Linux进程间通信 之 消息队列(转)
原文地址:?http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-ipc/part3/
消息队列（也叫做报文队列）能够克服早期unix通信机制的一些缺点。作为早期unix通信机制之一的信号能够传送的信息量有限，后来虽然POSIX 1003.1b在信号的实时性方面作了拓广，使得信号在传递信息量方面有了相当程度的改进，但是信号这种通信方式更像"即时"的通信方式，它要求接受信号的进程在某个时间范围内对信号做出反应，因此该信号最多在接受信号进程的生命周期内才有意义，信号所传递的信息是接近于随进程持续的概念（process-persistent），见?附录 1；管道及有名管道及有名管道则是典型的随进程持续IPC，并且，只能传送无格式的字节流无疑会给应用程序开发带来不便，另外，它的缓冲区大小也受到限制。
消息队列就是一个消息的链表。可以把消息看作一个记录，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向中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走消息。消息队列是随内核持续的（参见?附录 1）。
目前主要有两种类型的消息队列：POSIX消息队列以及系统V消息队列，系统V消息队列目前被大量使用。考虑到程序的可移植性，新开发的应用程序应尽量使用POSIX消息队列。
在本系列专题的序（深刻理解Linux进程间通信（IPC））中，提到对于消息队列、信号灯、以及共享内存区来说，有两个实现版本：POSIX的以及系统V的。Linux内核（内核2.4.18）支持POSIX信号灯、POSIX共享内存区以及POSIX消息队列，但对于主流Linux发行版本之一redhad8.0（内核2.4.18），还没有提供对POSIX进程间通信API的支持，不过应该只是时间上的事。
因此，本文将主要介绍系统V消息队列及其相应API。?在没有声明的情况下，以下讨论中指的都是系统V消息队列。
一、消息队列基本概念
?从上图可以看出，全局数据结构 struct ipc_ids msg_ids 可以访问到每个消息队列头的第一个成员：struct kern_ipc_perm；而每个struct kern_ipc_perm能够与具体的消息队列对应起来是因为在该结构中，有一个key_t类型成员key，而key则唯一确定一个消息队列。kern_ipc_perm结构如下：
回页首二、操作消息队列
对消息队列的操作无非有下面三种类型：
1、 打开或创建消息队列?
消息队列的内核持续性要求每个消息队列都在系统范围内对应唯一的键值，所以，要获得一个消息队列的描述字，只需提供该消息队列的键值即可；注：消息队列描述字是由在系统范围内唯一的键值生成的，而键值可以看作对应系统内的一条路经。
2、 读写操作
消息读写操作非常简单，对开发人员来说，每个消息都类似如下的数据结构：
消息队列API
1、文件名到键值
回页首三、消息队列的限制
每个消息队列的容量（所能容纳的字节数）都有限制，该值因系统不同而不同。在后面的应用实例中，输出了redhat 8.0的限制，结果参见?附录 3。
另一个限制是每个消息队列所能容纳的最大消息数：在redhad 8.0中，该限制是受消息队列容量制约的：消息个数要小于消息队列的容量（字节数）。
注：上述两个限制是针对每个消息队列而言的，系统对消息队列的限制还有系统范围内的最大消息队列个数，以及整个系统范围内的最大消息数。一般来说，实际开发过程中不会超过这个限制。
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四、消息队列应用实例
这个程序用来创建消息队列, 并发送3条消息给消息队列
#include <sys/types.h>#include <sys/msg.h>#include <unistd.h>#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <error.h>#define BUF_SIZE 20/* 定义message buf, mtype必须在mtext前面 */struct msgbuf { long mtype; char mtext[BUF_SIZE];};int main(){ struct msgbuf sendbuf; struct msqid_ds msg_info; int msgid; /* 队列key为0x33, 没有的话, 自动创建 */ if ((msgid = msgget(0x33, IPC_CREAT | 0600)) == -1) { perror("msgget"); exit(0); } printf("msgid = %d\n", msgid); sendbuf.mtype = 666; sprintf(sendbuf.mtext, "%s", "foo"); if (msgsnd(msgid, &sendbuf, BUF_SIZE, IPC_NOWAIT) == -1) { perror("msgsnd"); } sendbuf.mtype = 777; sprintf(sendbuf.mtext, "%s", "bar"); if (msgsnd(msgid, &sendbuf, BUF_SIZE, IPC_NOWAIT) == -1) { perror("msgsnd"); } sendbuf.mtype = 666; sprintf(sendbuf.mtext, "%s", "foobar"); if (msgsnd(msgid, &sendbuf, BUF_SIZE, IPC_NOWAIT) == -1) { perror("msgsnd"); } if (msgctl(msgid, IPC_STAT, &msg_info) == -1) { perror("msgctl"); } printf("current number of bytes on queue is %d\n", msg_info.msg_cbytes); printf("number of messages in queue is %d\n", msg_info.msg_qnum); return 0;}?
