Những người mang lại cho chúng ta System V đã bao gồm một số tính năng IPC tuyệt vời đã được triển khai trên nhiều nền tảng (bao gồm Linux, tất nhiên.) Tài liệu này mô tả cách sử dụng và chức năng của Hàng Đợi Tin Nhắn System V cực kỳ ấn tượng!
Bây giờ, trước khi bắt đầu, thông tin này đã khá cũ. Ừ thì, thực ra thông tin vẫn còn tốt, nhưng có một API hàng đợi tin nhắn POSIX mới hơn, như mô tả trong chương trước của hướng dẫn này, phù hợp hơn cho cuộc sống hiện đại. Nhưng có thể bạn đang dùng máy cũ hơn hoặc chỉ muốn trải nghiệm hoài cổ. Nếu vậy, hãy đọc tiếp!
Như thường lệ, tôi muốn trình bày tổng quan trước khi đi vào chi tiết. Một hàng đợi tin nhắn hoạt động giống như FIFO, nhưng hỗ trợ thêm một số tính năng. Nhìn chung, các tin nhắn được lấy ra khỏi hàng đợi theo thứ tự chúng được đưa vào. Tuy nhiên, cụ thể hơn, có những cách để lấy một số tin nhắn nhất định ra khỏi hàng đợi trước khi chúng đến lượt. Giống như chen hàng vậy. (Nhân tiện, đừng cố chen hàng khi ghé thăm công viên giải trí Great America ở Silicon Valley, vì bạn có thể bị bắt vì điều đó. Họ coi việc chen hàng rất nghiêm túc ở đó.)
Về mặt sử dụng, một tiến trình có thể tạo một hàng đợi tin nhắn mới, hoặc kết nối vào một hàng đợi đã có. Theo cách thứ hai này, hai tiến trình có thể trao đổi thông tin qua cùng một hàng đợi tin nhắn. Tuyệt.
Thêm một điều về System V IPC: khi bạn tạo một hàng đợi tin nhắn, nó không biến mất cho đến khi bạn xóa nó, giống như cách các file không biến mất cho đến khi bạn xóa chúng một cách rõ ràng. Tất cả các tiến trình từng sử dụng nó có thể thoát, nhưng hàng đợi vẫn tồn tại. Một thói quen tốt là dùng lệnh ipcs để kiểm tra xem có hàng đợi tin nhắn nào của bạn không dùng đang lơ lửng ở đó không. Bạn có thể xóa chúng bằng lệnh ipcrm, điều này tốt hơn là để sysadmin ghé thăm và nói rằng bạn đã chiếm hết mọi hàng đợi tin nhắn khả dụng trên hệ thống.
Hãy bắt đầu thôi! Trước tiên, bạn muốn kết nối vào một hàng đợi, hoặc tạo nó nếu chưa tồn tại. Lệnh gọi để thực hiện điều này là syscall msgget():
int msgget(key_t key, int msgflg);msgget() trả về ID hàng đợi tin nhắn khi thành công, hoặc -1 khi thất bại (và nó đặt errno, tất nhiên.)
Các đối số có vẻ hơi kỳ lạ, nhưng có thể hiểu được sau một chút vật lộn. Đầu tiên, key là một định danh duy nhất trên toàn hệ thống mô tả hàng đợi bạn muốn kết nối vào (hoặc tạo). Mọi tiến trình khác muốn kết nối vào hàng đợi này sẽ phải dùng cùng key.
Đối số kia, msgflg cho msgget() biết phải làm gì với hàng đợi đó. Để tạo một hàng đợi, trường này phải được đặt bằng IPC_CREAT OR theo bit với các quyền cho hàng đợi này. (Quyền hàng đợi giống như quyền file Unix tiêu chuẩn—hàng đợi nhận user-id và group-id của chương trình tạo ra chúng.)
Một lệnh gọi mẫu được đưa ra trong phần sau.
