Unix和Window平台IPC: 匿名管道

时间：2010-09-02 来源：kgisme170

Unix和Windows平台上，用匿名管道进行IPC的原语几乎是一致的，但是实现非常不一样。举一个例子，如果有一个命令行程序My，从标准输入读取几个整数，把加和输出到标准输出。那么我希望写一个Main程序来调用它，从一个数据文件in.txt读入内容，通过管道给My，再把My的输出通过一个管道写入一个文件out.txt

那么我们需要两个管道：Main写入第一个管道的write端，第一个管道的read端和第二个管道的write端绑定到My，而第二个管道的write端给Main来做输出用。

Unix平台用fork()函数，子进程自动继承了父进程声明的各个管道fd，把子进程的stdin/stdout关闭，用dup2把两个管道绑定到子进程的stdin/stdout，然后用execl执行My，这样就可以实现通信了。注意到，因为从文件读入的时候，一次读入就结束了(虽然是两行，但是还是一次read就结束，同理写入管道的时候也是一次结束。所以主程序的while循环里面，应该只包含从管道读出结果的过程

Windows平台没有fork之后的流程，必须直接CreateProcess。而CreateProcess的参数里面指定了子进程的stdin/stdout是否使用特定的管道句柄。因为Windows平台如果混用Posix C函数和Windows API的话，IO的过程会出现一些不可预料的混乱(Microsoft的常用伎俩: 兼容标准，但是又不那么彻底，想要无误运行，还是依赖Windows API)。所以最好完全使用Win32API来编程。

比较而言，Unix调用是简洁的，优雅的，代码很少。函数符合Kiss原则，用不到的功能，不用去管。但是这样的代价就是会有很多"隐含"的知识，这会导致一些隐含的问题。而Win32 API的风格是"显示"的要去指定所有的参数，没有任何隐含的知识。代价就是代码显得繁琐而且罗嗦。但是，所有的知识都体现在一个调用界面里面，阅读和分析代码，反而变得容易了。值得注意的是，Unix平台的read()是遇到内容结束的时候就退出，而在windows上必须保证写端的句柄已经关闭，否则ReadFile会一直处于阻塞状态。

下面是源代码，先贴出Unix平台的。in.txt的内容是:20 30\n5 6\n

> cat calc.C
#include<iostream.h>
int main(void){
  int a , b;
  while(cin>>a>>b){
    cout<<a+b<<'\n';
  }
  return 0;
}
> cat wrap.C
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
int main(void){
  int p2my[2];
  int my2p[2];
  char bufin[128]="23 35\n1 4\n";
  char bufout[128]={0};
  if(pipe(p2my) || pipe(my2p)){
    printf("pipe failed\n");
    exit(1);
  }
  int pid=fork();
  if(pid<0){
    printf("fork failed\n");
    exit(1);
  }
  if(pid>0){//father

    close(p2my[0]);
    close(my2p[1]);
    int fdin=open("in.txt",O_RDONLY);
    int fdout=open("out.txt",O_RDWR|O_CREAT,O_NONBLOCK);
    int r=read(fdin,bufin,sizeof(bufin));
    write(p2my[1],bufin,sizeof(bufin));
    for(int i=0;i<128;++i){bufout[i]=0;}
    r=read( my2p[0],bufout,sizeof(bufout));
    write(/*STDOUT_FILENO*/fdout, bufout,sizeof(bufout));
    close(fdin);
    close(fdout);
  }else if(pid==0){//child

    close(p2my[1]);
    close(my2p[0]);
    close(0);
    close(1);
    dup2(p2my[0],0);
    dup2(my2p[1],1);
    execl("my",NULL);
  }
  return 0;
}

运行结果，out.txt里面有两个50 11两个数字。

再贴出Windows平台的。注意，如果向标准输入写内容不是Write(STD_OUTPUT_HANDLE)，会有奇怪的IO问题。(使用printf或者cout的话，会导致读取结果的时候，结果不止一行)为了简化，文件IO被stdin/stdout代替。

#include<windows.h>
#include<stdio.h>
int main(){
int a,b;
DWORD dwWrite;
char buf[4];
while(scanf("%d %d",&a,&b)){
  sprintf(buf,"%d,",a+b);
  WriteFile((HANDLE)STD_OUTPUT_HANDLE,buf,strlen(buf),&dwWrite,NULL);
}
return 0;
}

#include<windows.h>
#define BUFSIZE 1024
HANDLE hInRead,hInWrite,hOutRead,hOutWrite;
PROCESS_INFORMATION piProcInfo;
STARTUPINFO siStartInfo;
BOOL fork(char* sCommandLine){//用于创建MyIO进程

ZeroMemory(&piProcInfo, sizeof(PROCESS_INFORMATION));
ZeroMemory(&siStartInfo,sizeof(STARTUPINFO));
siStartInfo.cb=sizeof(STARTUPINFO);
siStartInfo.hStdInput=hInRead;
siStartInfo.hStdOutput=hOutWrite;
siStartInfo.dwFlags=STARTF_USESTDHANDLES;//指定管道为stdin,stdout

return CreateProcess(NULL,sCommandLine,NULL,NULL,TRUE,0,NULL,NULL,&siStartInfo,&piProcInfo);
}
void writePipe(const char* inputFileName){
char buf[BUFSIZE]="\n\n\n\n\n20 30\n50 60\n70 80\n3 9\n4 7\n\0";
DWORD dwRead=strlen(buf),dwWrite=0;
BOOL fOK=WriteFile(hInWrite,buf,dwRead,&dwWrite,NULL);
if(!fOK)exit(1);
CloseHandle(hInWrite);
}
void readPipe(void){//从子进程读出结果，并打印

char buf[BUFSIZE]={0};
DWORD dwRead=0,dwWrite;
ZeroMemory(buf,BUFSIZE);
BOOL fOK=ReadFile(hOutRead,buf,BUFSIZE,&dwRead,NULL);
if(!fOK || !dwRead)exit(1);
WriteFile((HANDLE)STD_OUTPUT_HANDLE,buf,strlen(buf),&dwWrite,NULL);
ZeroMemory(buf,BUFSIZE);
fOK=ReadFile(hOutRead,buf,BUFSIZE,&dwRead,NULL);
if(!fOK || !dwRead)exit(1);
WriteFile((HANDLE)STD_OUTPUT_HANDLE,buf,strlen(buf),&dwWrite,NULL);
}
int main(void){
SECURITY_ATTRIBUTES saAttr;
saAttr.nLength=sizeof(SECURITY_ATTRIBUTES);
saAttr.bInheritHandle=TRUE;
saAttr.lpSecurityDescriptor=NULL;
if(!CreatePipe(&hOutRead,&hOutWrite,&saAttr,0)
  ||!CreatePipe(&hInRead ,&hInWrite ,&saAttr,0)){
  return 1;
}
if(!fork("testChar"))exit(1);
writePipe("inputFile.txt");
readPipe();
return 0;
}