面试题：进程管理之消息队列基础应用

消息队列实现进程通信基本原理

消息的定义与存储：消息队列是一种进程间通信（IPC）机制，它允许进程以消息的形式交换数据。消息是一个格式化的数据块，通常包含一个消息类型和消息正文。操作系统为每个消息队列维护一个数据结构，用于存储和管理消息。
发送与接收操作：进程可以通过系统调用向消息队列发送消息（msgsnd），将消息添加到队列的尾部。其他进程可以通过另一个系统调用（msgrcv）从消息队列读取消息，通常从队列头部读取。消息队列按照消息类型进行组织，接收进程可以根据需要选择接收特定类型的消息。
同步与阻塞：消息队列提供了同步机制。如果消息队列已满，发送消息的进程可能会被阻塞，直到有空间可用。同样，如果队列为空，接收消息的进程可能会被阻塞，直到有新消息到达。这有助于保证通信的稳定性，避免数据丢失或无效读取。

在生产者 - 消费者模型中应用消息队列保证通信稳定性示例

生产者进程：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <string.h>

struct msgbuf {
    long mtype;
    char mtext[100];
};

int main() {
    key_t key = ftok(".", 'a');
    int msgid = msgget(key, IPC_CREAT | 0666);
    if (msgid == -1) {
        perror("msgget");
        exit(1);
    }

    struct msgbuf data;
    data.mtype = 1;
    strcpy(data.mtext, "Hello, Consumer!");

    if (msgsnd(msgid, &data, strlen(data.mtext)+1, 0) == -1) {
        perror("msgsnd");
        msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL);
        exit(1);
    }
    printf("Producer sent message: %s\n", data.mtext);
    return 0;
}

消费者进程：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <string.h>

struct msgbuf {
    long mtype;
    char mtext[100];
};

int main() {
    key_t key = ftok(".", 'a');
    int msgid = msgget(key, 0666);
    if (msgid == -1) {
        perror("msgget");
        exit(1);
    }

    struct msgbuf data;
    if (msgrcv(msgid, &data, sizeof(data.mtext), 1, 0) == -1) {
        perror("msgrcv");
        msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL);
        exit(1);
    }
    printf("Consumer received message: %s\n", data.mtext);
    msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL);
    return 0;
}

通信稳定性保证：
- 数据缓冲：消息队列作为缓冲区，生产者可以持续发送消息，而消费者可以按自己的节奏接收。即使生产者发送消息的速度比消费者处理速度快，消息也会暂存在队列中，不会丢失。
- 同步机制：如果消息队列满了，生产者会被阻塞，直到消费者从队列中取出消息，腾出空间。同样，当队列为空时，消费者会被阻塞，直到有新消息到来。这种同步机制确保了生产者和消费者之间的协调，保证了通信的稳定性。

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在生产者 - 消费者模型中应用消息队列保证通信稳定性示例