Организация очереди сообщений в ОС UNIX. Структура сообщения. Отправка и принятие сообщений.

Очереди сообщений располагаются в адресном пространстве ядра операционной системы в виде однонаправленных списков и имеют ограничение по объему информации, хранящейся в каждой очереди. Каждый элемент списка представляет собой отдельное сообщение. Сообщения имеют атрибут, называемый типом сообщения. Очереди сообщений, как и другие средства System V IPC, позволяют организовать взаимодействие процессов, не находящихся одновременно в вычислительной системе.

Для создания очереди сообщений, ассоциированной с определенным ключом, или доступа по ключу к уже существующей очереди используется системный вызов msgget(), являющийся аналогом системных вызовов shmget() для разделяемой памяти и semget() для массива семафоров, который возвращает значение IPC-дескриптора для этой очереди.

Системный вызов msgget()

#include <types.h>

#include <ipc.h>

#include <msg.h>

int msgget(key_t key, int msgflg);

Системный вызов msgget предназначен для выполнения операции доступа к очереди сообщений и, в случае ее успешного завершения, возвращает дескриптор System V IPC для этой очереди (целое неотрицательное число, однозначно характеризующее очередь сообщений внутри вычислительной системы и использующееся в дальнейшем для других операций с ней).

Параметр key является ключом System V IPC для очереди сообщений, т. е. фактически ее именем из пространства имен System V IPC. В качестве значения этого параметра может быть использовано значение ключа, полученное с помощью функции ftok(), или специальное значение IPC_PRIVATE. Использование значения IPC_PRIVATE всегда приводит к попытке создания новой очереди сообщений с ключом, который не совпадает со значением ключа ни одной из уже существующих очередей и не может быть получен с помощью функции ftok() ни при одной комбинации ее параметров.

Параметр msgflg – флаги – играет роль только при создании новой очереди сообщений и определяет права различных пользователей при доступе к очереди, а также необходимость создания новой очереди и поведение системного вызова при попытке создания. Он является некоторой комбинацией (с помощью операции побитовое или – "|") следующих предопределенных значений и восьмеричных прав доступа:

IPC_CREAT — если очереди для указанного ключа не существует, она должна быть создана;

IPC_EXCL — применяется совместно с флагом IPC_CREAT. При совместном их использовании и существовании массива с указанным ключом доступ к очереди не производится и констатируется ошибочная ситуация, при этом переменная errno, описанная в файле <errno.h>, примет значение EEXIST;

0400 — разрешено чтение для пользователя, создавшего очередь;

0200 — разрешена запись для пользователя, создавшего очередь;

0040 — разрешено чтение для группы пользователя, создавшего очередь;

0020 — разрешена запись для группы пользователя, создавшего очередь;

0004 — разрешено чтение для всех остальных пользователей;

0002 — разрешена запись для всех остальных пользователей;

Возвращаемое значение: Системный вызов возвращает значение дескриптора System V IPC для очереди сообщений при нормальном завершении и значение -1 при возникновении ошибки.

Системный вызов msgsnd()

#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h>

#include <sys/msg.h>

int msgsnd(int id, void* buf,size_t size, int flag);

Системный вызов msgsnd предназначен для помещения сообщения в очередь сообщений, т. е. является реализацией примитива send.

Параметр id является дескриптором System V IPC для очереди, в которую отправляется сообщение, т. е. значением, которое вернул системный вызов msgget() при создании очереди или при ее поиске по ключу.

Структура void* buf описана в файле <sys/msg.h> как

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

Она представляет собой некоторый шаблон структуры сообщения пользователя. Сообщение пользователя – это структура, первый элемент которой обязательно имеет тип long и содержит тип сообщения, а далее следует информативная часть теоретически произвольной длины.

