第46章 System V 消息队列

数据结构

  1. struct msqid_ds 
  2. {
  3.     struct ipc_perm msg_perm;      /* 其中的uid、gid、mode可以通过IPC_SET修改 */
  4.     struct msg *msg_first;      /* 第一条消息，未使用  */
  5.     struct msg *msg_last;       /* 最后一条消息，未使用 */
  6.     __kernel_time_t msg_stime;  /* 初始值为0，调用msgsnd后更新为当前时间 */
  7.     __kernel_time_t msg_rtime;  /* 初始值为0，调用msgrcv后更新为当前时间 */
  8.     __kernel_time_t msg_ctime;  /* 创建或调用IPC_SET后更新为当前时间 */
  9.     unsigned long  msg_lcbytes; /* Reuse junk fields for 32 bit */
  10.     unsigned long  msg_lqbytes; /* ditto */
  11.     unsigned short msg_cbytes;  /* 调用msgsnd或msgrcv后后更新 */
  12.     unsigned short msg_qnum;    /* 消息队列当前总数，调用msgsnd后递增，调用msgrcv后递减 */
  13.     unsigned short msg_qbytes;  /* 消息队列所有消息的mtext字段的大小总和 */
  14.     __kernel_ipc_pid_t msg_lspid;   /* 初始值为0，调用msgsnd后更新为调用进程的PID */
  15.     __kernel_ipc_pid_t msg_lrpid;   /* 初始值为0，调用msgrcv后更新为调用进程的PID */
  16. };

创建或打开一个消息队列

  1. #include <sys/msg.h>
  3. int msgget(key_t key, int flag);
  4. // 若成功，返回消息队列ID，若出错，返回-1
  6. flag代表的是权限和IPC_CREAT、IPC_EXCL的取或
  7. 用户读        0400
  8. 用户写(更改)   0200
  9. 组读          0040
  10. 组写(更改)     0020
  11. 其他读         0004
  12. 其他写(更改)    0002
  14. 如果创建新队列，需要初始化msqid_ds的以下成员：
  15. msg_perm：该结构中的mode成员按照flag的权限位设置
  16. msg_qnum、msg_lspid、msg_lrpid、msg_stime、msg_rtime为0
  17. msg_ctime：设置为当前时间
  18. msg_qbytes：设置为系统限制值

发送消息

  1. struct mymsg
  2. {
  3.     long mtype;
  4.     char mtext[512];
  5. }
  1. int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t nbytes, int flag);
  2. // 若成功，返回0，若出错，返回-1
  3. // msgsnd若成功返回，消息队列相关的msqid_ds结构会随之更新
  5. 每个消息包含三部分：一个正的长整型字段、一个非负长度nbytes以及实际数据，总是放在队列尾端
  6. flag：可以指定为IPC_NOWAIT，类似于文件IO的非阻塞标志
  7. ptr：是一个mymsg的结构

读取消息

  1. ssize_t msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t nbytes, long type, int flag);
  2. // 若成功，返回消息数据部分的长度，若出错，返回-1
  4. 和msgsnd一样，ptr指向一个长整型数，其后是实际消息数据的缓冲区
  5. nbytes：缓冲区的长度
  6. flag：
  7.     MSG_NOERROR：若消息长度大于nbytes，且flag设置了MSG_NOERROR，消息会被截断，不设置此标志位，则出错返回E2BIG，
  8.     MSG_NOWAIT：执行非阻塞接收
  9.     MSG_EXCEPT：只有当type大于0才起作用，将队列中第一条mtype不等于type的消息删除并将其返回给调用者
  10. type：返回哪一种消息，非0来取非先进先出的消息
  11.     type==0：返回队列第一条消息
  12.     type>0：返回队列消息类型是type的第一条消息
  13.     type<0：返回消息队列中消息类型值小于等于type绝对值的消息，如果由多个，取类型值最小的消息

控制操作

  1. int msgctl(int msqid, int cmd, struct msgid_ds *buf);
  2. // 若成功，返回0，若出错，返回-1
  4. cmd参数指定对msgid的队列要执行的命令，这三条命令也适用于信号量和共享存储
  5. IPC_STAT：取队列的msqid_ds结构，放在buf中
  6. IPC_SET：将字段msg_perm.uid、msg_perm.gid、msg_perm.mode和msg_qbytes从buf指向的结构复制到msqid
  7. IPC_RMID：删除消息队列及其数据，立刻生效，队列中剩余消息都会丢失，所有被阻塞的读者和写者进程会立刻醒来，忽略第三个参数

消息队列的限制

  • MSGMNI：系统级，所能创建的消息队列标识符的数量（即消息队列的个数）
  • MSGMAX：系统级，单条消息最多可写入的字节数（msgsnd，EINVAL）
  • MSGMNB：系统级，一个消息队列中一次最多可以保存的字节数（msg_qbytes）
  • MSGTQL：系统级，所有消息队列所能存放的消息总数
  • MSGPOLL：系统级，所有消息队列的数据的缓冲池的大小

Linux特有的msgctl IPC_INFO操作能够获取一个类型为msginfo的结构，其中包含了各种消息队列的限制值

显示系统中所有消息队列

获取系统中IPC对象的方法，除了/proc下的一组文件外，就是Linux特有的ctl方法如msgctl：

  • MSG_INFO、SEM_INFO、SHM_INFO
  • MSG_STAT、SEM_STAT、SHM_STAT：与IPC_STAT操作一样，获取一个IPC对象的数据结构，差别是，这些操作的第一个参数是entries数组的下标，如果操作成功，返回下标对应的IPC对象的标识符

查找系统上所有消息队列的步骤：

  1. 使用MSG_INFO查找消息队列的entries数组的最大下标
  2. 执行循环，从0到最大下标之间的每个值都执行一个MSG_STAT操作

    System V 消息队列的缺陷

    无分隔符的字节流：管道、FIFO、UNIX domain 流socket
    由分隔符的消息：System V消息队列、POSIX消息队列、UNIX domain 数据报socket
    System V消息队列与众不同的特性是能够为每个消息加上一个数字类型，读取进程可以根据类型读取，主要缺点：
  • 通过标识符而不是文件描述符引用，即无法使用IO技术如select、poll
  • 使用键而不是文件名标识消息队列增加了程序设计复杂性

  • 消息队列无连接，内核不会像管道、FIFO以及socket那样维护引用队列的进程数，这将导致：

  • 程序何时能够安全的删除消息队列？

  • 程序如何保证不再使用的队列被删除？
  • 消息队列的总数，消息的大小以及单个队列的容量都是有限的

总体来说，最好避免使用System V消息队列，POSIX消息队列是一种替代方案