POSIX消息队列（Message Queues）是POSIX标准的一部分，用于实现进程间的异步通信。与传统的信号量、共享内存等IPC机制相比，消息队列提供了一种更为简单、直观的方式来发送和接收消息。下面详细介绍POSIX消息队列的相关概念、API以及示例代码。
概述
POSIX消息队列提供了一个简单的方法来在多个进程之间传递数据。每个消息队列可以被看作是一个先进先出（FIFO）的列表，其中每个元素都是一个消息。消息队列支持多种操作，包括创建、发送消息、接收消息、销毁等。
特点
- 异步通信：消息队列允许一个进程发送消息，另一个进程在方便的时候接收消息，无需同步等待。
- 跨进程：消息队列可以在没有亲缘关系的进程之间进行通信。
- 持久性：消息队列可以持久存储在文件系统中，即使创建它的进程终止后仍然存在。
- 属性配置：可以配置消息队列的属性，如最大消息长度、队列中消息的最大数量等。
API
POSIX消息队列API主要由以下几个函数组成：
创建消息队列
- mq_open():
mqd_t mq_open(const char *name, int oflag[, ...]): 打开或创建消息队列。- 参数
name指定消息队列的名称，oflag指定打开模式，后面可以跟mode和attr来设置权限和属性。
发送消息
- mq_send():
int mq_send(mqd_t mqdes, const char *msg_ptr, size_t msg_len, unsigned int msg_prio): 向消息队列发送消息。- 参数
mqdes是消息队列描述符，msg_ptr指向消息内容，msg_len是消息长度，msg_prio是消息优先级。
接收消息
- mq_receive():
ssize_t mq_receive(mqd_t mqdes, char *msg_ptr, size_t msg_len, unsigned int *msg_prio): 从消息队列接收消息。- 参数
mqdes是消息队列描述符，msg_ptr指向接收消息的缓冲区，msg_len是缓冲区大小，msg_prio可以用来接收消息的优先级。
属性查询和修改
-
mq_getattr():
int mq_getattr(mqd_t mqdes, struct mq_attr *attr): 获取消息队列的属性。- 参数
mqdes是消息队列描述符，attr用于返回属性信息。
-
mq_setattr():
int mq_setattr(mqd_t mqdes, const struct mq_attr *newattr, struct mq_attr *oldattr): 设置消息队列的属性。- 参数
mqdes是消息队列描述符，newattr指定新的属性值，oldattr可以用来返回旧的属性值。
销毁消息队列
-
mq_unlink():
int mq_unlink(const char *name): 删除消息队列。- 参数
name指定消息队列的名称。
-
mq_close():
int mq_close(mqd_t mqdes): 关闭消息队列描述符。- 参数
mqdes是消息队列描述符。
示例代码
下面是一个简单的示例，展示了如何使用POSIX消息队列在两个进程之间传递数据：
发送进程 (sender.c)
1#include <sys/mqueue.h>
2#include <unistd.h>
3#include <stdio.h>
4#include <stdlib.h>
5#include <string.h>
6
7#define MESSAGE_QUEUE_NAME "/my_message_queue"
8#define MESSAGE "Hello, World!"
9
10int main() {
11 mqd_t mqdes;
12 struct mq_attr attr;
13
14 // 设置消息队列属性
15 attr.mq_flags = 0; // 默认标志
16 attr.mq_maxmsg = 10; // 最多10条消息
17 attr.mq_msgsize = 100; // 每条消息最大100字节
18 attr.mq_curmsgs = 0; // 当前消息数
19
20 // 创建消息队列
21 mqdes = mq_open(MESSAGE_QUEUE_NAME, O_CREAT | O_WRONLY, 0644, &attr);
22 if (mqdes == (mqd_t)-1) {
23 perror("mq_open");
24 exit(EXIT_FAILURE);
25 }
26
27 // 发送消息
28 if (mq_send(mqdes, MESSAGE, strlen(MESSAGE), 0) == -1) {
29 perror("mq_send");
30 mq_close(mqdes);
31 exit(EXIT_FAILURE);
32 }
33
34 // 关闭消息队列
35 mq_close(mqdes);
36
37 return 0;
38}接收进程 (receiver.c)
1#include <sys/mqueue.h>
2#include <unistd.h>
3#include <stdio.h>
4#include <stdlib.h>
5#include <string.h>
6
7#define MESSAGE_QUEUE_NAME "/my_message_queue"
8
9int main() {
10 mqd_t mqdes;
11 char buffer[100];
12 ssize_t bytes_received;
13 unsigned int priority;
14
15 // 打开消息队列
16 mqdes = mq_open(MESSAGE_QUEUE_NAME, O_RDONLY);
17 if (mqdes == (mqd_t)-1) {
18 perror("mq_open");
19 exit(EXIT_FAILURE);
20 }
21
22 // 接收消息
23 bytes_received = mq_receive(mqdes, buffer, sizeof(buffer) - 1, &priority);
24 if (bytes_received == -1) {
25 perror("mq_receive");
26 mq_close(mqdes);
27 exit(EXIT_FAILURE);
28 }
29 buffer[bytes_received] = '\0'; // 确保字符串以空字符结尾
30 printf("Received: %s\n", buffer);
31
32 // 关闭消息队列
33 mq_close(mqdes);
34
35 // 删除消息队列
36 if (mq_unlink(MESSAGE_QUEUE_NAME) == -1) {
37 perror("mq_unlink");
38 exit(EXIT_FAILURE);
39 }
40
41 return 0;
42}编译和运行
为了编译上述代码，你可以使用以下命令：
1gcc -o sender sender.c
2gcc -o receiver receiver.c然后分别运行发送和接收进程：
1./sender
2./receiver注意事项
- 在使用POSIX消息队列之前，确保检查所有API调用的返回值，以确保操作成功。
- 当使用完消息队列后，记得关闭消息队列描述符并删除消息队列以释放资源。
- 如果消息队列不再需要，应使用
mq_unlink()删除它，以避免占用不必要的系统资源。 - 在实际应用中，可能需要处理更复杂的错误情况，比如处理队列已满或为空的情况。
POSIX消息队列提供了一种简单而强大的机制来进行进程间的通信，非常适合那些需要异步通信的应用场景。理解和熟练掌握这些API对于开发可靠的多进程应用程序非常重要。