Linux IPC POSIX Message Queuing: Ein einfacher Weg zur zuverlässigen Nachrichtenübermittlung

Linux-System ist ein Betriebssystem, das die gleichzeitige Ausführung mehrerer Aufgaben unterstützt. Es kann mehrere Prozesse gleichzeitig ausführen und dadurch die Systemauslastung und -effizienz verbessern. Wenn jedoch Datenaustausch und Zusammenarbeit zwischen diesen Prozessen erforderlich sind, müssen einige IPC-Methoden (Inter-Process Communication) verwendet werden, z. B. Signale, gemeinsam genutzter Speicher, Semaphore usw. Unter diesen ist die POSIX-Nachrichtenwarteschlange eine relativ einfache und zuverlässige IPC-Methode. Sie ermöglicht es zwei oder mehr Prozessen, Nachrichten über eine Warteschlange zu übertragen, ohne sich um den Inhalt und das Format der Nachricht zu kümmern. In diesem Artikel werden die Methoden der POSIX-Nachrichtenwarteschlange im Linux-System vorgestellt, einschließlich des Erstellens, Öffnens, Sendens, Empfangens, Schließens und Löschens der Nachrichtenwarteschlange.

Modell:

#include
#include 
#include 
mq_open()   //创建/获取消息队列fd       
mq_get()    //设置/获取消息队列属性   
mq_send()/mq_receive()    //发送/接收消息 
mq_close()      //脱接消息队列            
mq_unlink()     //删除消息队列            

Vorteile von POSIX mq gegenüber Sys V mq

• Eine einfachere dateibasierte Anwendungsoberfläche
• Volle Unterstützung der Nachrichtenpriorität (die Priorität bestimmt letztendlich die Position der Nachricht in der Warteschlange)
• Unterstützt vollständig die asynchrone Benachrichtigung über den Nachrichteneingang, die durch Signale oder Thread-Erstellung implementiert wird
• Timeout-Mechanismus zum Blockieren von Sende- und Empfangsvorgängen

Name der Nachrichtenwarteschlange

Es ist bekannt aus $man mq_overview: Eine Nachrichtenwarteschlange wird eindeutig durch einen Namen in der Form „/somename“ identifiziert. Die maximale Länge der Namenszeichenfolge kann nicht in Richtung NAME_MAX liegen (d. h. 255). Warteschlangenname

mq_open()

//创建一个POSIX消息队列或打开一个已经存在的消息队列,成功返回消息队列描述符mqdes供其他函数使用，失败返回

(mqd_t)-1设errno
//Link with -lrt.
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);

offlag
muss eines von Folgendem enthalten:

• O_RDONLY bedeutet, die Nachrichtenwarteschlange zu öffnen, um nur Nachrichten zu empfangen
• O_WRONLY bedeutet, die Nachrichtenwarteschlange zu öffnen, um nur Nachrichten zu senden
• O_RDWR bedeutet, die Nachrichtenwarteschlange in einer Form zu öffnen, die empfangen und gesendet werden kann

kann bitweise ODER-verknüpft werden:

• O_NONBLOCKÖffnen Sie die Nachrichtenwarteschlange im nicht blockierenden Modus
• O_CREATWenn keine Nachrichtenwarteschlange vorhanden ist, erstellen Sie sie. Die UID des Eigentümers der Nachrichtenwarteschlange wird auf die effektive UID des aufrufenden Prozesses und die GID auf die effektive GID des aufrufenden Prozesses gesetzt
O_EXCL
• Stellen Sie sicher, dass die Nachrichtenwarteschlange erstellt wurde. Wenn die Nachrichtenwarteschlange bereits vorhanden ist, tritt ein Fehler auf

mode

Wenn O_CREAT in oflag vorhanden ist, wird mode verwendet, um die Berechtigungen der neu erstellten Nachrichtenwarteschlange darzustellen. attr
Wenn O_CREAT in oflag vorhanden ist, stellt attr die Attribute der Nachrichtenwarteschlange dar. Wenn attr NULL ist , es wird standardmäßig die Konfigurationsnachrichtenwarteschlange festlegen (mq_overview(7) für Details.)

mq_setattr() / mq_getattr()

