WIndows进程通信（IPC）之管道通信

 

Windows下用管道通信(pipe)实现进程间数据共享
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。
创建匿名管道：

1. 定义安全属性结构体:

SECURITY_ATTRIBUTES sa;
sa.bInheritHandle = TRUE;//表示可被子进程所继承 
sa.lpSecurityDescriptor = NULL; //安全描述符号一般都设置成NULL，即默认描述符
sa.nLength = sizeof(SECURITY_ATTRIBUTES); //管道长度

 

其中SECURITY_ATTRIBUTES结构体的定义为:

typedef struct _SECURITY_ATTRIBUTES {
DWORD nLength;
LPVOID lpSecurityDescriptor;
BOOL bInheritHandle;
} SECURITY_ATTRIBUTES, *PSECURITY_ATTRIBUTES, *LPSECURITY_ATTRIBUTES;

 

2. 创建管道：

BOOL WINAPI CreatePipe(
PHANDLE hReadPipe,//读取端句柄
PHANDLE hWritePipe,//输入端句柄
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpPipeAttributes,//安全属性
DWORD nSize// 管道的缓冲区容量，NULL表示默认大小
);

 

3. 读取管道内数据：

BOOL ReadFile(
HANDLE hFile,//句柄，可以是标准输入输出流或文件或管道
LPVOID lpBuffer, //读取的数据写入缓冲区
DWORD nNumberOfBytesToRead,//指定读取的字节数
LPDWORD lpNumberOfBytesRead,//实际读取的字节数
LPOVERLAPPED lpOverlapped//用于异步操作,一般置为NULL
);

 

4. 向管道内写入数据:

BOOL WriteFile(
HANDLE hFile,//句柄，同上
LPCVOID lpBuffer,//指定待写入的数据
DWORD nNumberOfBytesToWrite,//写入的数据量
LPDWORDlp NumberOfBytesWritten,//实际要写的数据量
LPOVERLAPPED lpOverlapped//一般置为NULL
);

 

5. 为实现父子进程间的通信，需要对子进程的管道进行重定向：
我们知道创建子进程函数 CreateProcess中有一个参数STARUIINFO,默认情况下子进程的输入输出管道是标准输入输出流，可以通过下面的方法实现管道重定向：

STARTUPINFO si; 
si.hStdInput = hPipeInputRead; //输入由标准输入 -> 从管道中读取 
si.hStdOutput = hPipeOutputWrite; //输出由标准输出 -> 输出到管道 

创建命名管道:
命名管道有点类似我们常听见的服务器端和客户端，管道正好起着传输正如他的名字，命名管道有自己的名字，首先要指定管道名，管道名遵循的格式为:

\\.\pipe\pipename。最多可达256个字符的长度，而且不区分大小写
例如："\\\\.\\pipe\\Name_pipe_demon_get"

服务器端创建命名管道

HANDLE WINAPI CreateNamedPipe(

LPCTSTRlpName,//管道名
DWORD dwOpenMode,//管道打开方式
//PIPE_ACCESS_DUPLEX 该管道是双向的，服务器和客户端进程都可以从管道读取或者向管道写入数据。
//PIPE_ACCESS_INBOUND 该管道中数据是从客户端流向服务端，即客户端只能写，服务端只能读。
//PIPE_ACCESS_OUTBOUND 该管道中数据是从服务端流向客户端，即客户端只能读，服务端只能写。
DWORD dwPipeMode,//管道的模式
//PIPE_TYPE_BYTE 数据作为一个连续的字节数据流写入管道。
//PIPE_TYPE_MESSAGE 数据用数据块（名为“消息”或“报文”）的形式写入管道。
//PIPE_READMODE_BYTE 数据以单独字节的形式从管道中读出。
//PIPE_READMODE_MESSAGE 数据以名为“消息”的数据块形式从管道中读出（要求指定PIPE_TYPE_MESSAGE）。
//PIPE_WAIT 同步操作在等待的时候挂起线程。
//PIPE_NOWAIT 同步操作立即返回。
DWORD nMaxInstances,//表示该管道所能够创建的最大实例数量。必须是1到常数PIPE_UNLIMITED_INSTANCES(255)间的一个值。
DWORD nOutBufferSize,//表示管道的输出缓冲区容量，为0表示使用默认大小。
DWORD nInBufferSize,//表示管道的输入缓冲区容量，为0表示使用默认大小。
DWORD nDefaultTimeOut,//表示管道的默认等待超时。
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes//表示管道的安全属性。
);

