原文地址：http://blog.csdn.net/weiwangchao_/article/details/7104940
摘 要: 隨着人們對應用程序的要求越來越高，單進程應用在許多場合已不能滿足人們的要求。編寫多進程/多線程程序成爲現代程序設計的一個重要特點，在多進程程序設計中，進程間的通信是不可避免的。Microsoft Win32 API提供了多種進程間通信的方法，全面地闡述了這些方法的特點，並加以比較和分析，希望能給讀者選擇通信方法提供參考。
關鍵詞 進程 進程通信 IPC Win32 API
1 進程與進程通信
進程是裝入內存並準備執行的程序，每個進程都有私有的虛擬地址空間，由代碼、數據以及它可利用的系統資源(如文件、管道等)組成。多進程/多線程是Windows操作系統的一個基本特徵。Microsoft Win32應用編程接口(Application Programming Interface, API)提供了大量支持應用程序間數據共享和交換的機制，這些機制行使的活動稱爲進程間通信(InterProcess Communication, IPC)，進程通信就是指不同進程間進行數據共享和數據交換。
正因爲使用Win32 API進行進程通信方式有多種，如何選擇恰當的通信方式就成爲應用開發中的一個重要問題，下面本文將對Win32中進程通信的幾種方法加以分析和比較。
2 進程通信方法
2.1 文件映射
文件映射(Memory-Mapped Files)能使進程把文件內容當作進程地址區間一塊內存那樣來對待。因此，進程不必使用文件I/O操作，只需簡單的指針操作就可讀取和修改文件的內容。
Win32 API允許多個進程訪問同一文件映射對象，各個進程在它自己的地址空間裏接收內存的指針。通過使用這些指針，不同進程就可以讀或修改文件的內容，實現了對文件中數據的共享。
應用程序有三種方法來使多個進程共享一個文件映射對象。
(1)繼承：第一個進程建立文件映射對象，它的子進程繼承該對象的句柄。
(2)命名文件映射：第一個進程在建立文件映射對象時可以給該對象指定一個名字(可與文件名不同)。第二個進程可通過這個名字打開此文件映射對象。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)句柄複製：第一個進程建立文件映射對象，然後通過其它IPC機制(有名管道、郵件槽等)把對象句柄傳遞給第二個進程。第二個進程複製該句柄就取得對該文件映射對象的訪問權限。
文件映射是在多個進程間共享數據的非常有效方法，有較好的安全性。但文件映射只能用於本地機器的進程之間，不能用於網絡中，而開發者還必須控制進程間的同步。
2.2 共享內存
Win32 API中共享內存(Shared Memory)實際就是文件映射的一種特殊情況。進程在創建文件映射對象時用0xFFFFFFFF來代替文件句柄(HANDLE)，就表示了對應的文件映射對象是從操作系統頁面文件訪問內存，其它進程打開該文件映射對象就可以訪問該內存塊。由於共享內存是用文件映射實現的，所以它也有較好的安全性，也只能運行於同一計算機上的進程之間。
2.3 匿名管道
管道(Pipe)是一種具有兩個端點的通信通道：有一端句柄的進程可以和有另一端句柄的進程通信。管道可以是單向－一端是隻讀的，另一端點是隻寫的；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數據的無名字的單向管道。通常由父進程創建管道，然後由要通信的子進程繼承通道的讀端點句柄或寫 端點句柄，然後實現通信。父進程還可以建立兩個或更多個繼承匿名管道讀和寫句柄的子進程。這些子進程可以使用管道直接通信，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重定向的有效方法，它不能在網上使用，也不能用於兩個不相關的進程之間。
2.4 命名管道
命名管道(Named Pipe)是服務器進程和一個或多個客戶進程之間通信的單向或雙向管道。不同於匿名管道的是命名管道可以在不相關的進程之間和不同計算機之間使用，服務器建立命名管道時給它指定一個名字，任何進程都可以通過該名字打開管道的另一端，根據給定的權限和服務器進程通信。
命名管道提供了相對簡單的編程接口，使通過網絡傳輸數據並不比同一計算機上兩進程之間通信更困難，不過如果要同時和多個進程通信它就力不從心了。
2.5 郵件槽
