超詳細(xì)解析！Linux進(jìn)程間通信方式和原理

▍進(jìn)程的概念

· 進(jìn)程是操作系統(tǒng)的概念，每當(dāng)我們執(zhí)行一個(gè)程序時(shí)，對(duì)于操作系統(tǒng)來(lái)講就創(chuàng)建了一個(gè)進(jìn)程,在這個(gè)過(guò)程中，伴隨著資源的分配和釋放?？梢哉J(rèn)為進(jìn)程是一個(gè)程序的一次執(zhí)行過(guò)程。

▍進(jìn)程通信的概念

· 進(jìn)程用戶空間是相互獨(dú)立的，一般而言是不能相互訪問(wèn)的。但很多情況下進(jìn)程間需要互相通信，來(lái)完成系統(tǒng)的某項(xiàng)功能。進(jìn)程通過(guò)與內(nèi)核及其它進(jìn)程之間的互相通信來(lái)協(xié)調(diào)它們的行為。

▍進(jìn)程通信的應(yīng)用場(chǎng)景

數(shù)據(jù)傳輸：一個(gè)進(jìn)程需要將它的數(shù)據(jù)發(fā)送給另一個(gè)進(jìn)程，發(fā)送的數(shù)據(jù)量在一個(gè)字節(jié)到幾兆字節(jié)之間。

共享數(shù)據(jù)：多個(gè)進(jìn)程想要操作共享數(shù)據(jù)，一個(gè)進(jìn)程對(duì)共享數(shù)據(jù)的修改，別的進(jìn)程應(yīng)該立刻看到。

通知事件：一個(gè)進(jìn)程需要向另一個(gè)或一組進(jìn)程發(fā)送消息，通知它（它們）發(fā)生了某種事件（如進(jìn)程終止時(shí)要通知父進(jìn)程）。

資源共享：多個(gè)進(jìn)程之間共享同樣的資源。為了作到這一點(diǎn)，需要內(nèi)核提供鎖和同步機(jī)制。

進(jìn)程控制：有些進(jìn)程希望完全控制另一個(gè)進(jìn)程的執(zhí)行（如Debug進(jìn)程），此時(shí)控制進(jìn)程希望能夠攔截另一個(gè)進(jìn)程的所有陷入和異常，并能夠及時(shí)知道它的狀態(tài)改變。

▍進(jìn)程通信的方式

管道( pipe )：

管道包括三種:

· 普通管道PIPE：通常有兩種限制,一是單工,只能單向傳輸;二是只能在父子或者兄弟進(jìn)程間使用.

· 流管道s_pipe: 去除了第一種限制,為半雙工，只能在父子或兄弟進(jìn)程間使用，可以雙向傳輸.

· 命名管道:name_pipe：去除了第二種限制,可以在許多并不相關(guān)的進(jìn)程之間進(jìn)行通訊.

信號(hào)量( semophore ) ：

· 信號(hào)量是一個(gè)計(jì)數(shù)器，可以用來(lái)控制多個(gè)進(jìn)程對(duì)共享資源的訪問(wèn)。它常作為一種鎖機(jī)制，防止某進(jìn)程正在訪問(wèn)共享資源時(shí)，其他進(jìn)程也訪問(wèn)該資源。因此，主要作為進(jìn)程間以及同一進(jìn)程內(nèi)不同線程之間的同步手段。

消息隊(duì)列( message queue ) ：

· 消息隊(duì)列是由消息的鏈表，存放在內(nèi)核中并由消息隊(duì)列標(biāo)識(shí)符標(biāo)識(shí)。消息隊(duì)列克服了信號(hào)傳遞信息少、管道只能承載無(wú)格式字節(jié)流以及緩沖區(qū)大小受限等缺點(diǎn)。

