【C++】メッセージキューによるプロセス間通信について~概要とサンプルコード~

2024年7月14日2024年7月27日

この記事では、メッセージキューを用いたプロセス間通信について紹介します。

メッセージキューによるプロセス間通信は、Unix系システムでよく使われる方法の一つです。

メッセージキューを使うことで、プロセス間でデータをやり取りすることができます。ここでは、C++でのメッセージキューによるプロセス間通信の概要と簡単な実装例を紹介します。

メッセージキューの概要

メッセージキューは、プロセス間通信を実現するための手法の一つです。メッセージキューでは、キュー構造を利用して、異なるプロセス間でデータを送受信します。

メッセージキューの特性

キュー構造: メッセージはFIFO（First In, First Out）順で処理されるため、送信順序が保持されます。
識別子: 各メッセージには識別子が付与され、受信時に特定の識別子を持つメッセージを取得することができます。
永続性: メッセージキューはカーネルに存在するため、プロセスが終了してもメッセージは残ります。
同期: 送信側と受信側が非同期に動作でき、送信プロセスがメッセージの受信を待たずに続行できます。

実装例

POSIXメッセージキューを使用したC++での簡単な実装例を紹介します。以下のコードでは、メッセージキューの作成、メッセージの送信、受信を行います。

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <mqueue.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>

void send_message() {
    const char* queue_name = "/example_queue";
    struct mq_attr attr;
    attr.mq_flags = 0;
    attr.mq_maxmsg = 10;
    attr.mq_msgsize = 256;
    attr.mq_curmsgs = 0;

    mqd_t mq = mq_open(queue_name, O_CREAT | O_WRONLY, 0644, &attr);
    if (mq == -1) {
        perror("mq_open");
        return;
    }

    const char* message = "Hello, World!";
    if (mq_send(mq, message, strlen(message) + 1, 0) == -1) {
        perror("mq_send");
        return;
    }

    mq_close(mq);
}

void receive_message() {
    const char* queue_name = "/example_queue";
    mqd_t mq = mq_open(queue_name, O_RDONLY);
    if (mq == -1) {
        perror("mq_open");
        return;
    }

    char buffer[256];
    ssize_t bytes_read;

    bytes_read = mq_receive(mq, buffer, 256, NULL);
    if (bytes_read == -1) {
        perror("mq_receive");
        return;
    }

    std::cout << "Received message: " << buffer << std::endl;

    mq_close(mq);
    mq_unlink(queue_name);
}

int main(int argc, char* argv[]) {
    if (argc != 2) {
        std::cerr << "Usage: " << argv[0] << " <send|receive>" << std::endl;
        return 1;
    }

    if (std::strcmp(argv[1], "send") == 0) {
        send_message();
    } else if (std::strcmp(argv[1], "receive") == 0) {
        receive_message();
    } else {
        std::cerr << "Invalid argument. Use 'send' or 'receive'." << std::endl;
        return 1;
    }

    return 0;
}

ヘッダファイルのインクルード

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <mqueue.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>

標準の入出力、文字列操作、メッセージキュー関連のヘッダ、ファイル制御、ファイル状態、POSIXシステムコールを扱うためのヘッダをインクルードします。

メッセージ送信関数

void send_message() {
    const char* queue_name = "/example_queue";
    struct mq_attr attr;
    attr.mq_flags = 0;
    attr.mq_maxmsg = 10;
    attr.mq_msgsize = 256;
    attr.mq_curmsgs = 0;

    mqd_t mq = mq_open(queue_name, O_CREAT | O_WRONLY, 0644, &attr);
    if (mq == -1) {
        perror("mq_open");
        return;
    }

    const char* message = "Hello, World!";
    if (mq_send(mq, message, strlen(message) + 1, 0) == -1) {
        perror("mq_send");
        return;
    }