郵件槽(Mailslots)提供進程間單向通信能力，任何進程都能建立郵件槽成爲郵件槽服務器。其它進程，稱爲郵件槽客戶，可以通過郵件槽的名字給郵件槽服務器進程發送消息。進來的消 息一直放在郵件槽中，直到服務器進程讀取它爲止。一個進程既可以是郵件槽服務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信。
通過郵件槽可以給本地計算機上的郵件槽、其它計算機上的郵件槽或指定網絡區域中所有計算機上有同樣名字的郵件槽發送消息。廣播通信的消息長度不能超過400字節，非廣播消息的長度則受郵件槽服務器指定的最大消息長度的限制。
郵件槽與命名管道相似，不過它傳輸數據是通過不可靠的數據報(如TCP/IP協議中的UDP包)完成的，一旦網絡發生錯誤則無法保證消息正確地接收，而命名管道傳輸數據則是建立在可靠連接基礎上的。不過郵件槽有簡化的編程接口和給指定網絡區域內的所有計算機廣播消息的能力，所以郵件槽不失爲應用程序發送和接收消息的另一種選擇。
2.6 剪貼板
剪貼板(Clipped Board)實質是Win32 API中一組用來傳輸數據的函數和消息，爲Windows應用程序之間進行數據共享提供了一箇中介，Windows已建立的剪切(複製)－粘貼的機制爲不同應用程序之間共享不同格式數據提供了一條捷徑。當用戶在應用程序中執行剪切或複製操作時，應用程序把選取的數據用一種或多種格式放在剪貼板上。然後任何其它應用程序都可以從剪貼板上拾取數據，從給定格式中選擇適合自己的格式。
剪貼板是一個非常鬆散的交換媒介，可以支持任何數據格式，每一格式由一無符號整數標識，對標準(預定義)剪貼板格式，該值是Win32 API定義的常量；對非標準格式可以使用Register Clipboard Format函數註冊爲新的剪貼板格式。利用剪貼板進行交換的數據只需在數據格式上一致或都可以轉化爲某種格式就行。但剪貼板只能在基於Windows的程序中使用，不能在網絡上使用。
2.7 動態數據交換
動態數據交換(DDE)是使用共享內存在應用程序之間進行數據交換的一種進程間通信形式。應用程序可以使用DDE進行一次性數據傳輸，也可以當出現新數據時，通過發送更新值在應用程序間動態交換數據。
DDE和剪貼板一樣既支持標準數據格式(如文本、位圖等)，又可以支持自己定義的數據格式。但它們的數據傳輸機制卻不同，一個明顯區別是剪貼板操作幾乎總是用作對用戶指定操作的一次性應答－如從菜單中選擇Paste命令。儘管DDE也可以由用戶啓動，但它繼續發揮作用一般不必用戶進一步干預。DDE有三種數據交換方式：
(1) 冷鏈：數據交換是一次性數據傳輸，與剪貼板相同。
(2) 溫鏈：當數據交換時服務器通知客戶，然後客戶必須請求新的數據。
(3) 熱鏈：當數據交換時服務器自動給客戶發送數據。
DDE交換可以發生在單機或網絡中不同計算機的應用程序之間。開發者還可以定義定製的DDE數據格式進行應用程序之間特別目的IPC，它們有更緊密耦合的通信要求。大多數基於Windows的應用程序都支持DDE。
2.8 對象連接與嵌入
應用程序利用對象連接與嵌入(OLE)技術管理複合文檔(由多種數據格式組成的文檔)，OLE提供使某應用程序更容易調用其它應用程序進行數據編輯的服務。例如，OLE支持的字處理器可以嵌套電子表格，當用戶要編輯電子表格時OLE庫可自動啓動電子表格編輯器。當用戶退出電子表格編輯器時，該表格已在原始字處理器文檔中得到更新。在這裏電子表格編輯器變成了字處理器的擴展，而如果使用DDE，用戶要顯式地啓動電子表格編輯器。
同DDE技術相同，大多數基於Windows的應用程序都支持OLE技術。
2.9 動態連接庫
Win32動態連接庫(DLL)中的全局數據可以被調用DLL的所有進程共享，這就又給進程間通信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進行進程間數據共享，但從數據安全的角度考慮，我們並不提倡這種方法，使用帶有訪問權限控制的共享內存的方法更好一些。
2.10 遠程過程調用
Win32 API提供的遠程過程調用(RPC)使應用程序可以使用遠程調用函數，這使在網絡上用RPC進行進程通信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絡中使用。