信號(hào) ( sinal ) ：

· 信號(hào)是一種比較復(fù)雜的通信方式，用于通知接收進(jìn)程某個(gè)事件已經(jīng)發(fā)生。

共享內(nèi)存( shared memory ) ：

· 共享內(nèi)存就是映射一段能被其他進(jìn)程所訪問(wèn)的內(nèi)存，這段共享內(nèi)存由一個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建，但多個(gè)進(jìn)程都可以訪問(wèn)。共享內(nèi)存是最快的 IPC 方式，它是針對(duì)其他進(jìn)程間通信方式運(yùn)行效率低而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的。它往往與其他通信機(jī)制，如信號(hào)兩，配合使用，來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的同步和通信。

套接字( socket ) ：

· 套解口也是一種進(jìn)程間通信機(jī)制，與其他通信機(jī)制不同的是，它可用于不同機(jī)器間的進(jìn)程通信。

▍各進(jìn)程間通信的原理

管道

管道是如何通信的

管道是由內(nèi)核管理的一個(gè)緩沖區(qū)，相當(dāng)于我們放入內(nèi)存中的一個(gè)紙條。管道的一端連接一個(gè)進(jìn)程的輸出。這個(gè)進(jìn)程會(huì)向管道中放入信息。管道的另一端連接一個(gè)進(jìn)程的輸入，這個(gè)進(jìn)程取出被放入管道的信息。一個(gè)緩沖區(qū)不需要很大，它被設(shè)計(jì)成為環(huán)形的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以便管道可以被循環(huán)利用。當(dāng)管道中沒(méi)有信息的話，從管道中讀取的進(jìn)程會(huì)等待，直到另一端的進(jìn)程放入信息。當(dāng)管道被放滿信息的時(shí)候，嘗試放入信息的進(jìn)程會(huì)等待，直到另一端的進(jìn)程取出信息。當(dāng)兩個(gè)進(jìn)程都終結(jié)的時(shí)候，管道也自動(dòng)消失。

管道是如何創(chuàng)建的

從原理上，管道利用fork機(jī)制建立，從而讓兩個(gè)進(jìn)程可以連接到同一個(gè)PIPE上。最開(kāi)始的時(shí)候，上面的兩個(gè)箭頭都連接在同一個(gè)進(jìn)程Process 1上(連接在Process 1上的兩個(gè)箭頭)。當(dāng)fork復(fù)制進(jìn)程的時(shí)候，會(huì)將這兩個(gè)連接也復(fù)制到新的進(jìn)程(Process 2)。隨后，每個(gè)進(jìn)程關(guān)閉自己不需要的一個(gè)連接 (兩個(gè)黑色的箭頭被關(guān)閉; Process 1關(guān)閉從PIPE來(lái)的輸入連接，Process 2關(guān)閉輸出到PIPE的連接)，這樣，剩下的紅色連接就構(gòu)成了如上圖的PIPE。

· 管道通信的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié) 

在 Linux 中，管道的實(shí)現(xiàn)并沒(méi)有使用專(zhuān)門(mén)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而是借助了文件系統(tǒng)的file結(jié)構(gòu)和VFS的索引節(jié)點(diǎn)inode。通過(guò)將兩個(gè) file 結(jié)構(gòu)指向同一個(gè)臨時(shí)的 VFS 索引節(jié)點(diǎn)，而這個(gè) VFS 索引節(jié)點(diǎn)又指向一個(gè)物理頁(yè)面而實(shí)現(xiàn)的。如下圖

有兩個(gè) file 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，但它們定義文件操作進(jìn)程地址是不同的，其中一個(gè)是向管道中寫(xiě)入數(shù)據(jù)的進(jìn)程地址，而另一個(gè)是從管道中讀出數(shù)據(jù)的進(jìn)程地址。這樣，用戶程序的系統(tǒng)調(diào)用仍然是通常的文件操作，而內(nèi)核卻利用這種抽象機(jī)制實(shí)現(xiàn)了管道這一特殊操作。

▍關(guān)于管道的讀寫(xiě)

