Windows中的管道解析

来源：互联网发布：linux 查看文件夹列表编辑：程序博客网时间：2024/05/19 20:57

具体来讲，Pipe是一种POSIX规范，在不同系统上都有实现。msvcrt提供了_pipe这个函数。但是，它的实现是基于CreatePipe，这是无庸置疑的。这种非标准（带下划线）的C函数，在CRT中的很多。比如_open返回的文件指针FIFL*，很多时候我们都没有注意到，它几乎等同于CreateFile传回来的HANDLE。在Windows核心编程中，我们知道，每个进程有一个句柄表。创建子进程时，可以指定子进程是否继承父进程句柄表。如果子进程继承了父进程，且句柄有有继承属性，就可以很方便地共享句柄，如果这人句柄是管道，则可以用于进程间通讯。

言归正传，现在正式介绍管道。管道其实比较容易理解，它就像一个管子一样，但是要注意它是有方向性。即，一个管道只允许在同一时间，以某一方向操作。换而言之，同一时间，其中一个进程在写管道，而另只能读管道。先看看Win32中的管道创建方法。

BOOL CreatePipe(

PHANDLE hReadPipe,

PHANDLE hWritePipe,

LPSECURITY_ATTRIBUTES lpPipeAttributes,

DWORD nSize

);

第3、4个参数用于属性，只使用一次。最为重要的是hReadPipe和hWritePipe，它分别代表管道的读端与写端。这里有几点要说明：

1.确切地说，HANDLE只是一个有特殊意义的整数。比如，我们在CreatePipe后又调用CreateProcess创建子进程，并都设置了继承属性，那么这个整数在两个线程中都有效。而且，我们倾向于用命令行参数的方式传给子线程。

2.假设父进程创建了一个管道，读端和写端分别是fhR, fhW，它把它两个值传给子进程（假设就是用命令行的方式），分别为shW, shR，注意到，这里把R和W的标识反着写了，这是通俗写法。例如，我在子进程使用shW来写数据，它在父进程中刚好对应fhR;反之父进程用fdW写，子进程用shR读。

来看一例子

#include <stdio.h> #include <windows.h>  #define BUFSIZE 4096  HANDLE hfInRd, hfInWr, hfoutWrDup, hfOutRd, hfOutWr, hChildStdoutRdDup,  hStdout;   DWORD main(int argc, char *argv[]) {    SECURITY_ATTRIBUTES saAttr;    BOOL fSuccess;  // 设置一个有继承属性的安全属性，用于创建管道.    saAttr.nLength = sizeof(SECURITY_ATTRIBUTES);    saAttr.bInheritHandle = TRUE;    saAttr.lpSecurityDescriptor = NULL; // 创建一个有继承属性的管道   CreatePipe(&hfOutRd, &hSInWr, &saAttr, 0); //给父进程读的// 将管道的读句柄拷贝一份到hfRdDup    DuplicateHandle(GetCurrentProcess(), hfOutRd,         GetCurrentProcess(), &hfOutRdDup , 0,         FALSE,      // 非继承        DUPLICATE_SAME_ACCESS);   //关闭读管道，注意，虽然它关闭了，但是还有一个可读管道保存在hfRdDup中    CloseHandle(hfRd);    CreatePipe(&hSOutRd, &hfInWr, &saAttr, 0)); //给父进程写的    DuplicateHandle(GetCurrentProcess(), hfInWr,       GetCurrentProcess(), &hfInWrDup, 0,       FALSE,           // 非继承      DUPLICATE_SAME_ACCESS);     CloseHandle(hfInWr);  // 创建进程   PROCESS_INFORMATION piProcInfo;    STARTUPINFO siStartInfo;   BOOL bFuncRetn = FALSE;    ZeroMemory( &piProcInfo, sizeof(PROCESS_INFORMATION) );    ZeroMemory( &siStartInfo, sizeof(STARTUPINFO) );     siStartInfo.cb = sizeof(STARTUPINFO);    siStartInfo.hStdError = hSInWr;   siStartInfo.hStdOutput = hSInWr;   siStartInfo.hStdInput = hSOutRd;   siStartInfo.dwFlags |= STARTF_USESTDHANDLES;  //子进程的hStdOutput被赋予了hSInWr, 而这个写端对应的读端是hfOutRd，所以父进程可以   //从hfOutRdDup上读到子进程的标准输出；   //而子程序的hStdInput被赋予了hfInRd, 这个端对应的写端是hfInWr   //这表示，父进程可以通过hfInWrUp把数据写到子进程的标准输入上   //这里主要以父进程为目标来说明的，因为子进程通常是别人写的程序。所以创建了两个管道，分别用于输入到输出（相对于子进程），否则，完全可以用一个管道，由两个进程协商IO的顺序   CreateProcess(NULL,       "child",       // command line       NULL,          // process security attributes       NULL,          // primary thread security attributes       TRUE,          // handles are inherited       0,             // creation flags       NULL,          // use parent's environment       NULL,          // use parent's current directory       &siStartInfo,  // STARTUPINFO pointer       &piProcInfo);  // receives PROCESS_INFORMATION        CloseHandle(piProcInfo.hProcess);     CloseHandle(piProcInfo.hThread);    WriteToPipe(hfInWrDup); // 。。。    ReadFromPipe(hfOutRdDup); //。。。    return 0; }

CreateProcess有一个参数，可以指定创建的子进程所使用的管道，这一机制非常方便。例如，在没有STDIN和STDOUT的GUI程序中，就可以创建两个管道，然后调用控制台程序，可以很容易捕获到输出。

