Linux进程通信 | 消息队列

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所属分类:linux技术
摘要

假设你是一个快递员,你需要将货物从一个仓库运到另一个仓库。但是你发现自己的时间不够用,需要另外请一个人来帮忙。那么,你们之间如何进行协作呢?


什么是消息队列?

假设你是一个快递员,你需要将货物从一个仓库运到另一个仓库。但是你发现自己的时间不够用,需要另外请一个人来帮忙。那么,你们之间如何进行协作呢?

一种方式是直接将货物全部交给对方,但这样存在风险:对方可能会出现问题,导致货物丢失或损坏。

而另一种更安全的方式是,你将货物分批发送给对方,对方再按照你的要求逐批接收货物。这种方式类似于消息队列的通信方式。

在 Linux 系统中,消息队列是一种 IPC(进程间通信)机制,用于实现不同进程之间的通信。

简单地说,消息队列是一个消息的链表,消息发送方将消息发送到消息队列中,消息接收方从队列中读取消息。

消息队列的优点和缺点

与其他 IPC 机制相比,消息队列有以下优点:

  • 通过消息队列可以实现异步通信。
  • 消息队列可以存储多个消息,接收方可以按顺序逐个读取消息。
  • 消息队列的消息长度可以很长。

但是,消息队列也有以下缺点:

  • 消息队列的消息长度有限制,一般不能超过系统限制的最大值。
  • 消息队列需要调用特殊的系统调用来读写消息,开销较大。

消息队列的创建和使用方法

在Linux中,可以通过以下系统调用函数来创建和使用消息队列:

#include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/msg.h>  int msgget(key_t key, int msgflg);   // 创建或打开消息队列 int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);   // 向消息队列发送消息 ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);   // 从消息队列接收消息 int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);   // 控制消息队列  

其中,key是用来唯一标识消息队列的键值,msgflg是创建消息队列时的选项参数。在创建消息队列时,如果该键值已经存在,则直接返回该消息队列的标识符;如果不存在,则创建一个新的消息队列,并返回该消息队列的标识符。

在使用消息队列时,msgsnd函数用于向消息队列中发送消息,msgrcv函数用于从消息队列中接收消息,msgctl函数用于对消息队列进行控制,比如删除消息队列等。

消息队列的发送和接收示例

下面我们来看一个简单的示例,展示如何使用消息队列进行进程间通信。

假设有两个进程,一个发送进程和一个接收进程,它们之间需要传递一些数据。我们通过消息队列来实现进程间通信。

首先,我们需要创建一个消息队列,然后让发送进程向消息队列中发送一条消息,接收进程从消息队列中接收该消息,并进行处理。

创建消息队列

我们首先需要创建一个消息队列。可以使用msgget函数来创建消息队列。以下是创建消息队列的示例代码:

#include <sys/msg.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h>  int main() {     key_t key = ftok("/tmp", 'a'); // 创建一个唯一的key     int msgid = msgget(key, 0666 | IPC_CREAT); // 创建消息队列     if (msgid == -1) {         perror("msgget");         exit(EXIT_FAILURE);     }      printf("消息队列创建成功,msgid=%dn", msgid);      return 0; }  

在上面的代码中,我们使用ftok函数创建一个唯一的key,这个key将作为消息队列的标识符。然后,我们使用msgget函数创建消息队列。如果创建成功,msgget函数将返回一个消息队列ID(msgid),否则将返回-1。在本例中,如果创建消息队列失败,我们将输出错误消息并退出程序。

发送消息

接下来,我们将使用msgsnd函数向消息队列发送一些消息。以下是一个发送消息的示例代码:

// sendmsg.c  #include <sys/msg.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h>  typedef struct {     long type;     char text[100]; } message_t;  int main() {     key_t key = ftok("/tmp", 'a'); // 创建一个唯一的key     int msgid = msgget(key, 0666 | IPC_CREAT); // 创建消息队列     if (msgid == -1) {         perror("msgget");         exit(EXIT_FAILURE);     }      message_t message;     message.type = 1;     strcpy(message.text, "Hello, World!");     int result = msgsnd(msgid, &message, sizeof(message.text), 0);     if (result == -1) {         perror("msgsnd");         exit(EXIT_FAILURE);     }      printf("消息发送成功,text=%sn", message.text);      return 0; } 

在上面的代码中,我们定义了一个message_t结构体,它包含一个长整型变量和一个字符串数组。长整型变量将用于指定消息类型,而字符串数组将包含消息正文。然后,我们使用msgsnd函数将消息发送到队列。在本例中,我们发送的消息类型为1,消息正文为"Hello, World!"。

接收消息

最后,我们将使用msgrcv函数从消息队列接收我们之前发送的消息。以下是一个接收消息的示例代码:

// rsvmsg.c  #include <sys/msg.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h>  typedef struct {     long type;     char text[100]; } message_t;  int main() {     key_t key = ftok("/tmp", 'a'); // 创建一个唯一的key     int msgid = msgget(key, 0666 | IPC_CREAT); // 创建消息队列     if (msgid == -1) {         perror("msgget");         exit(EXIT_FAILURE);     }      message_t message;     int result = msgrcv(msgid, &message, sizeof(message.text), 1, 0);     if (result == -1) {         perror("msgrcv");         exit(EXIT_FAILURE);     }      printf("消息接收成功,text=%sn", message.text);      return 0; }  

效果演示

编译上面的sendmsg.c 和 rsvmsg.c文件,得到一个两个程序:sendmsg和rsvmsg。

  • 先运行sendmsg,后运行rsvmsg
[wayne@wayne:~] ./sendmsg 消息发送成功,text=Hello, World! 
[wayne@wayne:~] ./rsvmsg 消息接收成功,text=Hello, World! 
  • 先运行rsvmsg,后运行sendmsg
[wayne@wayne:~] ./rsvmsg  

此时rsvmsg会阻塞在这里,等待消息

[wayne@wayne:~] ./sendmsg 消息发送成功,text=Hello, World! 

sendmsg发送消息后,rsvmsg进程,收到消息,打印消息

消息接收成功,text=Hello, World! 

小结

总的来说,Linux 消息队列是一种高效的进程间通信机制,它可以在多个进程之间共享,允许进程异步地发送和接收消息。

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