管道實(shí)現(xiàn)的源代碼在fs/pipe.c中，在pipe.c中有很多函數(shù)，其中有兩個(gè)函數(shù)比較重要，即管道讀函數(shù)pipe_read()和管道寫(xiě)函數(shù)pipe_wrtie()。管道寫(xiě)函數(shù)通過(guò)將字節(jié)復(fù)制到 VFS 索引節(jié)點(diǎn)指向的物理內(nèi)存而寫(xiě)入數(shù)據(jù)，而管道讀函數(shù)則通過(guò)復(fù)制物理內(nèi)存中的字節(jié)而讀出數(shù)據(jù)。當(dāng)然，內(nèi)核必須利用一定的機(jī)制同步對(duì)管道的訪問(wèn)，為此，內(nèi)核使用了鎖、等待隊(duì)列和信號(hào)。

當(dāng)寫(xiě)進(jìn)程向管道中寫(xiě)入時(shí)，它利用標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)write()，系統(tǒng)根據(jù)庫(kù)函數(shù)傳遞的文件描述符，可找到該文件的 file 結(jié)構(gòu)。file 結(jié)構(gòu)中指定了用來(lái)進(jìn)行寫(xiě)操作的函數(shù)（即寫(xiě)入函數(shù)）地址，于是，內(nèi)核調(diào)用該函數(shù)完成寫(xiě)操作。寫(xiě)入函數(shù)在向內(nèi)存中寫(xiě)入數(shù)據(jù)之前，必須首先檢查 VFS 索引節(jié)點(diǎn)中的信息，同時(shí)滿足如下條件時(shí)，才能進(jìn)行實(shí)際的內(nèi)存復(fù)制工作：

· 內(nèi)存中有足夠的空間可容納所有要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)；

· 內(nèi)存沒(méi)有被讀程序鎖定。

如果同時(shí)滿足上述條件，寫(xiě)入函數(shù)首先鎖定內(nèi)存，然后從寫(xiě)進(jìn)程的地址空間中復(fù)制數(shù)據(jù)到內(nèi)存。否則，寫(xiě)入進(jìn)程就休眠在 VFS 索引節(jié)點(diǎn)的等待隊(duì)列中，接下來(lái)，內(nèi)核將調(diào)用調(diào)度程序，而調(diào)度程序會(huì)選擇其他進(jìn)程運(yùn)行。寫(xiě)入進(jìn)程實(shí)際處于可中斷的等待狀態(tài)，當(dāng)內(nèi)存中有足夠的空間可以容納寫(xiě)入數(shù)據(jù)，或內(nèi)存被解鎖時(shí)，讀取進(jìn)程會(huì)喚醒寫(xiě)入進(jìn)程，這時(shí)，寫(xiě)入進(jìn)程將接收到信號(hào)。當(dāng)數(shù)據(jù)寫(xiě)入內(nèi)存之后，內(nèi)存被解鎖，而所有休眠在索引節(jié)點(diǎn)的讀取進(jìn)程會(huì)被喚醒。

管道的讀取過(guò)程和寫(xiě)入過(guò)程類(lèi)似。但是，進(jìn)程可以在沒(méi)有數(shù)據(jù)或內(nèi)存被鎖定時(shí)立即返回錯(cuò)誤信息，而不是阻塞該進(jìn)程，這依賴(lài)于文件或管道的打開(kāi)模式。反之，進(jìn)程可以休眠在索引節(jié)點(diǎn)的等待隊(duì)列中等待寫(xiě)入進(jìn)程寫(xiě)入數(shù)據(jù)。當(dāng)所有的進(jìn)程完成了管道操作之后，管道的索引節(jié)點(diǎn)被丟棄，而共享數(shù)據(jù)頁(yè)也被釋放。