Chuyện về key này là gì vậy? Làm thế nào để tạo một cái? Vâng, vì kiểu key_t thực ra chỉ là một long, bạn có thể dùng bất kỳ số nào bạn muốn. Nhưng nếu bạn hardcode số đó và một chương trình khác không liên quan cũng hardcode cùng số đó nhưng muốn một hàng đợi khác thì sao? Giải pháp là dùng hàm ftok() tạo ra một key từ hai đối số:
key_t ftok(const char *`path`, int `id`);OK, điều này đang trở nên kỳ lạ. Về cơ bản, path chỉ cần là đường dẫn đến một file xác định duy nhất ứng dụng này; đường dẫn đến file cấu hình của ứng dụng là một chuỗi thường được dùng (khả năng nào hai ứng dụng sẽ dùng cùng file cấu hình?). Đối số kia, id thường chỉ được đặt thành một ký tự tùy ý, như ‘A’. Hàm ftok() dùng thông tin về file đã đặt tên (như số inode, v.v.) và id để tạo ra một key có thể là duy nhất cho msgget(). Các chương trình muốn dùng cùng hàng đợi phải tạo ra cùng key, vì vậy chúng phải truyền cùng tham số vào ftok().
Cuối cùng, đến lúc thực hiện lệnh gọi:
#include <sys/msg.h>
key = ftok("/home/beej/somefile", 'b');
msqid = msgget(key, 0666 | IPC_CREAT);Trong ví dụ trên, tôi đặt quyền trên hàng đợi thành 666 (hoặc rw-rw-rw-, nếu điều đó dễ hiểu hơn với bạn). Và bây giờ ta có msqid sẽ được dùng để gửi và nhận tin nhắn từ hàng đợi.
Sau khi bạn đã kết nối vào hàng đợi tin nhắn bằng msgget(), bạn đã sẵn sàng gửi và nhận tin nhắn. Đầu tiên, việc gửi:
Mỗi tin nhắn gồm hai phần, được định nghĩa trong cấu trúc mẫu struct msgbuf, như định nghĩa trong sys/msg.h:
struct msgbuf {
long mtype;
char mtext[1];
};Trường mtype được dùng sau này khi lấy tin nhắn từ hàng đợi, và có thể được đặt thành bất kỳ số dương nào. mtext là dữ liệu sẽ được thêm vào hàng đợi.
“Cái gì?! Bạn chỉ có thể đưa mảng một byte lên hàng đợi tin nhắn thôi sao?! Vô dụng!!” Vâng, không hẳn vậy. Bạn có thể dùng bất kỳ cấu trúc nào bạn muốn để đưa tin nhắn vào hàng đợi, miễn là phần tử đầu tiên là một long. Ví dụ, ta có thể dùng cấu trúc này để lưu trữ đủ loại thứ:
struct pirate_msgbuf {
long mtype; /* must be positive */
struct pirate_info {
char name[30];
char ship_type;
int notoriety;
int cruelty;
int booty_value;
} info;
};OK, vậy làm thế nào ta truyền thông tin này vào một hàng đợi tin nhắn? Câu trả lời rất đơn giản, các bạn ơi: chỉ cần dùng msgsnd():
int msgsnd(int msqid, const void *msgp,
size_t msgsz, int msgflg);msqid là định danh hàng đợi tin nhắn được trả về bởi msgget(). Con trỏ msgp là con trỏ đến dữ liệu bạn muốn đưa vào hàng đợi. msgsz là kích thước tính bằng byte của dữ liệu cần thêm vào hàng đợi (không tính kích thước của phần tử mtype). Cuối cùng, msgflg cho phép bạn đặt một số tham số flag tùy chọn, mà ta sẽ bỏ qua bây giờ bằng cách đặt nó thành 0.
Cách tốt nhất để lấy kích thước dữ liệu cần gửi là thiết lập đúng từ đầu. Trường đầu tiên của struct phải là một long, như ta đã thấy. Để an toàn và khả chuyển, chỉ nên có một trường bổ sung. Nếu bạn cần nhiều hơn một, hãy bọc chúng vào một struct giống như struct pirate_msgbuf ở trên.
