訊息佇列（也叫做報文佇列）能夠克服早期unix通訊機制的一些缺點。作為早期unix通訊機制之一的訊號能夠傳送的資訊量有限，後來雖然POSIX 1003.1b在訊號的實時性方面作了拓廣，使得訊號在傳遞資訊量方面有了相當程度的改進，但是訊號這種通訊方式更像"即時"的通訊方式，它要求接受訊號的程序在某個時間範圍內對訊號做出反應，因此該訊號最多在接受訊號程序的生命週期內才有意義，訊號所傳遞的資訊是接近於隨程序持續的概念（process-persistent），見 附錄 1；管道及有名管道及有名管道則是典型的隨程序持續IPC，並且，只能傳送無格式的位元組流無疑會給應用程式開發帶來不便，另外，它的緩衝區大小也受到限制。

訊息佇列就是一個訊息的連結串列。可以把訊息看作一個記錄，具有特定的格式以及特定的優先順序。對訊息佇列有寫許可權的程序可以向中按照一定的規則新增新訊息；對訊息佇列有讀許可權的程序則可以從訊息佇列中讀走訊息。訊息佇列是隨核心持續的（參見 附錄 1）。

目前主要有兩種型別的訊息佇列：POSIX訊息佇列以及系統V訊息佇列，系統V訊息佇列目前被大量使用。考慮到程式的可移植性，新開發的應用程式應儘量使用POSIX訊息佇列。

在本系列專題的序（深刻理解Linux程序間通訊（IPC））中，提到對於訊息佇列、訊號燈、以及共享記憶體區來說，有兩個實現版本：POSIX的以及系統V的。Linux核心（核心2.4.18）支援POSIX訊號燈、POSIX共享記憶體區以及POSIX訊息佇列，但對於主流Linux發行版本之一redhad8.0（核心2.4.18），還沒有提供對POSIX程序間通訊API的支援，不過應該只是時間上的事。

因此，本文將主要介紹系統V訊息佇列及其相應API。 在沒有宣告的情況下，以下討論中指的都是系統V訊息佇列。

一、訊息佇列基本概念

1. 系統V訊息佇列是隨核心持續的，只有在核心重起或者顯示刪除一個訊息佇列時，該訊息佇列才會真正被刪除。因此係統中記錄訊息佇列的資料結構（struct ipc_ids msg_ids）位於核心中，系統中的所有訊息佇列都可以在結構msg_ids中找到訪問入口。
2. 訊息佇列就是一個訊息的連結串列。每個訊息佇列都有一個佇列頭，用結構struct msg_queue來描述（參見 附錄 2）。佇列頭中包含了該訊息佇列的大量資訊，包括訊息佇列鍵值、使用者ID、組ID、訊息佇列中訊息數目等等，甚至記錄了最近對訊息佇列讀寫程序的ID。讀者可以訪問這些資訊，也可以設定其中的某些資訊。
3. 下圖說明了核心與訊息佇列是怎樣建立起聯絡的：
   其中：struct ipc_ids msg_ids是核心中記錄訊息佇列的全域性資料結構；struct msg_queue是每個訊息佇列的佇列頭。

   

從上圖可以看出，全域性資料結構 struct ipc_ids msg_ids 可以訪問到每個訊息佇列頭的第一個成員：struct kern_ipc_perm；而每個struct kern_ipc_perm能夠與具體的訊息佇列對應起來是因為在該結構中，有一個key_t型別成員key，而key則唯一確定一個訊息佇列。kern_ipc_perm結構如下：

二、操作訊息佇列

對訊息佇列的操作無非有下面三種類型：

1、 開啟或建立訊息佇列
訊息佇列的核心持續性要求每個訊息佇列都在系統範圍內對應唯一的鍵值，所以，要獲得一個訊息佇列的描述字，只需提供該訊息佇列的鍵值即可；

注：訊息佇列描述字是由在系統範圍內唯一的鍵值生成的，而鍵值可以看作對應系統內的一條路經。

2、 讀寫操作

訊息讀寫操作非常簡單，對開發人員來說，每個訊息都類似如下的資料結構：

mtype成員代表訊息型別，從訊息佇列中讀取訊息的一個重要依據就是訊息的型別；mtext是訊息內容，當然長度不一定為1。因此，對於傳送訊息來說，首先預置一個msgbuf緩衝區並寫入訊息型別和內容，呼叫相應的傳送函式即可；對讀取訊息來說，首先分配這樣一個msgbuf緩衝區，然後把訊息讀入該緩衝區即可。

