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1 進(jìn)程與進(jìn)程通信

進(jìn)程是裝入內(nèi)存并準(zhǔn)備執(zhí)行的程序，每個(gè)進(jìn)程都有私有的虛擬地址空間，由代碼、數(shù)據(jù)以及它可利用的系統(tǒng)資源(如文件、管道等)組成。多進(jìn)程/多線程是Windows操作系統(tǒng)的一個(gè)基本特征。Microsoft Win32應(yīng)用編程接口(Application Programming Interface, API)提供了大量支持應(yīng)用程序間數(shù)據(jù)共享和交換的機(jī)制，這些機(jī)制行使的活動(dòng)稱為進(jìn)程間通信(InterProcess Communication, IPC)，進(jìn)程通信就是指不同進(jìn)程間進(jìn)行數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)交換。
正因?yàn)槭褂肳in32 API進(jìn)行進(jìn)程通信方式有多種，如何選擇恰當(dāng)?shù)耐ㄐ欧绞骄统蔀閼?yīng)用開(kāi)發(fā)中的一個(gè)重要問(wèn)題，下面本文將對(duì)Win32中進(jìn)程通信的幾種方法加以分析和比較。

2 進(jìn)程通信方法

2.1

文件映射

文件映射(Memory-Mapped Files)能使進(jìn)程把文件內(nèi)容當(dāng)作進(jìn)程地址區(qū)間一塊內(nèi)存那樣來(lái)對(duì)待。因此，進(jìn)程不必使用文件I/O操作，只需簡(jiǎn)單的指針操作就可讀取和修改文件的內(nèi)容。
Win32 API允許多個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)同一文件映射對(duì)象，各個(gè)進(jìn)程在它自己的地址空間里接收內(nèi)存的指針。通過(guò)使用這些指針，不同進(jìn)程就可以讀或修改文件的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了對(duì)文件中數(shù)據(jù)的共享。
應(yīng)用程序有三種方法來(lái)使多個(gè)進(jìn)程共享一個(gè)文件映射對(duì)象。
(1)繼承：第一個(gè)進(jìn)程建立文件映射對(duì)象，它的子進(jìn)程繼承該對(duì)象的句柄。
(2)命名文件映射：第一個(gè)進(jìn)程在建立文件映射對(duì)象時(shí)可以給該對(duì)象指定一個(gè)名字(可與文件名不同)。第二個(gè)進(jìn)程可通過(guò)這個(gè)名字打開(kāi)此文件映射對(duì)象。另外，第一個(gè)進(jìn)程也可以通過(guò)一些其它IPC機(jī)制(有名管道、郵件槽等)把名字傳給第二個(gè)進(jìn)程。
(3)句柄復(fù)制：第一個(gè)進(jìn)程建立文件映射對(duì)象，然后通過(guò)其它IPC機(jī)制(有名管道、郵件槽等)把對(duì)象句柄傳遞給第二個(gè)進(jìn)程。第二個(gè)進(jìn)程復(fù)制該句柄就取得對(duì)該文件映射對(duì)象的訪問(wèn)權(quán)限。
文件映射是在多個(gè)進(jìn)程間共享數(shù)據(jù)的非常有效方法，有較好的安全性。但文件映射只能用于本地機(jī)器的進(jìn)程之間，不能用于網(wǎng)絡(luò)中，而開(kāi)發(fā)者還必須控制進(jìn)程間的同步。
2.2

共享內(nèi)存

Win32 API中共享內(nèi)存(Shared Memory)實(shí)際就是文件映射的一種特殊情況。進(jìn)程在創(chuàng)建文件映射對(duì)象時(shí)用0xFFFFFFFF來(lái)代替文件句柄(HANDLE)，就表示了對(duì)應(yīng)的文件映射對(duì)象是從操作系統(tǒng)頁(yè)面文件訪問(wèn)內(nèi)存，其它進(jìn)程打開(kāi)該文件映射對(duì)象就可以訪問(wèn)該內(nèi)存塊。由于共享內(nèi)存是用文件映射實(shí)現(xiàn)的，所以它也有較好的安全性，也只能運(yùn)行于同一計(jì)算機(jī)上的進(jìn)程之間。
2.3

