Linux IPC POSIX 消息队列：一种实现可靠消息传递的简单方式

Linux系统是一种支持多任务并发执行的操作系统，它可以同时运行多个进程，从而提高系统的利用率和效率。但是，如果这些进程之间需要进行数据交换和协作，就需要使用一些进程间通信（IPC）的方式，例如信号、共享内存、信号量等。其中，POSIX 消息队列是一种比较简单而可靠的IPC方式，它可以让两个或多个进程通过一个队列来进行消息传递，无需关心消息的内容和格式。本文将介绍Linux系统中POSIX 消息队列的方法，包括消息队列的创建、打开、发送、接收、关闭和删除等方面。

模型：

#include
#include 
#include 
mq_open()   //创建/获取消息队列fd       
mq_get()    //设置/获取消息队列属性   
mq_send()/mq_receive()    //发送/接收消息 
mq_close()      //脱接消息队列            
mq_unlink()     //删除消息队列            

POSIX mq VS Sys V mq的优势

• 更简单的基于文件的应用接口
• 完全支持消息优先级（优先级最终决动队列中消息的位置）
• 完全支持消息到达的异步通知，这通过信号或是线程创建实现
• 用于阻塞发送与接收操作的超时机制

消息队列名

由$man mq_overview知：消息队列由一个形如’/somename’的名字唯一标识，名字字符串的最大长度不能朝着哦NAME_MAX(i.e.，255),两个进程通过使用同一个消息队列的名字来通信

mq_open()

//创建一个POSIX消息队列或打开一个已经存在的消息队列,成功返回消息队列描述符mqdes供其他函数使用，失败返回

(mqd_t)-1设errno
//Link with -lrt.
mqd_t mq_open(const char *name, int oflag);
mqd_t mq_open(const char *name, int oflag, mode_t mode, struct mq_attr *attr);

oflag
must include one of:

• O_RDONLY表示以只接收消息的形式打开消息队列
• O_WRONLY表示以只发送消息的形式打开消息队列
• O_RDWR表示以可接收可发送的形式打开消息队列

can be Bitwised ORed:

• O_NONBLOCK以nonblocking的模式打开消息队列
• O_CREAT如果一个消息队列不存在就创建它，消息队列的拥有者的UID被设为调用进程的effective UID，GID被设为调用进程的effective GID
• O_EXCL确保消息队列被创建，如果消息队列已经存在，则发生错误

mode如果oflag里有O_CREAT，则mode用来表示新创建的消息队列的权限
attr如果oflag里有O_CREAT，则attr表示消息队列的属性，如果attr是NULL，则会按照默认设置配置消息队列(mq_overview(7) for details.)

mq_setattr() / mq_getattr()

//设置/修改 / 获取消息队列属性,成功返回0,失败返回-1设errno
//Link with -lrt.
int mq_setattr(mqd_t mqdes, const struct mq_attr *newattr, struct mq_attr *oldattr);
int mq_getattr(mqd_t mqdes, struct mq_attr *attr);

mqattr结构体

struct mq_attr {
    long mq_flags;      /* Flags: 0 or O_NONBLOCK */
    long mq_maxmsg;     /* Max. # of messages on queue */
    long mq_msgsize;    /* Max. message size (bytes) */
    long mq_curmsgs;    /* # of messages currently in queue */
};

mq_send() / mq_timesend()

//发送消息到mqdes指向的消息队列。成功返回0，失败返回-1设errno
//Link with -lrt.
int mq_send(mqd_t mqdes, const char *msg_ptr,size_t msg_len, unsigned int msg_prio);

//如果消息队列满
#include        //额外的header
int mq_timedsend(mqd_t mqdes, const char *msg_ptr,size_t msg_len, unsigned int msg_prio,
const struct timespec *abs_timeout);

msg_len msg_ptr指向的消息队列的长度，这个长度必须msg_prio 一个用于表示消息优先级的非0整数，消息按照优先级递减的顺序被放置在消息队列中，同样优先级的消息，新的消息在老的之后，如果消息队列满了，就进入blocked状态，新的消息必须等到消息队列有空间了进入，或者调用被signal中断了。如果flag里有O_NOBLOCK选项，则此时会直接报错
abs_timeout:如果消息队列满了，那么就根据abs_timeout指向的结构体表明的时间进行锁定，里面的时间是从970-01-01 00:00:00 +0000 (UTC)开始按微秒计量的时间，如果时间到了，那么mq_timesend()立即返回

struct timespec {
    time_t tv_sec;        /* seconds */
    long   tv_nsec;       /* nanoseconds */
};

mq_receive()/mq_timedreceive()

//从消息队列中取出优先级最高的里面的最老的消息，成功返回消息取出消息的大小，失败返回-1设errno
//具体功能参照mq_send()/mq_timesend()
//Link with -lrt.
ssize_t mq_receive(mqd_t mqdes, char *msg_ptr, size_t msg_len, unsigned int *msg_prio);
#include        //额外的header
ssize_t mq_timedreceive(mqd_t mqdes, char *msg_ptr, size_t msg_len,
 unsigned int *msg_prio, const struct timespec *abs_timeout);

mq_notify()

//允许调用进程注册或去注册同步来消息的通知，成功返回0,失败返回-1设errno
//Link with -lrt.
int mq_notify(mqd_t mqdes, const struct sigevent *sevp);

sevp指向sigevent的指针

• 如果sevp不是NULL，那么这个函数就将调用进程注册到通知进程,只有一个进程可以被注册为通知进程
• 如果sevp是NULL且当前进程已经被注册过了，则去注册，以便其他进程注册

union sigval {                  /* Data passed with notification */
    int     sival_int;          /* Integer value */
    void*   sival_ptr;          /* Pointer value */
};
struct sigevent {
    int     sigev_notify;       /* Notification method */
    int     sigev_signo;        /* Notification signal */
    union sigval    sigev_value;    /* Data passed with notification */
    void(*sigev_notify_function) (union sigval); //Function used for thread notification
 (SIGEV_THREAD)
    void*   sigev_notify_attributes;    // Attributes for notification thread (SIGEV_THREAD)
    pid_t   sigev_notify_thread_id;     /* ID of thread to signal (SIGEV_THREAD_ID) */
};

sigev_notify使用下列的宏进行配置：

• SIGEV_NONE调用进程仍旧被注册，但是有消息来的时候什么都不通知
• SIGEV_SIGNAL通过给调用进程发送sigev_signo指定的信号来通知进程有消息来了
• SIGEV_THREAD一旦有消息到了，就激活sigev_notify_function作为新的线程的启动函数

mq_close()

//关闭消息队列描述符mqdes，如果有进程存在针对这个队列的notification request，那么也会被移除

//成功返回0,失败返回-1设errno
//Link with -lrt.
int mq_close(mqd_t mqdes);

mq_unlink():

//移除队列名指定的消息队列，一旦最后一个进程关闭了针对这个消息队列的描述符，就会销毁这个消息队列
//成功返回0，失败返回-1设errno
//Link with -lrt.
int mq_unlink(const char *name);

本文介绍了Linux系统中POSIX 消息队列的方法，包括消息队列的创建、打开、发送、接收、关闭和删除等方面。通过了解和掌握这些知识，我们可以更好地使用POSIX 消息队列来实现进程间通信，提高系统的稳定性和效率。当然，Linux系统中POSIX 消息队列还有很多其他的特性和用法，需要我们不断地学习和研究。希望本文能给你带来一些启发和帮助。

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