▍Linux函數(shù)原型

#include <unistd.h>int pipe(int filedes[2]);

filedes[0]用于讀出數(shù)據(jù)，讀取時(shí)必須關(guān)閉寫(xiě)入端，即close(filedes[1]);

filedes[1]用于寫(xiě)入數(shù)據(jù)，寫(xiě)入時(shí)必須關(guān)閉讀取端，即close(filedes[0])。

程序?qū)嵗?/span>

int main(void){    int n;    int fd[2];    pid_t pid;    char line[MAXLINE];    if(pipe(fd)  0){                 /* 先建立管道得到一對(duì)文件描述符 */        exit(0); }
    if((pid = fork())  0)            /* 父進(jìn)程把文件描述符復(fù)制給子進(jìn)程 */        exit(1);    else if(pid > 0){                /* 父進(jìn)程寫(xiě) */        close(fd[0]);                /* 關(guān)閉讀描述符 */        write(fd[1], "\nhello world\n", 14); }
    else{                            /* 子進(jìn)程讀 */        close(fd[1]);                /* 關(guān)閉寫(xiě)端 */        n = read(fd[0], line, MAXLINE);        write(STDOUT_FILENO, line, n); }
    exit(0);}

命名管道

由于基于fork機(jī)制，所以管道只能用于父進(jìn)程和子進(jìn)程之間，或者擁有相同祖先的兩個(gè)子進(jìn)程之間 (有親緣關(guān)系的進(jìn)程之間)。為了解決這一問(wèn)題，Linux提供了FIFO方式連接進(jìn)程。FIFO又叫做命名管道(named PIPE)。

實(shí)現(xiàn)原理

FIFO (First in, First out)為一種特殊的文件類(lèi)型，它在文件系統(tǒng)中有對(duì)應(yīng)的路徑。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程以讀(r)的方式打開(kāi)該文件，而另一個(gè)進(jìn)程以寫(xiě)(w)的方式打開(kāi)該文件，那么內(nèi)核就會(huì)在這兩個(gè)進(jìn)程之間建立管道，所以FIFO實(shí)際上也由內(nèi)核管理，不與硬盤(pán)打交道。之所以叫FIFO，是因?yàn)楣艿辣举|(zhì)上是一個(gè)先進(jìn)先出的隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，最早放入的數(shù)據(jù)被最先讀出來(lái)，從而保證信息交流的順序。FIFO只是借用了文件系統(tǒng)(file system,命名管道是一種特殊類(lèi)型的文件，因?yàn)長(zhǎng)inux中所有事物都是文件，它在文件系統(tǒng)中以文件名的形式存在。)來(lái)為管道命名。寫(xiě)模式的進(jìn)程向FIFO文件中寫(xiě)入，而讀模式的進(jìn)程從FIFO文件中讀出。當(dāng)刪除FIFO文件時(shí)，管道連接也隨之消失。FIFO的好處在于我們可以通過(guò)文件的路徑來(lái)識(shí)別管道，從而讓沒(méi)有親緣關(guān)系的進(jìn)程之間建立連接

函數(shù)原型：

#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>int mkfifo(const char *filename, mode_t mode);int mknode(const char *filename, mode_t mode | S_IFIFO, (dev_t) 0 );

其中filename是被創(chuàng)建的文件名稱(chēng)，mode表示將在該文件上設(shè)置的權(quán)限位和將被創(chuàng)建的文件類(lèi)型(在此情況下為S_IFIFO)，dev是當(dāng)創(chuàng)建設(shè)備特殊文件時(shí)使用的一個(gè)值。因此，對(duì)于先進(jìn)先出文件它的值為0。

程序?qū)嵗?br>

#include <stdio.h>  #include <stdlib.h>  #include <sys/types.h>  #include <sys/stat.h>  int main() {      int res = mkfifo("/tmp/my_fifo", 0777);      if (res == 0)      {          printf("FIFO created/n");      }       exit(EXIT_SUCCESS);  }

