Windows下處理序間通訊及資料共用

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  進程是裝入記憶體並準備執行的程式，每個進程都有私人的虛擬位址空間，由代碼、資料以及它可利用的系統資源(如檔案、管道等)組成。多進程/多線程是Windows作業系統的一個基本特徵。Microsoft Win32應用編程介面(Application Programming Interface, API)提供了大量支援應用程式間資料共用和交換的機制，這些機制行使的活動稱為處理序間通訊(InterProcess Communication, IPC)，進程通訊就是指不同進程間進行資料共用和資料交換。

 

進程通訊方法

1 檔案對應
　　檔案對應(Memory-Mapped Files)能使進程把檔案內容當作進程地址區間一塊記憶體那樣來對待。因此，進程不必使用檔案I/O操作，只需簡單的指標操作就可讀取和修改檔案的內容。
　　Win32 API允許多個進程訪問同一檔案對應物件，各個進程在它自己的地址空間裡接收記憶體的指標。通過使用這些指標，不同進程就可以讀或修改檔案的內容，實現了對檔案中資料的共用。
　　應用程式有三種方法來使多個進程共用一個檔案對應物件。
　　(1)繼承：第一個進程建立檔案對應物件，它的子進程繼承該對象的控制代碼。
　　(2)命名檔案對應：第一個進程在建立檔案對應物件時可以給該對象指定一個名字(可與檔案名稱不同)。第二個進程可通過這個名字開啟此檔案對應物件。另外，第一個進程也可以通過一些其它IPC機制(有名管道、郵件槽等)把名字傳給第二個進程。
　　(3)控制代碼複製：第一個進程建立檔案對應物件，然後通過其它IPC機制(有名管道、郵件槽等)把物件控點傳遞給第二個進程。第二個進程複製該控制代碼就取得對該檔案對應物件的存取權限。
　　檔案對應是在多個進程間共用資料的非常有效方法，有較好的安全性。但檔案對應只能用於本地機器的進程之間，不能用於網路中，而開發人員還必須控制進程間的同步。

2 共用記憶體
　　Win32 API中共用記憶體(Shared Memory)實際就是檔案對應的一種特殊情況。進程在建立檔案對應物件時用0xFFFFFFFF來代替檔案控制代碼(HANDLE)，就表示了對應的檔案對應物件是從作業系統分頁檔訪問記憶體，其它進程開啟該檔案對應物件就可以訪問該記憶體塊。由於共用記憶體是用檔案對應實現的，所以它也有較好的安全性，也只能運行於同一電腦上的進程之間。

3 匿名管道
　　管道(Pipe)是一種具有兩個端點的通訊通道：有一端控制代碼的進程可以和有另一端控制代碼的進程通訊。管道可以是單向－一端是唯讀，另一端點是唯寫的；也可以是雙向的－管道的兩端點既可讀也可寫。
　　匿名管道(Anonymous Pipe)是 在父進程和子進程之間，或同一父進程的兩個子進程之間傳輸資料的無名字的單向管道。通常由父進程建立管道，然後由要通訊的子進程繼承通道的讀端點控制代碼或寫 端點控制代碼，然後實現通訊。父進程還可以建立兩個或更多個繼承匿名管道讀和寫控制代碼的子進程。這些子進程可以使用管道直接通訊，不需要通過父進程。
　　匿名管道是單機上實現子進程標準I/O重新導向的有效方法，它不能在網上使用，也不能用於兩個不相關的進程之間。

4 具名管道
　　具名管道(Named Pipe)是伺服器處理序和一個或多個客戶進程之間通訊的單向或雙向管道。不同於匿名管道的是具名管道可以在不相關的進程之間和不同電腦之間使用，伺服器建立具名管道時給它指定一個名字，任何進程都可以通過該名字開啟管道的另一端，根據給定的許可權和伺服器處理序通訊。
　　具名管道提供了相對簡單的編程介面，使通過網路傳輸資料並不比同一電腦上兩進程之間通訊更困難，不過如果要同時和多個進程通訊它就力不從心了。

5 郵件槽
　　郵件槽(Mailslots)提供進程間單向通訊能力，任何進程都能建立郵件槽成為郵件槽伺服器。其它進程，稱為郵件槽客戶，可以通過郵件槽的名字給郵件槽伺服器處理序發送訊息。進來的消 息一直放在郵件槽中，直到伺服器處理序讀取它為止。一個進程既可以是郵件槽伺服器也可以是郵件槽客戶，因此可建立多個郵件槽實現進程間的雙向通訊。
　　通過郵件槽可以給本機電腦上的郵件槽、其它電腦上的郵件槽或指定網路地區中所有電腦上有同樣名字的郵件槽發送訊息。廣播通訊的訊息長度不能超過400位元組，非廣播訊息的長度則受郵件槽伺服器指定的最大訊息長度的限制。
　　郵件槽與具名管道相似，不過它傳輸資料是通過不可靠的資料報(如TCP/IP協議中的UDP包)完成的，一旦網路發生錯誤則無法保證訊息正確地接收，而具名管道傳輸資料則是建立在可靠串連基礎上的。不過郵件槽有簡化的編程介面和給指定網路地區內的所有電腦廣播訊息的能力，所以郵件槽不失為應用程式發送和接收訊息的另一種選擇。

