程序間通訊——訊息佇列
每個程序各自具有不同的使用者地址空間,任何一個程序的全域性變數在另外一個程序中看不到;所以程序之間要交換資料必須通過核心,在核心中開闢一塊緩衝區,程序1把資料從使用者空間拷到核心緩衝區,程序2再從核心緩衝區中讀取。核心提供的這種機制被稱為程序間通訊(InterProcess Communication)。 XSI IPC包括訊息佇列、訊號量、共享記憶體;他們都是依託識別符號和鍵來實現的。下面介紹訊息佇列的實現和簡單的一個測試程式。 在介紹之前先來介紹一下常用的ipcs的命令: ipcs -a 預設的輸出資訊,打印出當前系統中所有的程序通訊方式的資訊; ipcs -q 打印出訊息佇列的資訊 ipcs -s 打印出訊號量的資訊 ipcs -m 打印出共享記憶體的資訊 ipcrm 移除一個訊息物件、共享記憶體、訊號集,同事會將與ipc物件相關聯的資料也一併移除(許可權限制:root、ipc物件的建立者)。 ipcrm -q msqid 移除用msqid標識的訊息佇列 ipcrm -Q mgqkey 移除用msqkey建立的訊息佇列 另外兩個類似於訊息佇列,不在贅述。 訊息佇列就是一個訊息的連結串列。可以把訊息看做一個記錄,具有特定格式以及特定優先順序。對訊息佇列有寫許可權的程序可以向中按照一定的規則新增新訊息;對訊息佇列有讀許可權的程序則可以從訊息佇列中讀走訊息。訊息佇列是隨核心的,記錄訊息佇列的資料結構體位於核心中,只有在核心重啟或者顯示的刪除一個訊息佇列時,該訊息佇列才真正的被刪除。 在訊息佇列中,每一條訊息佇列msg_queue,定義在msg.h中:
/* Obsolete, used only for backwards compatibility and libc5 compiles */
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 */
};
訊息佇列的操作主要包括:MSGSND:傳送訊息佇列 MSGRCV:從佇列中接受訊息 MSGGET:開啟訊息佇列 MSGCTL:控制訊息佇列
這幾種操作在ipc.h中有定義巨集:
#define MSGSND 11
#define MSGRCV 12
#define MSGGET 13
#define MSGCTL 14
int msgget(key_t key,int msgflg);
開啟或建立訊息佇列:System V IPC中通過一個key來唯一標識一個IPC物件,。在訊息佇列中,一個key唯一標識一個佇列。msgflg地段的9個位為許可權標誌。如果需要建立一個新的訊息佇列,需要設定IPC_CREAT標誌。如果建立的ID已經存在,此函式不會出現錯誤,而只是忽略建立標誌。但如果msgflg是聯合使用IPC_CREAT|IPC+EXCL,那麼如果建立的ID已經存在,此時返回錯誤,可以確保建立的是一個新的IPC物件。如果建立成功將會返回一個佇列識別符號msgid,失敗則返回-1。
static int CommCreatMsgQ(int flg){
key_t _key = ftok(_FILE_PATH_,_PROJ_ID_);
if(_key < 0){
perror("ftok");
return -1;
}
else {
printf("_key = %d\n",_key);
int msg_id = msgget(_key,flg);
if(msg_id < 0){
perror("msgget");
return -1;
}
else
return msg_id;
}
return -1;
}
int CreatMsgQ(){
int flg = IPC_CREAT|IPC_EXCL|0644;
return CommCreatMsgQ(flg);
}
int GetMsgQ(){
int flg = IPC_CREAT;
return CommCreatMsgQ(flg);
}
上面的程式碼是建立一個新的訊息佇列和獲取訊息佇列的函式。在CommCreatMsgQ()函式中使用到了ftok()函式。該函式的主要功能是產生一個新的key值。
int msgsnd(int msgid,const char *msgp,size_t msgsz,int msgflg)
傳送訊息到訊息佇列函式:msgid為msgget函式反回的識別符號,已經不是key了。msgp為一個具體的訊息內容,他只想一個struct msgbuf結構體:
struct msgbuf{
long mtype;
char mtext[_MSG_SIZE_];
}
msgflg主要用來控制當前訊息佇列無法容納傳送過來的資料或者訊息內容的個數達到系統上限,操作的阻塞或者直接返回。如果被設定了IPC_NOWAIT,函式立即返回,不會發送訊息,並且返回-1;如果清除了該標誌,函式將會掛起等待佇列,騰出可用空間,知道可以容納完整的訊息或者訊息佇列被刪除,或者訊號被中斷。
注意:msgsnd()函式傳送的資料保證資料的完整性,要麼傳送成功,要麼傳送失敗;不會只發送一部分資料。
int snd(int msg_id,int type,const char *msg){
struct MsgBuf _msg;
_msg.mtype = type;
strncpy(_msg.mtext,msg,strlen(msg)+1);
if(msgsnd(msg_id,&_msg,sizeof(_msg.mtext),0) < 0){
perror("msgsnd");
return -1;
}
return 0;
}
ssize_t msgrcv(int msgid,void *msgp,size_t msgsz,long msgtyp,int msgflg)
