Windows下程序間通信及資料共享

程序是裝入記憶體并準備執行的程式，每個程序都有私有的虛拟位址空間，由代碼、資料以及它可利用的系統資源(如檔案、管道等)組成。

多程序/多線程是windows作業系統的一個基本特征。microsoft win32應用程式設計接口(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序間通信(interprocess communication, ipc)，程序通信就是指不同程序間進行資料共享和資料交換。

　　檔案映射(memory-mapped files)能使程序把檔案内容當作程序位址區間一塊記憶體那樣來對待。是以，程序不必使用檔案i/o操作，隻需簡單的指針操作就可讀取和修改檔案的内容。

win32 api允許多個程序通路同一檔案映射對象，各個程序在它自己的位址空間裡接收記憶體的指針。通過使用這些指針，不同程序就可以讀或修改檔案的内容，實作了對檔案中資料的共享。

應用程式有三種方法來使多個程序共享一個檔案映射對象。

(1)繼承：第一個程序建立檔案映射對象，它的子程序繼承該對象的句柄。

(2)命名檔案映射：第一個程序在建立檔案映射對象時可以給該對象指定一個名字(可與檔案名不同)。第二個程序可通過這個名字打開此檔案映射對象。另外，第一個程序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序。

(3)句柄複制：第一個程序建立檔案映射對象，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程序。第二個程序複制該句柄就取得對該檔案映射對象的通路權限。

檔案映射是在多個程序間共享資料的非常有效方法，有較好的安全性。但檔案映射隻能用于本地機器的程序之間，不能用于網絡中，而開發者還必須控制程序間的同步。

　　win32 api中共享記憶體(shared memory)實際就是檔案映射的一種特殊情況。程序在建立檔案映射對象時用0xffffffff來代替檔案句柄(handle)，就表示了對應的檔案映射對象是從作業系統頁面檔案通路記憶體，其它程序打開該檔案映射對象就可以通路該記憶體塊。由于共享記憶體是用檔案映射實作的，是以它也有較好的安全性，也隻能運作于同一計算機上的程序之間。

　　管道(pipe)是一種具有兩個端點的通信通道：有一端句柄的程序可以和有另一端句柄的程序通信。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 在父程序和子程序之間，或同一父程序的兩個子程序之間傳輸資料的無名字的單向管道。通常由父程序建立管道，然後由要通信的子程序繼承通道的讀端點句柄或寫 端點句柄，然後實作通信。父程序還可以建立兩個或更多個繼承匿名管道讀和寫句柄的子程序。這些子程序可以使用管道直接通信，不需要通過父程序。

匿名管道是單機上實作子程序标準i/o重定向的有效方法，它不能在網上使用，也不能用于兩個不相關的程序之間。

　　命名管道(named pipe)是伺服器程序和一個或多個客戶程序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的程序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，任何程序都可以通過該名字打開管道的另一端，根據給定的權限和伺服器程序通信。

命名管道提供了相對簡單的程式設計接口，使通過網絡傳輸資料并不比同一計算機上兩程序之間通信更困難，不過如果要同時和多個程序通信它就力不從心了。

　　郵件槽(mailslots)提供程序間單向通信能力，任何程序都能建立郵件槽成為郵件槽伺服器。其它程序，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序發送消息。進來的消 息一直放在郵件槽中，直到伺服器程序讀取它為止。一個程序既可以是郵件槽伺服器也可以是郵件槽客戶，是以可建立多個郵件槽實作程序間的雙向通信。

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位元組，非廣播消息的長度則受郵件槽伺服器指定的最大消息長度的限制。

郵件槽與命名管道相似，不過它傳輸資料是通過不可靠的資料報(如tcp/ip協定中的udp包)完成的，一旦網絡發生錯誤則無法保證消息正确地接收，而命名管道傳輸資料則是建立在可靠連接配接基礎上的。不過郵件槽有簡化的程式設計接口和給指定網絡區域内的所有計算機廣播消息的能力，是以郵件槽不失為應用程式發送和接收消息的另一種選擇。

