linux网络编程之POSIX 消息队列 和 系列函数

一、在前面介绍了system v 消息队列的相关知识,现在来稍微看看posix 消息队列。

posix消息队列的一个可能实现如下图:

其实消息队列就是一个可以让进程间交换数据的场所,而两个标准的消息队列最大的不同可能只是api 函数的不同,如system v 的系列函数是msgxxx,而posix 是mq_xxx。posix 消息队列也有一些对消息长度等的限制,man 7 mq_overview:

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/posix$ cat /proc/sys/fs/mqueue/msg_max  10 simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/posix$ cat /proc/sys/fs/mqueue/msgsize_max  8192 simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/posix$ cat /proc/sys/fs/mqueue/queues_max  256

即一个消息队列最多能有10条消息,每条消息的最大长度为8192字节,一个系统最多能有256个消息队列。

还有一点是,在Linux上,posix 消息队列是以虚拟文件系统实现的,必须将其挂载到某个目录才能看见,如

           # mkdir /dev/mqueue            # mount -t mqueue none /dev/mqueue

通过cat 命令查看消息队列的状态,假设mymq 是创建的一条消息队列的名字            $ cat /dev/mqueue/mymq            QSIZE:129     NOTIFY:2    SIGNO:0    NOTIFY_PID:8260

QSIZE:消息队列所有消息的数据长度

NOTIFY_PID:某个进程使用mq_notify 注册了消息到达异步通知事件,即此进程的pid

NOTIFY:通知方式: 0 is SIGEV_SIGNAL; 1 is SIGEV_NONE; and 2 is SIGEV_THREAD.

SIGNO:当以信号方式通知的时候,表示信号的编号.

二、系列函数,编译时候加上 -lrt 选项,即连接librt 库 (实时库)

      #include <fcntl.h>           /* For O_* constants */       #include <sys/stat.h>        /* For mode constants */       #include <mqueue.h>

功能:用来创建和访问一个消息队列 原型 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); 参数 name: 某个消息队列的名字,必须以/打头,并且后续不能有其它/ ,形如/somename长度不能超过NAME_MAX(255) oflag:与open函数类似,可以是O_RDONLY、O_WRONLY、O_RDWR,还可以按位或上O_CREAT、O_EXCL、O_NONBLOCK; mode:如果oflag指定了O_CREAT,需要设置mode。 返回值:成功返回消息队列文件描述符;失败返回-1

功能:关闭消息队列 原型 mqd_t mq_close(mqd_t mqdes); 参数 mqdes : 消息队列描述符 返回值:成功返回0;失败返回-1

功能:删除消息队列 原型 mqd_t mq_unlink(const char *name); 参数 name: 消息队列的名字 返回值:成功返回0;失败返回-1

功能:获取/设置消息队列属性 原型 mqd_t mq_getattr(mqd_t mqdes, struct mq_attr *attr); mqd_t mq_setattr(mqd_t mqdes, struct mq_attr *newattr, struct mq_attr *oldattr); 返回值:成功返回0;失败返回-1

           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_flags 是标志;mq_maxmsg 即一个消息队列消息个数上限;mq_msgsize即一条消息的数据上限;mq_curmsgs即当前消息个数

功能:发送消息 原型 mqd_t mq_send(mqd_t mqdes, const char *msg_ptr, size_t msg_len, unsigned msg_prio); 参数 mqdes:消息队列描述符 msg_ptr:指向消息的指针 msg_len:消息长度 msg_prio:消息优先级 返回值:成功返回0;失败返回-1

功能:接收消息 原型 ssize_t mq_receive(mqd_t mqdes, char *msg_ptr, size_t msg_len, unsigned *msg_prio); 参数 mqdes:消息队列描述符 msg_ptr:返回接收到的消息 msg_len:消息长度,一般需要指定为msgsize_max msg_prio:返回接收到的消息优先级 返回值:成功返回接收到的消息字节数;失败返回-1 注意:返回指定消息队列中最高优先级的最早消息,优先级最低为0

功能:建立或者删除消息到达通知事件 原型 mqd_t mq_notify(mqd_t mqdes, const struct sigevent *notification); 参数 mqdes:消息队列描述符 notification: 非空表示当消息到达且消息队列先前为空,那么将得到通知; NULL表示撤消已注册的通知 返回值:成功返回0;失败返回-1 通知方式: 产生一个信号 创建一个线程执行一个指定的函数

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 for thread notification */ void *sigev_notify_attributes; /* Thread function attributes */ };

sigev_notify 的取值有3个:

SIGEV_NONE:消息到达不会发出通知

SIGEV_SIGNAL:以信号方式发送通知,当设置此选项时,sigev_signo 设置信号的编号,且只有当信号为实时信号时才可以通过sigev_value顺带数据,参考这里