▍信號(hào)量

什么是信號(hào)量

為了防止出現(xiàn)因多個(gè)程序同時(shí)訪問(wèn)一個(gè)共享資源而引發(fā)的一系列問(wèn)題，我們需要一種方法。比如在任一時(shí)刻只能有一個(gè)執(zhí)行線程訪問(wèn)代碼的臨界區(qū)域。臨界區(qū)域是指執(zhí)行數(shù)據(jù)更新的代碼需要獨(dú)占式地執(zhí)行。而信號(hào)量就可以提供這樣的一種訪問(wèn)機(jī)制，讓一個(gè)臨界區(qū)同一時(shí)間只有一個(gè)線程在訪問(wèn)它，也就是說(shuō)信號(hào)量是用來(lái)調(diào)協(xié)進(jìn)程對(duì)共享資源的訪問(wèn)的。

信號(hào)量是一個(gè)特殊的變量，程序?qū)ζ湓L問(wèn)都是原子操作，且只允許對(duì)它進(jìn)行等待（即P(信號(hào)變量))和發(fā)送（即V(信號(hào)變量))信息操作。最簡(jiǎn)單的信號(hào)量是只能取0和1的變量，這也是信號(hào)量最常見(jiàn)的一種形式，叫做二進(jìn)制信號(hào)量。而可以取多個(gè)正整數(shù)的信號(hào)量被稱(chēng)為通用信號(hào)量。

信號(hào)量的工作原理

由于信號(hào)量只能進(jìn)行兩種操作等待和發(fā)送信號(hào)，即P(sv)和V(sv),他們的行為是這樣的：

· P(sv)：如果sv的值大于零，就給它減1；如果它的值為零，就掛起該進(jìn)程的執(zhí)行

· V(sv)：如果有其他進(jìn)程因等待sv而被掛起，就讓它恢復(fù)運(yùn)行，如果沒(méi)有進(jìn)程因等待sv而掛起，就給它加1.

舉個(gè)例子，就是兩個(gè)進(jìn)程共享信號(hào)量sv，一旦其中一個(gè)進(jìn)程執(zhí)行了P(sv)操作，它將得到信號(hào)量，并可以進(jìn)入臨界區(qū)，使sv減1。而第二個(gè)進(jìn)程將被阻止進(jìn)入臨界區(qū)，因?yàn)楫?dāng)它試圖執(zhí)行P(sv)時(shí)，sv為0，它會(huì)被掛起以等待第一個(gè)進(jìn)程離開(kāi)臨界區(qū)域并執(zhí)行V(sv)釋放信號(hào)量，這時(shí)第二個(gè)進(jìn)程就可以恢復(fù)執(zhí)行。

▍Linux的信號(hào)量機(jī)制

Linux提供了一組精心設(shè)計(jì)的信號(hào)量接口來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行操作，它們不只是針對(duì)二進(jìn)制信號(hào)量，下面將會(huì)對(duì)這些函數(shù)進(jìn)行介紹，但請(qǐng)注意，這些函數(shù)都是用來(lái)對(duì)成組的信號(hào)量值進(jìn)行操作的。它們聲明在頭文件sys/sem.h中。

semget函數(shù)

它的作用是創(chuàng)建一個(gè)新信號(hào)量或取得一個(gè)已有信號(hào)量，原型為：

int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags); 

第一個(gè)參數(shù)key是整數(shù)值（唯一非零），不相關(guān)的進(jìn)程可以通過(guò)它訪問(wèn)一個(gè)信號(hào)量，它代表程序可能要使用的某個(gè)資源，程序?qū)λ行盘?hào)量的訪問(wèn)都是間接的，程序先通過(guò)調(diào)用semget函數(shù)并提供一個(gè)鍵，再由系統(tǒng)生成一個(gè)相應(yīng)的信號(hào)標(biāo)識(shí)符（semget函數(shù)的返回值），只有semget函數(shù)才直接使用信號(hào)量鍵，所有其他的信號(hào)量函數(shù)使用由semget函數(shù)返回的信號(hào)量標(biāo)識(shí)符。如果多個(gè)程序使用相同的key值，key將負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)工作。

