linux網路編程之POSIX 訊息佇列 和 系列函數

一、在前面介紹了system v 訊息佇列的相關知識，現在來稍微看看posix 訊息佇列。

其實訊息佇列就是一個可以讓進程間交換資料的場所，而兩個標準的訊息佇列最大的不同可能只是api 函數的不同，如system v 的系列函數是msgxxx，而posix 是mq_xxx。posix 訊息佇列也有一些對訊息長度等的限制，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

即一個訊息佇列最多能有10條訊息，每條訊息的最大長度為8192位元組，一個系統最多能有256個訊息佇列。

還有一點是，在Linux上，posix 訊息佇列是以虛擬檔案系統實現的，必須將其掛載到某個目錄才能看見，如

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

通過cat 命令查看訊息佇列的狀態，假設mymq 是建立的一條訊息佇列的名字
           $ cat /dev/mqueue/mymq
           QSIZE:129     NOTIFY:2    SIGNO:0    NOTIFY_PID:8260

QSIZE：訊息佇列所有訊息的資料長度

NOTIFY_PID：某個進程使用mq_notify 註冊了訊息到達非同步通知事件，即此進程的pid

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

SIGNO：當以訊號方式通知的時候，表示訊號的編號.

二、系列函數，編譯時間候加上 -lrt 選項，即串連librt 庫 （即時庫）

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

功能：用來建立和訪問一個訊息佇列
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);
參數
name: 某個訊息佇列的名字，必須以/打頭，並且後續不能有其它/ ，形如/somename長度不能超過NAME_MAX（255）
oflag:與open函數類似，可以是O_RDONLY、O_WRONLY、O_RDWR，還可以按位或上O_CREAT、O_EXCL、O_NONBLOCK；
mode:如果oflag指定了O_CREAT，需要設定mode。
傳回值：成功返回訊息佇列檔案描述符；失敗返回-1

功能：關閉訊息佇列
原型
mqd_t mq_close(mqd_t mqdes);
參數
mqdes : 訊息佇列描述符
傳回值：成功返回0；失敗返回-1

功能：刪除訊息佇列
原型
mqd_t mq_unlink(const char *name);
參數
name: 訊息佇列的名字
傳回值：成功返回0；失敗返回-1

功能：擷取/設定訊息佇列屬性
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);
傳回值：成功返回0；失敗返回-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 是標誌；mq_maxmsg 即一個訊息佇列訊息個數上限；mq_msgsize即一條訊息的資料上限；mq_curmsgs即當前訊息個數

功能：發送訊息
原型
mqd_t mq_send(mqd_t mqdes, const char *msg_ptr, size_t msg_len, unsigned msg_prio);
參數
mqdes:訊息佇列描述符
msg_ptr:指向訊息的指標
msg_len:訊息長度
msg_prio:訊息優先順序
傳回值：成功返回0；失敗返回-1

功能：接收訊息
原型
ssize_t mq_receive(mqd_t mqdes, char *msg_ptr, size_t msg_len, unsigned *msg_prio);
參數
mqdes:訊息佇列描述符
msg_ptr:返回接收到的訊息
msg_len:訊息長度，一般需要指定為msgsize_max
msg_prio:返回接收到的訊息優先順序
傳回值：成功返回接收到的訊息位元組數；失敗返回-1
注意：返回指定訊息佇列中最高優先順序的最早訊息，優先順序最低為0

功能：建立或者刪除訊息到達通知事件
原型
mqd_t mq_notify(mqd_t mqdes, const struct sigevent *notification);
參數
mqdes:訊息佇列描述符
notification：
非空表示當訊息到達且訊息佇列先前為空白，那麼將得到通知;
NULL表示撤消登入的通知
傳回值：成功返回0；失敗返回-1
通知方式：
產生一個訊號
建立一個線程執行一個指定的函數

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個：

SIGEV_NONE：訊息到達不會發出通知

SIGEV_SIGNAL：以訊號方式發送通知，當設定此選項時，sigev_signo 設定訊號的編號，且只有當訊號為即時訊號時才可以通過sigev_value順帶資料，參加這裡。

SIGEV_THREAD：以線程方式通知，當設定此選項時，sigev_notify_function 即一個函數指標，sigev_notify_attributes 即線程的屬性

mq_notify 函數注意點：

1、任何時刻只能有一個進程可以被註冊為接收某個給定隊列的通知
2、當有一個訊息到達某個先前為空白的隊列，而且已有一個進程被註冊為接收該隊列的通知時，只有在沒有任何線程阻塞在該隊列的mq_receive調用的前提下，通知才會發出。
3、當通知被發送給它的註冊進程時，其註冊被撤消。進程必須再次調用mq_notify以重新註冊（如果需要的話），重新註冊要放在從訊息佇列讀出訊息之前而不是之後。

下面寫兩個小程式測試一下：

mq_send.c

 C++ Code 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46

#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

 C++ Code 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67

#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; }

假設之前已經用mq_open 建立了一個訊息佇列並mount 到/dev/mqueue 上，可以查看狀態：

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

接著運行./mq_notify 再查看狀態：

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

準備通知的訊號是10號，即SIGUSR1，等待的進程pid即./mq_notify ，此時./mq_notify 進程是阻塞的，正在等待其他進程往訊息佇列寫入訊息，現在運行./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$ 

回頭看./mq_notify 的輸出：

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 發送的兩條訊息都接收到了，需要注意的是雖然通知是一次性的，但我們在訊息處理函數再次註冊了通知，故能多次接收到通知，但通知只發生在訊息佇列由空到不空的時候，如果先運行./mq_send 先往訊息佇列發送了n條訊息，那麼執行./mq_notify 是不會接收到通知的，一直阻塞著。