进程通信（二）消息队列（System V 消息队列）_网络技术

进程通信（二）消息队列（System V 消息队列）

发布时间 - 2025-07-11 00:00:00 点击率：次

一、system v 消息队列概述

消息队列：消息队列的核心是Linux内核创建的用于存储消息的链表，专门用于消息的存储，因此也被称为消息队列。在Linux中，不同的进程，包括有亲缘关系的进程和无亲缘关系的进程，都可以通过Linux消息队列API获取的消息队列唯一标识符来操作消息队列。

二、消息队列的数据结构分析

Linux为了管理消息队列，创建了相应的数据结构，接下来我们将详细分析消息队列的结构以及消息队列节点的结构。

消息队列的结构：

struct msqid_ds {
    struct ipc_perm msg_perm;   // 消息队列的读写权限和所有者
    struct msg *msg_first;      // 指向消息队列链表中的第一个节点
    struct msg *msg_last;       // 指向消息队列链表中的最后一个节点
    long msg_stime;             // 最近一次从消息队列中取出消息的时间
    long msg_rtime;             // 最近一次从消息队列中放入消息的时间
    long msg_ctime;             // 最近一次修改消息队列的时间
    unsigned long msg_lcbytes;  // 重用32位的废弃字段
    unsigned long msg_lqbytes;  // 同上
    unsigned short msg_cbytes;  // 保存队列总共占用内存的字节数
    unsigned short msg_qnum;    // 当前消息队列中消息的个数
    unsigned short msg_qbytes;  // 队列所占用内存的最大字节数
    int msg_lspid;              // 最近一次向消息队列发送消息进程的pid
    int msg_lrpid;              // 最近一次从消息队列接受消息进程的pid
};

消息队列节点的结构：

struct msg {
    struct msg *msg_next;  // 指向消息队列中下一个消息的指针
    long msg_type;        // 消息的类型
    char *msg_spot;       // 消息内容在内存中的地址
    time_t msg_stime;     // 消息的时间戳
    short msg_ts;         // 消息内容的长度
};

struct ipc_perm msg_perm的结构：

struct ipc_perm {
    __kernel_key_t key;    // 消息队列的key值
    __kernel_uid_t uid;    // 当前使用消息队列的用户
    __kernel_gid_t gid;    // 使用消息队列的用户所在的用户组
    __kernel_uid_t cuid;   // 创建消息队列的用户
    __kernel_gid_t cgid;   // 创建消息队列用户所在的用户组
    __kernel_mode_t mode;  // 读写权限
    unsigned short seq;    // 序列号，保证消息队列ID不会被重复使用
};

通过上述几个关于消息队列的结构体，我们可以大致描绘出消息队列的结构：

从上图中可以直观地感受到Linux内核设计的消息队列的基本结构，这对于理解消息队列的Linux API至关重要。

三、消息队列API分析

msgget函数
1. int msgget(key_t key, int oflag);
返回值：唯一的标识符
关于参数key和参数oflag，请参考下图，参考《Unix网络编程2.进程通信》
key值的指定：
(1) 指定为IPC_PRIVATE，每次调用msgget都会创建一个新的消息队列，这种方法开销较大，一般情况下，只需要一个消息队列即可，因此不建议使用。
(2) 指定一个(key_t)value，这个value只要未使用即可，可以通过ipcs -q命令查看已有消息队列的key值，以避免重复使用。
(3) 使用ftok生成key。

ftok函数简介
#include 
#include 
key_t ftok(const char *filename, int id);
函数功能：ftok通过一个路径名和一个整型值，就可以返回一个唯一对应的key值。只要路径名和整形数不变，key就不变。
filename+value(int) -> key
由于ftok只会使用整型数id的低八位，所以在使用时指定一个ascii码即可。

