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用消息队列实现Client和Server间的通信

用消息队列实现Client和Server间的通信


本文主要介绍UNIX操作系统中消息队列机制、调用方法以及多路复用消息技术，通过应用实例，给出了其在Client和Server间的通信实现。

网络应用的标准模型是客户一服务员模型。在金融系统应用软件开发中，这种模型被广泛的采用，并且实现这种模型的方法多种多样。因此，根据不同的业务类型，选择较好的实现方法至关重要。

在UNIX系统的内部结构中，含有消息机构，即所有的消息都放在内核中，并且它们都有一个相应的消息队列号。消息机构允许进程发送一个消息到任意其它进程，从而实现系统中进程间的通信。

一、UNIX系统中的消息机构
消息是一个格式化的可变长度的信息单元。它有如下属性：(1)长整数类型 (2)消息的数据长度 (3)数据。由于消息的长度是可变的，故将消息分为消息首部和消息数据两部分。在消息首部中，记录着消息的类型和大小，指向消息数据区的指针，消息队列的链接指针等。每个消息队列有一个称为 key的名称，如同用户文件描述符一样，每个消息队列还有一个消息队列描述符。此外，在一个系统中，可能有若干个消息队列，所有消息队列的头标组成一个数组。图1 示出了消息和消息队列的数据结构。

图1 消息和消息队列的数据结构

1. 建立或返回消息队列描述符
进程可用系统调用megget来建立或返回消息队列的描述符。该系统调用的语法格式为：
int megget(key,msgflg)
key_t key;
int megflg;
其中，key是消息队列的名字；msgflg是用户设置的标志。如果IPC_CREAT表示系统无以key命名的消息队列，则建立消息队列标识符；若已存在，则返回消息队列描述符msgid。

　　对于系统调用，核心将搜索消息队列头标数组，确定是否有指定关键字的消息队列。若无，核心将分配一新的队列结构，并返回给用户一个消息队列描述符；否则，它只是检查消息队列的许可权之后便返回。
2.消息的发送
进程可用megsnd( )系统调用来发送一个消息，并将它链入消息队列的尾部。该系统调用的语法格式如下：
int msgsnd(msgid,msgp,msgsz,msgflg)
int msgid;
struct msgbuf * msgp;
int msgsz,msgflg;
其中，msgid是由msgget返回的消息队列描述符；msgp指向包含这条消息的结构，该结构由如下两个成员组成：
struct msgbuf
{
long mtype; /* 消息类型 */
char mtext[ ]; /* 消息的文本 */
}
msgsz是mtext的字节长度；msgflg规定了当无内存空间来存储消息时，进程等待还是立即返回。
对于msgsnd( )系统调用，核心检查消息队列描述符和许可权是否合法；消息长度是否超过系统规定的长度，若过长，进程睡眠等待出现足够大的空间，通过检查后，核心为消息分配消息数据区，并将消息从用户空间拷贝到消息数据区，分配消息首部，将它链入该消息队列的尾部，在消息首部填写消息类型，大小以及指向消息数据区的指针，还有修改消息队列的头标中的数据。然后唤醒在等待消息到来的队列中睡眠的进程。
3. 消息的接收
进程可用msgrcv( )系统调用，从消息队列中读一条消息，语法格式为：
int msgrcv(msgid,msgp,msgsz,msgtyp,msgflg)
int msgid,msgsz,msgflg;
struct msgbuf * msgp;
long msgtyp;
其中，msgid,msgp,msgsz,msgflg与msgsnd相似，msgtype是规定用户想读的消息类型。
对于msgrcv( )系统调用是先由核心检查消息队列标识符和许可权，接着根据msgtyp分三种情况处理。
(1) msgtyp=0，核心寻找消息队列中的第一个消息，并将它返回给调用进程；
(2)msgtyp为正整数，核心返回给类型的第一个消息；
(3)msgtyp为负整数，核心应在其类型值小于或等于msgtyp绝对值的所有消息中，选择类型最低的第一消息返回。
如果所返回的消息的大小等于或小于用户请求，核心便将消息正文拷贝到用户区，再从队列中删除该消息，并唤醒睡眠的发送进程；如果消息比用户要求的大，则系统返回错误信息。
4. 消息队列的操纵
可利用msgctl( )系统调用，来改变消息队列的属性，即拥有者，许可权等。其语法格式如下：
int msgctl(msgid,cmd,buf)
int msgid,cmd;
struct msgid_ds * buf;
其中，cmd是规定的命令；buf是用户缓冲区地址，用户用它来存放控制参数和查询结果。命令可分为三类：(1)用于查询有关消息队列的情况。(2)用于改变有关消息队列的属性。(3)消除消息队列的标识符。
二、多路复用消息
在客户-服务员模型中，一个服务员往往对应多个客户。这时我们可以利用消息的类型参量，让多个进程把消息放入同一个队列中，以便消息队列能够多路复用。如图2 所示，我们只要把type置为1，以表示消息是从客户流向服务员的。如果客户把它的进程号作为消息的一部分传递，那么服务员只要把客户进程号作为其消息类型，把它的消息发送给客户进程。每个客户进程都把msgrcv的参数msgtyp置为其进程号。


