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1.消息队列

消息队列可以认为是一个消息链表，消息队列是随内核持续的。队列中每个消息的属性有：一个无符号整数优先级(Poxis)或一个长整数类型(System V)；消息的数据部分长度(可以为0)；数据本身。链表头含有当前队列的两个属性：队列中运行的最大消息数、每个消息的最大大小。消息队列的可能布局如下：

Posix消息队列与System V消息队列主要区别：

1.对Posix消息队列的读总是返回最高优先级的消息，对System V消息队列的读则可以返回任一指定优先级消息。

2.往空队列放置消息时，Posix消息队列允许产生一个信号或启动一个线程，System V则不提供类似机制

Posix消息队列与管道或FIFO的主要区别：

1.在某个进程往一个队列写入消息之前，并不需要另外某个进程在该队列上等待消息的到达。对管道和FIFO来说，除非读出者已存在，否则先有写入者是没有意义的。

2.管道和FIFO是字节流模型，没有消息边界；消息队列则指定了数据长度，有边界。

2.mq_open 、  mq_close、  mq_unlink

//创建新消息队列或打开已存在的消息队列

#include <mqueue.h>

mqd_t mq_open(const char *name, int oflag, .../*mode_t mode, struct mq_attr *attr*/);

返回值：成功，消息队列描述符；失败，-1

消息队列描述符用作其余消息队列函数(mq_unlink除外)的第一个参数。

name规则：必须以一个斜杠符打头，并且不能再包含任何其他斜杠符

oflag：O_RDONLY、O_WRONLY、O_RDWR三者之一，按位或上O_CREAT、O_EXCL

mode：S_ISRUSR、S_ISWUSR、S_ISRGRP、S_ISWGRP、S_ISROTH、S_ISWOTH

attr：

struct mq_attr

{

long mq_flags;//阻塞标志， 0或O_NONBLOCK

long mq_maxmsg;//最大消息数

long mq_msgsize;//每个消息最大大小

long mq_curmsgs;//当前消息数

};

//关闭已打开的消息队列

int mq_close(mqd_t mqd);

返回值：成功，0；出错，-1

一个进程终止时，它的所有打开的消息队列都关闭，如同调用了mq_close。

//删除消息队列的name

int mq_unlink(const char *name);

返回值：成功，0；出错，-1

每个消息队列有一个保存其当前打开的描述符数的引用计数，只有当引用计数为0时，才删除该消息队列。mq_unlink和mq_close都会让引用数减一

例1：创建一个消息队列，并可使用排他性检验

程序：

#include <stdio.h>

#include <mqueue.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/stat.h>

#include <errno.h>

#define FILE_MODE (S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH)

int main(int argc, char *argv[])

{

        int c;

        int flag = O_RDWR | O_CREAT;

        while ((c = getopt(argc, argv, "e")) != -1)

        {

                switch(c)

                {

                        case 'e':

                                flag |= O_EXCL;

                                break;

                }

        }

        if (optind != argc -1)

        {

                printf("usage: mqcreate [- e] <name>\n");

                exit(0);

        }

        mqd_t mqd = mq_open(argv[optind], flag, FILE_MODE, NULL);

        if (mqd == -1)

        {

                printf("mq_open() error %d : %s\n", errno, strerror(errno));

                exit(-1);

        }

        mq_close(mqd);

        exit(0);

}

分析：

1.mq_xxx()函数不是标准库函数，所以链接时需指定库，通过在最后加上-lrt选项来指定。

2.程序运行之后可能会看不到消息队列，要看到创建的Posix消息队列，需执行以下操作：

mkdir /dev/mqueue

mount -t mqueue none /dev/mqueue

3.程序通过getopt()函数获取带选项的命令行参数，optind指向下一个要读取的参数在argv[]中的位置。若遇到没包含在getopt第三个参数的选项字母，或者遇到一个没有所需参数的选项字母（通过在第三个参数后跟一个冒号指示）则出错。