 

创建完成后等待连接

BOOL WINAPI ConnectNamedPipe(
HANDLE hNamedPipe,//命名管道句柄
LPOVERLAPPED lpOverlapped//一般为NULL
);

服务器端就绪后，客户端开始连接

BOOL WINAPI WaitNamedPipe(
LPCTSTR lpNamedPipeName,//命名管道名称
DWORD nTimeOut//等待时长
);

 

连接成功后，打开管道进行数据通信,使用CreateFile，ReadFile和WriteFile，前面匿名管道已经给出了具体使用方法。
下面来看一个具体的例子
A程序作为服务器，不断从B程序接收数据，并发送到C程序中：

#include <stdio.h>
#include <conio.h> 
#include <tchar.h>
#include <Windows.h>
#include <process.h>
#include <stdlib.h>
const char *pStrPipeNameGet = "\\\\.\\pipe\\Name_pipe_demon_get";
const char *pStrPipeNameSend = "\\\\.\\pipe\\Name_pipe_demon_send";
const int BUFFER_MAX_LEN = 1024;
char buf[BUFFER_MAX_LEN];
DWORD dwLen;
HANDLE get, mSend, mutex;
LPCRITICAL_SECTION cs;

WCHAR* toWChar(const char *c){
WCHAR wszClassName[256];
memset(wszClassName, 0, sizeof(wszClassName));
MultiByteToWideChar(CP_ACP, 0, c, strlen(c) + 1, wszClassName,
sizeof(wszClassName) / sizeof(wszClassName[0]));
return wszClassName;
}
void beginGetThread(PVOID p){
printf("服务器Get\n");
printf("等待连接......\n");

HANDLE hPipe = CreateNamedPipe(toWChar(pStrPipeNameGet), PIPE_ACCESS_DUPLEX,
PIPE_TYPE_MESSAGE | PIPE_READMODE_MESSAGE | PIPE_WAIT,
PIPE_UNLIMITED_INSTANCES, 0, 0, NMPWAIT_WAIT_FOREVER, 0);
if (ConnectNamedPipe(hPipe, NULL) != NULL)//等待连接。 
{
printf("连接成功，开始接收数据\n");
while (true)
{
WaitForSingleObject(mutex, INFINITE);
EnterCriticalSection(cs);
//接收客户端发送的数据 
ReadFile(hPipe, buf, BUFFER_MAX_LEN, &dwLen, NULL);
printf("接收到来自A的数据长度为%d字节\n", dwLen);
printf("具体数据内容如下：");
int bufSize;
for (bufSize = 0; bufSize < (int)dwLen; bufSize++){
putchar(buf[bufSize]);
}
LeaveCriticalSection(cs);
Sleep(500);
ReleaseSemaphore(mutex, 1, NULL);
putchar('\n');
}
}
else
{
printf("连接失败\n");
}
DisconnectNamedPipe(hPipe);
CloseHandle(hPipe);//关闭管道
}

void beginSendThread(PVOID p){
printf("服务器Send\n");
printf("等待连接......\n");

