进程间通信--POSIX消息队列

相关函数：

mqd_t mq_open(const char *name, int oflag);
mqd_t mq_send(mqd_t mqdes, const char *msg_ptr, size_t msg_len, unsigned msg_prio); 
mqd_t mq_receive(mqd_t mqdes, char *msg_ptr, size_t msg_len, unsigned *msg_prio); 
mqd_t mq_close(mqd_t mqdes); 
mqd_t mq_unlink(const char *name);

POSIX通信机制比System V的更加通用！ 

一.消息队列管道和FIFO的区别，主要有以下两点：

①一个进程向消息队列写入消息之前，并不需要某个进程在该队列上等待该消息的到达，而管道和FIFO是相反的，进程向其中写消息时，
管道和FIFO必需已经打开来读，那么内核会产生SIGPIPE信号。
②IPC的持续性不同。管道和FIFO是随进程的持续性，当管道和FIFO最后一次关闭发生时，仍在管道和FIFO中的数据会被丢弃。消息队列
是随内核的持续性，即一个进程向消息队列写入消息后，然后终止，另外一个进程可以在以后某个时刻打开该队列读取消息。只要内核没
有重新自举，消息队列没有被删除。

二.消息队列中的每条消息通常具有以下属性：
　　一个表示优先级的整数；
　　消息的数据部分的长度；
　　消息数据本身；

/*成功返回消息队列描述符，失败返回-1*/
1. mqd_t mq_open(const char *name, int oflag);
/*成功返回0，失败返回-1*/
1. mqd_t mq_open(const char *name, int oflag, mode_t mode,struct mq_attr *attr);

mq_open用于打开或创建一个消息队列
name：表示消息队列的名字，它符合POSIX IPC的名字规则。
oflag：表示打开的方式，和open函数的类似。
有必须的选项：O_RDONLY，O_WRONLY，O_RDWR，还有可选的选项：O_NONBLOCK，O_CREAT，O_EXCL。
mode：是一个可选参数，在oflag中含有O_CREAT标志且消息队列不存在时，才需要提供该参数。表示默认访问权限。可以参考open。
attr：也是一个可选参数，在oflag中含有O_CREAT标志且消息队列不存在时才需要。该参数用于给新队列设定某些属性，
如果是空指针，那么就采用默认属性。
mq_open返回值是mqd_t类型的值，被称为消息队列描述符,类型为整型.

2. mqd_t mq_close(mqd_t mqdes);
3. mqd_t mq_unlink(const char *name);

mq_close：用于关闭一个消息队列，和文件的close类似，关闭后，消息队列并不从系统中删除。一个进程结束，会自动关闭打开着的
消息队列。
mq_unlink：用于删除一个消息队列。消息队列创建后只有通过调用该函数或者是内核自举才能进行删除。每个消息队列都有一个保存
当前打开着描述符数的引用计数器，和文件一样，因此本函数能够实现类似于unlink函数删除一个文件的机制。
POSIX消息队列的名字所创建的真正路径名和具体的系统实现有关，关于具体POSIX IPC的名字规则可以参考《UNIX 网络编程 卷2：进程间通信》的P14。
经过测试，在Linux 2.6.18中，所创建的POSIX消息队列不会在文件系统中创建真正的路径名。且POSIX的名字只能以一个’/’开头，名字中不能包含其他的’/’。

2 POSIX消息队列的属性
POSIX标准规定消息队列属性mq_attr必须要含有以下四个内容：
long mq_flags //消息队列的标志：0或O_NONBLOCK,用来表示是否阻塞
long mq_maxmsg //消息队列的最大消息数
long mq_msgsize //消息队列中每个消息的最大字节数
long mq_curmsgs //消息队列中当前的消息数目

mq_attr结构的定义如下：
#include <bits/mqueue.h>
struct mq_attr {
　　long int mq_flags; 　  /* Message queue flags. */
　　long int mq_maxmsg;  /* Maximum number of messages. */
　　long int mq_msgsize; /* Maximum message size. */
　　long int mq_curmsgs; /* Number of messages currently queued. */
　　long int __pad[4];
};

POSIX消息队列的属性设置和获取通过下面两个函数实现：
#include <mqueue.h>
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);

成功返回0，失败返回-1
mq_getattr：用于获取当前消息队列的属性。
mq_setattr：用于设置当前消息队列的属性。其中mq_setattr中的oldattr用于保存修改前的消息队列的属性，可以为空。
mq_setattr可以设置的属性只有mq_flags，用来设置或清除消息队列的非阻塞标志。newattr结构的其他属性被忽略。mq_maxmsg
和mq_msgsize属性只能在创建消息队列时通过mq_open来设置。mq_open只会设置该两个属性，忽略另外两个属性。mq_curmsgs属
性只能被获取而不能被设置。

三. POSIX消息队列的使用
POSIX消息队列可以通过以下两个函数来进行发送和接收消息：
#include <mqueue.h>
mqd_t mq_send(mqd_t mqdes, const char *msg_ptr, size_t msg_len, unsigned msg_prio);