4.若命令行参数带有-e选项，则进行排他性检测。

5.若mq_open()出错，则通过strerror(errno)函数得到错误说明。

结果：

例2：使用mq_unlink删除一个消息队列

程序：

#include <stdio.h>

#include <mqueue.h>

#include <errno.h>

int main(int argc, char *argv[])

{

        if (argc != 2)

        {

                printf("argument error\n");

                exit(-1);

        }

        int val = mq_unlink(argv[1]);

        if (val != 0)

        {

                printf("mq_unlink() error %d : %s\n", errno, strerror(errno));

                exit(-2);

        }

        exit(0);

}

分析：通过strerror(errno)得到错误信息

结果：

3.mq_getattr、  mq_setattr

//获取、设置消息队列属性

int mq_getattr(mqd_t mqd, struct mq_attr *attr);

int mq_setattr(mqd_t mqd, const struct mq_attr *attr, struct mq_attr *oattr);

返回值：成功，0；出错，-1

消息队列先前属性返回到oattr中

消息队列有4个属性，如下：

struct mq_attr

{

long mq_flags;//阻塞标志， 0或O_NONBLOCK

long mq_maxmsg;//最大消息数

long mq_msgsize;//每个消息最大大小

long mq_curmsgs;//当前消息数

};

其中，mq_setattr只能设置mq_flags属性；mq_open只能设置mq_maxmsg和mq_msgsize属性，并且两个必须要同时设置；mq_getattr返回全部4个属性。

例3：打开一个消息队列并输出其属性

程序：

#include <stdio.h>

#include <mqueue.h>

#include <errno.h>

int main(int argc, char *argv[])

{

        if (argc != 2)

        {

                printf("must have 2 arguments !\n");

                exit(-1);

        }

        mqd_t mqd = mq_open(argv[1], O_RDONLY);

        if (mqd == -1)

        {

                printf("mq_open() error %d: %s\n", errno, strerror(errno));

                exit(-2);

        }

        struct mq_attr attr;

        if (mq_getattr(mqd, &attr) != 0)

        {

                printf("mq_open() error %d: %s\n", errno, strerror(errno));

                exit(-3);

        }

        if (attr.mq_flags == 0)

                printf("mq_flags = 0, ");

        else

                printf("mq_flags = O_NONBLOCK, ");

        printf("mq_maxmsg = %d, ", attr.mq_maxmsg);

        printf("mq_msgsize = %d, ", attr.mq_msgsize);

        printf("mq_curmsgs = %d\n", attr.mq_curmsgs);

        exit(0);

}

分析：因为要先通过mq_open打开消息队列，才能获取其属性，所以消息队列的命令行参数必须要符合name的规则。

结果：

例4：重新实现例1，这次创建消息队列时，指定其属性。

程序：

#include <stdio.h>

#include <mqueue.h>

#include <errno.h>

#include <unistd.h>

#include <fcntl.h>

#define MODE (S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH)

struct mq_attr attr;

int main(int argc, char *argv[])

{

        int c;

        int flag = O_RDWR | O_CREAT;

        while ((c = getopt(argc, argv, "em:z:")) != -1)

        {

                switch (c)

                {

                        case 'e':

                                flag |= O_EXCL;

                                break;

                        case 'm':

                                attr.mq_maxmsg = atol(optarg);

                                break;

                        case 'z':

                                attr.mq_msgsize = atol(optarg);

                                break;

                }

        }

        if (optind != argc -1)

        {

                printf("usage: mqcreate -e [-m maxsg] [-z msgsize] <name>\n");

                exit(-1);

        }

        if ((attr.mq_maxmsg != 0 && attr.mq_msgsize == 0)

                || (attr.mq_maxmsg == 0 && attr.mq_msgsize != 0))

        {

                printf("must specify  both -m maxmsg and -z msgsize\n");

                exit(-2);

        }

        mqd_t mqd = mq_open(argv[optind], flag, MODE, (attr.mq_maxmsg != 0) ? &attr : NULL);

        if (mqd == -1)