從訊息佇列中讀取訊息:前三個引數和msgsnd()一樣。msgtyp是一個龍型的整數,用來標識要接受的訊息類別。如果msgtyp=0,那麼將獲取佇列第一個可用訊息。如果msgtyp>0,那麼將接受第一個相同型別的第一個訊息。如果msgtyp<0,將獲取型別等於或小於msgtyp絕對值的第一個訊息。
msgflg用來控制當前佇列沒有相應型別的訊息可以接受時,採取的操作。如果被設定為IPC_NOWAIT,函式將會立即返回,返回值為-1。如果該標誌被清除,程序將會掛起等待,直到相應的訊息到達,或者訊息佇列被刪除,或被訊號中斷;
int rcv(int msg_id,int type,char *out){
struct MsgBuf _msg;
_msg.mtype = type;
memset(_msg.mtext,'\0',sizeof(_msg.mtext));
if(msgrcv(msg_id,&_msg,sizeof(_msg.mtext),type,0) < 0){
perror("msgrcv");
return -1;
}
else{
strcpy(out,_msg.mtext);
}
return 0;
}
int msgctl(int msgid,int cmd,msqid *buf);
訊息佇列控制函式:根據cmd的不同,該函式功能不一樣,下面主要討論三種:
1.IPC_STAT:檢索當期當前訊息佇列的屬性,返回的值儲存在一個struct msqid_ds結構體中,該結構見下面。
2.IPC_SET:如果程序有足夠許可權,可以利用buf來設定佇列屬性。
3.IPC_RMID:用於刪除佇列。
struct msqid_ds是一個定義在/include/linux/msg.h中的結構體,相對來說,還是比較負責,如下
/* Obsolete, used only for backwards compatibility and libc5 compiles */
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 */
};
由於該結構體比較複雜,在實際開發過程中,特別在進行IPC_SET操作時候,正確的辦法是先呼叫IPC_STAT得到這樣一個結構體,然後再修改該結構體,最後再呼叫IPC_SET操作。
int DestoryMsgQ(int msg_id){
if(msgctl(msg_id,IPC_RMID,NULL) == -1){
perror("msgctl");
return -1;
}
return 0;
}
下面是一段測試程式碼,用於測試訊息佇列的建立、通訊、銷燬功能:
伺服器端:
server.c
#include "comm.h"
int main(){
int msg_id = CreatMsgQ();
char buf[_MSG_SIZE_];
if(msg_id < 0){
printf("CreatMsgQ faild!\n");
return -1;
}
else{
printf("msg_id = %d\n",msg_id);
while(1){
memset(buf,'\0',sizeof(buf));
//sleep(10);
if(rcv(msg_id,_CLIENT_TYPE_,buf) < 0){
printf("rcv failed!\n");
return -1;
}
else{ //success
printf("client -> server:%s\n ",buf);
printf("please enter:");
fflush(stdout);
read(0,buf,sizeof(buf)-1);
snd(msg_id,_SERVER_TYPE_,buf);
}
}
}
if(DestoryMsgQ(msg_id) < 0){
printf("DestoryMsgQ failed!\n");
return -1;
}
else{
printf("DestoryMsgQ success!\n");
return 0;
}
}
客戶端:
client.c
#include "comm.h"
int main(){
int msg_id = GetMsgQ();
char buf[_MSG_SIZE_];
if(msg_id < 0){
printf("GettMsgQ faild!\n");
return -1;
}
else{ //Get success
// printf("GetMsgQ msg_id = %d\n",msg_id);
while(1){
memset(buf,'\0',sizeof(buf));
read(0,buf,sizeof(buf)-1);
// sleep(5);
if(snd(msg_id,_CLIENT_TYPE_,buf) < 0){
printf("snd message failed!\n");
return -1;
}
else{ //snd success
rcv(msg_id,_SERVER_TYPE_,buf);
printf("server -> client:%s\n ",buf);
printf("please enter:");
fflush(stdout);
}
}
}
return 0;
}
伺服器端主要功能是建立訊息佇列,然後接受客戶端的訊息,接收成功之後再發送訊息給客戶端;最後銷燬訊息佇列。
客戶端主要功能是得到訊息佇列識別符號,然後傳送訊息給伺服器端,傳送成功後沒接收伺服器端傳送的訊息。
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