HANDLE hPipe = CreateNamedPipe(toWChar(pStrPipeNameSend), PIPE_ACCESS_DUPLEX,
PIPE_TYPE_MESSAGE | PIPE_READMODE_MESSAGE | PIPE_WAIT,
PIPE_UNLIMITED_INSTANCES, 0, 0, NMPWAIT_WAIT_FOREVER, 0);
if (ConnectNamedPipe(hPipe, NULL) != NULL)//等待连接。 
{
printf("连接成功，开始发送缓冲区数据至B\n");
while (true)
{
WaitForSingleObject(mutex, INFINITE);
EnterCriticalSection(cs);
WriteFile(hPipe, buf, (int)dwLen, &dwLen, NULL);
LeaveCriticalSection(cs);
Sleep(500);
ReleaseSemaphore(mutex, 1, NULL);
}
}
else
{
printf("连接失败\n");
}
DisconnectNamedPipe(hPipe);
CloseHandle(hPipe);//关闭管道
}
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
cs = (LPCRITICAL_SECTION)malloc(sizeof(LPCRITICAL_SECTION));
InitializeCriticalSection(cs);
mutex = CreateSemaphore(NULL, 1, 1, TEXT("mutex"));
_beginthread(beginGetThread, NULL, NULL);
_beginthread(beginSendThread, NULL, NULL);
Sleep(INFINITE);
DeleteCriticalSection(cs);
return 0;
}

 

B程序不断接收从键盘输入的数据，数据以回车结束，并发送给A

#include <stdio.h>
#include <tchar.h>
#include <Windows.h>
#include <conio.h> 
const char *pStrPipeName = "\\\\.\\pipe\\Name_pipe_demon_get";
const int BUFFER_MAX_LEN = 1024;
char buf[BUFFER_MAX_LEN];

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
printf("按任意键以开始连接Get\n");
_getch();
printf("A开始等待......\n");
if (!WaitNamedPipe(pStrPipeName, NMPWAIT_WAIT_FOREVER))
{
printf("Error! 连接Get失败\n");
return 0;
}
HANDLE hPipe = CreateFile(pStrPipeName, GENERIC_WRITE, 0,
NULL, OPEN_EXISTING, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL);
while (true)
{
printf("请输入要向服务端发送的数据，回车键结束，最大1024个字节\n");
DWORD dwLen = 0;
int bufSize;
for (bufSize = 0; bufSize < BUFFER_MAX_LEN; bufSize++){
buf[bufSize] = getchar();
if (buf[bufSize] == '\n') break;
}
//向服务端发送数据 
if (WriteFile(hPipe, buf, bufSize, &dwLen, NULL)){
printf("数据写入完毕共%d字节\n", dwLen);
}
else
{
printf("数据写入失败\n");
}
Sleep(1000);
}
CloseHandle(hPipe);
return 0;
}

 

C程序接收到从A发送来的数据，并转换成大写写入文件

#include <stdio.h>
#include <tchar.h>
#include <Windows.h>
#include <conio.h> 
const char *pStrPipeName = "\\\\.\\pipe\\Name_pipe_demon_send";
const int BUFFER_MAX_LEN = 1024;
char buf[BUFFER_MAX_LEN];
DWORD dwLen = 0;

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
printf("按任意键以开始连接Send\n");
_getch();
printf("B开始等待......\n");
if (!WaitNamedPipe(pStrPipeName, NMPWAIT_WAIT_FOREVER))
{
printf("Error! 连接Send失败\n");
return 0;
}
HANDLE hPipe = CreateFile(pStrPipeName, GENERIC_READ, 0,
NULL, OPEN_EXISTING, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL);
while (true)
{
// 接收服务端发回的数据
ReadFile(hPipe, buf, BUFFER_MAX_LEN, &dwLen, NULL);//读取管道中的内容（管道是一种特殊的文件） 
printf("接收服务端发来的信息,长度为%d字节\n", dwLen);
printf("具体数据内容如下：");
HANDLE hWrite = CreateFile(_T("data.txt"), GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,
FILE_SHARE_READ, NULL, OPEN_ALWAYS, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL);
for (int j = 0; j <= (int )dwLen; j++){
putchar(buf[j]);
buf[j] = toupper(buf[j]);
}
putchar('\n');
SetFilePointer(hWrite, NULL, NULL, FILE_END);
WriteFile(hWrite, buf, (int)dwLen, NULL, NULL);
WriteFile(hWrite, "\n", 1, NULL, NULL);
CloseHandle(hWrite);
Sleep(1000);
}
CloseHandle(hPipe);
return 0;
}