        {

                printf("mq_open() error %d: %s\n", errno, strerror(errno));

                exit(-3);

        }

        int rtn = mq_close(mqd);

        if (rtn == -1)

        {

                printf("mq_close() error\n");

                exit(-4);

        }

        exit(0);

}

分析：

1.通过getopt参数获取命令行选项，可见例1的分析。其中“em:z:”，选项字母后带冒号的意思是，-m选项后要跟参数，-z选项后也要跟参数，否则出错。

2.optarg代表选项后的参数。

3.如果设置，则必须同时设置mq_maxmsg和mq_msgsize两个属性。

结果：

4.mq_send、  mq_receive

//往消息队列中放置一个消息

int mq_send(mqd_t mqd, const char *ptr, size_t len, unsigned int prio);

返回值：成功，0；出错，-1

说明：优先级prio要小于MQ_PRIO_MAX（此值最少为32）。

//从消息队列中取走一个消息

ssize_t mq_receive(mqd_t mqd, char *ptr, size_t len, unsigned int *prio);

返回值：成功，消息中字节数；出错，-1

说明：消息内存的长度len，最小要等于mq_msgsize。mq_receive总是返回消息队列中最高优先级的最早消息。

#include <mqueue.h>
int mq_timedsend(mqd_t mqdes, const char *msg_ptr,size_t
msg_len, unsigned msg_prio,const struct timespec *abs_timeout);
需要 -lrt 来链接

mq_timedsend()：
_XOPEN_SOURCE >= 600 || _POSIX_C_SOURCE >= 200112L

mq_timedsend() 的行为与 mq_send() 很类似，只是消息队列满且
O_NONBLOCK 标志没有设置时，abs_timeout 指向的结构指定了一个阻塞的
软上限时间。这个上限通过从 Epoch 1970-01-01 00:00:00 +0000 (UTC) 开始的
绝对的秒和纳秒数指定超时，它的结构定义如下：
struct timespec { time_t tv_sec; /* 秒 */ long tv_nsec; /* 纳秒 */ };
如果消息队列满，并且调用时超时设置已经达到，mq_timedsend() 立刻返回

#include <time.h>
#include <mqueue.h>
ssize_t mq_timedreceive(mqd_t mqdes, char *msg_ptr,size_t
msg_len, unsigned *msg_prio,const struct timespec *abs_timeout);
需要 -lrt 来链接。

mq_timedreceive()：
_XOPEN_SOURCE >= 600 || _POSIX_C_SOURCE >= 200112L 描述
mq_timedreceive() 的行为与 mq_receive() 很相似，只不过当队列是空且
O_NONBLOCK 标志没有针对相应消息队列描述符启用时，调用会阻塞到
abs_timeout 时间点时返回。这个软上限是一个绝对的时刻值，它计算从
Epoch 1970-01-01 00:00:00 +0000 (UTC) 开始的秒数和纳秒数，这个结构的定
义如下：
struct timespec { time_t tv_sec; /* 秒 */ long tv_nsec; /* 纳秒 */ }; 如果没有消
息有效，并且超时的时刻已经达到，mq_timedreceive() 立即返回。

例5：往消息队列中添加一个消息

#include <stdio.h>

#include <mqueue.h>

#include <errno.h>

int main(int argc, char *argv[])

{

        char *ptr;

        size_t size;

        unsigned long prio;

        mqd_t mqd;

        if (argc != 4)

        {

                printf("usage: mqsend <name> <#bytes> <priority>\n");

                exit(-1);

        }

        if ((mqd = mq_open(argv[1], O_WRONLY)) == -1)

        {

                printf("mq_open() error %d: %s\n", errno, strerror(errno));

                exit(-1);

        }

        size = atoi(argv[2]);

        prio = atoi(argv[3]);

        ptr = calloc(size, sizeof(char));

        if (mq_send(mqd, ptr, size, prio) == -1)