Тип сообщения должен быть строго положительным числом. Действительная длина полезной части информации (т. е. информации, расположенной в структуре после типа сообщения) должна быть передана системному вызову в качестве параметра size. Этот параметр может быть равен и 0, если вся полезная информация заключается в самом факте наличия сообщения. Системный вызов копирует сообщение, расположенное по адресу, на который указывает параметр ptr, в очередь сообщений, заданную дескриптором id.

Параметр flag может принимать два значения: 0 и IPC_NOWAIT. Если значение флага равно 0, и в очереди не хватает места для того, чтобы поместить сообщение, то системный вызов блокируется до тех пор, пока не освободится место. При значении флага IPC_NOWAIT системный вызов в этой ситуации не блокируется, а констатирует возникновение ошибки с установлением значения переменной errno, описанной в файле <errno.h>, равным EAGAIN.

Возвращаемое значение: Системный вызов возвращает значение 0 при нормальном завершении и значение -1 при возникновении ошибки.

Системный вызов msgrcv()

#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h> #include <sys/msg.h>

int msgrcv(int id, void* buf,size_t size, long type, int flag);

Системный вызов msgrcv предназначен для получения сообщения из очереди сообщений, т. е. является реализацией примитива receive.

Параметр id является дескриптором System V IPC для очереди, из которой должно быть получено сообщение, т. е. значением, которое вернул системный вызов msgget() при создании очереди или при ее поиске по ключу.

Параметр type определяет способ выборки сообщения из очереди.

Структура void* buf описана в файле <sys/msg.h> как

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

Она представляет собой некоторый шаблон структуры сообщения пользователя. Сообщение пользователя – это структура, первый элемент которой обязательно имеет тип long и содержит тип сообщения, а далее следует информативная часть теоретически произвольной длины.

Параметр size должен содержать максимальную длину полезной части информации (т. е. информации, расположенной в структуре после типа сообщения), которая может быть размещена в сообщении.

В случае удачи системный вызов копирует выбранное сообщение из очереди сообщений по адресу, указанному в параметре ptr, одновременно удаляя его из очереди сообщений.

Параметр flag может принимать значение 0 или быть какой-либо комбинацией флагов IPC_NOWAIT и MSG_NOERROR. Если флаг IPC_NOWAIT не установлен и очередь сообщений пуста или в ней нет сообщений с заказанным типом, то системный вызов блокируется до появления запрошенного сообщения. При установлении флага IPC_NOWAIT системный вызов в этой ситуации не блокируется, а констатирует возникновение ошибки с установлением значения переменной errno, описанной в файле <errno.h>, равным EAGAIN. Если действительная длина полезной части информации в выбранном сообщении превышает значение, указанное в параметре size и флаг MSG_NOERROR не установлен, то выборка сообщения не производится, и фиксируется наличие ошибочной ситуации. Если флаг MSG_NOERROR установлен, то в этом случае ошибки не возникает, а сообщение копируется в сокращенном виде.

Возвращаемое значение: Системный вызов возвращает при нормальном завершении действительную длину полезной части информации (т. е. информации, расположенной в структуре после типа сообщения), скопированной из очереди сообщений, и значение -1 при возникновении ошибки.

Системный вызов msgctl()

#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h>

#include <sys/msg.h>

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

Системный вызов msgctl предназначен для получения информации об очереди сообщений, изменения ее атрибутов и удаления из системы.

В нашем курсе мы будем пользоваться системным вызовом msgctl только для удаления очереди сообщений из системы. Параметр msqid является дескриптором System V IPC для очереди сообщений, т. е. значением, которое вернул системный вызов msgget() при создании очереди или при ее поиске по ключу.

В качестве параметра cmd в рамках нашего курса мы всегда будем передавать значение IPC_RMID – команду для удаления очереди сообщений с заданным идентификатором. Параметр buf для этой команды не используется, поэтому мы всегда будем подставлять туда значение NULL.

Возвращаемое значение: Системный вызов возвращает значение 0 при нормальном завершении и значение -1 при возникновении ошибки.