什么是消息隊列？

假設你是一個快遞員，你需要將貨物從一個倉庫運到另一個倉庫。但是你發(fā)現(xiàn)自己的時間不夠用，需要另外請一個人來幫忙。那么，你們之間如何進行協(xié)作呢？

一種方式是直接將貨物全部交給對方，但這樣存在風險：對方可能會出現(xiàn)問題，導致貨物丟失或損壞。

而另一種更安全的方式是，你將貨物分批發(fā)送給對方，對方再按照你的要求逐批接收貨物。這種方式類似于消息隊列的通信方式。

在 Linux 系統(tǒng)中，消息隊列是一種 IPC（進程間通信）機制，用于實現(xiàn)不同進程之間的通信。

簡單地說，消息隊列是一個消息的鏈表，消息發(fā)送方將消息發(fā)送到消息隊列中，消息接收方從隊列中讀取消息。

消息隊列的優(yōu)點和缺點

與其他 IPC 機制相比，消息隊列有以下優(yōu)點：

• 通過消息隊列可以實現(xiàn)異步通信。
• 消息隊列可以存儲多個消息，接收方可以按順序逐個讀取消息。
• 消息隊列的消息長度可以很長。

但是，消息隊列也有以下缺點：

• 消息隊列的消息長度有限制，一般不能超過系統(tǒng)限制的最大值。
• 消息隊列需要調(diào)用特殊的系統(tǒng)調(diào)用來讀寫消息，開銷較大。

消息隊列的創(chuàng)建和使用方法

在Linux中，可以通過以下系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)來創(chuàng)建和使用消息隊列：

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

int msgget(key_t key, int msgflg);   // 創(chuàng)建或打開消息隊列
int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);   // 向消息隊列發(fā)送消息
ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);   // 從消息隊列接收消息
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);   // 控制消息隊列

其中，key是用來唯一標識消息隊列的鍵值，msgflg是創(chuàng)建消息隊列時的選項參數(shù)。在創(chuàng)建消息隊列時，如果該鍵值已經(jīng)存在，則直接返回該消息隊列的標識符；如果不存在，則創(chuàng)建一個新的消息隊列，并返回該消息隊列的標識符。

在使用消息隊列時，msgsnd函數(shù)用于向消息隊列中發(fā)送消息，msgrcv函數(shù)用于從消息隊列中接收消息，msgctl函數(shù)用于對消息隊列進行控制，比如刪除消息隊列等。

消息隊列的發(fā)送和接收示例

下面我們來看一個簡單的示例，展示如何使用消息隊列進行進程間通信。

假設有兩個進程，一個發(fā)送進程和一個接收進程，它們之間需要傳遞一些數(shù)據(jù)。我們通過消息隊列來實現(xiàn)進程間通信。

首先，我們需要創(chuàng)建一個消息隊列，然后讓發(fā)送進程向消息隊列中發(fā)送一條消息，接收進程從消息隊列中接收該消息，并進行處理。

創(chuàng)建消息隊列

我們首先需要創(chuàng)建一個消息隊列?？梢允褂?code>msgget函數(shù)來創(chuàng)建消息隊列。以下是創(chuàng)建消息隊列的示例代碼：

#include <sys/msg.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    key_t key = ftok("/tmp", 'a'); // 創(chuàng)建一個唯一的key
    int msgid = msgget(key, 0666 | IPC_CREAT); // 創(chuàng)建消息隊列
    if (msgid == -1) {
        perror("msgget");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("消息隊列創(chuàng)建成功，msgid=%d\n", msgid);

    return 0;
}

在上面的代碼中，我們使用ftok函數(shù)創(chuàng)建一個唯一的key，這個key將作為消息隊列的標識符。然后，我們使用msgget函數(shù)創(chuàng)建消息隊列。如果創(chuàng)建成功，msgget函數(shù)將返回一個消息隊列ID（msgid），否則將返回-1。在本例中，如果創(chuàng)建消息隊列失敗，我們將輸出錯誤消息并退出程序。

發(fā)送消息

接下來，我們將使用msgsnd函數(shù)向消息隊列發(fā)送一些消息。以下是一個發(fā)送消息的示例代碼：

// sendmsg.c

#include <sys/msg.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

typedef struct {
    long type;
    char text[100];
} message_t;

int main()
{
    key_t key = ftok("/tmp", 'a'); // 創(chuàng)建一個唯一的key
    int msgid = msgget(key, 0666 | IPC_CREAT); // 創(chuàng)建消息隊列
    if (msgid == -1) {
        perror("msgget");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    message_t message;
    message.type = 1;
    strcpy(message.text, "Hello, World!");
    int result = msgsnd(msgid, &message, sizeof(message.text), 0);
    if (result == -1) {
        perror("msgsnd");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("消息發(fā)送成功，text=%s\n", message.text);

    return 0;
}

在上面的代碼中，我們定義了一個message_t結(jié)構(gòu)體，它包含一個長整型變量和一個字符串數(shù)組。長整型變量將用于指定消息類型，而字符串數(shù)組將包含消息正文。然后，我們使用msgsnd函數(shù)將消息發(fā)送到隊列。在本例中，我們發(fā)送的消息類型為1，消息正文為"Hello, World!"。

接收消息

最后，我們將使用msgrcv函數(shù)從消息隊列接收我們之前發(fā)送的消息。以下是一個接收消息的示例代碼：

// rsvmsg.c

#include <sys/msg.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

typedef struct {
    long type;
    char text[100];
} message_t;

int main()
{
    key_t key = ftok("/tmp", 'a'); // 創(chuàng)建一個唯一的key
    int msgid = msgget(key, 0666 | IPC_CREAT); // 創(chuàng)建消息隊列
    if (msgid == -1) {
        perror("msgget");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    message_t message;
    int result = msgrcv(msgid, &message, sizeof(message.text), 1, 0);
    if (result == -1) {
        perror("msgrcv");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("消息接收成功，text=%s\n", message.text);

    return 0;
}

效果演示

編譯上面的sendmsg.c 和 rsvmsg.c文件，得到一個兩個程序：sendmsg和rsvmsg。

• 先運行sendmsg，后運行rsvmsg

[wayne@wayne:~] ./sendmsg
消息發(fā)送成功，text=Hello, World!

[wayne@wayne:~] ./rsvmsg
消息接收成功，text=Hello, World!

• 先運行rsvmsg，后運行sendmsg

[wayne@wayne:~] ./rsvmsg

此時rsvmsg會阻塞在這里，等待消息

[wayne@wayne:~] ./sendmsg
消息發(fā)送成功，text=Hello, World!

sendmsg發(fā)送消息后，rsvmsg進程，收到消息，打印消息

消息接收成功，text=Hello, World!

小結(jié)

總的來說，Linux 消息隊列是一種高效的進程間通信機制，它可以在多個進程之間共享，允許進程異步地發(fā)送和接收消息。

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