        {

                printf("mq_send() error %d: %s\n", errno, strerror(errno));

                exit(-1);

        }

        exit(0);

}

分析：

1.通过atoi()函数将命令行参数转换成int变量

2.通过calloc()函数分配内存，并初始化为0

3.要发送消息，要先为消息分配内存。 结果：和例6一起

例6：从消息队列中取出一个消息

程序：

#include <stdio.h>

#include <mqueue.h>

#include <errno.h>

#include <stdlib.h>

#include <fcntl.h>

#include <unistd.h>

#define ERR_EXIT(m)\

        {\

                printf("%s() error %d: %s\n", m, errno, strerror(errno));\

                exit(EXIT_FAILURE);\

        }

int main(int argc, char *argv[])

{

        int c;

        int flag = O_RDONLY;

        //设置非阻塞方式

        while ((c = getopt(argc, argv, "n")) != -1)

        {

                switch(c)

                {

                        case 'n':

                                flag |= O_NONBLOCK;

                                break;

                }

        }

        if (optind != argc -1)

        {

                printf("usage: mqreceive [-n] <name>\n");

                exit(-1);

        }

        //打开消息队列

        mqd_t mqd;

        if ((mqd = mq_open(argv[optind], flag)) == -1)

                ERR_EXIT("mq_open");

        //获取消息队列中每个消息最大大小

        struct mq_attr attr;

        if ((mq_getattr(mqd, &attr)) == -1)

                ERR_EXIT("mq_getattr");

        long len = attr.mq_msgsize;

        //从消息队列中取出消息

        unsigned int prio;//无符号整型

        ssize_t n;

        char *buff = (char *)malloc(attr.mq_msgsize * sizeof(char));

        if ((n = mq_receive(mqd, buff, len, &prio)) == -1)

                ERR_EXIT("mq_getattr");

        printf("read %d bytes, priority = %d\n", n, prio);

        exit(0);

}

分析：

1.要取出消息，则先要为消息分配内存。

2.open时，若未设置O_NONBLOCK选项，则一直阻塞，直到消息队列中有消息为止；设置了O_NONBLOCK选项，若消息队列中没有消息，则立刻出错返回。

结果：

5.mq_notify

Posix消息队列允许异步事件通知，以告知何时有一个消息放置到了某个空消息队列中。这种通知有两种方式可供选择：

(1)产生一个信号

(2)创建一个线程来执行指定的函数

//这种通知通过调用mq_notify建立

int mq_notify(mqd_t mqd, const struct sigevent *notification);

返回值：成功，0；出错-1

1.notification非空，该进程被注册为接收该消息队列的通知

2.notification空，且当前队列已被注册，则已存在的注册被撤销

3.对一个消息队列来说，任一时刻只有一个进程可以被注册

4.在mq_receive调用中的阻塞比任何通知的注册都优先收到消息

5.当通知被发送给注册进程时，注册即被撤销，该进程若要重新注册，则必须重新调用mq_notify()

#include <signal.h>

struct sigevent

{

int sigev_notify;

int sigev_signo;

union sigval sigev_value;

void (*sigev_notify_function)(union sigval);

pthread_attr_t *sigev_notify_attributes;

};

sigev_notify取值：

SIGEV_NONE：事件发生时，什么也不做；SIGEV_SIGNAL：事件发生时，将sigev_signo指定的信号发送给指定的进程；SIGEV_THREAD：事件发生时，内核会（在此进程内）以sigev_notify_attributes为线程属性创建一个线程，并让其执行sigev_notify_function，并以sigev_value为其参数

sigev_signo：在sigev_notify=SIGEV_SIGNAL时使用，指定信号类别

sigev_value：sigev_notify=SIGEV_SIGEV_THREAD时使用，作为sigev_notify_function的参数

union sigval

{

int sival_int;

void *sival_ptr;

