慢，消息隊列是資料結構，存放在記憶體，通路速度快
  • 管道是資料流式存取，消息隊列是資料塊式存取

那麼從頭開始吧：

  • 如何建立一個消息隊列

在C庫函數中有一個系統調用可以建立一個消息隊列，那就是msgget，跟這個函數有關的其他函數也會一并給出來

  • 函數原型： int msgget(key_t key, int msgflg)
  • 頭檔案：#include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h>  #include <sys/msg.h>
  • 參數解析
    • 第一個參數是一個辨別資料結構唯一的key鍵值，可以給IPC_PRIVATE讓核心自動給，也可以自己調用ftok函數綁定一個
    • 第二個參數是建立消息隊列的參數，有IPC_CREAT 和 IPC_EXCL
      • 單獨使用IPC_CREAT，如果該消息隊列已經存在（就是該key_t對象已經拿去被建立過一個隊列了），打開該隊列并傳回，如果不存在，就建立一個傳回
      • 單獨使用IPC_EXCL沒有意義
      • 兩個參數一起使用（IPC_CREAT | IPC_EXCL），如果該隊列存在，出錯傳回，如果不存在建立一個傳回，也就是說這樣使用一定會獲得一個新隊列
  • 傳回值，成功傳回标志消息隊列的唯一的一個int，失敗傳回-1
  • 函數原型：key_t ftok(const char *pathname,int proj_id)
  • 頭檔案：#include <sys/types.h>  #include <sys/ipc.h>
    • 沒啥好解析的，第一個參數就是給個路徑（目錄）就成了
    • 第二個就是給個int值，沒啥特殊要求，ftok本質就是把這個proj_id和pathname綁定在一起罷了

相關函數就這麼多，到這裡就可以開心的建立一個新的消息隊列了，那麼怎麼看我們建立出來的消息隊列呢？怎麼銷毀他呢？

先用指令看一下，使用ipcs -q就可檢視消息隊列的狀态，這裡我建立了一個消息隊列，下面來銷毀它

程式間通信（二）—消息隊列

使用ipcrm -q msqid就可以銷毀一個消息隊列，我已經把剛才建立的消息隊列銷毀了

程式間通信（二）—消息隊列

那麼如何通過C函數銷毀一個消息隊列？使用msgctl函數

  • 函數原型： int msgctl(int msgid ,int cmd ,struct msgid_ds *buf)
  • 頭檔案：#include <sys/types.h>  #include <sys/ipc.h>  #include <sys/msg.h>
    • 第一個參數就是建立好的辨別msg的int變量
    • 第二個參數有很多，這裡介紹兩個，先說主要的銷毀，IPC_RMID，設定了這個之後第三個參數就沒必要設定了給個0就成
    • 第二個參數設定成IPC_SET的時候表示對消息隊列進行初始化，這時第三個參數就有用了，但是我這裡沒用到就不話費篇幅詳細解釋了，貼出結構看看就成

這裡提一下，消息隊列的一個缺點，這裡說到IPC_SET對消息隊列的初始化，就是說消息隊列的建立和初始化是分開的，這樣設計不是很好，因為有線程安全的問題，當一個線程建立了消息隊列還沒初始化，另一個線程直接開始執行通路的操作就很尴尬了

這裡說錯了！我把信号量的缺點說成是消息隊列的了！現在取消了，真是對不起！！！

1 struct msginfo {
 2                       int msgpool; /* Size in kibibytes of buffer pool
 3                                       used to hold message data;
 4                                       unused within kernel */
 5                       int msgmap;  /* Maximum number of entries in message
 6                                       map; unused within kernel */
 7                       int msgmax;  /* Maximum number of bytes that can be
 8                                       written in a single message */
 9                       int msgmnb;  /* Maximum number of bytes that can be
10                                       written to queue; used to initialize
11                                       msg_qbytes during queue creation
12                                       (msgget(2)) */
13                       int msgmni;  /* Maximum number of message queues */
14                       int msgssz;  /* Message segment size;
15                                       unused within kernel */
16                       int msgtql;  /* Maximum number of messages on all queues
17                                       in system; unused within kernel */
18                       unsigned short int msgseg;
19                                    /* Maximum number of segments;
20                                       unused within kernel */
21                   };
  • 使用消息隊列

提到使用消息隊列無非就是消息的寫入和消息的讀出，這涉及兩個函數和一個結構體

先說發送函數

  • 函數原型：int msgsnd(int msgid,const void *msgp,size_t msgsz,int msgflg)
  • 頭檔案：#include <sys/types.h>  #include <sys/ipc.h>   #include <sys/msg.h>
    • 第一個還是消息隊列号
    • 第二個是一個結構體的指針，這個結構體叫做msgbuf在核心中有（應該是有的。。。沒有就自己寫一個放程式裡），必要的，這個就是傳輸資料的資料塊，沒了它就沒得傳了，可不能随便設定為0
    • 第三個就是傳輸的消息長度（一般你的資料有多長就寫多長，不是msgbuf對象的總大小）
    • 第四個是傳送方式（無阻塞啊什麼的）的參數，我的程式沒有使用是以我設定為0了

在列接受函數之前必須把結構體放出來，不然下面就懵逼了

1 struct msgbuf {
2                long mtype;       /* message type, must be > 0 */
3                char mtext[1];    /* message data */
4            };