//设置/修改 / 获取消息队列属性,成功返回0,失败返回-1设errno
//Link with -lrt.
int mq_setattr(mqd_t mqdes, const struct mq_attr *newattr, struct mq_attr *oldattr);
int mq_getattr(mqd_t mqdes, struct mq_attr *attr);

mqattr-Struktur

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_send() / mq_timesend()

//发送消息到mqdes指向的消息队列。成功返回0，失败返回-1设errno
//Link with -lrt.
int mq_send(mqd_t mqdes, const char *msg_ptr,size_t msg_len, unsigned int msg_prio);

//如果消息队列满
#include        //额外的header
int mq_timedsend(mqd_t mqdes, const char *msg_ptr,size_t msg_len, unsigned int msg_prio,
const struct timespec *abs_timeout);

msg_len msg_ptr指向的消息队列的长度，这个长度必须msg_prio 一个用于表示消息优先级的非0整数，消息按照优先级递减的顺序被放置在消息队列中，同样优先级的消息，新的消息在老的之后，如果消息队列满了，就进入blocked状态，新的消息必须等到消息队列有空间了进入，或者调用被signal中断了。如果flag里有O_NOBLOCK选项，则此时会直接报错
abs_timeout:如果消息队列满了，那么就根据abs_timeout指向的结构体表明的时间进行锁定，里面的时间是从970-01-01 00:00:00 +0000 (UTC)开始按微秒计量的时间，如果时间到了，那么mq_timesend()立即返回

struct timespec {
    time_t tv_sec;        /* seconds */
    long   tv_nsec;       /* nanoseconds */
};

mq_receive()/mq_timedreceive()

//从消息队列中取出优先级最高的里面的最老的消息，成功返回消息取出消息的大小，失败返回-1设errno
//具体功能参照mq_send()/mq_timesend()
//Link with -lrt.
ssize_t mq_receive(mqd_t mqdes, char *msg_ptr, size_t msg_len, unsigned int *msg_prio);
#include        //额外的header
ssize_t mq_timedreceive(mqd_t mqdes, char *msg_ptr, size_t msg_len,
 unsigned int *msg_prio, const struct timespec *abs_timeout);

mq_notify()

//允许调用进程注册或去注册同步来消息的通知，成功返回0,失败返回-1设errno
//Link with -lrt.
int mq_notify(mqd_t mqdes, const struct sigevent *sevp);

sevp指向sigevent的指针

• 如果sevp不是NULL，那么这个函数就将调用进程注册到通知进程,只有一个进程可以被注册为通知进程
• 如果sevp是NULL且当前进程已经被注册过了，则去注册，以便其他进程注册

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 used for thread notification
 (SIGEV_THREAD)
    void*   sigev_notify_attributes;    // Attributes for notification thread (SIGEV_THREAD)
    pid_t   sigev_notify_thread_id;     /* ID of thread to signal (SIGEV_THREAD_ID) */
};

sigev_notify使用下列的宏进行配置：

• SIGEV_NONE调用进程仍旧被注册，但是有消息来的时候什么都不通知
• SIGEV_SIGNAL通过给调用进程发送sigev_signo指定的信号来通知进程有消息来了
• SIGEV_THREAD一旦有消息到了，就激活sigev_notify_function作为新的线程的启动函数

mq_close()

//关闭消息队列描述符mqdes，如果有进程存在针对这个队列的notification request，那么也会被移除

//成功返回0,失败返回-1设errno
//Link with -lrt.
int mq_close(mqd_t mqdes);

mq_unlink():

//移除队列名指定的消息队列，一旦最后一个进程关闭了针对这个消息队列的描述符，就会销毁这个消息队列
//成功返回0，失败返回-1设errno
//Link with -lrt.
int mq_unlink(const char *name);

本文介绍了Linux系统中POSIX 消息队列的方法，包括消息队列的创建、打开、发送、接收、关闭和删除等方面。通过了解和掌握这些知识，我们可以更好地使用POSIX 消息队列来实现进程间通信，提高系统的稳定性和效率。当然，Linux系统中POSIX 消息队列还有很多其他的特性和用法，需要我们不断地学习和研究。希望本文能给你带来一些启发和帮助。

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