IPC之消息隊列·即時通訊小程序（一）

消息隊列

上次說到了進程間通信的管道，不過匿名管道有個缺點就是，只能做到有親緣關系的進程間通信，所以今天學習一個新的進程間通信方式——消息隊列。

• 消息隊列提供了一個從一個進程向另外一個進程發送一塊數據的方法
• 每個數據塊都被認為是有一個類型，接收者進程接收的數據塊可以有不同的類型值

• 消息隊列也有管道一樣的不足，就是每個數據塊的最大長度是有上限的，系統上全體隊列的最大總長度也有一個上限
  

  消息隊列函數

  頭文件
  #include < sys/types.h>
  #include < sys/ipc.h>
  #include < sys/msg.h>

  msgget

  int msgget(key_t key, int msgflg);
  作用：創建和訪問一個消息隊列
  key：某個消息隊列的名字（類似于每個進程都有一個進程ID一樣）
  msgflg：有9個權限標志構成。它們的用法和創建文件時使用的mode標志是一樣的（比如：一個key已經存在的消息隊列時，要使用IPC_CREAT | IPC_EXCL，就類似于文件操作的打開：O_CREAT | O_EXCL ）。
  返回值：成功將返回一個非負整數，即該消息隊列的標識碼；失敗返回-1

  msgsnd

  int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);

  作用：把一條消息加到消息隊列里面
  msgid：由msgget函數返回的消息隊列標識碼
  msgp：是一個指針，指向準備發送的消息
  msgsz：msgp指向的消息長度，這個長度不能保存消息類型里的“long int”類型（下面會說）
  msgflg：控制著當前消息隊列滿或達到系統上限時將要發生的事情。
  返回值：成功-0，失敗-1
  1）

     struct msgbuf {
         long mtype;       /* message type, must be > 0 */
         char mtext[1];    /* message data */
     };

  消息的指針就是指向這樣一個結構的消息，這需要我們自己定義。但是，第一個一定得是long int，表示消息的類型。消息的類型是大于0的整數（當然也是可以等于0的，但是這樣就意味著任何消息我都接收，不固定只收某一種類型的消息了）。

• msgtype=0返回隊列第一條信息
• msgtype>0返回隊列第一條類型等于msgtype的消息　
• msgtype< 0返回隊列第一條類型小于等于msgtype絕對值的消息

msgrcv

作用：從一個消息隊列里檢索消息
ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);
msgid：由msgget函數返回的消息隊列標識碼
msgp：是一個指針，指向準備接收的消息
msgsz：msgp指向的消息長度，這個長度不能保存消息類型里的“long int”類型（下面會說）
msgflg：控制著隊列中沒有相應類型的消息可供接收的時候將要發生的事
msgtyp：可以實現接收優先級的簡單形式
返回值：成功-返回實際放到接收緩沖區里的字符個數，失敗- “-1”
msgflg有以下幾個值：

• msgflg=IPC_NOWAIT，隊列沒有可讀消息不等待，返回ENOMSG錯誤。
• msgflg=MSG_NOERROR，消息大小超過msgsz時被截斷
• msgtype>0且msgflg=MSC_EXCEPT，接收類型不等于msgtype的第一條消息。

  msgctl

  int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

  作用：消息隊列的控制函數
  msgid：由msgget函數返回的消息隊列標識碼
  cmd：將要采取的動作，簡單講常用的三個可取值：

msgid_ds數據結構定義如下：

 struct msqid_ds {
               struct ipc_perm msg_perm;    /* Ownership and permissions */
               time_t         msg_stime;    /* Time of last msgsnd(2) */
               time_t         msg_rtime;    /* Time of last msgrcv(2) */
               time_t         msg_ctime;    /* Time of last change */
               unsigned long  __msg_cbytes; /* Current number of bytes in
                                               queue (non-standard) */
               msgqnum_t      msg_qnum;     /* Current number of messages
                                               in queue */
               msglen_t       msg_qbytes;   /* Maximum number of bytes
                                               allowed in queue */
               pid_t          msg_lspid;    /* PID of last msgsnd(2) */
               pid_t          msg_lrpid;    /* PID of last msgrcv(2) */
           };

練習

試著寫一段吧~
發送端：msgsnd.c

struct msg_t
{
    long mtype; //第一個必須是long,>=1
    char acMsg[20];
};

//用ipcs 
int main()
{
    int msgid;
    struct msg_t msg = {0};

    //消息隊列的創建、打開、刪除
    msgid = msgget(1000,IPC_CREAT);
    if(msgid == -1)
    {
        perror("create msg");
    }
    printf("msgid = %d\n",msgid);

    msg.mtype = 1;
    strcpy(msg.acMsg,"hello");
    msgsnd(msgid,&msg,sizeof(struct msg_t)-sizeof(long),0);

