Linux下消息队列详解

在Linux下，消息队列（Message Queues）是进程间通信（IPC）的一种重要机制，它允许进程以异步的方式进行数据交换。消息队列通过内核来存储消息，当一个进程发送消息时，消息将被放入队列中，另一个进程则可以从队列中取出消息。相比于管道，消息队列支持有序、带类型的消息传递，并且不会像管道一样覆盖之前的消息。

消息队列的特点

异步通信：消息队列提供进程之间的异步通信，一个进程可以将消息发送到队列中而不需要等待接收进程。
消息类型：每个消息都带有一个类型，接收进程可以根据消息类型选择性地接收消息。
有序性：消息队列按照FIFO的顺序存储消息，即先发送的消息会先被接收，除非明确指定接收某种类型的消息。
持久性：消息队列存储在内核中，并且在消息队列被显式删除之前，队列中的消息可以持久存在，跨越多个进程的生命周期。

常用的消息队列相关函数

msgget
msgget用于创建新的消息队列或获取一个现有的消息队列标识符（ID）。它的原型如下：

int msgget(key_t key, int msgflg);
- key：消息队列的键值，可通过ftok生成。
- msgflg：控制消息队列的创建行为。常用的标志位包括：
  - IPC_CREAT：如果消息队列不存在，则创建一个新队列。
  - IPC_EXCL：与IPC_CREAT一起使用时，如果队列已存在则返回错误。
示例：

int msgid = msgget(IPC_PRIVATE, IPC_CREAT | 0666); if (msgid == -1) { perror("msgget failed"); }
msgsnd
msgsnd函数用于向消息队列发送消息。它的原型如下：

int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);
- msqid：消息队列的ID。
- msgp：指向消息的指针，消息通常需要包含消息类型。
- msgsz：消息数据的大小（不包括类型部分）。
- msgflg：控制发送行为。常用的标志位包括：
  - IPC_NOWAIT：如果消息队列已满，函数立即返回而不是阻塞。
示例：
```
struct msgbuf {long mtype; // 消息类型char mtext[100]; // 消息内容
};struct msgbuf msg;
msg.mtype = 1; // 设置消息类型
strcpy(msg.mtext, "Hello, World!");if (msgsnd(msgid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0) == -1) {perror("msgsnd failed");
}
```
msgrcv
msgrcv函数用于从消息队列接收消息。它的原型如下：

ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);
- msgtyp：指定接收的消息类型。如果msgtyp为0，接收队列中的第一个消息；如果msgtyp为正，接收指定类型的消息。
- msgflg：控制接收行为，IPC_NOWAIT表示如果没有可用消息则立即返回。
示例
```
if (msgrcv(msgid, &msg, sizeof(msg.mtext), 1, 0) == -1)
{ perror("msgrcv failed"); 
} else { printf("Received message: %s\n", msg.mtext);
}
```
msgctl
msgctl函数用于控制消息队列，比如删除队列、获取队列信息等。它的原型如下：

int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
- cmd：控制命令，常用的有：
- IPC_RMID：删除消息队列。IPC_STAT：获取消息队列的状态信息。IPC_SET：设置消息队列的属性。buf：用于保存或设置消息队列的状态信息。
示例：
```
if (msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL) == -1) { perror("msgctl failed"); }
```

错误处理

在使用消息队列相关函数时，经常会遇到一些典型的错误码，如：

EACCES：权限不足，无法访问消息队列。 EEXIST：当使用IPC_EXCL标志时，队列已存在。 ENOENT：当没有IPC_CREAT标志时，队列不存在。 ENOMSG：没有匹配类型的消息可接收。

使用示例

下面是一个简单的消息队列示例，展示了如何在两个进程之间进行消息发送与接收：

发送进程：

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>struct msgbuf {long mtype;char mtext[100];
};int main() {key_t key = ftok("progfile", 65);int msgid = msgget(key, 0666 | IPC_CREAT);struct msgbuf msg;msg.mtype = 1;strcpy(msg.mtext, "Hello from sender!");msgsnd(msgid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0);printf("Message sent: %s\n", msg.mtext);return 0;
}

接收进程：

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <stdio.h>struct msgbuf {long mtype;char mtext[100];
};int main() {key_t key = ftok("progfile", 65);int msgid = msgget(key, 0666 | IPC_CREAT);struct msgbuf msg;msgrcv(msgid, &msg, sizeof(msg.mtext), 1, 0);printf("Message received: %s\n", msg.mtext);msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL); // 删除消息队列return 0;
}