进程通信之消息队列

消息队列

消息队列是一种进程间通信（IPC）机制，允许进程以消息的形式传递数据。它通过在内核中维护的队列实现，提供了异步通信的能力。消息队列由键值唯一标识，支持一个或多个进程之间的数据传输。

相关函数

msgget

  • 功能：创建或获取一个消息队列
  • 函数原型：
1
int msgget(key_t key, int msgflg);
  • 参数：
    • key：消息队列的键即标识，可以通过 ftok 生成
    • msgflg：访问权限。
      • IPC_CREAT —— 如果 key 不存在，则创建
      • IPC_EXCL —— 如果 key 存在，则返回失败
  • 返回值：成功返回消息队列标识符（非负整数），失败返回 -1

msgsnd

  • 功能：向消息队列发送消息
  • 原型：
1
int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);
  • 参数：
    • msqid：消息队列标识符，也就是上述创建的返回值
    • msgp：指向消息的指针，是个结构体，但需要自己手动定义（放下面了）
    • msgsz：消息正文的大小（不包括消息类型）
    • msgflg：操作标志（如 IPC_NOWAIT 非阻塞发送，即如果包含此选项，则消息队列满时，不发送该消息，立即返回 -1。反之，如果不包含此选项，则消息队列满时，挂起本进程，直到消息队列由空间可用。）
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// 结构体的定义
struct message {
    long msg_type;       // 消息类型，必须为 long 类型即 long int
    char msg_text[100];  // 消息正文，数组大小自定义
};
  • 返回值：成功返回 0，失败返回 -1

msgrcv

  • 功能：从消息队列接收消息
  • 函数原型：
1
ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);
  • 参数：
    • msqid：消息队列标识符，即创建消息队列时候的函数返回值
    • msgp：存储接收到的消息的指针（上面 msgsnd 已介绍）
    • msgsz：期望接收的消息正文大小
    • msgtyp：消息类型（0 表示接收任意类型）
      • 0：忽略消息类型，从消息队列中接收队列中的第一条消息（按照队列的 FIFO 顺序）
      • 大于 0：从消息队列中接收类型为 msg_type 的第一条消息，如果队列中没有匹配的消息，进程会阻塞，直到符合条件的消息到达（或设置了非阻塞标志）
      • 小于 0：从消息队列中接收类型值小于等于 |msg_type|（绝对值）的消息，选择类型值小于等于 |msg_type| 且优先级最高的消息（类型值越小，优先级越高）
    • msgflg：操作标志（如 IPC_NOWAIT 非阻塞接收，上述 msgsnd 已经介绍）
  • 返回值：成功返回消息队列标识符（非负整数），失败返回 -1

msgctl

  • 功能：控制和管理消息队列
  • 原型：
1
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);`
  • 参数：
    • msqid：消息队列标识符，即创建消息队列时候的函数返回值
    • cmd：控制命令，指定要对消息队列执行的操作
      • IPC_STAT：获取消息队列的当前状态
      • IPC_SET：设置消息队列的属性
      • IPC_RMID：从系统中删除消息队列
    • buf：指向一个 msqid_ds 结构的指针，用于传递或接收消息队列的信息
      • **IPC_STAT**：由内核填充 buf，包含消息队列的当前状态，然后作为传出参数，用户可以进行读取数据查看消息队列状态
      • **IPC_SET**：用户手动填充 buf 中的部分字段，将其作为传入参数，修改消息队列的属性
      • **IPC_RMID**：此参数可以为 NULL，因为该操作不需要 buf
  • 返回值：成功返回 0，失败返回 -1

示例

发送方

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#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

// 定义消息结构
struct msgbuf {
    long msg_type;       // 消息类型
    char msg_text[256];  // 消息内容
};

int main() 
{
    key_t key;
    int msqid;
    struct msgbuf msg;

    // 生成唯一键值
    key = ftok(".", 123);
    if (key == -1) {
        perror("ftok");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 创建或获取消息队列
    msqid = msgget(key, IPC_CREAT | 0666);
    if (msqid == -1) {
        perror("msgget");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("Message queue created with ID: %d\n", msqid);

    // 循环发送消息
    for (int i = 1; i <= 5; ++i) 
    {
        msg.msg_type = 1; // 消息类型为 1
        snprintf(msg.msg_text, sizeof(msg.msg_text), "Message %d from sender", i);

        if (msgsnd(msqid, &msg, strlen(msg.msg_text) + 1, 0) == -1) {
            perror("msgsnd");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        printf("Sent: %s\n", msg.msg_text);
        sleep(1); // 模拟延时
    }
    return 0;
}

接收方

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#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

// 定义消息结构
struct msgbuf {
    long msg_type;       // 消息类型
    char msg_text[256];  // 消息内容
};

int main()
{
    key_t key;
    int msqid;
    struct msgbuf msg;

    // 生成唯一键值
    key = ftok(".", 123);
    if (key == -1) {
        perror("ftok");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 获取消息队列
    msqid = msgget(key, 0666);
    if (msqid == -1) {
        perror("msgget");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("Message queue opened with ID: %d\n", msqid);
    
    // 循环接收消息
    while (1) 
    {
        if (msgrcv(msqid, &msg, sizeof(msg.msg_text), 1, 0) == -1) {
            perror("msgrcv");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        printf("Received: %s\n", msg.msg_text);

        // 接收到特定内容时退出
        if (strcmp(msg.msg_text, "exit") == 0) {
            printf("Received exit signal. Exiting...\n");
            break;
        }
    }
    return 0;
}

输出

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// 发送方
Message queue created with ID: 12345
Sent: Message 1 from sender
Sent: Message 2 from sender
Sent: Message 3 from sender
Sent: Message 4 from sender
Sent: Message 5 from sender

// 接收方
Message queue opened with ID: 12345
Received: Message 1 from sender
Received: Message 2 from sender
Received: Message 3 from sender
Received: Message 4 from sender
Received: Message 5 from sender