Windows API 进程间通信，管道(Pipe)

    管道是一种用于在进程间共享数据的机制，其实质是一段共享内存。Windows系统为这段共享的内存设计采用数据流I/0的方式来访问。由一个进程读、另一个进程写，类似于一个管道两端，因此这种进程间的通信方式称作“管道”。

    管道分为匿名管道和命名管道。

    匿名管道只能在父子进程间进行通信，不能在网络间通信，而且数据传输是单向的，只能一端写，另一端读。

    命令管道可以在任意进程间通信，通信是双向的，任意一端都可读可写，但是在同一时间只能有一端读、一端写。

一、注意点

1、常用API

Pipes[2]

在[3,4]中也对这一部分进行了介绍。

2、示例

1）服务器端

创建管道 >> 监听 >>读写 >> 关闭

CreateNamedPipe

ConnectNamedPipe

ReadFile/WriteFile

DisconnectNamedPipe

示例代码

通过pipe进程间通信**************************************//* 头文件 */#include <windows.h> #include <stdio.h>#include <tchar.h>/* 常量 */#define PIPE_TIMEOUT 5000#define BUFSIZE 4096/* 结构定义 */typedef struct {     OVERLAPPED oOverlap;     HANDLE hPipeInst;     TCHAR chRequest[BUFSIZE];     DWORD cbRead;    TCHAR chReply[BUFSIZE];     DWORD cbToWrite; } PIPEINST, *LPPIPEINST; /* 函数声明 */VOID DisconnectAndClose(LPPIPEINST); BOOL CreateAndConnectInstance(LPOVERLAPPED); BOOL ConnectToNewClient(HANDLE, LPOVERLAPPED); VOID GetAnswerToRequest(LPPIPEINST); VOID WINAPI CompletedWriteRoutine(DWORD, DWORD, LPOVERLAPPED); VOID WINAPI CompletedReadRoutine(DWORD, DWORD, LPOVERLAPPED); /* 全局变量 */HANDLE hPipe; /* ************************************* int main(VOID) * 功能    pipe 通信服务端主函数**************************************/int main(VOID) {     HANDLE hConnectEvent;     OVERLAPPED oConnect;     LPPIPEINST lpPipeInst;     DWORD dwWait, cbRet;     BOOL fSuccess, fPendingIO;     // 用于连接操作的事件对象     hConnectEvent = CreateEvent(         NULL,    // 默认属性        TRUE,    // 手工reset        TRUE,    // 初始状态 signaled         NULL);   // 未命名    if (hConnectEvent == NULL)     {        printf("CreateEvent failed with %d.\n", GetLastError());         return0;    }    // OVERLAPPED 事件    oConnect.hEvent = hConnectEvent;     // 创建连接实例，等待连接    fPendingIO = CreateAndConnectInstance(&oConnect);     while (1)     {        // 等待客户端连接或读写操作完成         dwWait = WaitForSingleObjectEx(             hConnectEvent,  // 等待的事件             INFINITE,       // 无限等待            TRUE);               switch (dwWait)         {         case0:                    // pending if (fPendingIO)             {                 // 获取 Overlapped I/O 的结果                fSuccess = GetOverlappedResult(                     hPipe,     // pipe 句柄 &oConnect, // OVERLAPPED 结构 &cbRet,    // 已经传送的数据量                    FALSE);    // 不等待if (!fSuccess)                 {                    printf("ConnectNamedPipe (%d)\n", GetLastError());                     return0;                }            }             // 分配内存             lpPipeInst = (LPPIPEINST) HeapAlloc(GetProcessHeap(),0,sizeof(PIPEINST));             if (lpPipeInst == NULL)             {                printf("GlobalAlloc failed (%d)\n", GetLastError());                 return0;            }            lpPipeInst->hPipeInst = hPipe;             // 读和写，注意CompletedWriteRoutine和CompletedReadRoutine的相互调用            lpPipeInst->cbToWrite =0;             CompletedWriteRoutine(0, 0, (LPOVERLAPPED) lpPipeInst);             // 再创建一个连接实例，以响应下一个客户端的连接            fPendingIO = CreateAndConnectInstance(                 &oConnect);             break;             // 读写完成 case WAIT_IO_COMPLETION:             break;         default:             {                printf("WaitForSingleObjectEx (%d)\n", GetLastError());                 return0;            }        }     }     return0; } /* ************************************* CompletedWriteRoutine *     写入pipe操作的完成函数*    接口参见FileIOCompletionRoutine回调函数定义**    当写操作完成时被调用，开始读另外一个客户端的请求**************************************/VOID WINAPI CompletedWriteRoutine(                                  DWORD dwErr,                                   DWORD cbWritten,                                   LPOVERLAPPED lpOverLap) {     LPPIPEINST lpPipeInst;     BOOL fRead = FALSE;     // 保存overlap实例    lpPipeInst = (LPPIPEINST) lpOverLap; // 如果没有错误if ((dwErr ==0) && (cbWritten == lpPipeInst->cbToWrite))     {                fRead = ReadFileEx(         lpPipeInst->hPipeInst,         lpPipeInst->chRequest,         BUFSIZE*sizeof(TCHAR),         (LPOVERLAPPED) lpPipeInst,         // 写读操作完成后，调用CompletedReadRoutine        (LPOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE) CompletedReadRoutine);     }        if (! fRead)         // 出错，断开连接        DisconnectAndClose(lpPipeInst); } /* ************************************* CompletedReadRoutine *     读取pipe操作的完成函数*    接口参见FileIOCompletionRoutine回调函数定义**    当读操作完成时被调用，写入回复**************************************/VOID WINAPI CompletedReadRoutine(                                 DWORD dwErr,                                  DWORD cbBytesRead,                                  LPOVERLAPPED lpOverLap) {     LPPIPEINST lpPipeInst;     BOOL fWrite = FALSE;     // 保存overlap实例    lpPipeInst = (LPPIPEINST) lpOverLap;     // 如果没有错误if ((dwErr ==0) && (cbBytesRead !=0))     {         // 根据客户端的请求，生成回复        GetAnswerToRequest(lpPipeInst);         // 将回复写入到pipe        fWrite = WriteFileEx(             lpPipeInst->hPipeInst,             lpPipeInst->chReply,    //将响应写入pipe            lpPipeInst->cbToWrite,             (LPOVERLAPPED) lpPipeInst,             // 写入完成后，调用CompletedWriteRoutine            (LPOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE) CompletedWriteRoutine);     }     if (! fWrite)         // 出错，断开连接        DisconnectAndClose(lpPipeInst); } /* ************************************* VOID DisconnectAndClose(LPPIPEINST lpPipeInst) * 功能    断开一个连接的实例* 参数    lpPipeInst，断开并关闭的实例句柄**************************************/VOID DisconnectAndClose(LPPIPEINST lpPipeInst) {     // 关闭连接实例if (! DisconnectNamedPipe(lpPipeInst->hPipeInst) )     {        printf("DisconnectNamedPipe failed with %d.\n", GetLastError());    }    // 关闭 pipe 实例的句柄     CloseHandle(lpPipeInst->hPipeInst);     // 释放if (lpPipeInst != NULL)         HeapFree(GetProcessHeap(),0, lpPipeInst); } /* ************************************* BOOL CreateAndConnectInstance(LPOVERLAPPED lpoOverlap)* 功能    建立连接实例* 参数    lpoOverlap，用于overlapped IO的结构* 返回值    是否成功**************************************/BOOL CreateAndConnectInstance(LPOVERLAPPED lpoOverlap) {     LPTSTR lpszPipename = TEXT("\\\\.\\pipe\\samplenamedpipe");     // 创建named pipe         hPipe = CreateNamedPipe(         lpszPipename,             // pipe 名         PIPE_ACCESS_DUPLEX |// 可读可写        FILE_FLAG_OVERLAPPED,     // overlapped 模式         // pipe模式        PIPE_TYPE_MESSAGE |// 消息类型 pipe         PIPE_READMODE_MESSAGE |// 消息读模式         PIPE_WAIT,                // 阻塞模式        PIPE_UNLIMITED_INSTANCES, // 无限制实例        BUFSIZE*sizeof(TCHAR),    // 输出缓存大小        BUFSIZE*sizeof(TCHAR),    // 输入缓存大小        PIPE_TIMEOUT,             // 客户端超时        NULL);                    // 默认安全属性if (hPipe == INVALID_HANDLE_VALUE)     {        printf("CreateNamedPipe failed with %d.\n", GetLastError());         return0;    }    // 连接到新的客户端return ConnectToNewClient(hPipe, lpoOverlap); }/* ************************************* BOOL ConnectToNewClient(HANDLE hPipe, LPOVERLAPPED lpo)* 功能    建立连接实例* 参数    lpoOverlap，用于overlapped IO的结构* 返回值    是否成功**************************************/BOOL ConnectToNewClient(HANDLE hPipe, LPOVERLAPPED lpo) {     BOOL fConnected, fPendingIO = FALSE;     // 开始一个 overlapped 连接     fConnected = ConnectNamedPipe(hPipe, lpo);     if (fConnected)     {        printf("ConnectNamedPipe failed with %d.\n", GetLastError());         return0;    }    switch (GetLastError())     {         // overlapped连接进行中. case ERROR_IO_PENDING:         fPendingIO = TRUE;         break;         // 已经连接，因此Event未置位 case ERROR_PIPE_CONNECTED:         if (SetEvent(lpo->hEvent))             break;         // errordefault:         {            printf("ConnectNamedPipe failed with %d.\n", GetLastError());            return0;        }    }     return fPendingIO; }// TODO根据客户端的请求，给出响应VOID GetAnswerToRequest(LPPIPEINST pipe){    _tprintf( TEXT("[%d] %s\n"), pipe->hPipeInst, pipe->chRequest);    lstrcpyn( pipe->chReply,  TEXT("Default answer from server") ,BUFSIZE);    pipe->cbToWrite = (lstrlen(pipe->chReply)+1)*sizeof(TCHAR);}