关于管道，其实CRT中也有提供。事实上，管道是POSIX标准之一，很多系统上都提供其实现。下面看看两个重要的管道函数。

int_pipe(int*phandles,unsignedintpsize,inttextmode);

FILE*_popen(constchar*command,constchar*mode);

第一个函数非常类似于CreatePipe函数，phandles是一个int[2]数组；_popen函数创建一个进程，mode如果指定了“r"，即读管道，那么返回的FILE是一个用于读的管道，你可以用fgets等Stream I/O函数读，而且父进程的stdin自动转发到子进程的stdin；如果mode指定的"w"，那么是一个写管道，用fputs可以写到子进程的stdin，而子进程的stdout是在创建时就连接到父进程的stdou上了。

phandles[0]与phandles[1]与CreatePipe创建的管道一样，注意到，它是一个整数，或者专业一点：文件描述符，它其实对应的是一个句柄（经过一系列转换）。文件描述符可以用_read, _write等操作，通常称之为Low-Level I/O。例如，打开文件有两种方式：

int_open(constchar*filename,intoflag [,intpmode] );

FILE*fopen(constchar*filename,constchar*mode);

两个函数都是打开文件，区别在于后者有缓冲的概念。例如，stdin和stdout就是属于流对象。

Stream I/O是Low-Level I/O的子类（我是这样理解的），_fileno函数可以得到流对应的文件描述符。我以前很少使用fopen这种C语言流，因为对于流，我更倾向于用iostream。不过，C++没有提供Low-Level I/O，所以很多时候很有必要使用它。这里有两个函数非常有用，_dup和_dup2。它类似于DuplicateHandle函数，可以用于子进程与父进程通信。

正如前面所述，子进程可以继承父进程的句柄表。当用dup复制一个文件描述符后，就可以用于通信了（比如管道或共享文件）。

下面这个简单程序，展示的是如何通过管道来读子进程的输出。

#include <stdio.h>#include <string.h> int main(){   int   i;   for(i=0;i<100;++i)   {        printf("\nThis is speaker beep number %d... \n\7", i+1);    }   return 0;}  // BeepFilter.Cpp/* Compile options needed: none   Execute as:BeepFilter.exe <path>Beeper.exe*/#include <windows.h>#include <process.h>#include <memory.h>#include <string.h>#include <stdio.h>#include <fcntl.h>#include <io.h> #define  OUT_BUFF_SIZE 512#define  READ_HANDLE 0#define   WRITE_HANDLE1#define   BEEP_CHAR7 char szBuffer[OUT_BUFF_SIZE]; int Filter(char* szBuff, ULONG nSize, int nChar){   char* szPos =szBuff + nSize -1;   char* szEnd =szPos;   int nRet =nSize;    while (szPos> szBuff)   {      if (*szPos ==nChar)         {           memmove(szPos, szPos+1, szEnd - szPos);            --nRet;         }      --szPos;   }   return nRet;} int main(int argc, char** argv){   int nExitCode =STILL_ACTIVE;   if (argc >=2)   {      HANDLEhProcess;      int hStdOut;      inthStdOutPipe[2];       // Create thepipe     if(_pipe(hStdOutPipe, 512, O_BINARY | O_NOINHERIT) == -1)        return   1;       // Duplicatestdout handle (next line will close original)      hStdOut =_dup(_fileno(stdout));       // Duplicate write end of pipe to stdouthandle     if(_dup2(hStdOutPipe[WRITE_HANDLE], _fileno(stdout)) != 0)        return   2;       // Closeoriginal write end of pipe     close(hStdOutPipe[WRITE_HANDLE]);       // Spawnprocess      hProcess =(HANDLE)spawnvp(P_NOWAIT, argv[1],        (const char*const*)&argv[1]);       // Duplicatecopy of original stdout back into stdout     if(_dup2(hStdOut, _fileno(stdout)) != 0)        return   3;       // Closeduplicate copy of original stdout     close(hStdOut);       if(hProcess)      {         intnOutRead;         while   (nExitCode == STILL_ACTIVE)         {           nOutRead = read(hStdOutPipe[READ_HANDLE],             szBuffer, OUT_BUFF_SIZE);           if(nOutRead)            {              nOutRead = Filter(szBuffer, nOutRead, BEEP_CHAR);              fwrite(szBuffer, 1, nOutRead, stdout);            }            if(!GetExitCodeProcess(hProcess,(unsigned long*)&nExitCode))              return 4;         }      }   }   printf("\nPress \'ENTER\' key to continue... ");   getchar();   returnnExitCode;}

下面这个程序是popen的示例，它展示的是子进程与父进程共享句柄表的的方式。

#include <stdio.h>#include <stdlib.h> void main( void ){    char   psBuffer[128];   FILE   *chkdsk;         /* Run DIRso that it writes its output to a pipe. Open this    * pipe withread text attribute so that we can read it          * like atext file.     */   if( (chkdsk =_popen( "dir *.c /on /p", "rt" )) == NULL )      exit( 1 );    /* Read pipeuntil end of file. End of file indicates that     * CHKDSK closedits standard out (probably meaning it          *terminated).    */   while( !feof(chkdsk ) )   {      if( fgets(psBuffer, 128, chkdsk ) != NULL )         printf(psBuffer );   }    /* Close pipeand print return value of CHKDSK. */   printf("\nProcess returned %d\n", _pclose( chkdsk ) );}

关于管道，还有一个非常好的资料，即popen的实现源码，从那里可以看到背后的一切。