消息隊列

爲什麼已經擁有了共享內存時需要消息隊列呢？這將是多種原因，讓我們將其分解爲多個點來簡化 -

據瞭解，一旦消息被一個進程接收到，它將不再可用於任何其他進程。而在共享內存中，數據可供多個進程訪問。
如果想使用小信息格式進行通信。
當多個進程同時進行通信時，共享內存數據需要同步保護。
使用共享內存的寫入和讀取頻率很高，那麼實現功能將會非常複雜。在這種情況下不值得使用。
如果所有的進程不需要訪問共享內存，但是很少的進程只需要它，那麼用消息隊列實現會更好。
如果想要與不同的數據包進行通信，比如進程A正在發送消息類型1給進程B，消息類型10給進程C，消息類型20給進程D。在這種情況下，用消息隊列實現是比較簡單的。爲了將給定的消息類型簡化爲1,10,20，它可以是0或+ve或-ve，如下所述。
當然，消息隊列的順序是FIFO(先進先出)。插入到隊列中的第一條消息是第一條要檢索的消息。

使用共享內存或消息隊列取決於應用程序的需要以及如何有效地使用它。

使用消息隊列的通信可以通過以下方式進行 -

通過一個進程寫入共享內存，並由另一個進程讀取共享內存。正如我們所知道的，讀取也可以用多個進程來完成。
通過一個進程用不同的數據包寫入共享存儲器，並通過多個進程，即按照消息類型讀出。

看到消息隊列中的某些信息後，現在是檢查支持消息隊列的系統調用(System V)的時候了。

要使用消息隊列執行通信，請執行以下步驟 -

第1步 - 創建一個消息隊列或連接到一個已經存在的消息隊列(msgget())
第2步 - 寫入消息隊列(msgsnd())
第3步 - 從消息隊列中讀取(msgrcv())
第4步 - 對消息隊列(msgctl())執行控制操作

現在，讓我們看看上述調用的語法和某些信息。

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

int msgget(key_t key, int msgflg)

這個系統調用創建或分配一個System V消息隊列。需要傳遞以下參數 -

第一個參數key用於識別消息隊列。key可以是任意值，也可以是來自庫函數ftok()的值。
第二個參數shmflg指定所需的消息隊列標誌，例如IPC_CREAT(如果不存在則創建消息隊列)或IPC_EXCL(與IPC_CREAT一起用於創建消息隊列，如果消息隊列已經存在，則調用失敗)。還需要傳遞權限。

注 - 有關權限的詳細信息，請參閱前面幾節。

這個調用會在成功時返回一個有效的消息隊列標識符(用於進一步調用消息隊列)，在失敗的情況下返回-1。要知道失敗的原因，請檢查errno變量或perror()函數。

關於這個調用的各種錯誤是EACCESS(權限被拒絕)，EEXIST(隊列已經存在不能創建)，ENOENT(隊列不存在)，ENOMEM(沒有足夠的內存來創建隊列)等

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

int msgsnd(int msgid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg)

此係統調用將消息發送/附加到消息隊列(System V)中。需要傳遞以下參數 -

第一個參數msgid識別消息隊列，即消息隊列標識符。 msgget()成功時收到標識符的值
第二個參數msgp是發送給調用者的消息的指針，定義在以下形式的結構中 -
```
struct msgbuf {
 long mtype;
 char mtext[1];
};
```
變量mtype用於與不同的消息類型進行通信，在msgrcv()調用中詳細解釋。變量mtext是一個數組或其他大小由msgsz(正值)指定的結構。如果沒有提到mtext字段，則將其視爲0大小消息，這是允許的。
第三個參數msgsz是消息的大小(消息應該以空字符結尾)
第四個參數msgflg表示某些標誌，例如IPC_NOWAIT(當在隊列中找不到消息時立即返回)或MSG_NOERROR(截斷消息文本，如果超過msgsz字節)

這個調用在成功時將返回0，在失敗的情況下爲-1。要知道失敗的原因，請檢查errno變量或perror()函數。

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

int msgrcv(int msgid, const void *msgp, size_t msgsz, long msgtype, int msgflg)

該系統調用從消息隊列(系統V)中檢索消息。需要傳遞以下參數 -

第一個參數msgid識別消息隊列，即消息隊列標識符。 msgget()成功時收到標識符的值
第二個參數msgp是從調用者接收的消息的指針。它在以下形式的結構中被定義 -
```
struct msgbuf {
 long mtype;
 char mtext[1];
};
```
變量mtype用於與不同的消息類型進行通信。變量mtext是一個數組或其他大小由msgsz(正值)指定的結構。如果沒有提到mtext字段，則將其視爲0大小消息，這是允許的。
第三個參數msgsz是收到的消息的大小(消息應該以空字符結尾)
第四個參數msgtype表示消息的類型 -
- 如果msgtype是0 - 讀取隊列中的第一個收到的消息。
- 如果msgtype是+ve - 讀取類型爲msgtype的隊列中的第一條消息(如果msgtype爲10，則只讀取類型10的第一條消息，即使其他類型可能位於隊列中的開頭)
- 如果msgtype是-ve - 讀取小於或等於消息類型的絕對值的最小類型的第一個消息(例如，如果msgtype是-5，則它讀取類型小於5的第一個消息，即消息類型從1到5)
第五個參數msgflg表示某些標誌，例如IPC_NOWAIT(當隊列中沒有消息時立即返回，或MSG_NOERROR(如果超過了msgsz字節則截斷消息文本)