图2 消息队列的多路复用

三、应用实例
由上面介绍，我们了解了UNIX 操作系统中消息队列机构及调用方法，为了进一步说明其在Client 和Server 间的通信，我们给出如下应用实例：
1.实例说明
本例主要是Client 端向Server 端提出查询申请，Server 端通过访问系统上INFORMIX 数据库，将所得信息反馈给Client 端。其中，把消息类型设为1表明消息是从Client 端传到Server 端，消息类型设为2表明消息是从Server 端传到Client 端。
INFORMIX 中的数据库dxddb 里的表 dxdtable 数据结构如下：
(1) name char( /* 姓名 */
(2) acct_no char(16) /* 帐号 */
(3) ph_code char( /* 电话号码 */

2.程序说明

(1)头文件(文件名：msgg.h)
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#define MKEY1 1234L
#define MKEY2 2345L
#define RERMS 0666

(2)公用函数
mesg_recv(id,mesgptr)
int id;
Mesg *mesgptr;
{
    int n;
    n=msgrcv(id,(char *) & (mesgptr->mesg_type),MAXMESGDATA,
    mesgptr->mesg_type,0);
    if((mesgptr->mesg_len=n)<0)
    printf("msgrcv error.\n");
    return(n);
}

mesg_send(id,mesgptr)
int id;
Mesg * mesgptr;
{
    if(msgsnd(id,(char*)&(mesgptr->mesg_type),
    mesgptr->mesg_len,0)!=0)
    printf("msgsnd error\n");
}

(3)Client端程序(文件名：client.c)
#include "msgg.h"
#include <stdio.h>
#define MAXMESGDATA 1024
typedef struct
{
    int mesg_len;
    long mesg_type;
    char mesg_data[1024];
} Mesg;

Mesg mesg;
int i;
main()
{
    int id;
    int sum;
    sum=0;
    for(; {
    if((id=msgget(MKEY1,0))<0)
    printf("client: can not msgget message queue 1.\n");
    else
    printf("CLIENT(%d)-> please send a message: ",sum++);
    client(id);
    }
    if(msgctl(id,IPC_RMID,(struct msqid_ds*)0)<0)
    printf("client: can't PMIN message queue 1.\n");
    exit(0);
}

client(id)
int id;
{
    int n;
    if (fgets(mesg.mesg_data,MAXMESGDATA,stdin)==NULL)
    printf("filename read error.\n");
    n=strlen(mesg.mesg_data);
    if(mesg.mesg_data[n-1]=='\n')
    n--;
    mesg.mesg_data[n]='\0';
    mesg.mesg_len=n;
    mesg.mesg_type=1L;
    mesg_send(id,&mesg);
    printf("client: this message has been sent to server. \nthe message from server is: \n\n");
    mesg.mesg_type=2L;
    while((n=mesg_recv(id,&mesg))>0)
    if(write(1,mesg.mesg_data,n)!=n)
    printf("data write error.\n");
    if (n>0)
    printf("data read error.\n");
}

(4)Server端程序(文件名：server.ec)
#include "msgg.h"
#include <stdio.h>
#define MESGHDRSIZE 1024
$typedef struct
{
    char name[9];
    char acct_no[17];
    char ph_code[8];
} st;
$typedef struct
{
    int mesg_len;
    long mesg_type;
    char mesg_data[8];
    st p_code;
} Mesg;
$typedef struct
{
    int mesg_len;
    long mesg_type;
    char mesg_error[20];
} Mesg1;
$include sqltypes.h;
$include sqlca;
$Mesg mesg;
$Mesg1 mesg1;
$char mm[9];
main()
{
    int id;
    int sum;
    sum=0;
    for(;
    {
        if((id=msgget(MKEY1,RERMS|IPC_CREAT))<0)
        printf("server: can not get message queue 1.\n");
        else
        {
            printf("server: waitting for server.... ");
            printf("%d \n",sum++);
            server(id);
        }
    }
}

server(id)
int id;
{
    int n,filefd;
    $database dxddb;
    mesg.mesg_type=1L;
    if((n=mesg_recv(id,&mesg))<=0)
    printf("serve:filename read error\n");
    mesg.mesg_data[n]='\0';
    strcpy(mm,mesg.mesg_data);
    printf("this message is :%s \n",mm);
    mesg.mesg_type=2L;
    $select * into $mesg.p_code
    from dxdtable
    where ph_code = $mm;
    if(sqlca.sqlcode==0)
    {
        printf("this name is :%s\n",mesg.p_code.name);
        printf("begin to send this message to client.\n");
        mesg.mesg_len=sizeof(mesg);
        mesg_send(id,&mesg);
        mesg.mesg_len=0;
        mesg_send(id,&mesg);
    }
    else
    {
        printf("this phone number is not exist ! \n");
        strcpy(mesg1.mesg_error,"there are not this number !");
        mesg1.mesg_type=2L;
        mesg1.mesg_len=strlen(mesg1.mesg_error);
        mesg_send(id,&mesg1);
        mesg1.mesg_len=0;
        mesg_send(id,&mesg1);
    }
}