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應用程序能與其它操作系統上支持DEC的RPC應用程序通信。使用RPC開發者可以建立高性能、緊密耦合的分佈式應用程序。
2.11 NetBios函數
Win32 API提供NetBios函數用於處理低級網絡控制，這主要是爲IBM NetBios系統編寫與Windows的接口。除非那些有特殊低級網絡功能要求的應用程序，其它應用程序最好不要使用NetBios函數來進行進程間通信。
2.12 Sockets
Windows Sockets規範是以U.C.Berkeley大學BSD UNIX中流行的Socket接口爲範例定義的一套Windows下的網絡編程接口。除了Berkeley Socket原有的庫函數以外，還擴展了一組針對Windows的函數，使程序員可以充分利用Windows的消息機制進行編程。
現在通過Sockets實現進程通信的網絡應用越來越多，這主要的原因是Sockets的跨平臺性要比其它IPC機制好得多，另外WinSock 2.0不僅支持TCP/IP協議，而且還支持其它協議(如IPX)。Sockets的唯一缺點是它支持的是底層通信操作，這使得在單機的進程間進行簡單數據傳遞不太方便，這時使用下面將介紹的WM_COPYDATA消息將更合適些。
2.13 WM_COPYDATA消息
WM_COPYDATA是一種非常強大卻鮮爲人知的消息。當一個應用向另一個應用傳送數據時，發送方只需使用調用SendMessage函數，參數是目的窗口的句柄、傳遞數據的起始地址、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，這樣收發雙方就實現了數據共享。
WM_COPYDATA是一種非常簡單的方法，它在底層實際上是通過文件映射來實現的。它的缺點是靈活性不高，並且它只能用於Windows平臺的單機環境下。
3 結束語
Win32 API爲應用程序實現進程間通信提供瞭如此多種選擇方案，那麼開發者如何進行選擇呢？通常在決定使用哪種IPC方法之前應考慮以下一些問題：
(1)應用程序是在網絡環境下還是在單機環境下工作。
附:
在我學windows編程的時候，對進程間如何通信總是感覺很神祕，網絡上介紹的方法很多，但是很少有一個系統的介紹，五花八門的說法讓人總是一頭霧水，在這裏，我整理一下各通信方法，梳理了一下這些方法的優缺點，希望能對各位看官起到拋磚引玉的作用。 非標準的進程間通信技術有：Windows消息，內存映射，內存共享等等。
1. Windows消息實現進程間通信。 消息的接受進程和發送進程都要定義相同的消息。但是，如果發送方僅僅是發送消息，那麼發送方可以不實現消息映射，不用定義消息響應函數。接受方需要定義映射和相應函數。 自定義消息的實現進程間通信的缺陷是，由於消息的傳遞參數是個長整形 lparam， 因此，只能傳遞整形的數據，而不能傳遞字符串。有個可以的思路是，傳遞字符串所在的地址，然後另一個程序通過獲得發送方的進程句柄，用函數ReadProcessMemory與WriteProcessMemory操作發送方的內存空間來讀取內容。
2. 使用MFC定義的WM_COPYDATA消息 該消息其實與普通的自定義消息通信類似，區別是，傳送的是一個指向COPYDATASTRUCT 結構的指針，要傳遞的字符串就保存在這個結構體裏。這個結構的第一個變量 dwData可以設置爲0即可。 這個消息與 上面的那個思路的不同是，獲得了結構體的指針後，接受進程不需要其他的處理就能獲取到指針的數據，就好像在同一個進程裏通信一樣. 另外注意，該消息的接受有時並不能獲得所需要的長度，有可能只接收到了一部分。 因此，該方式只適合於傳遞是少量的數據。
3.使用進程內存讀寫函數 基本上與方法一得後面猜想部分相同。關鍵是，要使用GlobalAlloc()或者VirtualAllocEx來分配內存空間存放數據。把數據寫入接收方的進程內存，然後接着就發消息告訴他數據的地址。由於是在發送方申請的內存，那麼，最好等待sleep一定時間再VirtualFreeEx申請到得內存。 GlobalAlloc()或者VirtualAllocEx可以實現在另一個進程的內存空間來申請內存，這就爲什麼上面能進行的原因。也就是說，發送方並不在自己的內存空間申請內存，而是在接收方進程內存空間來申請內存。然後寫入輸入數據。當然，也可以在發送方的進程空間來申請內存，接收方通過跨進程讀寫的方式來讀。這只是處理方式不同而已。