第二個(gè)參數(shù)num_sems指定需要的信號(hào)量數(shù)目，它的值幾乎總是1。 

第三個(gè)參數(shù)sem_flags是一組標(biāo)志，當(dāng)想要當(dāng)信號(hào)量不存在時(shí)創(chuàng)建一個(gè)新的信號(hào)量，可以和值IPC_CREAT做按位或操作。設(shè)置了IPC_CREAT標(biāo)志后，即使給出的鍵是一個(gè)已有信號(hào)量的鍵，也不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。而IPC_CREAT | IPC_EXCL則可以創(chuàng)建一個(gè)新的，唯一的信號(hào)量，如果信號(hào)量已存在，返回一個(gè)錯(cuò)誤。

semget函數(shù)成功返回一個(gè)相應(yīng)信號(hào)標(biāo)識(shí)符（非零），失敗返回-1.

semop函數(shù)

它的作用是改變信號(hào)量的值，原型為：

int semop(int sem_id, struct sembuf *sem_opa, size_t num_sem_ops);  · 1

sem_id是由semget返回的信號(hào)量標(biāo)識(shí)符，sembuf結(jié)構(gòu)的定義如下：

struct sembuf{      short sem_num;//除非使用一組信號(hào)量，否則它為0      short sem_op;//信號(hào)量在一次操作中需要改變的數(shù)據(jù)，通常是兩個(gè)數(shù)，一個(gè)是-1，即P（等待）操作，                      //一個(gè)是+1，即V（發(fā)送信號(hào)）操作。     short sem_flg;//通常為SEM_UNDO,使操作系統(tǒng)跟蹤信號(hào)，                      //并在進(jìn)程沒(méi)有釋放該信號(hào)量而終止時(shí)，操作系統(tǒng)釋放信號(hào)量  }; 

semctl函數(shù)

int semctl(int sem_id, int sem_num, int command, ...);  · 1

如果有第四個(gè)參數(shù)，它通常是一個(gè)union semum結(jié)構(gòu)，定義如下：

union semun{      int val;      struct semid_ds *buf;      unsigned short *arry;  }; 

前兩個(gè)參數(shù)與前面一個(gè)函數(shù)中的一樣，command通常是下面兩個(gè)值中的其中一個(gè) 
SETVAL：用來(lái)把信號(hào)量初始化為一個(gè)已知的值。p 這個(gè)值通過(guò)union semun中的val成員設(shè)置，其作用是在信號(hào)量第一次使用前對(duì)它進(jìn)行設(shè)置。 

IPC_RMID：用于刪除一個(gè)已經(jīng)無(wú)需繼續(xù)使用的信號(hào)量標(biāo)識(shí)符。

▍消息隊(duì)列

什么是消息隊(duì)列

消息隊(duì)列是消息的鏈接表，包括Posix消息隊(duì)列system V消息隊(duì)列。有足夠權(quán)限的進(jìn)程可以向隊(duì)列中添加消息，被賦予讀權(quán)限的進(jìn)程則可以讀走隊(duì)列中的消息。消息隊(duì)列克服了信號(hào)承載信息量少，管道只能承載無(wú)格式字節(jié)流以及緩沖區(qū)大小受限等缺點(diǎn)。消息隊(duì)列是隨內(nèi)核持續(xù)的。

每個(gè)消息隊(duì)列都有一個(gè)隊(duì)列頭，用結(jié)構(gòu)struct msg_queue來(lái)描述。隊(duì)列頭中包含了該消息隊(duì)列的大量信息，包括消息隊(duì)列鍵值、用戶ID、組ID、消息隊(duì)列中消息數(shù)目等等，甚至記錄了最近對(duì)消息隊(duì)列讀寫(xiě)進(jìn)程的ID。讀者可以訪問(wèn)這些信息，也可以設(shè)置其中的某些信息。

結(jié)構(gòu)msg_queue用來(lái)描述消息隊(duì)列頭，存在于系統(tǒng)空間：

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 */    unsigned 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 list_head q_senders;};

