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1、第4章 进程间通信 3,2023/8/6,2,4.4 Linux消息缓冲通信(消息队列)4.4.1 消息缓冲通信概述,1.Linux消息队列概述消息队列满足IPC通信机制的通用规则：使用一个消息队列标识符（键值key，参考上节中的ipc_perm结构）来唯一标识一个消息队列，并依此检查访问权限。通过多进程共享同一个消息队列实现。消息队列本身是一个临界资源，需实现互斥操作。,2023/8/6,3,2.Linux消息缓冲通信的数据结构,消息缓冲区msgbuf该数据结构用来存放需要发送或接收的消息类型和消息正文。消息缓冲区msgbuf的结构在/usr/src/linux-2.4/include/li
2、nux/msg.h文件中描述如下：/*message buffer for msgsnd and msgrcv calls*/struct msgbuf long mtype;/消息类型，由用户约定char mtext1;/消息正文;,mtext1是消息正文，该域可由程序员定义为任意数据结构，但消息及消息队列的长度有限，其设置在系统配置时可以改变，其缺省值定义在/usr/src/linux-2.4/include/linux/msg.h中：#define MSGMNI 16/*=IPCMNI*/*max#of msg queue identifiers*/#define MSGMAX 8192
3、/*=INT_MAX*/*max size of message(bytes)*/#define MSGMNB 16384/*=INT_MAX*/*default max size of a message queue*/,2023/8/6,4,2.Linux消息缓冲通信的数据结构,每条消息使用一个数据结构msg_msg进行描述，并通过指针*next与msgbuf链接成一个完整的消息实体。同一消息队列中的消息通过m_list表组织起来，形成一个满足同一key值的消息队列。msg_msg数据结构在文件/usr/src/linux-2.4/ipc/msg.c中定义为：/*one msg_msg s
4、tructure for each message*/struct msg_msg struct list_head m_list;long m_type;int m_ts;/*message text size*/struct msg_msgseg*next;/*the actual message follows immediately*/;,2023/8/6,5,消息队列链表msgque,Linux内核维护一个消息队列链表msgque，该表描述了当前系统中的消息队列。链表中每个元素指向一个描述消息队列的kern_ipc_perm结构，以及与该消息队列有关的3个队列结构的头元素：消息缓冲队
5、列、接收进程等待队列、发送进程等待队列。同时，还保留有关队列变动的时间以及进程标识等信息。其结构定义在/usr/src/linux-2.4/ipc/msg.c文件中：/*one msq_queue structure for each present queue on the system*/struct msg_queue struct kern_ipc_perm q_perm;time_t q_stime;/*last msgsnd time*/time_t q_rtime;/*last msgrcv time*/time_t q_ctime;/*last change time*/uns
6、igned long q_cbytes;/*current number of bytes on queue*/unsigned long q_qnum;/*number of messages in queue*/unsigned long q_qbytes;/*max number of bytes on queue*/pid_t q_lspid;/*pid of last msgsnd*/pid_t q_lrpid;/*last receive pid*/struct list_head q_messages;struct list_head q_receivers;struct lis
7、t_head q_senders;,2023/8/6,6,3.Linux消息缓冲通信数据结构之间的关系,2023/8/6,7,发送消息原语与接收消息原语的同步互斥算法描述如下：,/*发送消息原语*/send()P(s2);P(mutex)；将消息缓冲区msgbuf挂到消息队列；V(mutex)；V(s1)；,/*接收消息原语*/receive()P(s1)；P(mutex)；从消息队列取消息缓冲区msgbuf；V(mutex)；V(s2),/*mutex 为互斥信号量，s1表示消息队列上是否有消息，s2表示消息队列是否有空（允许长度）*/int mutex=1，s1=0，s2=n；,2023/
8、8/6,8,4.发送和接收消息执行过程,2023/8/6,9,发送消息进程与接收消息进程：,发送进程在调用send()原语之前，先要作好以下准备工作：申请一个消息缓冲区msgbuf；复制消息到缓冲区msgbuf；,接收进程在接收到消息后要做以下善后处理：将消息缓冲区msgbuf中的消息复制到进程存储空间；释放消息缓冲区msgbuf；,2023/8/6,10,4.4.2 Linux消息缓冲通信的系统调用,共提供了4个系统调用msgget()Msgsnd()msgrcv()Msgctl()所用头函数：#include#include,2023/8/6,11,4.4.2 Linux消息缓冲通信的系统
9、调用,1.创建一个消息队列或获取已存在消息队列的标识格式：int msgget(key_t key,int msgflag)；功能：创建标识为key值的消息队列或者获取已存在的消息队列的描述符msgid。参数说明：msgqid该系统调用返回的消息队列描述符，-1表示失败；key用户指定的消息队列标识符，为一正整数，其值可以由用户指定，如果使用IPC_PRIVATE则由系统产生key值；flag用户设置的标志或访问方式，其值由操作权限和控制命令进行或运算得到。返回：正确返回该消息队列的描述符msgid；错误返回1。通常使用语句：msgid=msgget(Key,0666|IPC_CREAT);,
