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[操作系统]Linux进程间通信之消息队列

本文依据以下思路展开,首先从宏观上阐述消息队列的机制,然后以具体代码为例进一步阐述该机制,最后试着畅想一下该通信机制潜在的应用。

 

消息队列是在两个不相关进程间传递数据的一种简单、高效方式,她独立于发送进程、接受进程而存在。

 

 

图1 消息队列通信机制示意图

 首先从宏观的角度了解一下消息队列的工作机制。因为消息队列独立于进程而存在,为了区别不同的消息队列,需要以key值标记消息队列,这样两个不相关进程可以通过事先约定的key值通过消息队列进行消息收发。例如进程A向key消息队列发送消息,进程B从Key消息队列读取消息。在这一过程中主要涉及到四个函数:

#include <sys/msg.h> # 消息队列相关函数及数据结构头文件int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);# 控制消息队列函数int msgget(key_t key, int msgflg); # 创建消息队列,key值唯一标识该消息队列int msgrcv(int msqid, void *msg_ptr, size_t msg_sz, long int msgtype, int msgflg);# 接收消息int msgsnd(int msqid, const void *msg_ptr, size_t msg_sz, int msgflg);# 发送消息

下面结合代码实例,对上述过程进行分析(具体分析见代码注释)

# msg1.c 接收端#include <stdlib.h>#include <stdio.h>#include <string.h>#include <errno.h>#include <unistd.h>#include <sys/msg.h> # 包含消息队列相关函数及数据结构的头文件struct my_msg_st {  long int my_msg_type;  char some_text[BUFSIZ];};# 消息格式int main(){  int running = 1;  int msgid;  struct my_msg_st some_data;  long int msg_to_receive = 0;    msgid = msgget((key_t)1234, 0666 | IPC_CREAT);# 创建标识符为key = 1234 的消息队列,注意发送端与接收端该值的一致性  if (msgid == -1) {    fprintf(stderr, “msgget failed with error: %d\n”, errno);    exit(EXIT_FAILURE);  }# 错误处理:msgget调用成功返回消息队列标识符,调用失败返回-1    while(running) {    if (msgrcv(msgid, (void *)&some_data, BUFSIZ,msg_to_receive, 0) == -1) { # 从消息队列接收消息,如果接收失败执行if语句并退出        fprintf(stderr, “msgrcv failed with error: %d\n”, errno);        exit(EXIT_FAILURE);    }    printf(“You wrote: %s”, some_data.some_text);    if (strncmp(some_data.some_text, “end”, 3) == 0) { # 如果接收到文本含有“end”,将running设置为0,效果是:退出while循环      running = 0;    }  }    if (msgctl(msgid, IPC_RMID, 0) == -1) { # 删除消息队列,如果删除失败执行if语句并退出    fprintf(stderr, “msgctl(IPC_RMID) failed\n”);    exit(EXIT_FAILURE);  }  exit(EXIT_SUCCESS);}

# msg2.c 发送端#include <stdlib.h>#include <stdio.h>#include <string.h>#include <errno.h>#include <unistd.h>#include <sys/msg.h>#define MAX_TEXT 512struct my_msg_st {  long int my_msg_type;  char some_text[MAX_TEXT];};# 消息格式,与接收端一致int main(){  int running = 1;  struct my_msg_st some_data;  int msgid;  char buffer[BUFSIZ];  msgid = msgget((key_t)1234, 0666 | IPC_CREAT);# 创建消息标识符key = 1234的消息队列。如果该队列已经存在,则直接返回该队列的标识符,以便向该消息队列收发消息  if (msgid == -1) {    fprintf(stderr, “msgget failed with error: %d\n”, errno);    exit(EXIT_FAILURE);  }# 错误处理,同接收者msg1  while(running) {    printf(“Enter some text: “);     fgets(buffer, BUFSIZ, stdin);# 由控制台输入文本,并将其存放在buffer之中    some_data.my_msg_type = 1;# 类型填充,在本例中没有特别含义    strcpy(some_data.some_text, buffer);# 将buffer数据复制到some_text之中    if (msgsnd(msgid, (void *)&some_data, MAX_TEXT, 0) == -1) { # 向消息队列发送消息,如果发送失败执行if语句并退出      fprintf(stderr, “msgsnd failed\n”);      exit(EXIT_FAILURE);    }    if (strncmp(buffer, “end”, 3) == 0) {# 如果发送的“end”,则在发送“end”之后,退出while,结束程序      running = 0;    }  }  exit(EXIT_SUCCESS);}

 以下是在控制台模拟的结果:

$ ./msg2

Enter some text: hello

Enter some text: How are you today?

Enter some text: end

$ ./msg1

You wrote: hello

You wrote: How are you today?

You wrote: end

$

消息队列潜在应用

图2 消息队列在守护进程中的应用

如图2所示,假如有三个图形界面程序,他们分别对应进程1、进程2、进程3。这三个应用程序都需要鼠标、键盘操作,如果在每个进程都加入捕获鼠标、键盘操作的代码,那么一共需要三份这样的代码,有点浪费资源(内存空间)。如果我们将捕获鼠标、键盘操作的代码独立出来做成一个单独的进程,该进程向特定的消息队列发送捕获的鼠标、键盘操作,当前激活图像程序可以从该消息队列中提取相应的鼠标、键盘操作,然后据此执行后续的指令。以这种方式,能够将不同应用程序中,共性的部分提取出来,从而简化应用程序的设计和设计更加优化的共性处理程序。

 

消息队列潜在应用之升华

 

处理程序共性部分的一些方法:

库:通用的一些功能实现为库函数,对外提供定义良好的借口;应用程序在应用这些功能的时候,只需调用相应接口即可。

守护进程:将应用程序的共性部分提出出来实现为守护进程,通过某种通信机制实现守护进程与应用程序的信息交互。

 

参考资料:《Linux程序设计 第四版》