windows程式間通訊

原文地址：http://blog.csdn.net/weiwangchao_/article/details/7104940

摘 要: 隨著人們對應用程式的要求越來越高，單程式應用在許多場合已不能滿足人們的要求。編寫多程式/多執行緒程式成為現代程式設計的一個重要特點，在多程式程式設計中，程式間的通訊是不可避免的。Microsoft Win32 API提供了多種程式間通訊的方法，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訊方法提供參考。
關鍵詞 程式 程式通訊 IPC Win32 API 

1 程式與程式通訊 

　　程式是裝入記憶體並準備執行的程式，每個程式都有私有的虛擬地址空間，由程式碼、資料以及它可利用的系統資源(如檔案、管道等)組成。多程式/多執行緒是Windows作業系統的一個基本特徵。Microsoft Win32應用程式設計介面(Application Programming Interface, API)提供了大量支援應用程式間資料共享和交換的機制，這些機制行使的活動稱為程式間通訊(InterProcess Communication, IPC)，程式通訊就是指不同程式間進行資料共享和資料交換。
　　正因為使用Win32 API進行程式通訊方式有多種，如何選擇恰當的通訊方式就成為應用開發中的一個重要問題，下面本文將對Win32中程式通訊的幾種方法加以分析和比較。 

2 程式通訊方法 

2.1 檔案對映
　　檔案對映(Memory-Mapped Files)能使程式把檔案內容當作程式地址區間一塊記憶體那樣來對待。因此，程式不必使用檔案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允許多個程式訪問同一檔案對映物件，各個程式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，不同程式就可以讀或修改檔案的內容，實現了對檔案中資料的共享。
　　應用程式有三種方法來使多個程式共享一個檔案對映物件。
　　(1)繼承：第一個程式建立檔案對映物件，它的子程式繼承該物件的控制程式碼。
　　(2)命名檔案對映：第一個程式在建立檔案對映物件時可以給該物件指定一個名字(可與檔名不同)。第二個程式可通過這個名字開啟此檔案對映物件。另外，第一個程式也可以通過一些其它IPC機制(有名管道、郵件槽等)把名字傳給第二個程式。
　　(3)控制程式碼複製：第一個程式建立檔案對映物件，然後通過其它IPC機制(有名管道、郵件槽等)把物件控制程式碼傳遞給第二個程式。第二個程式複製該控制程式碼就取得對該檔案對映物件的訪問許可權。
　　檔案對映是在多個程式間共享資料的非常有效方法，有較好的安全性。但檔案對映只能用於本地機器的程式之間，不能用於網路中，而開發者還必須控制程式間的同步。

2.2 共享記憶體
　　Win32 API中共享記憶體(Shared Memory)實際就是檔案對映的一種特殊情況。程式在建立檔案對映物件時用0xFFFFFFFF來代替檔案控制程式碼(HANDLE)，就表示了對應的檔案對映物件是從作業系統頁面檔案訪問記憶體，其它程式開啟該檔案對映物件就可以訪問該記憶體塊。由於共享記憶體是用檔案對映實現的，所以它也有較好的安全性，也只能執行於同一計算機上的程式之間。

2.3 匿名管道
　　管道(Pipe)是一種具有兩個端點的通訊通道：有一端控制程式碼的程式可以和有另一端控制程式碼的程式通訊。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 在父程式和子程式之間，或同一父程式的兩個子程式之間傳輸資料的無名字的單向管道。通常由父程式建立管道，然後由要通訊的子程式繼承通道的讀端點控制程式碼或寫 端點控制程式碼，然後實現通訊。父程式還可以建立兩個或更多個繼承匿名管道讀和寫控制程式碼的子程式。這些子程式可以使用管道直接通訊，不需要通過父程式。
　　匿名管道是單機上實現子程式標準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程式之間。

2.4 命名管道
　　命名管道(Named Pipe)是伺服器程式和一個或多個客戶程式之間通訊的單向或雙向管道。不同於匿名管道的是命名管道可以在不相關的程式之間和不同計算機之間使用，伺服器建立命名管道時給它指定一個名字，任何程式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程式通訊。
　　命名管道提供了相對簡單的程式設計介面，使通過網路傳輸資料並不比同一計算機上兩程式之間通訊更困難，不過如果要同時和多個程式通訊它就力不從心了。

2.5 郵件槽
　　郵件槽(Mailslots)提供程式間單向通訊能力，任何程式都能建立郵件槽成為郵件槽伺服器。其它程式，稱為郵件槽客戶，可以通過郵件槽的名字給郵件槽伺服器程式傳送訊息。進來的消 息一直放在郵件槽中，直到伺服器程式讀取它為止。一個程式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程式間的雙向通訊。
　　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路區域中所有計算機上有同樣名字的郵件槽傳送訊息。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。
　　郵件槽與命名管道相似，不過它傳輸資料是通過不可靠的資料包(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，而命名管道傳輸資料則是建立在可靠連線基礎上的。不過郵件槽有簡化的程式設計介面和給指定網路區域內的所有計算機廣播訊息的能力，所以郵件槽不失為應用程式傳送和接收訊息的另一種選擇。

