Windows進程間各種通信方式淺談

1 Windows進程間通信的各種方法

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。

a.設定一塊共享內存區域

HANDLE CreateFileMapping(HANDLE,LPSECURITY_ATTRIBUTES, DWORD, DWORD, DWORD, LPCSTR)// 產生一個file-mapping核心對象
LPVOID MapViewOfFile(
HANDLE hFileMappingObject,
DWORD dwDesiredAcess,
DWORD dwFileOffsetHigh,
DWORD dwFileOffsetLow,
DWORD dwNumberOfBytesToMap
);得到共享內存的指針

b.找出共享內存
決定這塊內存要以點對點（peer to peer)的形式呈現每個進程都必須有相同的能力，產生共享內存並將它初始化。每個進程都應該調用CreateFileMapping(),

然後調用GetLastError().如果傳回的錯誤代碼是 ERROR_ALREADY_EXISTS,那麼進程就可以假設這一共享內存區 域已經被別的進程打開並初始化了，

否則該進程就可以合理的認爲自己 排在第 一位，並接下來將共享內存初始化。還是要使用client/server架構中只有server進程才應該產生並初始化共享內存。
所有的進程都應該使用
HANDLE OpenFileMapping(DWORD dwDesiredAccess,
BOOL bInheritHandle,
LPCTSTR lpName);
再調用MapViewOfFile(),取得共享內存的指針


c.同步處理(Mutex)


d.清理(Cleaning up) BOOL UnmapViewOfFile(LPCVOID lpBaseAddress);

CloseHandle()


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；
也可以是雙向的一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個 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。

方法一：WM_COPYDATA
HWND hReceiveDataWindow = FindWindow(NULL,....)
COPYDATASTRUCT data;
data.cbdata = strlen(pStr);
data.lpData = pStr;
SendMessage(hReceiveDataWindow ,WM_COPYDATA,(WPARAM)GetFocus(),(LPARAM)&data);
REF.最簡單的方式
http://www.cppblog.com/TechLab/archive/2005/12/30/2272.aspx


方法二：dll共享
#pragma data_seg (".ASHARE")
int iWhatYouUseInTwo = 0;
#pragma data_seg()


方法三：映象文件
REF.最基礎，效率最高的方法
最好的參考書《Windows核心編程》第17章 內存映射文件
http://blog.codingnow.com/2005/10/interprocess_communications.html

方法四：匿名管道：CreatePipe
方法五：命名管道：createnamedpipe
REF.
http://www.pediy.com/bbshtml/bbs8/pediy8-724.htm

方法六：郵件通道

方法七：網絡接口，socket，但要求有網卡。可以實現不同主機間的IPC
另一篇總結的比較好的文章
http://www.seeitco.com/doc/Html/Visual%20C++/205637623.html


進程通常被定義爲一個正在運行的程序的實例，它由兩個部分組成：
一個是操作系統用來管理進程的內核對象。內核對象也是系統用來存放關於進程的統計信息的地方
另一個是地址空間，它包含所有的可執行模塊或DLL模塊的代碼和數據。它還包含動態分配的空間。
如線程堆棧和堆分配空間。每個進程被賦予它自己的虛擬地址空間，當進程中的一個線程正在運行時，該線程可以訪問只屬於它的進程的內存。
屬於其它進程的內存則是隱藏的，並不能被正在運行的線程訪問。
爲了能在兩個進程之間進行通訊，由以下幾種方法可供參考：

0。剪貼板Clipboard: 在16位時代常使用的方式，CWnd中提供支持

1。窗口消息 標準的Windows消息以及專用的WM_COPYDATA消息 SENDMESSAGE()接收端必須有一個窗口

2。使用共享內存方式（Shared Memory)
a.設定一塊共享內存區域
HANDLE CreateFileMapping(HANDLE,LPSECURITY_ATTRIBUTES, DWORD, DWORD, DWORD, LPCSTR)
產生一個file-mapping核心對象
LPVOID MapViewOfFile(
HANDLE hFileMappingObject,
DWORD dwDesiredAcess,
DWORD dwFileOffsetHigh,
DWORD dwFileOffsetLow,
DWORD dwNumberOfBytesToMap
);
得到共享內存的指針
b.找出共享內存
決定這塊內存要以點對點（peer to peer)的形式呈現
每個進程都必須有相同的能力，產生共享內存並將它初始化。每個進程
都應該調用CreateFileMapping(),然後調用GetLastError().如果傳回的
錯誤代碼是ERROR_ALREADY_EXISTS,那麼進程就可以假設這一共享內存區 域已經被別的進程打開並初始化了，否則該進程就可以合理的認爲自己 排在第 一位，並接下來將共享內存初始化。
還是要使用client/server架構中
只有server進程才應該產生並初始化共享內存。所有的進程都應該使用

HANDLE OpenFileMapping(DWORD dwDesiredAccess,
BOOL bInheritHandle,
LPCTSTR lpName);
再調用MapViewOfFile(),取得共享內存的指針
c.同步處理(Mutex)
d.清理(Cleaning up) BOOL UnmapViewOfFile(LPCVOID lpBaseAddress);
CloseHandle()

3。動態數據交換（DDE）通過維護全局分配內存使的應用程序間傳遞成爲可能
其方式是再一塊全局內存中手工放置大量的數據，然後使用窗口消息傳遞內存 指針.這是16位WIN時代使用的方式，因爲在WIN32下已經沒有全局和局部內存
了，現在的內存只有一種就是虛存。

4。消息管道(Message Pipe)
用於設置應用程序間的一條永久通訊通道，通過該通道可以象自己的應用程序
訪問一個平面文件一樣讀寫數據。
匿名管道(Anonymous Pipes)
單向流動，並且只能夠在同一電腦上的各個進程之間流動。
命名管道(Named Pipes)
雙向，跨網絡，任何進程都可以輕易的抓住，放進管道的數據有固定的格 式，而使用ReadFile()只能讀取該大小的倍數。
可以被使用於I/O Completion Ports

5 郵件槽(Mailslots)
廣播式通信,在32系統中提供的新方法，可以在不同主機間交換數據，在 WIN9X下只支持郵件槽客戶

6。Windows套接字(Windows Socket)
它具備消息管道所有的功能，但遵守一套通信標準使的不同操作系統之上的應 用程序之間可以互相通信。

7。Internet通信 它讓應用程序從Internet地址上載或下載文件

8。RPC：遠程過程調用，很少使用，因其與UNIX的RPC不兼容。

9。串行/並行通信(Serial/Parallel Communication)
它允許應用程序通過串行或並行端口與其他的應用程序通信

10。COM/DCOM

通過COM系統的代理存根方式進行進程間數據交換，但只能夠表現在對接口

函數的調用時傳送數據，通過DCOM可以在不同主機間傳送數據。