從mtype講起，因為隊列是好多程序（或者說是線程）都拿來用的，比如4個程序共用一個消息隊列，兩兩之間進行通信，就有必要辨別哪兩個程序是一組的，哪塊資料是屬于你們組的，不能亂拿是不是，這個mtype就是用來辨別的，但是一定要大于0，我一開始設定為0一直報參數錯誤，查了文檔才發現自己蠢了。。。

mtext存放的就是你要傳輸的資料了，怎麼大小隻有1?當然不能隻有1，我自己寫的msgbuf就有1024長度。。。是以還是自己寫爽啊

 可以說接受函數了

  • 函數原型：ssize_t msgrcv(int msgid,const void *msgp,size_t msgsz,long msgtyp,int msgflg)
  • 頭檔案同msgsnd函數
    • 隻用看标紅部分就成了，其他的和msgsnd一樣
    • msgtyp就是用來表示我（目前程序）拿資料的時候，隻拿（msgbuf對象中的mtype）和我傳入的msgtyp一樣的資料塊（msgbuf對象）
  •  成功傳回長度，失敗傳回-1

事已至此，基本操作就說完了，廢話少說，show me the code

我的程式分為comm.h（公共頭檔案）  comm.c（封裝基本函數） server.c（簡易伺服器端） client.c（簡易用戶端）一共4個檔案

完成了伺服器端和用戶端的簡單通信（回合制聊天（誤））

comm.h

1 #include <stdio.h>
 2 #include <unistd.h>
 3 #include <sys/msg.h>
 4 #include <sys/types.h>
 5 #include <sys/ipc.h>
 6 #include <string.h>
 7 #include <stdlib.h>
 8 #include <errno.h>
 9 #include <memory.h>
10 
11 
12 #define _PATH_NAME_ "/tmp"
13 #define _PROJ_ID_ 0x666
14 #define _SIZE_ 1024
15 
16 static int comm_create_msg_set(int flags);
17 int create_msg_set();
18 int get_msg_set();
19 void destory_msg_set(int msg_id);
20 void send_msg(int msg_id,long msgtype,char * buf);
21 void receive_msg(int msg_id,long msgtype,char *buf);
22 
23 
24 
25 struct msgbuf
26 {
27   long mtype;
28   char mtext[_SIZE_];
29 };

comm.c

1 #include "comm.h"
 2 static int comm_create_msg_set(int flags)
 3 {
 4   key_t _key=ftok(_PATH_NAME_,_PROJ_ID_);
 5   if(_key<0)
 6   {
 7     printf("%d:%s",errno,strerror(errno));
 8   }
 9   int msg_id=msgget(_key,flags);
10   if(msg_id<0)
11   {
12     printf("%d:%s",errno,strerror(errno));
13   }
14   return msg_id;
15 }
16 
17 
18 int get_msg_set()
19 {
20   key_t _key=ftok(_PATH_NAME_,_PROJ_ID_);
21   int flags=IPC_CREAT;
22   return comm_create_msg_set(flags);
23 }
24 
25 
26 int create_msg_set()
27 {
28   key_t _key=ftok(_PATH_NAME_,_PROJ_ID_);
29   int flags=IPC_CREAT | IPC_EXCL;
30   return comm_create_msg_set(flags);
31 }
32 
33 
34 void send_msg(int msg_id,long msgtype,char *buf)
35 {
36   memset(buf,'\0',strlen(buf)+1);
37   ssize_t _size=read(0,buf,_SIZE_);
38   if(_size>0)
39   {
40     buf[_size-1]='\0';
41   }
42 
43   struct msgbuf _mbuf;
44   memset(&_mbuf,'\0',sizeof(struct msgbuf));
45   _mbuf.mtype=msgtype;
46   strcpy(_mbuf.mtext,buf);
47   if(msgsnd(msg_id,&_mbuf,_size,0)<0)
48   {
49     printf("send error,%d:%s",errno,strerror(errno));
50   }
51 }
52 
53 void receive_msg(int msg_id , long msgtype ,char *buf)
54 {
55   struct msgbuf _mbuf;
56   memset(&_mbuf,'\0',sizeof(struct msgbuf));
57   _mbuf.mtype=0;
58   if(msgrcv(msg_id,&_mbuf,_SIZE_,msgtype,0)<0)
59   {
60     printf("recv error %d:%s",errno,strerror(errno));
61   }
62   strcpy(buf,_mbuf.mtext);
63 }
64 
65 void destory_msg_set(int msg_id)
66 {
67   if(msgctl(msg_id,IPC_RMID,0)<0)
68   {
69     printf("%d:%s",errno,strerror(errno));
70   }
71 }

server.c

1 #include "comm.h"
 2 long c_type=1;
 3 long s_type=22;
 4 int main()
 5 {
 6   int msg_id=create_msg_set();
 7   char buf[_SIZE_];
 8 
 9   while(1)
10   {
11     memset(buf,'\0',sizeof(buf));
12     receive_msg(msg_id,c_type,buf);
13     if(strcasecmp(buf,"quit")==0)
14     {
15       break;
16     }
17     printf("client # %s\n",buf);
18     printf("clent say done ! Please Input:");
19     fflush(stdout);
20     memset(buf,'\0',sizeof(buf));
21     send_msg(msg_id,c_type,buf);
22   }
23   destory_msg_set(msg_id);
24   return 0;
25 }

client.c

1 #include "comm.h"
 2 
 3 
 4 long c_type=1;
 5 long s_type=2;
 6 
 7 int main()
 8 {
 9   int msg_id = get_msg_set();
10 
11   char buf[_SIZE_];
12 
13   while(1)
14   {
15     memset(buf,'\0',sizeof(buf));
16     send_msg(msg_id,c_type,buf);
17     if(strcasecmp(buf,"quit")==0)
18     {
19       break;
20     }
21     memset(buf,'\0',sizeof(buf));
22     receive_msg(msg_id,c_type,buf);
23     printf("server # %s\n",buf);
24     printf("server say done ! Please Input:");
25     fflush(stdout);
26   }
27 
28   return 0;
29 }
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