msgsnd函数
2. int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t length, int flag);
参数msqid是由msgget返回的消息队列的唯一标识符
const void* ptr是一个消息包的指针，消息包可以是：
struct msgbuf {
    long mtype;  // 消息类型必须大于0
    char mtext[1];  // 1个字节肯定是不够用的，因此可以自定义消息包
};
length: 消息内容的大小
flag:
（1）0：阻塞发送消息，如果没有发送成功时，该函数会一直阻塞，直到发送成功。
（2）IPC_NOWAIT：非阻塞的方式发送消息，无论是否发送成功，函数都会返回，即使发送不成功，函数也会返回。

msgrcv函数
3. ssize_t msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t length, long type, int flag);
参数ptr: 指定接受消息存放的位置。
参数length: 指定了由ptr指向的缓冲区中数据部分的大小，这是该函数能返回的最大数据量，该长度不包含整型类型字段。
参数type: 指定希望从所给定的队列中读出什么样的消息。
参数flag: 指定所请求类型的消息不在指定的队列中应该作何处理。
（1）0：阻塞接受消息
（2）IPC_NOWAIT: 非阻塞接受消息，没有消息时，不阻塞。

msgctl函数
4. int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds* buff);
msgctl接口可以使得进程在msqid所标识的消息队列上进行各种控制操作。
msgctl的三个命令cmd参数：
（1）IPC_RMID：从系统中删除由msqid指定的消息队列。此时第三个参数可以省略，这个命令可以理解为删除消息队列。
（2）IPC_SET，给所指定的消息队列设置其msqid_ds结构体的以下4个成员：msg_perm.uid, msg_perm.gid, msg_perm.mode和msg_qbytes。此时需要自己创建msqid_ds结构体并初始化然后传入。
（3）IPC_STAT，此时buff作为传出参数可以获取消息队列消息头中msg_perm结构体的在内核中的内容。

四、代码实战

（1）有亲缘关系的进程间通信

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
typedef struct msgbuf {
    long mtype;
    char mtext[128];
} MSG;
int main() {
    int msgid = msgget((key_t)1235, 0664|IPC_CREAT);
    assert(msgid != -1);
    pid_t pid = fork();
    assert(pid != -1);
    if (pid > 0) {
        MSG msg;
        memset(&msg, 0, sizeof(msg));
        msg.mtype = 100;
        strcpy(msg.mtext, "hello");
        msgsnd(msgid, &msg, strlen(msg.mtext), 0);
    } else if (pid == 0) {
        MSG msg;
        memset(&msg, 0, sizeof(msg));
        msgrcv(msgid, &msg, 127, 100, 0);
        printf("msg.mtype: %ld\n", msg.mtype);
        printf("msg.mtext: %s\n", msg.mtext);
    }
    return 0;
}

（2）无亲缘关系的进程间通信 msg_send.c

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
typedef struct msgdata {
    long mtype;  // 消息类型
    char mtext[128];
} MSG;
int main() {
    int id = msgget((key_t)1234, IPC_CREAT | 0664);
    assert(id != -1);
    MSG msg;
    memset(&msg, 0, sizeof(msg));
    msg.mtype = 100;
    strcpy(msg.mtext, "hello world");
    msgsnd(id, &msg, strlen(msg.mtext), 0);
    memset(&msg, 0, sizeof(msg));
    msg.mtype = 200;
    strcpy(msg.mtext, "ni hao, shi jian");
    msgsnd(id, &msg, strlen(msg.mtext), 0);
    return 0;
}

msg_recv.c

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
typedef struct msgdata {
    long mtype;
    char mtext[128];
} MSG;
int main() {
    int id = msgget((key_t)1234, 0664|IPC_CREAT);
    assert(id != -1);
    MSG msg;
    memset(&msg, 0, sizeof(msg));
    msgrcv(id, &msg, 127, 200, 0);
    printf("msg.mtype: %ld\n", msg.mtype);
    printf("msg.mtext: %s\n", msg.mtext);
    return 0;
}

（3）删除消息队列内核对象

使用msgctl来删除消息队列内核对象
void msgRemove(int msgid) {
    int res = msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL);
    if (res == -1) return -1;
    else return 0;
}

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