匿名管道

管道(Pipe)是一種具有兩個(gè)端點(diǎn)的通信通道：有一端句柄的進(jìn)程可以和有另一端句柄的進(jìn)程通信。管道可以是單向－一端是只讀的，另一端點(diǎn)是只寫(xiě)的；也可以是雙向的一管道的兩端點(diǎn)既可讀也可寫(xiě)。
匿名管道(Anonymous Pipe)是在父進(jìn)程和子進(jìn)程之間，或同一父進(jìn)程的兩個(gè)子進(jìn)程之間傳輸數(shù)據(jù)的無(wú)名字的單向管道。通常由父進(jìn)程創(chuàng)建管道，然后由要通信的子進(jìn)程繼承通道的讀端點(diǎn)句柄或?qū)懚它c(diǎn)句柄，然后實(shí)現(xiàn)通信。父進(jìn)程還可以建立兩個(gè)或更多個(gè)繼承匿名管道讀和寫(xiě)句柄的子進(jìn)程。這些子進(jìn)程可以使用管道直接通信，不需要通過(guò)父進(jìn)程。
匿名管道是單機(jī)上實(shí)現(xiàn)子進(jìn)程標(biāo)準(zhǔn)I/O重定向的有效方法，它不能在網(wǎng)上使用，也不能用于兩個(gè)不相關(guān)的進(jìn)程之間。
2.4

命名管道

命名管道(Named Pipe)是服務(wù)器進(jìn)程和一個(gè)或多個(gè)客戶進(jìn)程之間通信的單向或雙向管道。不同于匿名管道的是命名管道可以在不相關(guān)的進(jìn)程之間和不同計(jì)算機(jī)之間使用，服務(wù)器建立命名管道時(shí)給它指定一個(gè)名字，任何進(jìn)程都可以通過(guò)該名字打開(kāi)管道的另一端，根據(jù)給定的權(quán)限和服務(wù)器進(jìn)程通信。
命名管道提供了相對(duì)簡(jiǎn)單的編程接口，使通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)并不比同一計(jì)算機(jī)上兩進(jìn)程之間通信更困難，不過(guò)如果要同時(shí)和多個(gè)進(jìn)程通信它就力不從心了。
2.5

郵件槽

郵件槽(Mailslots)提供進(jìn)程間單向通信能力，任何進(jìn)程都能建立郵件槽成為郵件槽服務(wù)器。其它進(jìn)程，稱為郵件槽客戶，可以通過(guò)郵件槽的名字給郵件槽服務(wù)器進(jìn)程發(fā)送消息。進(jìn)來(lái)的消息一直放在郵件槽中，直到服務(wù)器進(jìn)程讀取它為止。一個(gè)進(jìn)程既可以是郵件槽服務(wù)器也可以是郵件槽客戶，因此可建立多個(gè)郵件槽實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的雙向通信。
通過(guò)郵件槽可以給本地計(jì)算機(jī)上的郵件槽、其它計(jì)算機(jī)上的郵件槽或指定網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中所有計(jì)算機(jī)上有同樣名字的郵件槽發(fā)送消息。廣播通信的消息長(zhǎng)度不能超過(guò)400字節(jié)，非廣播消息的長(zhǎng)度則受郵件槽服務(wù)器指定的最大消息長(zhǎng)度的限制。
郵件槽與命名管道相似，不過(guò)它傳輸數(shù)據(jù)是通過(guò)不可靠的數(shù)據(jù)報(bào)(如TCP/IP協(xié)議中的UDP包)完成的，一旦網(wǎng)絡(luò)發(fā)生錯(cuò)誤則無(wú)法保證消息正確地接收，而命名管道傳輸數(shù)據(jù)則是建立在可靠連接基礎(chǔ)上的。不過(guò)郵件槽有簡(jiǎn)化的編程接口和給指定網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)的所有計(jì)算機(jī)廣播消息的能力，所以郵件槽不失為應(yīng)用程序發(fā)送和接收消息的另一種選擇。
2.6