4.使用內存映射文件的方法 內存映射的好處就是，可以像對待一個文件一樣來對待一塊內存區。文件時可以被不同的進程來讀寫的。既然那塊內存 區像文件一樣，那麼這塊內存區就可以被不同的進程來讀寫。
5.使用DLL進行通信 Win32 DLL 只能共享代碼不能共享數據，不同的進程載入同一個DLL文件，DLL的代碼都只載入了一份到內存，這隻載入一份代碼僅指同一個DLL文件，如果相同的DLL文件在不同的盤符下，也不是同一個DLL，而是同一DLL多個副本。 Win16 DLL 被載入了系統內存，所以調用它的進程都可以訪問到它的全局變量，因此可以很容易的實現進程間通信。但是對於win32 DLL , 操作系統會把該DLL映射到每個調用它的進程的地址空間，DLL成爲該進程的一部分。 可以用下面的方法來將DLL的數據區設置爲共享區。
#pragma data_seg("SHARED") // 定義名爲SHARED的共享數據段
char m_strString[256]=TEXT(""); // 共享的數據。特別要注意需要初始化，因爲編譯器會把未初始化的變量保存在bss數據段。
volatile bool bInCriticalSection=FALSE; // 同步標示
#pragma data_seg()
#pragma comment(linker,"/SECTION:SHARED,RWS") // 將要共享的數據段通知編譯器。
CCriticalSection cs; // 臨界區，控制同步的 上面控制了同步問題。
6.使用操作系統提供的剪貼板實現通信 使用剪貼板是一中開銷較小的進程通信機制。剪貼板機制的原理是，剪貼板是系統預留的一塊全局內存，用來暫存進程間進行數據交換的數據。 提供數據的進程需要先創建一個全局內存塊，然後將要傳送的數據移到或複製到該內存塊。 接收進程需要獲得此內存塊的句柄，完成數據讀取。
下面的程序標明怎麼在剪貼板寫數據
CString strData=m_strClipBoard; // 獲得數據.
// 打開系統剪貼板.
if (!OpenClipboard()) return;
// 使用之前，清空系統剪貼板.
EmptyClipboard();
// 分配一內存，大小等於要拷貝的字符串的大小，返回該內存控制句柄.
HGLOBAL hClipboardData;
hClipboardData = GlobalAlloc(GMEM_DDESHARE, strData.GetLength()+1);
// 內存控制句柄加鎖，返回值爲指向那內存控制句柄所在的特定數據格式的指針.
char * pchData; pchData = (char*)GlobalLock(hClipboardData);
// 將本地變量的值賦給全局內存.
strcpy(pchData, LPCSTR(strData));
// 給加鎖的全局內存控制句柄解鎖.
GlobalUnlock(hClipboardData);
// 通過全局內存句柄將要拷貝的數據放到剪貼板上.
SetClipboardData(CF_TEXT,hClipboardData);
// 使用完後關閉剪貼板.
CloseClipboard();
從剪貼板讀取數據的代碼如下：
// 打開系統剪貼板.
if (!OpenClipboard()) return;
// 判斷剪貼板上的數據是否是指定的數據格式.
if (IsClipboardFormatAvailable(CF_TEXT)|| IsClipboardFormatAvailable(CF_OEMTEXT)) {
// 從剪貼板上獲得數據.
HANDLE hClipboardData = GetClipboardData(CF_TEXT);
// 通過給內存句柄加鎖，獲得指向指定格式數據的指針.
char *pchData = (char*)GlobalLock(hClipboardData);
// 本地變量獲得數據.
m_strClipBoard = pchData;
// 給內存句柄解鎖.
GlobalUnlock(hClipboardData);
}
else
{
AfxMessageBox("There is no text (ANSI) data on the Clipboard."); }
// 使用完後關閉剪貼板.
CloseClipboard();
// 更新數據.