    //msgctl(msgid,IPC_RMID,NULL);//也可以用命令ipcrm

    return 0;
}

接收端：msgrcv.c

struct msg_t
{
    long mtype; //第一個必須是long,>=1
    char acMsg[20];
};

int main()
{
    int msgid;
    struct msg_t msg = {0};

    //消息隊列的創建、打開、刪除
    msgid = msgget(1000,0);
    if(msgid == -1)
    {
        perror("open msg!\n");
    }
    printf("msgid = %d\n",msgid);

    msgrcv(msgid,&msg,sizeof(struct msg_t)-sizeof(long),1,0);
    printf("recv msg: %s.\n",msg.acMsg);

    return 0;
}

運行：
開三個終端，一個運行msgsnd.c，一個運行msgrcv.c，一個用來查看消息隊列狀態：
1、先發送：

2、查看：ipcs

3、讀取：

4、再查看（被取走了）：

<br>
但是，也注意到了使用消息隊列，消息一旦被讀走，就沒了。

即時通訊小程序

使用消息隊列與共享內存（后面會復習）完成一個簡單的終端聊天程序，要求如下。
1.程序有一個server服務器，服務器有一個在線列表，當終端登入時，將終端的進程ID作為用戶名稱添加到在線列表。（消息隊列和共享內存）
2.終端登入時，獲取用戶的在線列表。（消息隊列、信號、和共享內存）
3.終端登入后，進入聊天狀態。：（信號、共享內存）
輸入#chat [pid],進入私聊模式
例如：#chat 1234，與終端1234進入私聊。只有終端1234才能接收消息。
輸入#chat 0,進入群聊模式。全部終端可以接收消息。
說明：1,2,3為基本功能，要求實現。4,5,6為附加功能，有能力同學可以嘗試實現。
4.終端登入時，服務器發送消息，通知其他在線終端，更新在線列表。（信號）
5.終端在聊天狀態，輸入#user，列出在線用戶列表。
6.終端在聊天狀態，輸入#exit，終端退出，服務器將終端的進程ID移出在線列表，并通知在線終端，更新在線列表。(消息隊列和共享內存)

學了消息隊列，至少可以把用戶的登錄、退出完成。
代碼如下：
public.h

#ifndef _PUBLIC_H_
#define _PUBLIC_H_

#include < stdio.h>
#include < string.h>
#include < sys/types.h>
#include < sys/ipc.h>
#include < sys/msg.h>

typedef struct login_t
{
    long type;
    pid_t pid;
}LOGIN_T;

#define MSG_KEY 1
#define MSG_SIZE sizeof(LOGIN_T)-sizeof(long)

#endif

server.c

#include " public.h"

int main()
{
    int msg_id;
    LOGIN_T login = {0};

    //創建用戶的消息隊列
    msg_id = msgget(MSG_KEY,0);
    if(msg_id == -1)
    {
        msg_id = msgget(MSG_KEY,IPC_CREAT);
        if (msg_id == -1)
        {
            perror("server msgget");
            return -1;
        }
    }
    //一直監聽，是否有用戶上線
    while (1)
    {
        memset(&login,0,sizeof(LOGIN_T));
        msgrcv(msg_id,&login,MSG_SIZE,0,0); //任何消息都接收
        switch(login.type)
        {
        case 1:
            printf("client %d is logining...\n",login.pid);
            break;
        case 2:
            printf("client %d is exiting...\n",login.pid);
            break;

        }

    }

    return 0;
}

client.c

#include "public.h"

int main()
{
    char acBuf[20] = "";
    int msg_id;
    LOGIN_T login = {0};

    //打開消息隊列
    msg_id = msgget(MSG_KEY,0);
    if(msg_id == -1)
    {
        perror("client msgget");
        return -1;
    }
    //登錄，寫消息隊列
    login.type = 1;     //設置登錄的消息類型為1
    login.pid = getpid();
    printf("%d is logining...\n",login.pid);
    msgsnd(msg_id,&login,MSG_SIZE,0);

    //等待寫
    while(1)
    {
        putchar('#');
        fflush(stdout);
        scanf("%s",acBuf);
        if (strcmp(acBuf,"quit") == 0)
        {
            login.type = 2;     //設置退出的消息類型為2
            msgsnd(msg_id,&login,MSG_SIZE,0);
            break;
        }
    }
    return 0;
}

運行：先運行服務器端，再運行多個客戶端
客戶端：

服務器：