　　剪貼闆(clipped board)實質是win32 api中一組用來傳輸資料的函數和消息，為windows應用程式之間進行資料共享提供了一個中介，windows已建立的剪切(複制)－粘貼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切或複制操作時，應用程式把選取的資料用一種或多種格式放在剪貼闆上。然後任何其它應用程式都可以從剪貼闆上拾取資料，從給定格式中選擇适合自己的格式。

剪貼闆是一個非常松散的交換媒介，可以支援任何資料格式，每一格式由一無符号整數辨別，對标準(預定義)剪貼闆格式，該值是win32 api定義的常量；對非标準格式可以使用register clipboard format函數注冊為新的剪貼闆格式。利用剪貼闆進行交換的資料隻需在資料格式上一緻或都可以轉化為某種格式就行。但剪貼闆隻能在基于windows的程式中使用，不能在網絡上使用。

　　動态資料交換(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序間通信形式。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，通過發送更新值在應用程式間動态交換資料。

dde和剪貼闆一樣既支援标準資料格式(如文本、位圖等)，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，一個明顯差別是剪貼闆操作幾乎總是用作對使用者指定操作的一次性應答－如從菜單中選擇paste指令。盡管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幹預。dde有三種資料交換方式：

(1) 冷鍊：資料交換是一次性資料傳輸，與剪貼闆相同。

(2) 溫鍊：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) 熱鍊：當資料交換時伺服器自動給客戶發送資料。

dde交換可以發生在單機或網絡中不同計算機的應用程式之間。開發者還可以定義定制的dde資料格式進行應用程式之間特别目的ipc，它們有更緊密耦合的通信要求。大多數基于windows的應用程式都支援dde。

　　應用程式利用對象連接配接與嵌入(ole)技術管理複合文檔(由多種資料格式組成的文檔)，ole提供使某應用程式更容易調用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嵌套電子表格，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檔中得到更新。在這裡電子表格編輯器變成了字處理器的擴充，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，大多數基于windows的應用程式都支援ole技術。

　　win32動态連接配接庫(dll)中的全局資料可以被調用dll的所有程序共享，這就又給程序間通信開辟了一條新的途徑，當然通路時要注意同步問題。

雖然可以通過dll進行程序間資料共享，但從資料安全的角度考慮，我們并不提倡這種方法，使用帶有通路權限控制的共享記憶體的方法更好一些。

　　win32 api提供的遠端過程調用(rpc)使應用程式可以使用遠端調用函數，這使在網絡上用rpc進行程序通信就像函數調用那樣簡單。rpc既可以在單機不同程序間使用也可以在網絡中使用。

由于win32 api提供的rpc服從osf-dce(open software foundation distributed computing environment)标準。是以通過win32 api編寫的rpc應用程式能與其它作業系統上支援dec的rpc應用程式通信。使用rpc開發者可以建立高性能、緊密耦合的分布式應用程式。

　　win32 api提供netbios函數用于處理低級網絡控制，這主要是為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式，其它應用程式最好不要使用netbios函數來進行程序間通信。

　　windows sockets規範是以u.c.berkeley大學bsd unix中流行的socket接口為範例定義的一套windows下的網絡程式設計接口。除了berkeley socket原有的庫函數以外，還擴充了一組針對windows的函數，使程式員可以充分利用windows的消息機制進行程式設計。

現在通過sockets實作程序通信的網絡應用越來越多，這主要的原因是sockets的跨平台性要比其它ipc機制好得多，另外winsock 2.0不僅支援tcp/ip協定，而且還支援其它協定(如ipx)。sockets的唯一缺點是它支援的是底層通信操作，這使得在單機的程序間進行簡單資料傳遞不太友善，這時使用下面将介紹的wm_copydata消息将更合适些。

　　wm_copydata是一種非常強大卻鮮為人知的消息。當一個應用向另一個應用傳送資料時，發送方隻需使用調用sendmessage函數，參數是目的視窗的句柄、傳遞資料的起始位址、wm_copydata消息。接收方隻需像處理其它消息那樣處理wm_copy data消息，這樣收發雙方就實作了資料共享。

wm_copydata是一種非常簡單的方法，它在底層實際上是通過檔案映射來實作的。它的缺點是靈活性不高，并且它隻能用于windows平台的單機環境下。