2.6 剪貼簿
　　剪貼簿(Clipped Board)實質是Win32 API中一組用來傳輸資料的函式和訊息，為Windows應用程式之間進行資料共享提供了一箇中介，Windows已建立的剪下(複製)－貼上的機制為不同應用程式之間共享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，每一格式由一無符號整數標識，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函式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。

2.7 動態資料交換
　　動態資料交換(DDE)是使用共享記憶體在應用程式之間進行資料交換的一種程式間通訊形式。應用程式可以使用DDE進行一次性資料傳輸，也可以當出現新資料時，通過傳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(如文字、點陣圖等)，又可以支援自己定義的資料格式。但它們的資料傳輸機制卻不同，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－如從選單中選擇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干預。DDE有三種資料交換方式：
　　(1) 冷鏈：資料交換是一次性資料傳輸，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傳送資料。
　　DDE交換可以發生在單機或網路中不同計算機的應用程式之間。開發者還可以定義定製的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。

2.8 物件連線與嵌入
　　應用程式利用物件連線與嵌入(OLE)技術管理複合文件(由多種資料格式組成的文件)，OLE提供使某應用程式更容易呼叫其它應用程式進行資料編輯的服務。例如，OLE支援的字處理器可以巢狀電子表格，當使用者要編輯電子表格時OLE庫可自動啟動電子表格編輯器。當使用者退出電子表格編輯器時，該表格已在原始字處理器文件中得到更新。在這裡電子表格編輯器變成了字處理器的擴充套件，而如果使用DDE，使用者要顯式地啟動電子表格編輯器。
　　同DDE技術相同，大多數基於Windows的應用程式都支援OLE技術。

2.9 動態連線庫
　　Win32動態連線庫(DLL)中的全域性資料可以被呼叫DLL的所有程式共享，這就又給程式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進行程式間資料共享，但從資料安全的角度考慮，我們並不提倡這種方法，使用帶有訪問許可權控制的共享記憶體的方法更好一些。

2.10 遠端過程呼叫
　　Win32 API提供的遠端過程呼叫(RPC)使應用程式可以使用遠端呼叫函式，這使在網路上用RPC進行程式通訊就像函式呼叫那樣簡單。RPC既可以在單機不同程式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開發者可以建立高效能、緊密耦合的分散式應用程式。

2.11 NetBios函式
　　Win32 API提供NetBios函式用於處理低階網路控制，這主要是為IBM NetBios系統編寫與Windows的介面。除非那些有特殊低階網路功能要求的應用程式，其它應用程式最好不要使用NetBios函式來進行程式間通訊。

2.12 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下的網路程式設計介面。除了Berkeley Socket原有的庫函式以外，還擴充套件了一組針對Windows的函式，使程式設計師可以充分利用Windows的訊息機制進行程式設計。
　　現在通過Sockets實現程式通訊的網路應用越來越多，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，這使得在單機的程式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。

2.13 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，傳送方只需使用呼叫SendMessage函式，引數是目的視窗的控制程式碼、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享。
　　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映來實現的。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為應用程式實現程式間通訊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)應用程式是在網路環境下還是在單機環境下工作。

附:

在我學windows程式設計的時候，對程式間如何通訊總是感覺很神祕，網路上介紹的方法很多，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，在這裡，我整理一下各通訊方法，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。 非標準的程式間通訊技術有：Windows訊息，記憶體對映，記憶體共享等等。

1. Windows訊息實現程式間通訊。 訊息的接受程式和傳送程式都要定義相同的訊息。但是，如果傳送方僅僅是傳送訊息，那麼傳送方可以不實現訊息對映，不用定義訊息響應函式。接受方需要定義對映和相應函式。 自定義訊息的實現程式間通訊的缺陷是，由於訊息的傳遞引數是個長整形 lparam， 因此，只能傳遞整形的資料，而不能傳遞字串。有個可以的思路是，傳遞字串所在的地址，然後另一個程式通過獲得傳送方的程式控制程式碼，用函式ReadProcessMemory與WriteProcessMemory操作傳送方的記憶體空間來讀取內容。

2. 使用MFC定義的WM_COPYDATA訊息 該訊息其實與普通的自定義訊息通訊類似，區別是，傳送的是一個指向COPYDATASTRUCT 結構的指標，要傳遞的字串就儲存在這個結構體裡。這個結構的第一個變數 dwData可以設定為0即可。 這個訊息與 上面的那個思路的不同是，獲得了結構體的指標後，接受程式不需要其他的處理就能獲取到指標的資料，就好像在同一個程式裡通訊一樣. 另外注意，該訊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資料。