Khi cần lấy kích thước dữ liệu cần gửi, chỉ cần lấy kích thước của trường thứ hai:
struct cheese_msgbuf {
long mtype;
char name[20];
};
/* calculate the size of the data to send: */
struct cheese_msgbuf mbuf;
int size;
size = sizeof mbuf.name;
/* Or, without a declared variable: */
size = sizeof ((struct cheese_msgbuf*)0)->name;Hoặc, nếu bạn có nhiều trường khác nhau, hãy đưa chúng vào một struct và dùng toán tử
#include <sys/msg.h>
#include <stddef.h>
key_t key;
int msqid;
struct pirate_msgbuf pmb = {2, { "L'Olonais", 'S', 80, 10, 12035 } };
key = ftok("/home/beej/somefile", 'b');
msqid = msgget(key, 0666 | IPC_CREAT);
/* stick him on the queue */
/* struct pirate_info is the sub-structure */
msgsnd(msqid, &pmb, sizeof(struct pirate_info), 0);Ngoài việc nhớ kiểm tra lỗi từ các giá trị trả về của tất cả các hàm này, đó là tất cả những gì cần làm. Ồ, vâng: lưu ý rằng tôi tùy ý đặt trường mtype thành 2 ở đó. Điều đó sẽ quan trọng trong phần tiếp theo.
Bây giờ ta đã có tên cướp biển đáng sợ Francis L’Olonais kẹt trong hàng đợi tin nhắn của ta, làm thế nào để lấy anh ta ra? Như bạn có thể tưởng tượng, có một hàm đối xứng với msgsnd(): đó là msgrcv(). Thật sáng tạo.
Một lệnh gọi msgrcv() để làm điều đó trông như thế này:
#include <sys/msg.h>
#include <stddef.h>
key_t key;
int msqid;
struct pirate_msgbuf pmb; /* where L'Olonais is to be kept */
key = ftok("/home/beej/somefile", 'b');
msqid = msgget(key, 0666 | IPC_CREAT);
/* get him off the queue! */
msgrcv(msqid, &pmb, sizeof(struct pirate_info), 2, 0);Có một điều mới cần lưu ý trong lệnh gọi msgrcv(): số 2! Nó có nghĩa là gì? Đây là tóm tắt của lệnh gọi:
int msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);Số 2 ta chỉ định trong lệnh gọi là msgtyp được yêu cầu. Nhớ lại rằng ta đã đặt mtype tùy ý thành 2 trong phần msgsnd() của tài liệu này, vì vậy đó sẽ là cái được lấy ra từ hàng đợi.
Thực ra, hành vi của msgrcv() có thể thay đổi đáng kể bằng cách chọn msgtyp là dương, âm, hoặc bằng không:
msgtyp |
Hiệu ứng trên msgrcv() |
|---|---|
| Không | Lấy tin nhắn tiếp theo trong hàng đợi, bất kể mtype của nó. |
| Dương | Lấy tin nhắn tiếp theo có mtype bằng msgtyp đã chỉ định. |
| Âm | Lấy tin nhắn đầu tiên trong hàng đợi có trường mtype nhỏ hơn hoặc bằng giá trị tuyệt đối của đối số msgtyp. |
Vì vậy, điều thường xảy ra là bạn chỉ muốn tin nhắn tiếp theo trong hàng đợi, bất kể mtype là gì. Như vậy, bạn sẽ đặt tham số msgtyp thành 0.
Đến lúc nào đó bạn sẽ phải xóa một hàng đợi tin nhắn. Như tôi đã nói trước đó, chúng sẽ tồn tại cho đến khi bạn xóa chúng một cách rõ ràng; điều quan trọng là bạn làm điều này để không lãng phí tài nguyên hệ thống. OK, vậy bạn đã dùng hàng đợi tin nhắn này cả ngày, và nó đã cũ rồi. Bạn muốn tiêu diệt nó. Có hai cách:
Dùng lệnh Unix ipcs để lấy danh sách các hàng đợi tin nhắn đã định nghĩa, rồi dùng lệnh ipcrm để xóa hàng đợi.
Viết một chương trình để làm điều đó cho bạn.
Thường thì lựa chọn thứ hai là phù hợp nhất, vì bạn có thể muốn chương trình của mình dọn dẹp hàng đợi vào một lúc nào đó. Để làm điều này cần giới thiệu thêm một hàm: msgctl().
Tóm tắt của msgctl() là:
int msgctl(int msqid, int cmd,
struct msqid_ds *buf);Tất nhiên, msqid là định danh hàng đợi lấy từ msgget(). Đối số quan trọng là cmd cho msgctl() biết cách hành xử. Nó có thể là nhiều thứ, nhưng ta chỉ nói về IPC_RMID, dùng để xóa hàng đợi tin nhắn. Đối số buf có thể được đặt thành NULL cho mục đích của IPC_RMID.
