Linux中程序間通訊機制----訊息佇列
一、什麼是訊息
訊息（message）是一個格式化的可變長的資訊單元。訊息機制允許由一個程序給其它任意的程序傳送一個訊息。當一個程序收到多個訊息時，可將它們排成一個訊息佇列。
1、訊息機制的資料結構
（1）訊息首部
記錄一些與訊息有關的資訊，如訊息的型別、大小、指向訊息資料區的指標、訊息佇列的連結指標等。
（2）訊息佇列頭表
其每一項作為一個訊息佇列的訊息頭，記錄了訊息佇列的有關資訊，如指向訊息佇列中第一個訊息和指向最後一個訊息的指標、佇列中訊息的數目、佇列中訊息資料的總位元組數、佇列所允許訊息資料的最大位元組總數，還有最近一次執行傳送操作的程序識別符號和時間、最近一次執行接收操作的程序識別符號和時間等。
2、訊息佇列的描述符
UNIX中，每一個訊息佇列都有一個稱為關鍵字（key）的名字，是由使用者指定的；訊息佇列有一訊息佇列描述符，其作用與使用者檔案描述符一樣，也是為了方便使用者和系統對訊息佇列的訪問。
二、涉及的系統呼叫
下面的函式使用的標頭檔案：
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/msg.h>
- msgget( )
建立一個訊息，獲得一個訊息的描述符。
系統呼叫格式：int msgqid=msgget(key,flag)
引數定義
key_t key;
int flag;
key是使用者指定的訊息佇列的名字；flag是使用者設定的標誌和訪問方式。如
IPC_CREAT |0400 是否該佇列已被建立。無則建立，是則開啟；
IPC_EXCL |0400 是否該佇列的建立應是互斥的。
msgqid 是該系統呼叫返回的描述符，失敗則返回-1。
- msgsnd（）
傳送一訊息。向指定的訊息佇列傳送一個訊息，並將該訊息連結到該訊息佇列的尾部。
系統呼叫格式：int msgsnd(msgqid,msgp,size,flag)
引數定義：
int msgqid,size,flag;
struct msgbuf * msgp;
其中msgqid是返回訊息佇列的描述符；msgp是指向使用者訊息緩衝區的一個結構體指標，包括訊息型別和訊息正文，即
{
long mtype; /*訊息型別*/
char mtext[ ]; /*訊息的文字*/
}
size指示由msgp指向的字元陣列的長度；即訊息的長度。這個陣列的最大值由MSG-MAX( )系統可呼叫引數來確定。
flag 規定當核心用盡內部緩衝空間時應執行的動作: 程序是等待，還是立即返回。若在標誌flag中未設定IPC_NOWAIT位，則當該訊息佇列中的位元組數超過最大值時，或系統範圍的訊息數超過某一最大值時，呼叫msgsnd程序睡眠。若是設定IPC_NOWAIT，則在此情況下，msgsnd立即返回。
對於msgsnd( )，核心須完成以下工作：
（1）對訊息佇列的描述符和許可權及訊息長度等進行檢查。若合法才繼續執行，否則返回；
（2）核心為訊息分配訊息資料區。將使用者訊息緩衝區中的訊息正文，拷貝到訊息資料區；
（3）分配訊息首部，並將它鏈入訊息佇列的末尾。在訊息首部中須填寫訊息型別、訊息大小和指向訊息資料區的指標等資料；
（4）修改訊息佇列頭中的資料，如佇列中的訊息數、位元組總數等。最後，喚醒等待訊息的程序。
- msgrcv( )
接受一訊息。從指定的訊息佇列中接收指定型別的訊息。
系統呼叫格式：int msgrcv(msgqid,msgp,size,type,flag)
引數定義：
int msgqid,size,flag;
struct msgbuf *msgp;
long type;
其中，msgqid,msgp,size,flag與msgsnd中的對應引數相似，type是規定要讀的訊息型別，
flag規定倘若該佇列無訊息，核心應做的操作。如此時設定了IPC_NOWAIT標誌，則立即返回，若在flag中設定了MS_NOERROR，且所接收的訊息大於size，則核心截斷所接收的訊息。
對於msgrcv系統呼叫，核心須完成下述工作：
（1）對訊息佇列的描述符和許可權等進行檢查。若合法，就往下執行；否則返回；
（2）根據type的不同分成三種情況處理：
type=0，接收該佇列的第一個訊息，並將它返回給呼叫者；
type為正整數，接收型別type的第一個訊息；
type為負整數，接收小於等於type絕對值的最低型別的第一個訊息。
（3）當所返回訊息大小等於或小於使用者的請求時，核心便將訊息正文拷貝到使用者區，並從訊息佇列中刪除此訊息，然後喚醒睡眠的傳送程序。但如果訊息長度比使用者要求的大時，則做出錯返回。
- msgctl( )