3.使用程式記憶體讀寫函式 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來分配記憶體空間存放資料。把資料寫入接收方的程式記憶體，然後接著就發訊息告訴他資料的地址。由於是在傳送方申請的記憶體，那麼，最好等待sleep一定時間再VirtualFreeEx申請到得記憶體。 GlobalAlloc()或者VirtualAllocEx可以實現在另一個程式的記憶體空間來申請記憶體，這就為什麼上面能進行的原因。也就是說，傳送方並不在自己的記憶體空間申請記憶體，而是在接收方程式記憶體空間來申請記憶體。然後寫入輸入資料。當然，也可以在傳送方的程式空間來申請記憶體，接收方通過跨程式讀寫的方式來讀。這只是處理方式不同而已。

4.使用記憶體對映檔案的方法 記憶體對映的好處就是，可以像對待一個檔案一樣來對待一塊記憶體區。檔案時可以被不同的程式來讀寫的。既然那塊記憶體 區像檔案一樣，那麼這塊記憶體區就可以被不同的程式來讀寫。

5.使用DLL進行通訊 Win32 DLL 只能共享程式碼不能共享資料，不同的程式載入同一個DLL檔案，DLL的程式碼都只載入了一份到記憶體，這隻載入一份程式碼僅指同一個DLL檔案，如果相同的DLL檔案在不同的碟符下，也不是同一個DLL，而是同一DLL多個副本。 Win16 DLL 被載入了系統記憶體，所以呼叫它的程式都可以訪問到它的全域性變數，因此可以很容易的實現程式間通訊。但是對於win32 DLL , 作業系統會把該DLL對映到每個呼叫它的程式的地址空間，DLL成為該程式的一部分。 可以用下面的方法來將DLL的資料區設定為共享區。 

#pragma data_seg("SHARED") // 定義名為SHARED的共享資料段 

char m_strString[256]=TEXT(""); // 共享的資料。特別要注意需要初始化，因為編譯器會把未初始化的變數儲存在bss資料段。 

volatile bool bInCriticalSection=FALSE; // 同步標示 

#pragma data_seg()

 #pragma comment(linker,"/SECTION:SHARED,RWS") // 將要共享的資料段通知編譯器。 

CCriticalSection cs; // 臨界區，控制同步的 上面控制了同步問題。

6.使用作業系統提供的剪貼簿實現通訊 使用剪貼簿是一中開銷較小的程式通訊機制。剪貼簿機制的原理是，剪貼簿是系統預留的一塊全域性記憶體，用來暫存程式間進行資料交換的資料。 提供資料的程式需要先建立一個全域性記憶體塊，然後將要傳送的資料移到或複製到該記憶體塊。 接收程式需要獲得此記憶體塊的控制程式碼，完成資料讀取。 

下面的程式標明怎麼在剪貼簿寫資料 

CString strData=m_strClipBoard; // 獲得資料. 

// 開啟系統剪貼簿. 

if (!OpenClipboard()) return; 

// 使用之前，清空系統剪貼簿. 

EmptyClipboard(); 

// 分配一記憶體，大小等於要拷貝的字串的大小，返回該記憶體控制控制程式碼. 

HGLOBAL hClipboardData; 

hClipboardData = GlobalAlloc(GMEM_DDESHARE, strData.GetLength()+1);

 // 記憶體控制控制程式碼加鎖，返回值為指向那記憶體控制控制程式碼所在的特定資料格式的指標. 

char * pchData; pchData = (char*)GlobalLock(hClipboardData); 

// 將本地變數的值賦給全域性記憶體. 

strcpy(pchData, LPCSTR(strData));

 // 給加鎖的全域性記憶體控制控制程式碼解鎖. 

GlobalUnlock(hClipboardData); 

// 通過全域性記憶體控制程式碼將要拷貝的資料放到剪貼簿上. 

SetClipboardData(CF_TEXT,hClipboardData); 

// 使用完後關閉剪貼簿. 

CloseClipboard(); 

從剪貼簿讀取資料的程式碼如下：

// 開啟系統剪貼簿. 

if (!OpenClipboard()) return; 

// 判斷剪貼簿上的資料是否是指定的資料格式. 

if (IsClipboardFormatAvailable(CF_TEXT)|| IsClipboardFormatAvailable(CF_OEMTEXT)) { 

// 從剪貼簿上獲得資料. 

HANDLE hClipboardData = GetClipboardData(CF_TEXT); 

// 通過給記憶體控制程式碼加鎖，獲得指向指定格式資料的指標. 

char *pchData = (char*)GlobalLock(hClipboardData);

 // 本地變數獲得資料. 

m_strClipBoard = pchData; 

// 給記憶體控制程式碼解鎖. 