結(jié)構(gòu)msqid_ds用來(lái)設(shè)置或返回消息隊(duì)列的信息，存在于用戶空間：

struct msqid_ds {    struct ipc_perm msg_perm;    struct msg *msg_first;      /* first message on queue,unused  */    struct msg *msg_last;      /* last message in queue,unused */    __kernel_time_t msg_stime;  /* last msgsnd time */    __kernel_time_t msg_rtime;  /* last msgrcv time */    __kernel_time_t msg_ctime;  /* last change time */    unsigned long  msg_lcbytes; /* Reuse junk fields for 32 bit */    unsigned long  msg_lqbytes; /* ditto */    unsigned short msg_cbytes;  /* current number of bytes on queue */    unsigned short msg_qnum;    /* number of messages in queue */    unsigned short msg_qbytes;  /* max number of bytes on queue */    __kernel_ipc_pid_t msg_lspid;  /* pid of last msgsnd */    __kernel_ipc_pid_t msg_lrpid;  /* last receive pid */};

▍消息隊(duì)列與內(nèi)核的聯(lián)系

下圖說(shuō)明了內(nèi)核與消息隊(duì)列是怎樣建立起聯(lián)系的：

從上圖可以看出，全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu) struct ipc_ids msg_ids 可以訪問(wèn)到每個(gè)消息隊(duì)列頭的第一個(gè)成員：struct kern_ipc_perm；而每個(gè)struct kern_ipc_perm能夠與具體的消息隊(duì)列對(duì)應(yīng)起來(lái)是因?yàn)樵谠摻Y(jié)構(gòu)中，有一個(gè)key_t類(lèi)型成員key，而key則唯一確定一個(gè)消息隊(duì)列。kern_ipc_perm結(jié)構(gòu)如下：

struct kern_ipc_perm{  //內(nèi)核中記錄消息隊(duì)列的全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)msg_ids能夠訪問(wèn)到該結(jié)構(gòu)；key_t  key;    //該鍵值則唯一對(duì)應(yīng)一個(gè)消息隊(duì)列uid_t  uid;gid_t  gid;uid_t  cuid;gid_t  cgid;mode_t  mode;unsigned long seq;}

▍消息隊(duì)列的操作

打開(kāi)或創(chuàng)建消息隊(duì)列息隊(duì)列的內(nèi)核持續(xù)性要求每個(gè)消息隊(duì)列都在系統(tǒng)范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)唯一的鍵值，所以，要獲得一個(gè)消息隊(duì)列的描述字，只需提供該消息隊(duì)列的鍵值即可；

注：消息隊(duì)列描述字是由在系統(tǒng)范圍內(nèi)唯一的鍵值生成的，而鍵值可以看作對(duì)應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的一條路經(jīng)。

讀寫(xiě)的操作

消息讀寫(xiě)操作非常簡(jiǎn)單，對(duì)開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，每個(gè)消息都類(lèi)似如下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

struct msgbuf{long mtype;char mtext[1];};

mtype成員代表消息類(lèi)型，從消息隊(duì)列中讀取消息的一個(gè)重要依據(jù)就是消息的類(lèi)型；mtext是消息內(nèi)容，當(dāng)然長(zhǎng)度不一定為1。因此，對(duì)于發(fā)送消息來(lái)說(shuō)， 首先預(yù)置一個(gè)msgbuf緩沖區(qū)并寫(xiě)入消息類(lèi)型和內(nèi)容，調(diào)用相應(yīng)的發(fā)送函數(shù)即可；對(duì)讀取消息來(lái)說(shuō)，首先分配這樣一個(gè)msgbuf緩沖區(qū)，然后把消息讀入該緩沖區(qū)即可。

· 獲得或設(shè)置消息隊(duì)列屬性：

消息隊(duì)列的信息基本上都保存在消息隊(duì)列頭中，因此，可以分配一個(gè)類(lèi)似于消息隊(duì)列頭的結(jié)構(gòu)，來(lái)返回消息隊(duì)列的屬性；同樣可以設(shè)置該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

▍信號(hào)