3、 獲得或設定訊息佇列屬性：

訊息佇列的資訊基本上都儲存在訊息佇列頭中，因此，可以分配一個類似於訊息佇列頭的結構(struct msqid_ds，見 附錄 2)，來返回訊息佇列的屬性；同樣可以設定該資料結構。

訊息佇列API

1、檔名到鍵值

它返回與路徑pathname相對應的一個鍵值。該函式不直接對訊息佇列操作，但在呼叫ipc(MSGGET,…)或msgget()來獲得訊息佇列描述字前，往往要呼叫該函式。典型的呼叫程式碼是：

2、linux為作業系統V程序間通訊的三種方式（訊息佇列、訊號燈、共享記憶體區）提供了一個統一的使用者介面：
int ipc(unsigned int call, int first, int second, int third, void * ptr, long fifth);

第一個引數指明對IPC物件的操作方式，對訊息佇列而言共有四種操作：MSGSND、MSGRCV、MSGGET以及MSGCTL，分別代表向訊息佇列傳送訊息、從訊息佇列讀取訊息、開啟或建立訊息佇列、控制訊息佇列；first引數代表唯一的IPC物件；下面將介紹四種操作。

• int ipc( MSGGET, intfirst, intsecond, intthird, void*ptr, longfifth);
  與該操作對應的系統V呼叫為：int msgget( (key_t)first，second)。
• int ipc( MSGCTL, intfirst, intsecond, intthird, void*ptr, longfifth)
  與該操作對應的系統V呼叫為：int msgctl( first，second, (struct msqid_ds*) ptr)。
• int ipc( MSGSND, intfirst, intsecond, intthird, void*ptr, longfifth);
  與該操作對應的系統V呼叫為：int msgsnd( first, (struct msgbuf*)ptr, second, third)。
• int ipc( MSGRCV, intfirst, intsecond, intthird, void*ptr, longfifth);
  與該操作對應的系統V呼叫為：int msgrcv( first，(struct msgbuf*)ptr, second, fifth,third)，

注：本人不主張採用系統呼叫ipc()，而更傾向於採用系統V或者POSIX程序間通訊API。原因如下：

• 雖然該系統呼叫提供了統一的使用者介面，但正是由於這個特性，它的引數幾乎不能給出特定的實際意義（如以first、second來命名引數），在一定程度上造成開發不便。
• 正如ipc手冊所說的：ipc()是linux所特有的，編寫程式時應注意程式的移植性問題；
• 該系統呼叫的實現不過是把系統V IPC函式進行了封裝，沒有任何效率上的優勢；
• 系統V在IPC方面的API數量不多，形式也較簡潔。

3.系統V訊息佇列API
系統V訊息佇列API共有四個，使用時需要包括幾個標頭檔案：

1）int msgget(key_t key, int msgflg)

引數key是一個鍵值，由ftok獲得；msgflg引數是一些標誌位。該呼叫返回與健值key相對應的訊息佇列描述字。

在以下兩種情況下，該呼叫將建立一個新的訊息佇列：

• 如果沒有訊息佇列與健值key相對應，並且msgflg中包含了IPC_CREAT標誌位；
• key引數為IPC_PRIVATE；

引數msgflg可以為以下：IPC_CREAT、IPC_EXCL、IPC_NOWAIT或三者的或結果。

呼叫返回：成功返回訊息佇列描述字，否則返回-1。

注：引數key設定成常數IPC_PRIVATE並不意味著其他程序不能訪問該訊息佇列，只意味著即將建立新的訊息佇列。

2）int msgrcv(int msqid, struct msgbuf *msgp, int msgsz, long msgtyp, int msgflg);
該系統呼叫從msgid代表的訊息佇列中讀取一個訊息，並把訊息儲存在msgp指向的msgbuf結構中。

msqid為訊息佇列描述字；訊息返回後儲存在msgp指向的地址，msgsz指定msgbuf的mtext成員的長度（即訊息內容的長度），msgtyp為請求讀取的訊息型別；讀訊息標誌msgflg可以為以下幾個常值的或：

