System V Message Queues sous Linux

[Hydraxx]

System V Message Queues sous Linux

Objectif

Les System V message queues permettent à plusieurs processus d'échanger des messages structurés via une file maintenue par le kernel.

Contrairement à un pipe, les frontières des messages sont conservées.

1. Principe

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Processus A
    |
    | msgsnd()
    v
[ FILE DE MESSAGES KERNEL ]
    |
    | msgrcv()
    v
Processus B

Une file contient plusieurs messages indépendants.

Chaque message possède :

• un type ;
• des données.

2. En-têtes

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

3. Création ou ouverture : msgget()

Prototype :

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int msgget(key_t key, int msgflg);

Retour :

• identifiant de queue en cas de succès ;
• -1 en cas d'erreur.

Exemple :

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key_t key = ftok("/tmp/msg.key", 'M');

int msqid = msgget(key, IPC_CREAT | 0600);

if (msqid == -1) {
    perror("msgget");
}

Création stricte :

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int msqid = msgget(key, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0600);

4. Structure d'un message

La structure passée à msgsnd() et msgrcv() commence obligatoirement par un long représentant le type.

Exemple :

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struct message {
    long mtype;
    char text[256];
};

mtype doit être strictement positif pour les messages envoyés.

Le reste de la structure constitue le corps du message.

5. Envoi : msgsnd()

Prototype :

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int msgsnd(int msqid,
           const void *msgp,
           size_t msgsz,
           int msgflg);

Exemple :

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struct message msg;

msg.mtype = 1;
strcpy(msg.text, "Bonjour");

if (msgsnd(msqid, &msg, strlen(msg.text) + 1, 0) == -1) {
    perror("msgsnd");
}

msgsz correspond à la taille du corps du message, pas à la taille totale incluant mtype.

Exemple sûr :

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msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.text), 0);

6. Blocage de msgsnd()

Si la queue est pleine, msgsnd() peut bloquer jusqu'à ce qu'il y ait suffisamment de place.

Pour demander un comportement non bloquant :

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IPC_NOWAIT

Exemple :

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msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.text), IPC_NOWAIT);

Si l'envoi ne peut pas être effectué immédiatement, l'appel échoue typiquement avec EAGAIN.

7. Réception : msgrcv()

Prototype :

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ssize_t msgrcv(int msqid,
               void *msgp,
               size_t msgsz,
               long msgtyp,
               int msgflg);

Exemple :

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struct message msg;

ssize_t n = msgrcv(msqid,
                   &msg,
                   sizeof(msg.text),
                   0,
                   0);

if (n == -1) {
    perror("msgrcv");
}

8. Sélection avec msgtyp

Le paramètre msgtyp permet de sélectionner quels messages doivent être reçus.

msgtyp == 0

Retourne le premier message de la queue.

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msgrcv(msqid, &msg, sizeof(msg.text), 0, 0);

msgtyp > 0

Retourne le premier message correspondant exactement au type demandé.

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msgrcv(msqid, &msg, sizeof(msg.text), 5, 0);

Ici, seuls les messages de type 5 sont recherchés.

msgtyp < 0

Sélection spéciale basée sur la plus petite valeur de type satisfaisant la limite donnée.

Cette possibilité peut être utilisée pour implémenter une forme de priorité.

9. IPC_NOWAIT avec msgrcv()

Par défaut, si aucun message correspondant n'existe, msgrcv() peut bloquer.

Avec :

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IPC_NOWAIT

l'appel retourne immédiatement si aucun message correspondant n'est disponible.

10. MSG_NOERROR

Si le buffer fourni à msgrcv() est plus petit que le message :

• sans MSG_NOERROR : erreur ;
• avec MSG_NOERROR : le message peut être tronqué.

Exemple :

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msgrcv(msqid,
       &msg,
       sizeof(msg.text),
       0,
       MSG_NOERROR);

11. Suppression d'un message

Lorsqu'un message est reçu avec succès via msgrcv(), il est normalement retiré de la queue.

La file agit donc comme une file de messages consommables.