Giả sử ta có hàng đợi ta đã tạo ở trên để chứa các cướp biển. Bạn có thể xóa hàng đợi đó bằng cách gọi lệnh sau:
#include <sys/msg.h>
.
.
msgctl(msqid, IPC_RMID, NULL);Và hàng đợi tin nhắn không còn nữa. (Tất nhiên, kiểm tra lỗi trên các giá trị trả về này luôn luôn phù hợp!)
Để cho đầy đủ, tôi sẽ bao gồm một cặp chương trình sẽ giao tiếp bằng hàng đợi tin nhắn. Chương trình đầu tiên, kirk.c thêm tin nhắn vào hàng đợi tin nhắn, và spock.c lấy chúng ra.
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
struct my_msgbuf {
long mtype;
char mtext[200];
};
int main(void)
{
struct my_msgbuf buf;
int msqid;
key_t key;
if ((key = ftok("kirk.c", 'B')) == -1) {
perror("ftok");
exit(1);
}
if ((msqid = msgget(key, 0644 | IPC_CREAT)) == -1) {
perror("msgget");
exit(1);
}
printf("Enter lines of text, ^D to quit:\n");
buf.mtype = 1; /* we don't really care in this case */
while(fgets(buf.mtext, sizeof buf.mtext, stdin) != NULL) {
int len = strlen(buf.mtext);
/* ditch newline at end, if it exists */
if (buf.mtext[len-1] == '\n') buf.mtext[len-1] = '\0';
if (msgsnd(msqid, &buf, len, 0) == -1)
perror("msgsnd");
}
if (msgctl(msqid, IPC_RMID, NULL) == -1) {
perror("msgctl");
exit(1);
}
return 0;
}Cách kirk hoạt động là nó cho phép bạn nhập các dòng văn bản. Mỗi dòng được gói vào một tin nhắn và thêm vào hàng đợi tin nhắn. Hàng đợi tin nhắn sau đó được đọc bởi spock.
Đây là mã nguồn cho spock.c48:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
struct my_msgbuf {
long mtype;
char mtext[200];
};
int main(void)
{
struct my_msgbuf buf;
int msqid;
key_t key;
if ((key = ftok("kirk.c", 'B')) == -1) { /* same key as kirk.c */
perror("ftok");
exit(1);
}
if ((msqid = msgget(key, 0644)) == -1) { /* connect to the queue */
perror("msgget");
exit(1);
}
printf("spock: ready to receive messages, captain.\n");
for(;;) { /* Spock never quits! */
if (msgrcv(msqid, &buf, sizeof buf.mtext, 0, 0) == -1) {
perror("msgrcv");
exit(1);
}
printf("spock: \"%s\"\n", buf.mtext);
}
return 0;
}Lưu ý rằng spock, trong lệnh gọi msgget(), không bao gồm tùy chọn IPC_CREAT. Ta để kirk tạo hàng đợi tin nhắn, và spock sẽ trả về lỗi nếu anh ta chưa làm vậy.
Hãy chú ý điều gì xảy ra khi bạn đang chạy cả hai trong các cửa sổ riêng biệt và bạn kill một trong hai. Cũng thử chạy hai bản sao của kirk hoặc hai bản sao của spock để có ý tưởng về điều gì xảy ra khi bạn có hai reader hoặc hai writer. Một bài trình diễn thú vị khác là chạy kirk, nhập một loạt tin nhắn, rồi chạy spock và xem nó lấy tất cả tin nhắn trong một lần. Chỉ cần nghịch ngợm với những chương trình đồ chơi này sẽ giúp bạn hiểu những gì thực sự đang xảy ra.
Hàng đợi tin nhắn còn nhiều điều hơn những gì bài hướng dẫn ngắn này có thể trình bày. Hãy chắc chắn xem trang man để biết bạn có thể làm gì thêm, đặc biệt trong lĩnh vực msgctl(). Ngoài ra, còn có các tùy chọn khác bạn có thể truyền vào các hàm khác để kiểm soát cách msgsnd() và msgrcv() xử lý khi hàng đợi đầy hoặc trống tương ứng.