如果消息队列已满（即队列上的消息数量等于队列的mq_maxmsg属性），那么默认情况下，mq_send()阻塞，直到有足够的空间可用于允许消息排队或直到调用被信
号处理程序中断。 如果为消息队列描述启用了O_NONBLOCK标志，则调用会立即失败返回，并errno为EAGAIN。

成功返回0，出错返回-1

mqd_t mq_receive(mqd_t mqdes, char *msg_ptr, size_t msg_len, unsigned *msg_prio);

如果队列为空，那么默认情况下，mq_receive()阻塞，直到消息变为可用，或者调用被信号处理程序中断。 如果为消息队列描述启用了O_NONBLOCK标志，
那么调用会立即失败，errno为错误EAGAIN。

成功返回接收到消息的字节数，出错返回-1

#ifdef __USE_XOPEN2K
mqd_t mq_timedsend(mqd_t mqdes, const char *msg_ptr,size_t msg_len, unsigned msg_prio, const struct timespec *abs_timeout);
mqd_t mq_timedreceive(mqd_t mqdes, char *msg_ptr, size_t msg_len, unsigned *msg_prio, const struct timespec *abs_timeout);
#endif

mq_send(): 向消息队列中写入一条消息
mq_receive(): 从消息队列中读取一条消息。
参数：
mqdes：消息队列描述符；
msg_ptr：指向消息体缓冲区的指针；
msg_len：消息体的长度，其中mq_receive的该参数不能小于能写入队列中消息的最大长度，即一定要大于等于该队列的mq_attr结构
中mq_msgsize。如果mq_receive中的msg_len小于该值，就会返回EMSGSIZE错误。POXIS消息队列发送的消息长度可以为0。
msg_prio：消息的优先级；它是一个小于MQ_PRIO_MAX的数，数值越大，优先级越高。
POSIX消息队列在调用mq_receive时总是返回队列中最高优先级的最早的消息。如果消息不需要设定优先级，那么可以在mq_send是置msg_prio
为0，mq_receive的msg_prio置为NULL。
默认情况下mq_send和mq_receive是阻塞进行调用，可以通过mq_setattr来设置为O_NONBLOCK。

还有两个XSI定义的扩展接口限时发送和接收消息的函数：mq_timedsend和mq_timedreceive函数。

/* send.c */
#include <mqueue.h>
#include <stdbool.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>    
#include <time.h>   
#include <errno.h>
#include <string.h>

#define MAXSIZE 1024
int main(int argc,char**argv)
{
    if(argc!=2)
    {
        printf("Usage: %s /mqname 
", argv[0]);
        return -1;
    }
    char Msg[MAXSIZE]="Hello World";
    char *name = argv[1];
    
    int flags = O_RDWR | O_CREAT | O_EXCL ;
    mode_t mode = S_IRUSR | S_IWUSR| S_IRGRP |S_IROTH;

    struct mq_attr attr;
    attr.mq_flags=0;
    attr.mq_maxmsg=10;
    attr.mq_msgsize=sizeof(Msg);
    attr.mq_curmsgs=0;

    mqd_t mqid = mq_open(name,flags,mode,&attr);
    if(mqid==-1)
    {
        printf("mq_open() failed! error %s (%d)
",strerror(errno),errno);
        return -1;
    }
    
    int i;
    for(i=0;i<5;i++)
    {
        if(mq_send(mqid,Msg,strlen(Msg),i)==-1)
        {
            perror("mq_send error");
            return -1;
        }
    }
    
    mq_close(mqid);
    
    return 0;
}

/* recv.c */
#include <mqueue.h>
#include <stdbool.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>    
#include <time.h>      
#include <errno.h>
#include <string.h>

int main(int argc,char**argv)
{
    if(argc !=2)
    {
        printf("Usage: %s /mqname 
", argv[0]);
        return -1;
    }
    const int MAXSIZE =1024;
    char RecvBuff[MAXSIZE];
    int prio;
    ssize_t n;
    char* name  = argv[1];
    int   flags = O_RDONLY;

    memset(RecvBuff, 0, sizeof(RecvBuff));
    mqd_t mqid = mq_open(name, flags);

    struct mq_attr attr;
    if(mqid == -1)
    {
        printf("mq_open error %s (%d)
",strerror(errno),errno);
        return -1;
    }
    while(true)
    {
        if(mq_getattr(mqid,&attr) == -1)
        {
            printf("get attr error
");
            break;
        }
        if(attr.mq_curmsgs == (long)0)
        {
            printf("no messages in queue
");
            break;
        }

        if((n = mq_receive(mqid,RecvBuff,sizeof(RecvBuff),&prio)) == -1)
        {
            perror("mq_receive error");
            return -1;
        }
        printf("read %ld bytes
", (long)n);
        printf("prio is %d
", prio);
        printf("%s 

", RecvBuff);
    }
    
    mq_close(mqid);
    mq_unlink(name);
    
    return 0;
}

/* Makefile */

all:
    gcc send.c -o send -lrt
    gcc recv.c -o recv -lrt

/*运行结果*/

read 11 bytes
prio is 4
Hello World 

read 11 bytes
prio is 3
Hello World 

read 11 bytes
prio is 2
Hello World 

read 11 bytes
prio is 1
Hello World 

read 11 bytes
prio is 0
Hello World