SIGEV_THREAD:以线程方式通知,当设置此选项时,sigev_notify_function 即一个函数指针,sigev_notify_attributes 即线程的属性

mq_notify 函数注意点:

1、任何时刻只能有一个进程可以被注册为接收某个给定队列的通知 2、当有一个消息到达某个先前为空的队列,而且已有一个进程被注册为接收该队列的通知时,只有在没有任何线程阻塞在该队列的mq_receive调用的前提下,通知才会发出。 3、当通知被发送给它的注册进程时,其注册被撤消。进程必须再次调用mq_notify以重新注册(如果需要的话),重新注册要放在从消息队列读出消息之前而不是之后。

下面写两个小程序测试一下:

mq_send.c

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/msg.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include<mqueue.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/stat.h>
#include<string.h>

#define ERR_EXIT(m) \
    do { \
        perror(m); \
        exit(EXIT_FAILURE); \
    } while(0)

typedef struct stu
{
    char name[32];
    int age;
} STU;

int main(int argc, char *argv[])
{
    if (argc != 2)
    {
        fprintf(stderr, "Usage: %s <prio>\n", argv[0]);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    mqd_t mqid;
    mqid = mq_open("/abc", O_WRONLY);
    if (mqid == (mqd_t) - 1)
        ERR_EXIT("mq_open");
    printf("mq_open succ\n");

    STU stu;
    strcpy(stu.name, "test");
    stu.age = 20;
    unsigned int prio = atoi(argv[1]);
    mq_send(mqid, (const char *)&stu, sizeof(stu), prio);
    mq_close(mqid);

    return 0;
}

mq_notify.c

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/msg.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include<mqueue.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/stat.h>
#include<string.h>
#include<signal.h>

#define ERR_EXIT(m) \
    do { \
        perror(m); \
        exit(EXIT_FAILURE); \
    } while(0)

typedef struct stu
{
    char name[32];
    int age;
} STU;

size_t size;

mqd_t mqid;

struct sigevent sigev;

void handle(int sig)
{
    mq_notify(mqid, &sigev);
    STU stu;
    unsigned int prio;
    mq_receive(mqid, (char *)&stu, size, &prio);
    printf("name=%s, age=%d, prio=%d\n", stu.name, stu.age, prio);

}


int main(int argc, char *argv[])
{
    mqid = mq_open("/abc", O_RDONLY);
    if (mqid == (mqd_t) - 1)
        ERR_EXIT("mq_open");
    printf("mq_open succ\n");

    struct mq_attr attr;
    mq_getattr(mqid, &attr);
    size = attr.mq_msgsize;

    signal(SIGUSR1, handle);

    sigev.sigev_notify = SIGEV_SIGNAL;
    sigev.sigev_signo = SIGUSR1;

    mq_notify(mqid, &sigev);

    for (; ;)
        pause();

    mq_close(mqid);

    return 0;
}

mq_open.c

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/msg.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include<mqueue.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/stat.h>

#define ERR_EXIT(m) \
    do { \
        perror(m); \
        exit(EXIT_FAILURE); \
    } while(0)

int main(void)
{
    mqd_t mqid;
    mqid = mq_open("/abc", O_CREAT | O_RDWR, 0666, NULL);
    if (mqid == (mqd_t) - 1)
        ERR_EXIT("mq_open");
    mq_close(mqid);
    return 0;
}

先运行./mq_open 用mq_open 创建了一个消息队列并mount 到/dev/mqueue 上,可以查看状态:

simba@ubuntu:/dev/mqueue$ cat /dev/mqueue/abc  QSIZE:0          NOTIFY:0     SIGNO:0     NOTIFY_PID:0  

接着运行./mq_notify 再查看状态:

simba@ubuntu:/dev/mqueue$ cat /dev/mqueue/abc  QSIZE:0          NOTIFY:0     SIGNO:10    NOTIFY_PID:3572 

准备通知的信号是10号,即SIGUSR1,等待的进程pid即./mq_notify ,此时./mq_notify 进程是阻塞的,正在等待其他进程往消息队列写入消息,现在运行./mq_send

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/posix$ ./mq_send  Usage: ./mq_send <prio> simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/posix$ ./mq_send 1 mq_open succ simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/posix$ ./mq_send 1 mq_open succ simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/posix$ 

回头看./mq_notify 的输出:

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/posix$ ./mq_notify  mq_open succ name=test, age=20, prio=1 name=test, age=20, prio=1

...........................................

即./mq_send 发送的两条消息都接收到了,需要注意的是虽然通知是一次性的,但我们在消息处理函数再次注册了通知,故能多次接收到通知,但通知只发生在消息队列由空到不空的时候,如果先运行./mq_send 先往消息队列发送了n条消息,那么执行./mq_notify 是不会接收到通知的,一直阻塞着。

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