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进程间通信（IPC）： POSIX 消息队列

news 2025/5/23 4:41:01

🌟 1. 消息队列简介

POSIX 消息队列是进程间通信（IPC）的一种机制，允许进程通过内核管理的队列发送和接收离散消息，适合本地异步通信。消息队列由用户定义的名称（如 /myqueue）标识，内核维护消息的存储和传递。

🚀 2. 工作原理

核心机制：
- 内核维护一个消息队列，进程通过名称（如 /myqueue）访问。
- 每条消息包含数据和优先级（POSIX 实现支持），接收方可按优先级或顺序读取。
- 消息是离散单元，内核自动维护消息边界，无需连接（如 LocalSocket 的流式模式）。
/myqueue 的含义：
- 不是文件系统路径：/myqueue 是用户定义的虚拟名称，存储在内核命名空间，不对应物理文件。
- 命名规范：以 / 开头，长度受系统限制（如 Linux 的 NAME_MAX，通常 255 字节）。
- 调试查看：某些系统可能在 /dev/mqueue 或 /proc/sysvipc/msg 显示队列信息，但开发者无需直接操作。
与 LocalSocket 的对比：
- LocalSocket：客户端-服务器模型，流式需连接，数据报需定义边界，支持文件描述符传递。
- 消息队列：无需连接，消息边界自动维护，适合异步、松耦合通信。

✅ 3. 特点与优缺点

✅ 3.1 优点

简单易用：API 直观（如 mq_open、mq_send），无需显式连接。
消息边界：内核自动维护消息完整性，适合离散数据。
优先级支持：POSIX 消息队列可按优先级读取消息。
异步通信：进程可独立发送/接收，适合松耦合系统。

❌ 3.2 缺点

性能：较 LocalSocket 或共享内存低，因队列管理和消息拷贝有开销。
队列限制：消息数量和大小受内核配置限制（如 mq_maxmsg、mq_msgsize）。
仅限本地：无法跨设备通信。

🛠️ 4. 使用步骤

创建/打开队列：使用 mq_open 指定名称（如 /myqueue）、权限和属性。
发送消息：通过 mq_send 发送数据和优先级。
接收消息：通过 mq_receive 读取消息，可获取优先级。
清理：通信结束调用 mq_close 和 mq_unlink 释放资源。

📚 5. C++ 示例代码

以下是一个简单的 POSIX 消息队列示例，展示发送和接收消息：

#include <mqueue.h>
#include <iostream>
#include <cstring>
#include <errno.h>#define QUEUE_NAME "/myqueue"
#define MAX_SIZE 1024int main() {// 设置队列属性struct mq_attr attr = {0, 10, MAX_SIZE, 0}; // 最多10条消息，每条最大1024字节// 创建/打开队列mqd_t mq = mq_open(QUEUE_NAME, O_CREAT | O_RDWR, 0644, &attr);if (mq == (mqd_t)-1) {std::cerr << "mq_open failed: " << strerror(errno) << std::endl;return 1;}// 发送消息const char* msg = "Hello from sender!";if (mq_send(mq, msg, strlen(msg), 0) == -1) {std::cerr << "mq_send failed: " << strerror(errno) << std::endl;} else {std::cout << "Sent: " << msg << std::endl;}// 接收消息（可由另一进程执行）char buf[MAX_SIZE] = {0};unsigned int priority;if (mq_receive(mq, buf, MAX_SIZE, &priority) == -1) {std::cerr << "mq_receive failed: " << strerror(errno) << std::endl;} else {std::cout << "Received: " << buf << " (priority: " << priority << ")" << std::endl;}// 清理mq_close(mq);mq_unlink(QUEUE_NAME);return 0;
}

📚 5.1 运行说明

编译：g++ -o mq_example mq_example.cpp -lrt（需链接 librt）。
运行：
- 运行一个进程发送消息，另一个进程接收。
- 输出示例：
```
Sent: Hello from sender!
Received: Hello from sender! (priority: 0)
```
说明：/myqueue 是用户定义的队列名称，内核管理，通信后通过 mq_unlink 清理。

⚠️ 6. 注意事项

名称唯一性：确保 /myqueue 等名称唯一，避免冲突。
权限管理：通过 mq_open 的 mode 参数（如 0644）设置权限，注意 SELinux 策略。
队列限制：配置 mq_attr 设置最大消息数和大小，查看系统限制（/proc/sys/fs/mqueue/）。
错误处理：检查 mq_open、mq_send、mq_receive 的返回值，处理 errno（如 EAGAIN 表示队列满）。
清理：通信结束后调用 mq_unlink 删除队列，防止资源泄漏。

🔗 7. 与 LocalSocket 的对比

LocalSocket：
- 优点：性能更高，支持文件描述符传递，适合客户端-服务器模型。
- 缺点：需管理连接（流式）或消息边界（数据报）。
- 场景：Android 系统服务、高性能通信。
消息队列：
- 优点：无需连接，消息边界自动维护，适合异步通信。
- 缺点：性能稍低，队列大小有限。
- 场景：事件通知、优先级消息处理。