ГЛАВА 11 Взаимодействие между процессами
В главе 6 было показано, как создавать процессы и управлять ими, тогда как главы 7—10 были посвящены описанию методов управления потоками, которые выполняются внутри процессов, и объектов, обеспечивающих их синхронизацию. Вместе с тем, если не считать использования разделяемой памяти, мы до сих пор не рассмотрели ни одного из методов взаимодействия между процессами.
Ниже вы ознакомитесь с последовательным межпроцессным взаимодействием (Interprocess Communication, IPC)[30], в котором используются объекты, подобные файлам. Двумя основными механизмами Windows, реализующими IPC, являются анонимные и именованные каналы, доступ к которым осуществляется с помощью уже известных вам функций ReadFile и WriteFile. Простые анонимные каналы являются символьными и работают в полудуплексном режиме. Эти свойства делают их удобными для перенаправления выходных данных одной программы на вход другой, как это обычно делается в UNIX. В первом примере демонстрируется, как реализовать эту возможность.
По сравнению с анонимными каналами возможности именованных каналов гораздо богаче. Они являются дуплексными, ориентированы на обмен сообщениями и обеспечивают взаимодействие через сеть. Кроме того, один именованный канал может иметь несколько открытых дескрипторов. В сочетании с удобными, ориентированными на выполнение транзакций функциями эти возможности делают именованные каналы пригодными для создания клиент-серверных систем. Это демонстрируется во втором из приведенных в настоящей главе примере, представляющем многопоточный клиент-серверный командный процессор, моделируемый в соответствии с рис. 7.1, который привлекался для обсуждения потоков. Каждый из потоков сервера управляет взаимодействием с отдельным клиентом, и для каждой пары "поток/клиент" используется отдельный дескриптор, то есть отдельный экземпляр именованного канала.
Наконец, почтовые ящики обеспечивают широковещательную рассылку сообщений по схеме "один многим", а их использование для расширения возможностей командного процессора демонстрируется в последнем примере.
Анонимные каналы
Анонимные каналы (anonymous channels) Windows обеспечивают однонаправленное (полудуплексное) посимвольное межпроцессное взаимодействие. Каждый канал имеет два дескриптора: дескриптор чтения (read handle) и дескриптор записи (write handle). Функция, с помощью которой создаются анонимные каналы, имеет следующий прототип:
BOOL CreatePipe(PHANDLE phRead, PHANDLE phWrite, LPSECURITY_ATTRIBUTES lpsa, DWORD cbPipe)
Дескрипторы каналов часто бывают наследуемыми; причины этого станут понятными из приведенного ниже примера. Значение параметра cbPipe, указывающее размер канала в байтах, носит рекомендательный характер, причем значению 0 соответствует размер канала по умолчанию.
Чтобы канал можно было использовать для IPC, должен существовать еще один процесс, и для этого процесса требуется один из дескрипторов канала. Предположим, например, что родительскому процессу, вызвавшему функцию CreatePipe, необходимо вывести данные, которые нужны дочернему процессу. Тогда возникает вопрос о том, как передать дочернему процессу дескриптор чтения (phRead). Родительский процесс осуществляет это, устанавливая дескриптор стандартного ввода в структуре STARTUPINFO для дочерней процедуры равным *phRead.
Чтение с использованием дескриптора чтения канала блокируется, если канал пуст. В противном случае в процессе чтения будет воспринято столько байтов, сколько имеется в канале, вплоть до количества, указанного при вызове функции ReadFile. Операция записи в заполненный канал, которая выполняется с использованием буфера в памяти, также будет блокирована.
Наконец, анонимные каналы обеспечивают только однонаправленное взаимодействие. Для двухстороннего взаимодействия необходимы два канала.
Пример: перенаправление ввода/вывода с использованием анонимного канала
В программе 11.1 представлен родительский процесс, который создает два процесса из командной строки и соединяет их каналом. Родительский процесс устанавливает канал и осуществляет перенаправление стандартного ввода/вывода. Обратите внимание на то, каким образом задается свойство наследования дескрипторов анонимного канала и как организуется перенаправление стандартного ввода/вывода на два дочерних процесса; эти методики описаны в главе 6.
Местоположение оператора WriteFile в блоке Program2 на рис. 11.1 справа предполагает, что программа считывает большой объем данных, обрабатывает их, и лишь после этого записывает результаты. Эту запись можно было бы осуществлять и внутри цикла, выводя результаты после каждого считывания.