GlobalUnlock(hClipboardData); 

} 

else

 {

 AfxMessageBox("There is no text (ANSI) data on the Clipboard."); } 

// 使用完後關閉剪貼簿. 

CloseClipboard(); 

// 更新資料.

 UpdateData(FALSE);

7.DDE （Dynamic Data Exchange）動態資料交換 目前微軟已經停止了開發這種技術，僅僅保留了支援。 高階通訊技術 前面都是幾種基本的程式通訊技術，訊息管道（Message Pipes）, 郵槽（Mail slots）， 和套接字（Sockets）則是實際比較常見的方法，這幾種高階通訊除了可以像上面的方法樣實現本地系統程式間的通訊，也可以用於遠端不同系統間的通訊。

8. 訊息管道 Message Pipes又分為匿名管道(anonymous Pipes),和 命名管道（Named Pipes）, 匿名管道主要用於本地系統上父程式與他啟動的子程式間的通訊。命名管道高階些，可以再不同的系統上的程式間通訊，因為UNIX, LINUX等都支援這項技術，因此，命名管道技術是比較理想的C/S結構通訊技術。 命名管道原理是，一個程式把資料放進管道中，另一個知道管道名字的經常來把資料取走。其他不知道管道名字的程式不可能能把資料取走。 因此，管道實際上就是一塊程式間的共享記憶體。 建立管道的程式叫管道伺服器，連結管道的程式就是客戶機。建立管道的函式是HANDLE CreateNamedPipe(….); 連線管道 CallNamedPipe(); 讀入或寫入資料後腰關閉它 ConnectNamedPipe(); 伺服器準備好一個連線到客戶程式的管道，並一直等待知道客戶連線上為止。 DisconnectNamedPipe(); 伺服器中斷與客戶的連線 GetNamedPipeHandleState(); 獲取一個命名管道的狀態資訊 GetNamedPipeInfo();獲取一個命名管道的資訊 PeekNamedPipe(); 從一個管道中複製資料到一個緩衝區 SetNamedPipeHandleState(); 設定一個管道的狀態資訊以及管道型別 TransactNamedPipe(); 從一個訊息管道讀訊息或寫訊息 WaitNamedPipe(); 使伺服器等待來自客戶的例項連線。 管道通訊基本流程 

（1）連線建立 伺服器端通過ConnectNamedPipe函式建立以個命名管道例項，然後通過ConnectNamedPipe()函式來偵聽來自客戶端得請求。這個函式可以設定等待時間。 客戶端只需使用函式WaitNamedPipe()來連線伺服器。

（2）通訊實現 建立連線後，就可以通過得到管道的檔案控制程式碼利用ReadFile()與WriteFile()進行彼此間的通訊。 

（3）連線終止 客戶端呼叫CloseFile(), 伺服器端呼叫DisconnectNamedPipe()終止連線。且都需要CloseHandle來關閉管道。

9.郵槽通訊

10.套接字通訊 套接字通訊過程可簡單的描述為，主要呼叫5個函式，socket(),bind(), Listen(), connect(), accept(). 伺服器端主要呼叫socket(),bind(), Listen(),accept()。 客戶端主要呼叫socket(),connect()。 雙方的資料傳送就是通過send() 與recv()完成。 套接字型別主要有5種，SOCK_STREAM, SOCK_DGRAM, SOCK_RAW, SOCK_SEQPACKET, SOCK_RDM. 

10.1 Winsock 程式設計流程 

（1）程式編譯環境 有兩套函式進行Winsock程式設計，Socket1.1 與Socket2.0. 可以靈活混用。Socket2.0得功能較為強大。 包含其中一個標頭檔案及其對應的庫檔案即可。 

// Socket2.0 

#include 

#pragma comment (lib, “ws2_32.lib”); 

// Socket1.1 

#include 

#pragma comment (lib, “wsock32.lib”); 

（2）選擇機制（非同步？非阻塞？） 預設情況下都是建立的阻塞套接字。可以通過select或者WSAAsynSelect()函式將其變為非阻塞的。特別注意，用這個函式改為非阻塞後，不能簡單的利用ioctlsocket()將它再變為阻塞模式。也就是說這兩個函式改變阻塞模式是由區別的。ioctlsocket()是將非同步模式的套接字再改回阻塞模式，但之前要呼叫WSAAsynSelect()取消所有的非同步事件,WSAAsynSelect(s,hWnd,0,0); 

（3）啟動與終止 啟動函式WSAStartup()建立於Winsock DLL 的連線， 終止函式WSAClearup()終止該DLL，這兩個函式必須成對使用。 

（4）出錯處理 Winsock為了與以後的多執行緒環境相相容，提供了兩個出錯處理函式來獲取和設定當前執行緒的最近錯誤號，即WSAGetLastError()和WSASetLastError();