12. Contrôle : msgctl()

Prototype :

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

Commandes essentielles :

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IPC_STAT
IPC_SET
IPC_RMID

13. IPC_RMID

Suppression :

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if (msgctl(msqid, IPC_RMID, NULL) == -1) {
    perror("msgctl IPC_RMID");
}

Les processus bloqués sur la queue peuvent être réveillés avec une erreur lorsque l'objet est supprimé.

14. IPC_STAT

Récupération des informations :

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struct msqid_ds ds;

if (msgctl(msqid, IPC_STAT, &ds) == -1) {
    perror("msgctl IPC_STAT");
}

La structure contient notamment des informations sur :

• permissions ;
• nombre de messages ;
• nombre d'octets ;
• PID du dernier émetteur ;
• PID du dernier récepteur ;
• timestamps ;
• limites de la queue.

15. IPC_SET

IPC_SET permet de modifier certains champs autorisés de la structure associée à la queue.

Cela peut notamment concerner certaines permissions ou limites, selon les droits du processus.

16. Modèle client/serveur

Deux modèles classiques existent.

Une seule queue

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Client ---> queue commune ---> Serveur
Serveur ---> même queue ---> Client

Les types de messages permettent de distinguer requêtes et réponses.

Exemple :

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type 1       = requête serveur
type 100+PID = réponse pour un client

Une queue serveur + une queue par client

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Client ----> Queue serveur ----> Serveur

Serveur ----> Queue client ----> Client

Ce modèle facilite la séparation des réponses.

17. Exemple minimal complet

Création :

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key_t key = ftok("/tmp/msg.key", 'M');

int msqid = msgget(key, IPC_CREAT | 0600);
if (msqid == -1)
    perror("msgget");

Envoi :

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struct message {
    long mtype;
    char text[128];
};

struct message msg;

msg.mtype = 1;
snprintf(msg.text, sizeof(msg.text), "hello");

if (msgsnd(msqid, &msg, strlen(msg.text) + 1, 0) == -1)
    perror("msgsnd");

Réception :

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struct message msg;

if (msgrcv(msqid, &msg, sizeof(msg.text), 1, 0) == -1)
    perror("msgrcv");

printf("%s\n", msg.text);

Nettoyage :

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msgctl(msqid, IPC_RMID, NULL);

18. Différence avec un pipe

Pipe :

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flux d'octets
pas de notion native de message
read() lit une quantité d'octets

Message queue :

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messages séparés
type associé à chaque message
sélection possible par type
objet persistant dans le kernel

19. Limites

Le kernel impose des limites sur :

• taille maximale d'un message ;
• quantité totale de données dans une queue ;
• nombre de queues ;
• ressources globales utilisées.

Sous Linux, ces limites peuvent être consultées ou configurées via les mécanismes du noyau correspondants.

Il n'est pas utile de mémoriser leurs valeurs exactes.

20. Inspection

Afficher les queues :

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ipcs -q

Afficher les informations System V IPC :

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cat /proc/sysvipc/msg

Supprimer manuellement :

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ipcrm -q <msqid>

21. Erreurs importantes

Cas fréquents :

• EEXIST : IPC_CREAT | IPC_EXCL et queue déjà existante.
• EACCES : permissions insuffisantes.
• EAGAIN : IPC_NOWAIT et opération impossible immédiatement.
• EINTR : appel bloquant interrompu par un signal.
• EIDRM : objet supprimé pendant qu'un processus attendait dessus.
• EINVAL : identifiant ou paramètres invalides.

22. Avantages

• frontières des messages conservées ;
• communication entre processus indépendants ;
• sélection des messages par type ;
• pas besoin de gérer soi-même un protocole de framing.

23. Inconvénients

• API historique et assez lourde ;
• objets persistants à nettoyer explicitement ;
• limites kernel ;
• identifiants System V spécifiques ;
• moins naturelle que sockets ou POSIX message queues pour beaucoup de nouveaux projets.

24. API à retenir

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msgget()   // créer / ouvrir
msgsnd()   // envoyer
msgrcv()   // recevoir
msgctl()   // contrôler / supprimer

25. Carte mentale

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key / ftok
    |
    v
msgget()
    |
    v
msqid
    |
    +----> msgsnd()
    |
    +----> msgrcv()
    |
    +----> msgctl()
             |
             +-- IPC_STAT
             +-- IPC_SET
             +-- IPC_RMID