10、2023/8/6,12,2.发送一条消息到指定的消息队列,格式：int msgsnd(int msgid,struct msgbuf*msgp,int size,int flag)；功能：发送一个消息给指定描述符的消息队列。将msgp所指向的msgbuf中的消息复制到消息数据结构并挂到指定消息队列尾，唤醒等待消息的进程。参数说明：msgid执行msgget()返回的消息队列的描述符；msgp指向用户存储区的一个消息缓冲msgbuf的指针，在msgbuf中包含消息类型和消息正文，其结构参见4.4.1 节size由msgp指向的数据结构中字符数组的长度（消息长度）；flag 规定当核心用尽内部空间
11、时应执行的动作，例如：若在flag中设置了IPC_NOWAIT，则当消息队列中的字节数超过最大值msgsnd立即返回，否则msgsnd睡眠。flag可置0。返回：成功返回0；错误返回1。,2023/8/6,13,3.从消息队列接收消息,格式：int msgrcv(int msgid,struct msgbuf*msgp,int size,int type,int flag)；功能：从指定的消息队列接收一个消息。将消息复制到msgp所指的msgbuf中，从消息队列中删除此消息，若消息未到则调用进程阻塞插入等待消息队列尾。参数说明：msgid消息队列描述符；msgp 用来存放要接收消息的用户消息缓
12、冲msgbuf的地址；size msgp中数据数组的大小；type用户要读的消息类型：0-接收队列的第一个消息；0-接收类型type的第一个消息；0接收小于或等于|type|的最低类型的第一个消息。flag规定若该队列无消息，操作系统核心应当做什么，可置0。返回：成功返回接收到的数据长度；错误返回1。,2023/8/6,14,4.对消息队列的操作,格式：int msgctl(int msgid,int cmd,struct msgid_ds*buf)；功能：查询一个消息队列的状态；设置或修改它的状态；撤消一个消息队列。参数说明：msgid该消息队列的描述符；cmd规定命令的类型：IPC_STA
13、T查询消息队列状态，将与msgid相关联的消息队列首标读入buf；IPC_SET设置或修改消息队列状态，设置有效用户、组标识、操作允许权，及字节数；IPC_RMID撤消描述符为msgid的消息队列；Buf含有控制参数或查询结果的用户缓冲区的地址，可为0。返回：调用成功返回0，不成功返回-1。注意：设置和撤消消息队列的进程需要有一定的权限，如超级用户、具有有效用户ID、符合msg_perm权限设置。,2023/8/6,15,4.4.3 消息缓冲通信应用举例,1.使用方法使用系统调用函数msgget()创建或者获取指定key值的消息队列：给定key值的消息队列不存在时为创建，已创建后再执行为获取。
14、消息缓冲区定义：struct my_msglong int my_msg_type;char some_textMAXMSG;msg;用户缓冲区定义：char bufferBUFSIZ;,2023/8/6,16,4.4.3 消息缓冲通信应用举例,发送消息进程使用发送消息系统调用函数msgsnd()发送消息；接收进程使用系统调用函数msgrcv()接收消息。将buffer中的消息复制到消息缓冲区，然后发送消息缓冲区到消息队列：msg.my_msg_type=1;/设置消息类型为1 strcpy(msg.some_text,buffer);/将buffer的消息复制到消息缓冲区 msgsnd(ms
15、gid,/撤消指定的消息队列,2023/8/6,17,4.4.3 消息缓冲通信应用举例,例4-5 编程实现消息的发送与接收：发送进程sndfile.c，将要发送的消息从键盘输入，每输入一行就作为一条消息发送，用“end”作为结束消息。接收进程rcvfile.c从消息队列上逐个取出消息并显示输出，也用“end”作为结束消息。设消息队列的key为1234。结束信息“end”的判断可以使用函数：strncmp(str1,str2,n);其中n表示需要比较的字符个数；其功能是比较str1和str2的前n个字符。,2023/8/6,18,发送进程sndfile.c#include#include#inc
16、lude#include#include#include#define MAXMSG 512/定义消息长度 struct my_msg/定义消息缓冲区数据结构 long int my_msg_type;char some_textMAXMSG;msg;main()int msgid;/定义消息缓冲区内部标识 char bufferBUFSIZ;/定义用户缓冲区 msgid=msgget(1234,0666|IPC_CREAT);/创建消息队列，key为1234 while(1)puts(Enter some text:);/提示键入消息内容 fgets(buffer,BUFSIZ,stdin)
17、;/标准输入送buffer msg.my_msg_type=1;/设置消息类型为1 strcpy(msg.some_text,buffer);/buffer送消息缓冲 msgsnd(msgid,2023/8/6,19,接收进程rcvfile.c#include#include#include#include#include#include#define MAXMSG 512/定义消息长度 struct my_msg/定义消息f缓冲区数据结构 long int my_msg_type;char some_textMAXMSG;msg;main()int msgid;/定义消息缓冲区内部标识 lo
18、ng int msg_to_receive=0;msgid=msgget(1234,0666|IPC_CREAT);/获取消息队列，key为1234 while(1)msgrcv(msgid,2023/8/6,20,4.4.3 消息缓冲通信应用举例,在创建或获取一个消息缓冲队列时，其key值可以由用户给出也可以由系统生成。本例中，由于发送与接收是两个完全独立的进程，因此双方只能使用事先约定好的key值，以用户指定的方式给出。如果发送和接收进程都是同一个家族的子进程，则可以由其祖先创建后，子孙使用，因而可以采用由系统指定key值的方式，这种情况可以使用参数IPC_PRIVATE取代我们设定的key值1234。,2023/8/6,21,小结消息缓冲优缺点、适用场合及其应用,自带同步工具，使用起来较方便。（优点）该通信方式不适合信息量大或信息交换频繁的场合。（缺点）存在用户普通缓冲区与消息缓冲区之间的信息复制过程，时间开销较大。消息缓冲区自数据结构msg_msg存在空间的开销。消息队列机制是客户/服务器模型中常用的进程通信方式。,2023/8/6,22,作业,第4章 4、5、6,