訊息佇列的操縱。讀取訊息佇列的狀態資訊並進行修改，如查詢訊息佇列描述符、修改它的許可權及刪除該佇列等。
系統呼叫格式： int msgctl(msgqid,cmd,buf);
引數定義：
int msgqid,cmd;
struct msgqid_ds *buf;
其中，函式呼叫成功時返回0，不成功則返回-1。buf是使用者緩衝區地址，供使用者存放控制引數和查詢結果；cmd是規定的命令。命令可分三類：
（1）IPC_STAT。查詢命令。如查詢佇列中的訊息數目、佇列中的最大位元組數、最後一個傳送訊息的程序識別符號、傳送時間等；
（2）IPC_SET。按buf指向的結構中的值，設定和改變有關訊息佇列屬性的命令。如改變訊息佇列的使用者識別符號、訊息佇列的許可權等；
（3）IPC_RMID。消除訊息佇列的識別符號。
msgqid_ds 結構定義如下：
struct msgqid_ds
{
struct ipc_perm msg_perm; /*許可權結構*/
short pad1[7]; /*由系統使用*/
ushort msg_qnum; /*佇列上訊息數*/
ushort msg_qbytes; /*佇列上最大位元組數*/
ushort msg_lspid; /*最後傳送訊息的PID*/
ushort msg_lrpid; /*最後接收訊息的PID*/
time_t msg_stime; /*最後傳送訊息的時間*/
time_t msg_rtime; /*最後接收訊息的時間*/
time_t msg_ctime; /*最後更改時間*/
};
struct ipc_perm
{
ushort uid; /*當前使用者*/
ushort gid; /*當前程序組*/
ushort cuid; /*建立使用者*/
ushort cgid; /*建立程序組*/
ushort mode; /*存取許可權*/
{ short pid1; long pad2;} /*由系統使用*/
}
三、編寫程式
建立兩個子程序，子程序1建立一個訊息佇列，並使用訊息機制向子程序2傳送一條訊息，傳送結束後輸出列印：Data sent! 子程序2接收到訊息後，輸出列印接收的訊息字元，並輸出列印：Data received!
#include <stdio.h> #include <string.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> #include <sys/msg.h> #include <sys/ipc.h> #define MSGKEY 75 struct msgform { long mtype; char mtext[1000]; }; void main( ) { int p1,p2; while((p1=fork( ))-1); //建立程序1 if (p1>0) //父程序1 { wait(NULL); //等待子程序1結束 while((p2=fork( ))-1); //建立程序2 if(p2==0) //父程序2 { wait(NULL); //等待子程序2結束 exit(0); } else //子程序2 { int msgqidRecs=msgget(MSGKEY,0777); //開啟訊息佇列 MSGKEY struct msgform msgRecs; //建立用於接收訊息的緩衝區 msgrcv(msgqidRecs,&msgRecs,1024,0,0); //接收訊息 printf("%s\n",msgRecs.mtext); //列印接收到的訊息 printf(“Data received!\n”); msgctl(msgqidRecs,IPC_RMID,0); //清楚訊息佇列，釋放資源 //printf("%d\n",msgqidRecs); //檢查是否是目標訊息佇列 } } else //子程序1 { int msgqidSend=msgget(MSGKEY,IPC_CREAT|0777); //建立訊息佇列MSGKEY，返回給msgqidSend struct msgform msgSend; //建立用於傳送訊息的緩衝區 strcpy(msgSend.mtext,“This is a message from child 2!”); //消設定息內容 msgsnd(msgqidSend,&msgSend,1024,0); //傳送訊息 printf(“Data sent!\n”); sleep(1); exit(1); //printf("%d\n",msgqidSend); //列印訊息佇列描述符 } }