};

sigev_notify_function：在sigev_notify=SIGEV_THREAD时使用，其他情况下置NULL

sigev_notify_attributes：在sigev_notify=SIGEV_THREAD时使用，指定创建线程的属性，其他情况下置NULL

例7：注册一个进程，当消息队列中有消息到来时，该进程被通知，并在其信号处理程序中取出消息。

程序：

#include <stdio.h>

#include <mqueue.h>

#include <errno.h>

#include <stdlib.h>

#include <signal.h>

#define ERR_EXIT(m)\

        {\

                printf("%s() error %d: %s\n", m, errno, strerror(errno));\

                exit(EXIT_FAILURE);\

        }

mqd_t mqd;

void *buff;

struct mq_attr attr;

struct sigevent event;

static void sig_usr1(int signo);

int main(int argc, char *argv[])

{

        if (signal(SIGUSR1, sig_usr1) == SIG_ERR)

                ERR_EXIT("signal");

        if ((mqd = mq_open(argv[1], O_RDONLY)) == -1)

                ERR_EXIT("mq_open");

        if (mq_getattr(mqd, &attr) == -1)

                ERR_EXIT("mq_getattr");

        buff = malloc(attr.mq_msgsize);

        //注册进程接收队列的通知

        event.sigev_notify = SIGEV_SIGNAL;

        event.sigev_signo = SIGUSR1;

        if (mq_notify(mqd, &event) == -1)//注册进程，消息队列中有消息来时，触发事件。

                ERR_EXIT("mq_notify");

        //一直执行，等待信号到来

        for (;;)

                pause();

        exit(0);

}

static void sig_usr1(int signo)

{

        //重新注册

        if (mq_notify(mqd, &event) == -1)

                ERR_EXIT("mq_notify");

        //取出消息

        ssize_t n;

        unsigned int prio;

        if ((n = mq_receive(mqd, buff, attr.mq_msgsize, &prio)) == -1)

                ERR_EXIT("mq_receive");

        printf("SIGUSR1 received, read %d bytes, priority = %d\n", n, prio);

}

分析：

因为通知被发送给注册进程时，其注册即被撤销，所以在信号处理程序中重新注册。 结果：

例7中的程序有个问题：

在信号处理程序中调用的函数都不是异步信号安全函数，即不可重入的，具体参考apue 10.6节。http://blog.****.net/zx714311728/article/details/53056927#t4

前面说过，通知有两种方式，一种是产生一个信号，另一种是创建一个线程执行指定函数。例7是产生一个信号，下面例8是创建一个线程。

例8：空消息队列有消息到来时，通知注册进程，注册进程创建一个线程执行指定函数操作。

程序：

#include <stdio.h>

#include <mqueue.h>

#include <errno.h>

#include <stdlib.h>

#include <fcntl.h>

#include <unistd.h>

#define ERR_EXIT(m)\

        {\

                printf("%s() error %d: %s\n", m, errno, strerror(errno));\

                exit(EXIT_FAILURE);\

        }

mqd_t mqd;

struct mq_attr attr;

struct sigevent event;

static void thread_func(union sigval);

int main(int argc, char *argv[])

{

        if (argc != 2)

        {

                printf("argument error\n");

                exit(-1);

        }

        //打开消息队列

        if ((mqd = mq_open(argv[1], O_RDONLY | O_NONBLOCK)) == -1)

                ERR_EXIT("mq_open");

        if (mq_getattr(mqd, &attr) == -1)

                ERR_EXIT("mq_getattr");

        //注册进程

        event.sigev_notify = SIGEV_THREAD;

        event.sigev_value.sival_ptr = NULL;

        event.sigev_notify_attributes = NULL;

        event.sigev_notify_function = thread_func;

        if (mq_notify(mqd, &event) == -1)

                ERR_EXIT("mq_notify");

        for (;;)

                pause();

        exit(0);

}

void thread_func(union sigval value)

