Linux基础入门--进程间通信--消息队列
1.概述
System V提供的IPC机制主要有消息队列，信号量和共享内存3种机制。和文件一样，IPC在使用前必须先创建，每种IPC都有特定的生产者，所有者和访问权限。使用ipcs命令可以查看当前系统正在使用的IPC工具：
[root@localhost swz] # ipcs
------- Shared MemorY Segments --------- //共享内存
key shmid ower perms bytes nattch status
------- Semaphore Arrays --------- //信号量
key shmid ower perms nsems
------- Message Queues ----------- //消息队列
key shmid ower perms used-bytes messages
由以上可以看出，一个IPC工具至少包含key值,ID值，拥有者，权限和使用的大小等关键信息。如果需要手动删除某个IPC机制，可以使用ipcrm命令。
2.key值和ID值
Linux系统为每个IPC机制都分配了唯一的ID，所有针对该IPC机制的操作都使用该ID值。因此，通信的双方都需要通过某个方法来获取ID值。创建者根据创建函数的返回值可以获取该值，但另一个进程如何实现呢？Linux两个进程不能随意访问对方的空间(一个特殊是子进程可以继承父进程的数据，实现父进程向子进程的单向传递)，也就不能够直接获取到这一ID值。
为解决这一问题，IPC在实现时约定使用key值做为参数创建，如果在创建时使用相同的key值将得到同一个IPC对象的ID值(即一方创建，另一方获取的是ID),这样就保证了双方可以获取用于传递数据的IPC机制ID值。key值为一个32位的整型数据。
但如果所有的程序使用固定的key创建这些IPC机制则有违软件设计思想，因此，为了尽可能与系统信息的载体(文件)关联，Linux提供函数ftok()来创建key值，在此函数的参数中，需要特定文件作为参数。此函数声明如下：
extern key_t ftok(__const char *__pathname, int __proj_id);
此函数有两个参数，pathname为文件路劲名，可以为特殊文件(例如目录文件)，也可以是当前目录“.”,通常设置此参数为当前目录，因为当前目录一般都存在，并且不会被立即删除，第二个蚕食为一个int型变量。
每个文件都有其自身的属性，可以通过stat()函数读取，在ftok()函数创建key值过程中使用了该文件属性的st_dev和st_ino。具体构成如下：
(1)key值的第31~24位(8bit)为ftok()第2个参数的低8位
(2)key值的第23~16位(8bit)为该文件的st_dev属性的低8位
(3)key值的第15~0位(16bit)为该文件的st_ino属性的低16位
因此，如果使用相同的文件路劲及整数(第2个参数)，得到的key值是唯一的
3.消息队列IPC原理
3.1 消息队列模型
消息队列是消息的链式队列，由msqid_ds和msg结构组成
msgid_ds消息队列数据结构：描述整个消息队列的属性，主要包括整个消息队列的权限，拥有者，两个重要的指针分别指向消息队列的第一个消息和最后一个消息。
msg消息队列数据结构：整个消息队列的主体，一个消息队列有若干消息，每个消息数据结构的基本成员包括消息类型，消息大小，消息内容指针和下一个消息数据结构位置。
默认情况下，整个系统中最多允许有16个消息队列
每个消息队列最大为16384字节
消息队列中的每个消息最大为8192字节
3.2 创建消息队列
在使用一个消息队列钱，需要使用msgget函数创建该消息队列，其函数声明如下：
extern int msgget(key_t __key, int __msgflg);
第1个参数key为由ftok创建的key值
第2个参数msgflg的低位用来确定消息队列的访问权限，其最终权限为当前进程umask值与设置值perm类似open函数，即最终值为perm&~umask,
// include /usr/include/bit/ipc.h
/* resource get request flags */
#define IPC_CREAT 00001000 //如果key不存在，则创建，存在，则返回ID
#define IPC_EXCL 00002000 //如果key存在，返回失败
#define IPC_NOWAIT 00004000 //如果需要等待，则直接返回错误
3.3 消息队列属性控制
创建消息队列后，可以对该消息队列的基本属性进行控制(修改)，控制消息队列属性的函数为msgctl:
extern int msgctl(int __msqid, int __cmd, struct maqid_ds *_buf);
此函数包括3个参数
第1个参数__msqid为消息队列的标识符，该值由msgget函数创建返回值
