消息队列 linux



消息队列、信号灯、共享内存常用在Linux服务端编程的进程间通信环境中。而此三类编程函数在实际项目中都是用System V IPC函数实现的。System V IPC函数名称和说明如下表15-1所示。

表15-1 System V IPC函数

函数ftok把一个已存在的路径名和一个整数标识符转换成一个key_t值，称为IPC键值（也称IPC key键值）。ftok函数原型及说明如下：

ftok的典型实现是调用stat函数，然后组合以下三个值：
①    pathname所在的文件系统的信息（stat结构的st_dev成员）。
②    该文件在本文件系统内的索引节点号(stat结构的st_ino成员)。
③    proj_id的低序8位（不能为0）。
上述三个值的组合产生一个32位键。

ftok.c源代码如下：

从上面程序可以看出，通过ftok返回的是根据文件（pathname）信息和计划编号（proj_id）合成的IPC key键值，从而避免用户使用key值的冲突。proj_id值的意义让一个文件也能生成多个IPC key键值。ftok利用同一文件最多可得到IPC key键值0xff（即256）个，因为ftok只取proj_id值二进制的后8位，即16进制的后两位与文件信息合成IPC key键值。

（1）key值选择方式

对于key值，应用程序有如下三种选择：
①    调用ftok，给它传递pathname和proj_id，操作系统根据两者合成key值。
②    指定key为IPC_PRIVATE，内核保证创建一个新的、唯一的IPC对象，IPC标识符与内存中的标识符不会冲突。IPC_PRIVATE为宏定义，其值等于0。
③    指定key为大于0的常数，这需要用户自行保证生成的IPC key值不与系统中存在的冲突，而前两种是操作系统保证的。

（2）IPC标识符

给semget、msgget、shmget传入key值，它们返回的都是相应的IPC对象标识符。注意IPC键值和IPC标识符是两个概念，后者是建立在前者之上。图15-1画出了从IPC键值生成IPC标识符图，其中key为IPC键值，由ftok函数生成；ipc_id为IPC标识符，由semget、msgget、shmget函数生成。ipc_id在信号量函数中称为semid，在消息队列函数中称为msgid，在共享内存函数中称为shmid，它们表示的是各自IPC对象标识符。

图15-1 从IPC键值生成IPC标识符图

系统为每一个IPC对象保存一个ipc_perm结构体，该结构说明了IPC对象的权限和所有者，并确定了一个IPC操作是否可以访问该IPC对象。

综上所述，flag标志由两部分组成，一为IPC对象存取权限（含义同ipc_perm中的mode）,一为IPC对象创建模式标志（IPC_CREAT、IPC_EXCL），两者进行|运算合成IPC对象创建权限。

semget、msgget、shmget函数的作用是创建一个新的IPC对象或者访问一个已存在的IPC对象。其创建或访问的规则如下：
①    指定key为IPC_PRIVATE操作系统保证创建一个唯一的IPC对象。
②    设置flag参数的IPC_CREAT位但不设置它的IPC_EXCL位时，如果所指定key键的IPC对象不存在，那就是创建一个新的对象；否则返回该对象。
③    同时设置flag的IPC_CREAT和IPC_EXCL位时，如果所指定key键的IPC对象不存在，那就创建一个新的对象；否则返回一个EEXIST错误，因为该对象已存在。
综上所述，flag创建模式标志的作用如下表15-3所示。
表15-3 三种xxxget函数flag的创建模式标志作用表

下图15-2画出了semget、msgget、shmget创建或打开一个IPC对象的逻辑流程图，它说明了内核创建和访问IPC对象的流程。

1.pathname是目录还是文件的具体路径，是否可以随便设置
2.pathname指定的目录或文件的权限是否有要求
3.proj_id是否可以随便设定，有什么限制条件

   1、ftok根据路径名，提取文件信息，再根据这些文件信息及project ID合成key，该路径可以随便设置。
    2、该路径是必须存在的，ftok只是根据文件inode在系统内的唯一性来取一个数值，和文件的权限无关。
    3、proj_id是可以根据自己的约定，随意设置。这个数字,有的称之为project ID; 在UNIX系统上,它的取值是1到255;

     在使用ftok()函数时，里面有两个参数，即fname和id，fname为指定的文件名，而id为子序列号，这个函数的返回值就是key，它与指定的文件的索引节点号和子序列号id有关，这样就会给我们一个误解，即只要文件的路径，名称和子序列号不变，那么得到的key值永远就不会变。
     事实上，这种认识是错误的，想想一下，假如存在这样一种情况：在访问同一共享内存的多个进程先后调用ftok()时间段中，如果fname指向的文件或者目录被删除而且又重新创建，那么文件系统会赋予这个同名文件新的i节点信息，于是这些进程调用的ftok()都能正常返回，但键值key却不一定相同了。由此可能造成的后果是，原本这些进程意图访问一个相同的共享内存对象，然而由于它们各自得到的键值不同，实际上进程指向的共享内存不再一致；如果这些共享内存都得到创建，则在整个应用运行的过程中表面上不会报出任何错误，然而通过一个共享内存对象进行数据传输的目 的将无法实现。
      这是一个很重要的问题，希望能谨记！！！
     所以要确保key值不变，要么确保ftok()的文件不被删除，要么不用ftok()，指定一个固定的key值。

摘录自《深入浅出Linux工具与编程》

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