    mq_close(mq);
}

const char* queue_name = "/example_queue";
struct mq_attr attr;
attr.mq_flags = 0;
attr.mq_maxmsg = 10;
attr.mq_msgsize = 256;
attr.mq_curmsgs = 0;

queue_name 変数にメッセージキューの名前を設定しています。この名前は、システム全体で一意である必要があります。

メッセージキューの設定値は以下です。

mq_flags：フラグを0に設定（デフォルトの動作）
mq_maxmsg：キューに保持できる最大メッセージ数を10に設定
mq_msgsize：1メッセージの最大サイズを256バイトに設定
mq_curmsgs：現在のメッセージ数（初期値は0）

mqd_t mq = mq_open(queue_name, O_CREAT | O_WRONLY, 0644, &attr);
if (mq == -1) {
    perror("mq_open");
    return;
}

次に、mq_open関数でメッセージキューを開きます。mq_open関数の引数は以下です。

queue_name：キューの名前
O_CREAT | O_WRONLY：キューが存在しない場合は作成し、書き込み専用で開く
0644：キューのパーミッション（オーナーは読み書き可能、他は読み取り可能）
&attr：メッセージキューの属性

const char* message = "Hello, World!";
if (mq_send(mq, message, strlen(message) + 1, 0) == -1) {
    perror("mq_send");
    return;
}

message変数に送信するメッセージを入れます。

mq_send関数でメッセージをキューに送信します。各引数は以下です。

mq：メッセージキューのディスクリプタ
message：送信するメッセージ
strlen(message) + 1：メッセージの長さ（NULL文字を含む）
0：メッセージの優先度（ここではデフォルトの0を使用）

mq_close(mq);

最後にメッセージキューを閉じます。

メッセージ受信関数

void receive_message() {
    const char* queue_name = "/example_queue";
    mqd_t mq = mq_open(queue_name, O_RDONLY);
    if (mq == -1) {
        perror("mq_open");
        return;
    }

    char buffer[256];
    ssize_t bytes_read;

    bytes_read = mq_receive(mq, buffer, 256, NULL);
    if (bytes_read == -1) {
        perror("mq_receive");
        return;
    }

    std::cout << "Received message: " << buffer << std::endl;

    mq_close(mq);
    mq_unlink(queue_name);
}

const char* queue_name = "/example_queue";
mqd_t mq = mq_open(queue_name, O_RDONLY);
if (mq == -1) {
    perror("mq_open");
    return;
}

queue_name 変数にメッセージキューの名前を設定します。送信側と同じ名前に設定する必要があります。

mq_open関数でメッセージキューを開きます。各引数は以下です。

queue_name：キューの名前
O_RDONLY：読み取り専用で開く

char buffer[256];
ssize_t bytes_read;

メッセージ受信用バッファを宣言します。

bytes_read = mq_receive(mq, buffer, 256, NULL);
if (bytes_read == -1) {
    perror("mq_receive");
    return;
}

mq_receive関数でメッセージキューからメッセージを受信します。各引数は以下です。

mq：メッセージキューのディスクリプタ
buffer：受信したメッセージを格納するバッファ
256：バッファのサイズ
NULL：メッセージの優先度を無視するために使用

std::cout << "Received message: " << buffer << std::endl;

bufferに格納された受信メッセージを標準出力に表示します。

mq_close(mq);
mq_unlink(queue_name);

メッセージキューを閉じ、削除します。

メイン関数

int main(int argc, char* argv[]) {
    if (argc != 2) {
        std::cerr << "Usage: " << argv[0] << " <send|receive>" << std::endl;
        return 1;
    }

    if (std::strcmp(argv[1], "send") == 0) {
        send_message();
    } else if (std::strcmp(argv[1], "receive") == 0) {
        receive_message();
    } else {
        std::cerr << "Invalid argument. Use 'send' or 'receive'." << std::endl;
        return 1;
    }

    return 0;
}

メイン関数では、引数が “send” であれば send_message 関数を呼び出し、”receive” であれば receive_message 関数を呼び出すようにします。