• IPC_NOWAIT 如果沒有滿足條件的訊息，呼叫立即返回，此時，errno=ENOMSG
• IPC_EXCEPT 與msgtyp>0配合使用，返回佇列中第一個型別不為msgtyp的訊息
• IPC_NOERROR 如果佇列中滿足條件的訊息內容大於所請求的msgsz位元組，則把該訊息截斷，截斷部分將丟失。

msgrcv手冊中詳細給出了訊息型別取不同值時(>0; <0; =0)，呼叫將返回訊息佇列中的哪個訊息。

msgrcv()解除阻塞的條件有三個：

1. 訊息佇列中有了滿足條件的訊息；
2. msqid代表的訊息佇列被刪除；
3. 呼叫msgrcv（）的程序被訊號中斷；

呼叫返回：成功返回讀出訊息的實際位元組數，否則返回-1。

3）int msgsnd(int msqid, struct msgbuf *msgp, int msgsz, int msgflg);
向msgid代表的訊息佇列傳送一個訊息，即將傳送的訊息儲存在msgp指向的msgbuf結構中，訊息的大小由msgze指定。

對傳送訊息來說，有意義的msgflg標誌為IPC_NOWAIT，指明在訊息佇列沒有足夠空間容納要傳送的訊息時，msgsnd是否等待。造成msgsnd()等待的條件有兩種：

• 當前訊息的大小與當前訊息佇列中的位元組數之和超過了訊息佇列的總容量；
• 當前訊息佇列的訊息數（單位"個"）不小於訊息佇列的總容量（單位"位元組數"），此時，雖然訊息佇列中的訊息數目很多，但基本上都只有一個位元組。

msgsnd()解除阻塞的條件有三個：

1. 不滿足上述兩個條件，即訊息佇列中有容納該訊息的空間；
2. msqid代表的訊息佇列被刪除；
3. 呼叫msgsnd（）的程序被訊號中斷；

呼叫返回：成功返回0，否則返回-1。

4）int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
該系統呼叫對由msqid標識的訊息佇列執行cmd操作，共有三種cmd操作：IPC_STAT、IPC_SET 、IPC_RMID。

1. IPC_STAT：該命令用來獲取訊息佇列資訊，返回的資訊存貯在buf指向的msqid結構中；
2. IPC_SET：該命令用來設定訊息佇列的屬性，要設定的屬性儲存在buf指向的msqid結構中；可設定屬性包括：msg_perm.uid、msg_perm.gid、msg_perm.mode以及msg_qbytes，同時，也影響msg_ctime成員。
3. IPC_RMID：刪除msqid標識的訊息佇列；

呼叫返回：成功返回0，否則返回-1。

三、訊息佇列的限制

每個訊息佇列的容量（所能容納的位元組數）都有限制，該值因系統不同而不同。在後面的應用例項中，輸出了redhat 8.0的限制，結果參見 附錄 3。

另一個限制是每個訊息佇列所能容納的最大訊息數：在redhad 8.0中，該限制是受訊息佇列容量制約的：訊息個數要小於訊息佇列的容量（位元組數）。

注：上述兩個限制是針對每個訊息佇列而言的，系統對訊息佇列的限制還有系統範圍內的最大訊息佇列個數，以及整個系統範圍內的最大訊息數。一般來說，實際開發過程中不會超過這個限制。

四、訊息佇列應用例項

訊息佇列應用相對較簡單，下面例項基本上覆蓋了對訊息佇列的所有操作，同時，程式輸出結果有助於加深對前面所講的某些規則及訊息佇列限制的理解。

程式輸出結果見 附錄 3。

小結：

訊息佇列與管道以及有名管道相比，具有更大的靈活性，首先，它提供有格式位元組流，有利於減少開發人員的工作量；其次，訊息具有型別，在實際應用中，可作為優先順序使用。這兩點是管道以及有名管道所不能比的。同樣，訊息佇列可以在幾個程序間複用，而不管這幾個程序是否具有親緣關係，這一點與有名管道很相似；但訊息佇列是隨核心持續的，與有名管道（隨程序持續）相比，生命力更強，應用空間更大。

附錄 1： 在參考文獻[1]中，給出了IPC隨程序持續、隨核心持續以及隨檔案系統持續的定義：

1. 隨程序持續：IPC一直存在到開啟IPC物件的最後一個程序關閉該物件為止。如管道和有名管道；
2. 隨核心持續：IPC一直持續到核心重新自舉或者顯示刪除該物件為止。如訊息佇列、訊號燈以及共享記憶體等；
3. 隨檔案系統持續：IPC一直持續到顯示刪除該物件為止。

附錄 2：
結構msg_queue用來描述訊息佇列頭，存在於系統空間：

結構msqid_ds用來設定或返回訊息佇列的資訊，存在於使用者空間；

//可以看出上述兩個結構很相似。

附錄 3： 訊息佇列例項輸出結果：

本文章轉載於https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-ipc/part3/index.html#listing2