{

        ssize_t n;

        void *buff;

        long len;

        unsigned int prio;

        buff = malloc(attr.mq_msgsize);

        len = attr.mq_msgsize;

        if (mq_notify(mqd, &event) == -1)//重新注册进程

                ERR_EXIT("mq_notify");

        if ((n = mq_receive(mqd, buff, len, &prio)))

                printf("read %d bytes, priority = %d\n", n, prio);

        free(buff);

        pthread_exit((void *)0);

}

结果：已测试通过，和例7一样，懒得放图了。

6.sigwait

在多线程的环境中应使用sigwait、sigwaitinfo和sigtimedwait来处理所有信号，而绝不要用异步信号处理程序。多线程环境中也不应使用sigprocmask，而应使用pthread_sigmask。具体见：http://blog.****.net/yusiguyuan/article/details/14230719

#include <signal.h>

int sigwait(const sigset_t *set, int *sig);

返回值：成功，0；出错，正的Exxx值

调用sigwait前阻塞set信号集，sigwait然后一直阻塞到这些信号中有一个或多个待处理，这时它返回其中一个信号存放到sig。此过程为“同步的等待一个异步事件”：我们使用了信号，但没有涉及异步信号处理程序。

例9：修改例7的问题，不使用异步信号处理程序，而是使用sigwait。

程序：

#include <stdio.h>

#include <mqueue.h>

#include <signal.h>

#include <errno.h>

#include <stdlib.h>

#define ERR_EXIT(m)\

        {\

                printf("%s() error %d: %s\n", m, errno, strerror(errno));\

                exit(EXIT_FAILURE);\

        }

int main(int argc, char *argv[])

{

        if (argc != 2)

        {

                printf("argument error\n");

                exit(-1);

        }

        mqd_t mqd;

        struct sigevent event;

        sigset_t newmask, oldmask, zeromask;

        struct mq_attr attr;

        void *buff;

        long len;

        int signo;

        ssize_t n;

        unsigned int prio;

        //打开消息队列,获取消息队列属性

        if ((mqd = mq_open(argv[1], O_RDONLY | O_NONBLOCK)) == -1)

                ERR_EXIT("mq_open");

        if (mq_getattr(mqd, &attr) == -1)

                ERR_EXIT("mq_getattr");

        buff = malloc(attr.mq_msgsize);

        len = attr.mq_msgsize;

        //设置阻塞信号集，阻塞信号

        sigemptyset(&newmask);

        sigaddset(&newmask, SIGUSR1);

        sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, NULL);

        //注册进程

        event.sigev_notify = SIGEV_SIGNAL;

        event.sigev_signo = SIGUSR1;

        if (mq_notify(mqd, &event) == -1)

                ERR_EXIT("mq_notify");

        //使注册进程永久执行，当空消息队列中有消息到来时，进行处理

        for (;;)

        {

                sigwait(&newmask, &signo);//阻塞，直到有个信号到来

                if (signo == SIGUSR1)

                {

                        if (mq_notify(mqd, &event) == -1)//重新注册

                                ERR_EXIT("mq_notify");

                        if ((n = mq_receive(mqd, buff, len, &prio)) == -1)//获取消息队列中消息

                        {

                                ERR_EXIT("mq_receive");

                        }

                        else

                                printf("SIGUSR1 received, read %dbytes, priority = %d\n", n, prio);

                }

        }

        exit(0);

}

分析：

此程序没有使用异步信号处理程序，而是使用了sigwait以接收信号 结果：

7.Posix实时信号

信号可划分为两个大组：

(1)值在SIGRTMIN和SIGRTMAX之间(包括两者在内)的实时信号

(2)所有其他信号：SIGALRM、SIGINT、SIGKILL等

实时信号中“实时”的意思是：

(1)信号是排队的，是按先进先出(FIFO)顺序排队的。同一信号产生3次，则递交3次

(2)当有多个SIGRTMIN到SIGRTMAX范围内的解阻塞信号排队时，值较小的信号先与较大的信号递交

(3)实时信号能比非实时信号携带更多信息

此部分因涉及到其他部分内容，只粗略看了下。