這個調用將返回成功時在mtext數組中實際接收的字節數，在失敗的情況下返回-1。要知道失敗的原因，請檢查errno變量或perror()函數。

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

int msgctl(int msgid, int cmd, struct msqid_ds *buf)

這個系統調用執行消息隊列(系統V)的控制操作。需要傳遞以下參數 -

第一個參數msgid識別消息隊列，即消息隊列標識符。 msgget()成功時收到標識符的值
第二個參數cmd是對消息隊列執行所需控制操作的命令。 cmd的有效值是 -
- IPC_STAT - 將struct msqid_ds的每個成員的當前值的信息複製到由buf指向的傳遞結構中。該命令需要消息隊列的讀取權限。
- IPC_SET - 設置結構buf指向的用戶ID，所有者的組ID，權限等。
- IPC_RMID - 立即刪除消息隊列。
- IPC_INFO - 返回有關buf指向的結構中的消息隊列限制和參數的信息，該結構的類型爲struct msginfo
- MSG_INFO - 返回一個msginfo結構，其中包含有關消息隊列消耗的系統資源的信息。
第三個參數buf是一個指向名爲struct msqid_ds的消息隊列結構的指針。這個結構的值將被用於任一集或者按照cmd得到。

這個調用將根據傳遞的命令返回值。 IPC_INFO和MSG_INFO或MSG_STAT的成功返回消息隊列的索引或標識符，其他操作返回0，失敗時返回-1。要知道失敗的原因，請檢查errno變量或perror()函數。

上面已經看到有關消息隊列的基本信息和系統調用，現在是時候來看看程序代碼了。

讓我們看看這個程序實現的描述 -

第1步 - 創建兩個進程，一個用於發送到消息隊列(msgq_send.c)，另一個用於從消息隊列(msgq_recv.c)
第2步 - 使用ftok()函數創建鍵(Key)。爲此，最初創建文件msgq.txt以獲取唯一的鍵。
第3步 - 發送過程執行以下操作。

讀取用戶輸入的字符串
刪除新行，如果存在
發送到消息隊列
重複這個過程直到輸入結束(CTRL + D)
一旦收到輸入結束，發送消息「end」來表示進程結束。

第4步 - 在接收過程中，執行以下操作。

從隊列中讀取消息
顯示輸出
如果收到的消息是「end」，則結束該過程並退出。

爲了簡化，我們沒有使用這個示例的消息類型。另外，一個進程正在寫入隊列，另一個進程正在從隊列中讀取。這可以根據需要進行擴展，即理想情況下一個進程將寫入隊列中，多個進程從隊列中讀取。

現在，讓我們看看一下進程(消息發送到隊列) - 文件:msgq_send.c

/* Filename: msgq_send.c */
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

#define PERMS 0644
struct my_msgbuf {
   long mtype;
   char mtext[200];
};

int main(void) {
   struct my_msgbuf buf;
   int msqid;
   int len;
   key_t key;
   system("touch msgq.txt");

   if ((key = ftok("msgq.txt", 'B')) == -1) {
      perror("ftok");
      exit(1);
   }

   if ((msqid = msgget(key, PERMS | IPC_CREAT)) == -1) {
      perror("msgget");
      exit(1);
   }
   printf("message queue: ready to send messages.\n");
   printf("Enter lines of text, ^D to quit:\n");
   buf.mtype = 1; /* we don't really care in this case */

   while(fgets(buf.mtext, sizeof buf.mtext, stdin) != NULL) {
      len = strlen(buf.mtext);
      /* remove newline at end, if it exists */
      if (buf.mtext[len-1] == '\n') buf.mtext[len-1] = '\0';
      if (msgsnd(msqid, &buf, len+1, 0) == -1) /* +1 for '\0' */
      perror("msgsnd");
   }
   strcpy(buf.mtext, "end");
   len = strlen(buf.mtext);
   if (msgsnd(msqid, &buf, len+1, 0) == -1) /* +1 for '\0' */
   perror("msgsnd");

   if (msgctl(msqid, IPC_RMID, NULL) == -1) {
      perror("msgctl");
      exit(1);
   }
   printf("message queue: done sending messages.\n");
   return 0;
}

執行上面示例代碼，得到以下輸出結果 -

message queue: ready to send messages.
Enter lines of text, ^D to quit:
this is line 1
this is line 2
message queue: done sending messages.

以下是來自消息接收過程的代碼(從隊列中檢索消息) - 文件:msgq_recv.c -

/* Filename: msgq_recv.c */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

#define PERMS 0644
struct my_msgbuf {
   long mtype;
   char mtext[200];
};

int main(void) {
   struct my_msgbuf buf;
   int msqid;
   int toend;
   key_t key;

   if ((key = ftok("msgq.txt", 'B')) == -1) {
      perror("ftok");
      exit(1);
   }

   if ((msqid = msgget(key, PERMS)) == -1) { /* connect to the queue */
      perror("msgget");
      exit(1);
   }
   printf("message queue: ready to receive messages.\n");

   for(;;) { /* normally receiving never ends but just to make conclusion 
             /* this program ends wuth string of end */
      if (msgrcv(msqid, &buf, sizeof(buf.mtext), 0, 0) == -1) {
         perror("msgrcv");
         exit(1);
      }
      printf("recvd: \"%s\"\n", buf.mtext);
      toend = strcmp(buf.mtext,"end");
      if (toend == 0)
      break;
   }
   printf("message queue: done receiving messages.\n");
   system("rm msgq.txt");
   return 0;
}

執行上面示例代碼，得到以下輸出結果 -

message queue: ready to receive messages.
recvd: "this is line 1"
recvd: "this is line 2"
recvd: "end"
message queue: done receiving messages.

進程間通信教程