剪貼板

剪貼板(Clipped Board)實(shí)質(zhì)是Win32 API中一組用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)的函數(shù)和消息，為Windows應(yīng)用程序之間進(jìn)行數(shù)據(jù)共享提供了一個(gè)中介，Windows已建立的剪切(復(fù)制)－粘貼的機(jī)制為不同應(yīng)用程序之間共享不同格式數(shù)據(jù)提供了一條捷徑。當(dāng)用戶在應(yīng)用程序中執(zhí)行剪切或復(fù)制操作時(shí)，應(yīng)用程序把選取的數(shù)據(jù)用一種或多種格式放在剪貼板上。然后任何其它應(yīng)用程序都可以從剪貼板上拾取數(shù)據(jù)，從給定格式中選擇適合自己的格式。
剪貼板是一個(gè)非常松散的交換媒介，可以支持任何數(shù)據(jù)格式，每一格式由一無(wú)符號(hào)整數(shù)標(biāo)識(shí)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)(預(yù)定義)剪貼板格式，該值是Win32 API定義的常量；對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)格式可以使用Register Clipboard Format函數(shù)注冊(cè)為新的剪貼板格式。利用剪貼板進(jìn)行交換的數(shù)據(jù)只需在數(shù)據(jù)格式上一致或都可以轉(zhuǎn)化為某種格式就行。但剪貼板只能在基于Windows的程序中使用，不能在網(wǎng)絡(luò)上使用。
2.7 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換
動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換(DDE)是使用共享內(nèi)存在應(yīng)用程序之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的一種進(jìn)程間通信形式。應(yīng)用程序可以使用DDE進(jìn)行一次性數(shù)據(jù)傳輸，也可以當(dāng)出現(xiàn)新數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)發(fā)送更新值在應(yīng)用程序間動(dòng)態(tài)交換數(shù)據(jù)。
DDE和剪貼板一樣既支持標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式(如文本、位圖等)，又可以支持自己定義的數(shù)據(jù)格式。但它們的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制卻不同，一個(gè)明顯區(qū)別是剪貼板操作幾乎總是用作對(duì)用戶指定操作的一次性應(yīng)答－如從菜單中選擇Paste命令。盡管DDE也可以由用戶啟動(dòng)，但它繼續(xù)發(fā)揮作用一般不必用戶進(jìn)一步干預(yù)。DDE有三種數(shù)據(jù)交換方式：
(1) 冷鏈：數(shù)據(jù)交換是一次性數(shù)據(jù)傳輸，與剪貼板相同。
(2) 溫鏈：當(dāng)數(shù)據(jù)交換時(shí)服務(wù)器通知客戶，然后客戶必須請(qǐng)求新的數(shù)據(jù)。
(3) 熱鏈：當(dāng)數(shù)據(jù)交換時(shí)服務(wù)器自動(dòng)給客戶發(fā)送數(shù)據(jù)。
DDE交換可以發(fā)生在單機(jī)或網(wǎng)絡(luò)中不同計(jì)算機(jī)的應(yīng)用程序之間。開(kāi)發(fā)者還可以定義定制的DDE數(shù)據(jù)格式進(jìn)行應(yīng)用程序之間特別目的IPC，它們有更緊密耦合的通信要求。大多數(shù)基于Windows的應(yīng)用程序都支持DDE。
2.8 對(duì)象連接與嵌入
應(yīng)用程序利用對(duì)象連接與嵌入(OLE)技術(shù)管理復(fù)合文檔(由多種數(shù)據(jù)格式組成的文檔)，OLE提供使某應(yīng)用程序更容易調(diào)用其它應(yīng)用程序進(jìn)行數(shù)據(jù)編輯的服務(wù)。例如，OLE支持的字處理器可以嵌套電子表格，當(dāng)用戶要編輯電子表格時(shí)OLE庫(kù)可自動(dòng)啟動(dòng)電子表格編輯器。當(dāng)用戶退出電子表格編輯器時(shí)，該表格已在原始字處理器文檔中得到更新。在這里電子表格編輯器變成了字處理器的擴(kuò)展，而如果使用DDE，用戶要顯式地啟動(dòng)電子表格編輯器。
同DDE技術(shù)相同，大多數(shù)基于Windows的應(yīng)用程序都支持OLE技術(shù)。
2.9 動(dòng)態(tài)連接庫(kù)
Win32動(dòng)態(tài)連接庫(kù)(DLL)中的全局?jǐn)?shù)據(jù)可以被調(diào)用DLL的所有進(jìn)程共享，這就又給進(jìn)程間通信開(kāi)辟了一條新的途徑，當(dāng)然訪問(wèn)時(shí)要注意同步問(wèn)題。
雖然可以通過(guò)DLL進(jìn)行進(jìn)程間數(shù)據(jù)共享，但從數(shù)據(jù)安全的角度考慮，我們并不提倡這種方法，使用帶有訪問(wèn)權(quán)限控制的共享內(nèi)存的方法更好一些。
2.10 遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用
Win32 API提供的遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用(RPC)使應(yīng)用程序可以使用遠(yuǎn)程調(diào)用函數(shù)，這使在網(wǎng)絡(luò)上用RPC進(jìn)行進(jìn)程通信就像函數(shù)調(diào)用那樣簡(jiǎn)單。RPC既可以在單機(jī)不同進(jìn)程間使用也可以在網(wǎng)絡(luò)中使用。
由于Win32 API提供的RPC服從OSF-DCE(Open Software Foundation Distributed Computing Environment)標(biāo)準(zhǔn)。所以通過(guò)Win32 API編寫(xiě)的RPC應(yīng)用程序能與其它操作系統(tǒng)上支持DEC的RPC應(yīng)用程序通信。使用RPC開(kāi)發(fā)者可以建立高性能、緊密耦合的分布式應(yīng)用程序。
2.11 NetBios函數(shù)
Win32 API提供NetBios函數(shù)用于處理低級(jí)網(wǎng)絡(luò)控制，這主要是為IBM NetBios系統(tǒng)編寫(xiě)與Windows的接口。除非那些有特殊低級(jí)網(wǎng)絡(luò)功能要求的應(yīng)用程序，其它應(yīng)用程序最好不要使用NetBios函數(shù)來(lái)進(jìn)行進(jìn)程間通信。
2.12