运行结果如下:
msgid = 425984current number of bytes on queue is 60number of messages in queue is 3??
?再来一个程序, 从消息队列中读取数据
#include <sys/types.h>#include <sys/msg.h>#include <unistd.h>#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#define BUF_SIZE 20struct msgbuf { long mtype; char mtext[BUF_SIZE];};int main(){ struct msgbuf recvbuf; struct msqid_ds msg_info; int msgid; long msg_to_receive; if ((msgid = msgget(0x33, IPC_CREAT | 0600)) == -1) { perror("msgget"); exit(0); } if (msgctl(msgid, IPC_STAT, &msg_info) == -1) { perror("msgctl"); } printf("current number of bytes on queue is %d\n", msg_info.msg_cbytes); printf("number of messages in queue is %d\n", msg_info.msg_qnum); msg_to_receive = 777; if (msgrcv(msgid, &recvbuf, BUF_SIZE, msg_to_receive, IPC_NOWAIT) == -1) { perror("msgrcv"); } printf("%ld\n", recvbuf.mtype); printf("%s\n", recvbuf.mtext); msg_to_receive = 0; if (msgrcv(msgid, &recvbuf, BUF_SIZE, msg_to_receive, IPC_NOWAIT) == -1) { perror("msgrcv"); } printf("%ld\n", recvbuf.mtype); printf("%s\n", recvbuf.mtext); msg_to_receive = 666; if (msgrcv(msgid, &recvbuf, BUF_SIZE, msg_to_receive, IPC_NOWAIT) == -1) { perror("msgrcv"); } printf("%ld\n", recvbuf.mtype); printf("%s\n", recvbuf.mtext);}?运行结果如下:
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current number of bytes on queue is 60number of messages in queue is 3777bar666foo666foobar?小结：
消息队列与管道以及有名管道相比，具有更大的灵活性，首先，它提供有格式字节流，有利于减少开发人员的工作量；其次，消息具有类型，在实际应用中，可作为优先级使用。这两点是管道以及有名管道所不能比的。同样，消息队列可以在几个进程间复用，而不管这几个进程是否具有亲缘关系，这一点与有名管道很相似；但消息队列是随内核持续的，与有名管道（随进程持续）相比，生命力更强，应用空间更大。
附录 1：?在参考文献[1]中，给出了IPC随进程持续、随内核持续以及随文件系统持续的定义：
- 随进程持续：IPC一直存在到打开IPC对象的最后一个进程关闭该对象为止。如管道和有名管道；
- 随内核持续：IPC一直持续到内核重新自举或者显示删除该对象为止。如消息队列、信号灯以及共享内存等；
- 随文件系统持续：IPC一直持续到显示删除该对象为止。
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附录 2：?
结构msg_queue用来描述消息队列头，存在于系统空间：struct msqid_ds { struct ipc_perm msg_perm; struct msg *msg_first; /* first message on queue,unused */ struct msg *msg_last; /* last message in queue,unused */ __kernel_time_t msg_stime; /* last msgsnd time */ __kernel_time_t msg_rtime; /* last msgrcv time */ __kernel_time_t msg_ctime; /* last change time */ unsigned long msg_lcbytes; /* Reuse junk fields for 32 bit */ unsigned long msg_lqbytes; /* ditto */ unsigned short msg_cbytes; /* current number of bytes on queue */ unsigned short msg_qnum; /* number of messages in queue */ unsigned short msg_qbytes; /* max number of bytes on queue */ __kernel_ipc_pid_t msg_lspid; /* pid of last msgsnd */ __kernel_ipc_pid_t msg_lrpid; /* last receive pid */};?
//可以看出上述两个结构很相似.
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个人总结:
1. ?信号和管道都是随进程持续的, 并且只能传送无格式的字节流, 而消息队列是随内核持续的. 即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。而且, 消息队列提供有格式字节流, 有助于减少开发人员的工作量.
2. ?消息队列, 共享内存和信号量都是随内核持续的, 命令 ipcs 可以查看当前系统存在的ipc. 命令 ipcrm 可以删除某个ipc
3. ?消息具有类型，在实际应用中，可作为优先级使用。有了类型, 不同类型的数据可能不会保证先进先出.但同一类型的 ? ? ? ?数据可以保证先进先出
4. ?理解消息队列的内核实现
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