6 剪貼簿
　　剪貼簿(Clipped Board)實質是Win32 API中一組用來傳輸資料的函數和訊息，為Windows應用程式之間進行資料共用提供了一個中介，Windows已建立的剪下(複製)－粘貼的機製為不同應用程式之間共用不同格式資料提供了一條捷徑。當使用者在應用程式中執行剪下或複製操作時，應用程式把選取的資料用一種或多種格式放在剪貼簿上。然後任何其它應用程式都可以從剪貼簿上拾取資料，從給定格式中選擇適合自己的格式。
　　剪貼簿是一個非常鬆散的交換媒介，可以支援任何資料格式，每一格式由一不帶正負號的整數標識，對標準(預定義)剪貼簿格式，該值是Win32 API定義的常量；對非標準格式可以使用Register Clipboard Format函數註冊為新的剪貼簿格式。利用剪貼簿進行交換的資料只需在資料格式上一致或都可以轉化為某種格式就行。但剪貼簿只能在基於Windows的程式中使用，不能在網路上使用。

7 動態資料交換
　　動態資料交換(DDE)是使用共用記憶體在應用程式之間進行資料交換的一種處理序間通訊形式。應用程式可以使用DDE進行一次性資料轉送，也可以當出現新資料時，通過發送更新值在應用程式間動態交換資料。
　　DDE和剪貼簿一樣既支援標準資料格式(如文本、位元影像等)，又可以支援自己定義的資料格式。但它們的資料轉送機制卻不同，一個明顯區別是剪貼簿操作幾乎總是用作對使用者指定操作的一次性應答－如從菜單中選擇Paste命令。儘管DDE也可以由使用者啟動，但它繼續發揮作用一般不必使用者進一步幹預。DDE有三種資料交換方式：
　　(1) 冷鏈：資料交換是一次性資料轉送，與剪貼簿相同。
　　(2) 溫鏈：當資料交換時伺服器通知客戶，然後客戶必須請求新的資料。
　　(3) 熱鏈：當資料交換時伺服器自動給客戶發送資料。
　　DDE交換可以發生在單機或網路中不同電腦的應用程式之間。開發人員還可以定義定製的DDE資料格式進行應用程式之間特別目的IPC，它們有更緊密耦合的通訊要求。大多數基於Windows的應用程式都支援DDE。

8 對象串連與嵌入
　　應用程式利用對象串連與嵌入(OLE)技術管理複合文檔(由多種資料格式組成的文檔)，OLE提供使某應用程式更容易調用其它應用程式進行資料編輯的服務。例如，OLE支援的文書處理器可以嵌套試算表，當使用者要編輯試算表時OLE庫可自動啟動試算表編輯器。當使用者退出試算表編輯器時，該表格已在原始文書處理器文檔中得到更新。在這裡試算表編輯器變成了文書處理器的擴充，而如果使用DDE，使用者要顯式地啟動試算表編輯器。
　　同DDE技術相同，大多數基於Windows的應用程式都支援OLE技術。

9 動態串連庫
　　Win32動態串連庫(DLL)中的全域資料可以被調用DLL的所有進程共用，這就又給處理序間通訊開闢了一條新的途徑，當然訪問時要注意同步問題。
　　雖然可以通過DLL進行進程間資料共用，但從資料安全的角度考慮，我們並不提倡這種方法，使用帶有存取權限控制的共用記憶體的方法更好一些。

10 遠端程序呼叫
　　Win32 API提供的遠端程序呼叫(RPC)使應用程式可以使用遠程調用函數，這使在網路上用RPC進行進程通訊就像函數調用那樣簡單。RPC既可以在單機不同進程間使用也可以在網路中使用。
　　由於Win32 API提供的RPC服從OSF-DCE(Open Software Foundation Distributed Computing Environment)標準。所以通過Win32 API編寫的RPC應用程式能與其它作業系統上支援DEC的RPC應用程式通訊。使用RPC開發人員可以建立高效能、緊密耦合的分布式應用程式。

11 NetBios函數
　　Win32 API提供NetBios函數用於處理低級網路控制，這主要是為IBM NetBios系統編寫與Windows的介面。除非那些有特殊低級網路功能要求的應用程式，其它應用程式最好不要使用NetBios函數來進行處理序間通訊。

12 Sockets
　　Windows Sockets規範是以U.C.Berkeley大學BSD UNIX中流行的Socket介面為範例定義的一套Windows下的網路編程介面。除了Berkeley Socket原有的庫函數以外，還擴充了一組針對Windows的函數，使程式員可以充分利用Windows的訊息機制進行編程。
　　現在通過Sockets實現進程通訊的網路應用越來越多，這主要的原因是Sockets的跨平台性要比其它IPC機制好得多，另外WinSock 2.0不僅支援TCP/IP協議，而且還支援其它協議(如IPX)。Sockets的唯一缺點是它支援的是底層通訊操作，這使得在單機的進程間進行簡單資料傳遞不太方便，這時使用下面將介紹的WM_COPYDATA訊息將更合適些。

13 WM_COPYDATA訊息
　　WM_COPYDATA是一種非常強大卻鮮為人知的訊息。當一個應用向另一個應用傳送資料時，發送方只需使用調用SendMessage函數，參數是目的視窗的控制代碼、傳遞資料的起始地址、WM_COPYDATA訊息。接收方只需像處理其它訊息那樣處理WM_COPY DATA訊息，這樣收發雙方就實現了資料共用。
　　WM_COPYDATA是一種非常簡單的方法，它在底層實際上是通過檔案對應來實現的。它的缺點是靈活性不高，並且它只能用於Windows平台的單機環境下。

 

雲風的博文：http://blog.codingnow.com/2005/10/interprocess_communications.html