Sockets

Windows Sockets規(guī)范是以U.C.Berkeley大學(xué)BSD UNIX中流行的Socket接口為范例定義的一套Windows下的網(wǎng)絡(luò)編程接口。除了Berkeley Socket原有的庫(kù)函數(shù)以外，還擴(kuò)展了一組針對(duì)Windows的函數(shù)，使程序員可以充分利用Windows的消息機(jī)制進(jìn)行編程。
現(xiàn)在通過(guò)Sockets實(shí)現(xiàn)進(jìn)程通信的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用越來(lái)越多，這主要的原因是Sockets的跨平臺(tái)性要比其它IPC機(jī)制好得多，另外WinSock 2.0不僅支持TCP/IP協(xié)議，而且還支持其它協(xié)議(如IPX)。Sockets的唯一缺點(diǎn)是它支持的是底層通信操作，這使得在單機(jī)的進(jìn)程間進(jìn)行簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)傳遞不太方便，這時(shí)使用下面將介紹的WM_COPYDATA消息將更合適些。
2.13 WM_COPYDATA消息
WM_COPYDATA是一種非常強(qiáng)大卻鮮為人知的消息。當(dāng)一個(gè)應(yīng)用向另一個(gè)應(yīng)用傳送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送方只需使用調(diào)用SendMessage函數(shù)，參數(shù)是目的窗口的句柄、傳遞數(shù)據(jù)的起始地址、WM_COPYDATA消息。接收方只需像處理其它消息那樣處理WM_COPY DATA消息，這樣收發(fā)雙方就實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享。
WM_COPYDATA是一種非常簡(jiǎn)單的方法，它在底層實(shí)際上是通過(guò)文件映射來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它的缺點(diǎn)是靈活性不高，并且它只能用于Windows平臺(tái)的單機(jī)環(huán)境下。

3 結(jié)束語(yǔ)

Win32 API為應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)進(jìn)程間通信提供了如此多種選擇方案，那么開(kāi)發(fā)者如何進(jìn)行選擇呢？通常在決定使用哪種IPC方法之前應(yīng)考慮下一些問(wèn)題，如應(yīng)用程序是在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下還是在單機(jī)環(huán)境下工作等。