第2个参数__cmd为执行的控制命令，即要执行的操作，包括以下选项：
//include /usr/include/linux/ipc.h
/* control commands used with semctl,msgctl and shmctl see also specific commands in sem.h,msg.h,shm.h */
#define IPC_RMID 0 //删除
#define IPC_SET 1 //设置ipc_perm参数
#define IPC_STAT 2 //获取ipc_perm参数
#define IPC_INFO 3 //如ipcs,获取限制信息
3.4 发送信息到消息队列
msgsnd()函数将新的消息添加到消息队列尾端。此函数声明如下：
//include /usr/include/sys/msg.h
//Send message to message queue
extern int msgsnd(int _msqid, _const void *_magp, size_t _msgsz, int _msgflg);
此函数参数说明如下：
第1个参数msqid为指定的消息队列标识符(由msgget生成的消息队列标识符)，即将消息添加到哪个消息队列中。
第2个参数msgp指向的用户定义缓冲区，下面是用户定义缓冲区结构：
//include /usr/include/linux/msg.h
//message buffer for msgsnd and msgrcv calls
struct msgbuf {
long mtype; //消息类型
char mtest[1]; //消息内容，在使用时自己重新定义此结构
}
第3个参数为接受信息的大小，其数据类型为size_t,即unsigned int 类型，其大小为0到系统对消息队列的限制值
第4个参数用来指定在达到系统为消息队列所界定是应采取的操作。
如果设置为IPC_NOWAIT，如果需要等待，则不发送消息并且调用进程立即返回错误信息EAGAIN.
如果为设置IPC_NOWAIT，则阻塞调用进程
成功调用后，此函数将返回0，否则返回-1，同时将对消息队列msqid数据结构的成员执行下列操作。
msg_qnum以1位增量递增
msg_lspid设置为调用进程的进程ID
msg_stime设置为当前时间
3.5 从消息队列接受信息
msgrcv用于从队列中取消息，其函数声明如下：
extern int msgrcv(int _msqid, void *_msgp, size_t _msgsz, long int _msgtype,int _msgflg);
此函数从msqid指定的消息队列中读取消息，并将其放置到由msgp指向的内存空间中。
第1个参数为读的对象，即从哪个消息队列获取消息
第2个参数为一个临时消息数据结构，用来保存读取的信息。其结构如下：
//include /usr/include/linux/msg.h
//message buffer for msgsnd and msgrcv calls
struct msgbuf {
long mtype; //消息类型
char mtest[1]; //消息内容，在使用时自己重新定义此结构
}
mtype数接受到消息的类型，mtext为消息内容位置。
第3个参数msgsz用于指定mtext的大小(以字节为单位)。如果收到的消息大于msgsz并且msgflg&MSG_NOERROR为真，则将该消息截至msgsz字节，消息的截断部分将丢失，并且不向调用进程提供截断的提示。
第4个参数msgtyp用于指定请求的消息类型，具体如下所示：
msgtype=0:接受队列中的第一条信息，任意类型
msgtype>0:接收第一条msgtype类型的消息
msgtype<0:接收第一条最低类型的消息
第5个参数msgflg用于指定所需类型消息不在队列上时将要采取的操作。
如果设置为IPC_NOWAIT,如果现在没有消息，调用进程立即返回，同时返回-1，并将errno设为ENOMSG.
如果为设置IPC_NOWAIT,则阻塞调用进程行，直至出现以下任何一种情况发生。
某一所需类型的消息被放置到队列中
msqid从系统中删除，当该情况发生时，将errno设为EIDRM,并返回-1
调用进程收到一个要捕获的信号，在这种情况下，未收到消息，并且调用进程按signal(SIGTRAP)中指定方式恢复执行
接收消息成功完成后，该消息将自动从消息队列中删除，并返回接收到的消息大小，同时将对消息队列msqid数据结构的成员执行下列操作。
msg_qnum以1位增量递减
msg_lspid设置为调用进程的进程ID
msg_stime设置为当前时间
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来源：CSDN
作者：香蕉一号
链接：https://blog.csdn.net/qq_20677327/article/details/103846294