2）客户端

打开命令管道，获得句柄 >> 写入数据 >> 等待回复

WaitNamedPipe

SetNamedPipeHandleState

示例代码

通过pipe进程间通信**************************************//* 头文件 */#include <windows.h> #include <stdio.h>#include <conio.h>#include <tchar.h>/* 常量 */#define BUFSIZE 512/* ************************************* int main(VOID) * 功能    pipe 通信服务端主函数**************************************/int main(int argc, TCHAR *argv[]) {     HANDLE hPipe;     LPTSTR lpvMessage=TEXT("Default message from client");     TCHAR chBuf[BUFSIZE];     BOOL fSuccess;     DWORD cbRead, cbWritten, dwMode;     LPTSTR lpszPipename = TEXT("\\\\.\\pipe\\samplenamedpipe");     if( argc >1 )    // 如果输入了参数，则使用输入的参数        lpvMessage = argv[1];    while (1)     {         // 打开一个命名pipe        hPipe = CreateFile(             lpszPipename,   // pipe 名             GENERIC_READ |   GENERIC_WRITE,        //  可读可写0,              // 不共享            NULL,           // 默认安全属性            OPEN_EXISTING,  // 已经存在（由服务端创建）0,              // 默认属性            NULL);            if (hPipe != INVALID_HANDLE_VALUE)             break;         // 如果不是 ERROR_PIPE_BUSY 错误，直接退出  if (GetLastError() != ERROR_PIPE_BUSY)         {            printf("Could not open pipe");             return0;        }        // 如果所有pipe实例都处于繁忙状态，等待2秒。if (!WaitNamedPipe(lpszPipename, 2000))         {             printf("Could not open pipe");             return0;        }     }     // pipe已经连接，设置为消息读状态     dwMode = PIPE_READMODE_MESSAGE;     fSuccess = SetNamedPipeHandleState(         hPipe,    // 句柄&dwMode,  // 新状态        NULL,     // 不设置最大缓存        NULL);    // 不设置最长时间if (!fSuccess)     {        printf("SetNamedPipeHandleState failed");         return0;    }    // 写入pipe    fSuccess = WriteFile(         hPipe,                  // 句柄        lpvMessage,             // 写入的内容        (lstrlen(lpvMessage)+1)*sizeof(TCHAR), // 写入内容的长度&cbWritten,             // 实际写的内容        NULL);                  // 非 overlapped if (!fSuccess)     {        printf("WriteFile failed");         return0;    }    do     {         // 读回复         fSuccess = ReadFile(             hPipe,    // 句柄            chBuf,    // 读取内容的缓存            BUFSIZE*sizeof(TCHAR),  // 缓存大小&cbRead,  // 实际读的字节            NULL);    // 非 overlapped         if (! fSuccess && GetLastError() != ERROR_MORE_DATA)             break; //失败，退出        _tprintf( TEXT("%s\n"), chBuf ); // 打印读的结果    } while (!fSuccess);  //  ERROR_MORE_DATA 或者成功则循环    getch();//任意键退出    // 关闭句柄    CloseHandle(hPipe);      return0; }

3、I/O简介

    I/O模式不仅在进程间通信时使用，任何具有数据流形式的输入输出（包括文件输入输出、内核通信、网络输入输出等）都涉及I/O模式。

    异步( Asynchronous)和同步(Synchronous) I/O是两种基本的I/O模式。

同步I/O

所谓同步I/O是指在调用ReadFile、WriteFile等函数进行输入输出操作时，系统完成了输入输出ReadFile、WriteFile才返回。在操作系统进行I/O操作的过程上，用户态线程不能执行，因此在同步I/O时，如果需要在I/O时进行其他操作就只能再开启线程。

异步I/O

    异步I/O是在调用ReadFile、WriteFile等函数后，函数立即返回，线程可以进行其他操作。剩下的I/O操作在系统内核中自动完成。那么在系统内核完成输入输出后，程序如何知道I/O是否已完成？

    一种方法，称作完成函数（Completion Routines），如果使用ReadFileEx、WriteFileEx等进行I/O，可以指定完成函数，所谓完成函数是指内核在完成I/O后，内核会回调这个函数。当完成函数被调用时，就指明内核已经完成了I/O，程序可以在这个函数中进行一个I/O完成后需要的操作（例如释放内存）。

参考

[1] 精通Windows API 函数、接口、编程实例

[2] http://msdn.microsoft.com/en-us/library/aa365137%28VS.85%29.aspx

[3] http://www.cnblogs.com/mydomain/archive/2010/09/18/1830452.html

[4] http://www.cnblogs.com/mydomain/archive/2010/09/04/1818266.html