UpdateData(FALSE);
7.DDE （Dynamic Data Exchange）動態數據交換 目前微軟已經停止了開發這種技術，僅僅保留了支持。 高級通信技術 前面都是幾種基本的進程通信技術，消息管道（Message Pipes）, 郵槽（Mail slots）， 和套接字（Sockets）則是實際比較常見的方法，這幾種高級通信除了可以像上面的方法樣實現本地系統進程間的通信，也可以用於遠程不同系統間的通信。
8. 消息管道 Message Pipes又分爲匿名管道(anonymous Pipes),和 命名管道（Named Pipes）, 匿名管道主要用於本地系統上父進程與他啓動的子進程間的通信。命名管道高級些，可以再不同的系統上的進程間通信，因爲UNIX, LINUX等都支持這項技術，因此，命名管道技術是比較理想的C/S結構通信技術。 命名管道原理是，一個進程把數據放進管道中，另一個知道管道名字的經常來把數據取走。其他不知道管道名字的進程不可能能把數據取走。 因此，管道實際上就是一塊進程間的共享內存。 創建管道的進程叫管道服務器，鏈接管道的進程就是客戶機。創建管道的函數是HANDLE CreateNamedPipe(….); 連接管道 CallNamedPipe(); 讀入或寫入數據後腰關閉它 ConnectNamedPipe(); 服務器準備好一個連接到客戶進程的管道，並一直等待知道客戶連接上爲止。 DisconnectNamedPipe(); 服務器中斷與客戶的連接 GetNamedPipeHandleState(); 獲取一個命名管道的狀態信息 GetNamedPipeInfo();獲取一個命名管道的信息 PeekNamedPipe(); 從一個管道中複製數據到一個緩衝區 SetNamedPipeHandleState(); 設置一個管道的狀態信息以及管道類型 TransactNamedPipe(); 從一個消息管道讀消息或寫消息 WaitNamedPipe(); 使服務器等待來自客戶的實例連接。 管道通信基本流程
（1）連接建立 服務器端通過ConnectNamedPipe函數建立以個命名管道實例，然後通過ConnectNamedPipe()函數來偵聽來自客戶端得請求。這個函數可以設置等待時間。 客戶端只需使用函數WaitNamedPipe()來連接服務器。
（2）通信實現 建立連接後，就可以通過得到管道的文件句柄利用ReadFile()與WriteFile()進行彼此間的通信。
（3）連接終止 客戶端調用CloseFile(), 服務器端調用DisconnectNamedPipe()終止連接。且都需要CloseHandle來關閉管道。
9.郵槽通信
10.套接字通信 套接字通信過程可簡單的描述爲，主要調用5個函數，socket(),bind(), Listen(), connect(), accept(). 服務器端主要調用socket(),bind(), Listen(),accept()。 客戶端主要調用socket(),connect()。 雙方的數據傳送就是通過send() 與recv()完成。 套接字類型主要有5種，SOCK_STREAM, SOCK_DGRAM, SOCK_RAW, SOCK_SEQPACKET, SOCK_RDM.
10.1 Winsock 程序設計流程
（1）程序編譯環境 有兩套函數進行Winsock程序設計，Socket1.1 與Socket2.0. 可以靈活混用。Socket2.0得功能較爲強大。 包含其中一個頭文件及其對應的庫文件即可。
// Socket2.0
#include
#pragma comment (lib, “ws2_32.lib”);
// Socket1.1
#include
#pragma comment (lib, “wsock32.lib”);
（2）選擇機制（異步？非阻塞？） 默認情況下都是創建的阻塞套接字。可以通過select或者WSAAsynSelect()函數將其變爲非阻塞的。特別注意，用這個函數改爲非阻塞後，不能簡單的利用ioctlsocket()將它再變爲阻塞模式。也就是說這兩個函數改變阻塞模式是由區別的。ioctlsocket()是將異步模式的套接字再改回阻塞模式，但之前要調用WSAAsynSelect()取消所有的異步事件,WSAAsynSelect(s,hWnd,0,0);
（3）啓動與終止 啓動函數WSAStartup()建立於Winsock DLL 的連接， 終止函數WSAClearup()終止該DLL，這兩個函數必須成對使用。
（4）出錯處理 Winsock爲了與以後的多線程環境相兼容，提供了兩個出錯處理函數來獲取和設置當前線程的最近錯誤號，即WSAGetLastError()和WSASetLastError();