linux共享内存实验

顾名思义，消息队列就是一些消息的列表，用户可以在消息队列中添加消息和读取消息等。从这点上看，消息队列具有一定的FIFO特性，但是它可以实现消息的随机查询，比FIFO具有更大的优势。同时，这些消息又是存在于内核中的，由“队列ID”来标识。

消息队列的实现包括创建或打开消息队列、添加消息、读取消息和控制消息队列4种操作，其中创建或打开消息队列使用的函数是msgget()，这里创建的消息队列的数量会受到系统消息队列数量的限制；添加消息使用的函数是msgsnd()，它把消息添加到已打开的消息队列末尾；读取消息使用的函数是msgrcv()，它把消息从消息队列中取走，与FIFO不同的是，这里可以取走指定的某一条消息；控制消息队列使用的函数是msgctl()，它可以完成多项功能。

表1列举了msgget()函数的语法要点。

表1 msgget()函数语法要点

所需头文件	#include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h>
函数原型	int msgget(key_t key, int msgflg)
函数传入值	key：消息队列的键值，多个进程可以通过它访问同一个消息队列，其中有个特殊值IPC_PRIVATE，用于创建当前进程的私有消息队列
	msgflg：权限标志位
函数返回值	成功：消息队列ID
	出错：-1

表2列举了msgsnd()函数的语法要点。

表2 msgsnd()函数语法要点

所需头文件	#include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h>
函数原型	int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg)
函数传入值	msqid：消息队列的队列ID
	msgp：指向消息结构的指针，该消息结构msgbuf通常如下。 struct msgbuf {   long mtype; /* 消息类型，该结构必须从这个域开始 */   char mtext[1]; /* 消息正文 */ }
	msgsz：消息正文的字节数（不包括消息类型指针变量）
	msgflg	IPC_NOWAIT：若消息无法立即发送（如当前消息队列已满），函数会立即返回
		0：msgsnd调用阻塞直到发送成功为止
函数返回值	成功：0
	出错：-1

表3列举了msgrcv()函数的语法要点。

表3 msgrcv()函数语法要点

所需头文件	#include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h>
函数原型	int msgrcv(int msgid, void *msgp, size_t msgsz, long int msgtyp, int msgflg)
函数传入值	msqid：消息队列的队列ID
	msgp：消息缓冲区，同msgsnd()函数的msgp
	msgsz：消息正文的字节数（不包括消息类型指针变量）
	msgtyp	0：接收消息队列中第一个消息
		大于0：接收消息队列中第一个类型为msgtyp的消息
函数传入值		小于0：接收消息队列中第一个类型值不小于msgtyp绝对值且类型值最小的消息
	msgflg	MSG_NOERROR：若返回的消息比msgsz字节多，则消息就会截短到msgsz字节，且不通知消息发送进程
		IPC_NOWAIT：若在消息队列中并没有相应类型的消息可以接收，则函数立即返回
		0：msgsnd()调用阻塞直到接收一条相应类型的消息为止
函数返回值	成功：0
	出错：-1

表4列举了msgctl()函数的语法要点。

表4 msgctl()函数语法要点

所需头文件	#include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h>
函数原型	int msgctl (int msgqid, int cmd, struct msqid_ds *buf )
函数传入值	msqid：消息队列的队列ID
	cmd：命令参数	IPC_STAT：读取消息队列的数据结构msqid_ds，并将其存储在buf指定的地址中
		IPC_SET：设置消息队列的数据结构msqid_ds中的ipc_perm域（IPC操作权限描述结构）值，这个值取自buf参数
		IPC_RMID：从系统内核中删除消息队列
	buf：描述消息队列的msqid_ds结构类型变量
函数返回值	成功：0
	出错：-1

下面的实例体现了如何使用消息队列进行两个进程（发送端和接收端）之间的通信，包括消息队列的创建、消息发送与读取、消息队列的撤销和删除等多种操作。

消息发送端进程和消息接收端进程间不需要额外实现进程间的同步。在该实例中，发送端发送的消息类型设置为该进程的进程号（可以取其他值），因此接收端根据消息类型来确定消息发送者的进程号。注意这里使用了fotk()函数，它可以根据不同的路径和关键字产生标准的key。消息队列发送端的代码如下：

/* msgsnd.c */
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/ipc.h>
    #include <sys/msg.h>
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <unistd.h>
    #include <string.h>
    #define BUFFER_SIZE 512

struct message
    {
        long msg_type;
        char msg_text[BUFFER_SIZE];
    };
    int main()
    {
        int qid;
        key_t key;
        struct message msg;

/* 根据不同的路径和关键字产生标准的key */
        if ((key = ftok(".", 'a')) == -1)
        {
            perror("ftok");
            exit(1);
        }
        /* 创建消息队列 */
        if ((qid = msgget(key, IPC_CREAT|0666)) == -1)
        {
            perror("msgget");
            exit(1);
        }
        printf("Open queue %d\n",qid);
        while(1)
        {
            printf("Enter some message to the queue:");
            if ((fgets(msg.msg_text, BUFFER_SIZE, stdin)) == NULL)
            {
                puts("no message");
                exit(1);
            }

msg.msg_type = getpid();
            /* 添加消息到消息队列 */
            if ((msgsnd(qid, &msg, strlen(msg.msg_text), 0)) < 0)
            {
                perror("message posted");
                exit(1);
            }
            if (strncmp(msg.msg_text, "quit", 4) == 0)
            {
                break;
            }
        }
        exit(0);
    }

消息队列接收端的代码如下：

/* msgrcv.c */
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/ipc.h>
    #include <sys/msg.h>
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <unistd.h>
    #include <string.h>
    #define BUFFER_SIZE 512

struct message
    {
        long msg_type;
        char msg_text[BUFFER_SIZE];
    };
    int main()
    {
        int qid;
        key_t key;
        struct message msg;

/* 根据不同的路径和关键字产生标准的key */
        if ((key = ftok(".", 'a')) == -1)
        {
            perror("ftok");
            exit(1);
        }
        /* 创建消息队列 */
        if ((qid = msgget(key, IPC_CREAT|0666)) == -1)
        {
            perror("msgget");
            exit(1);
        }
        printf("Open queue %d\n", qid);
        do
        {
            /* 读取消息队列 */
            memset(msg.msg_text, 0, BUFFER_SIZE);
            if (msgrcv(qid, (void*)&msg, BUFFER_SIZE, 0, 0) < 0)
            {
                perror("msgrcv");
                exit(1);
            }
            printf("The message from process %d : %s", msg.msg_type, msg.msg_text);

} while(strncmp(msg.msg_text, "quit", 4));
        /* 从系统内核中移走消息队列 */
        if ((msgctl(qid, IPC_RMID, NULL)) < 0)
        {
            perror("msgctl");
            exit(1);
        }
        exit(0);
    }

以下是程序的运行结果，输入“quit”则两个进程都将结束。

$ ./msgsnd
    Open queue 327680
    Enter some message to the queue:first message
    Enter some message to the queue:second message
    Enter some message to the queue:quit
    $ ./msgrcv
    Open queue 327680
    The message from process 6072 : first message
    The message from process 6072 : second message
    The message from process 6072 : quit

本文选自华清远见嵌入式培训教材《从实践中学嵌入式Linux应用程序开发》

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