Windows 管道（Anonymous Pipe）笔记
1. 基本概念
- Windows 的匿名管道，就是从操作系统教科书上学到的那个最经典、最传统的“管道”概念。从它的API名就可以看出
CreatePipe()。匿名管道就是传统意义上的管道，下面用“管道”指代匿名管道
- 其本质是父进程与子进程之间的一块共享内存，用于实现进程间的单向数据通信。
- 不是说数据必须从父进程流向子进程，管道不是这样设计的。管道就是一块共享内存，只不过这块共享内存只能从写句柄写入，从读句柄读取。子进程和父进程一样都能通过句柄读写管道。
- 命名管道是管道的增强版，支持更多功能，但不同操作系统的实现有所差异（Windows 与 Linux 不同）。
注意：下文中的“管道”如无特殊说明，均指匿名管道。
2. 管道对象的内部结构
Windows 内核中的管道对象可以抽象为以下结构：
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| 内核中的管道对象（共享内存）：
┌─────────────────────────────┐
│ 管道缓冲区 │
│ [数据流向: 写端 → 读端] │
│ │
│ 写端引用计数: 2 │
│ 读端引用计数: 2 │
└─────────────────────────────┘
↑ ↑
│ │
┌────┴────┐ ┌────┴────┐
│ 写句柄 │ │ 读句柄 │
│hWritePipe│ │hReadPipe │
│只写权限 │ │只读权限 │
└────┬────┘ └────┬────┘
│ │
父进程持有 父进程持有
子进程继承 子进程继承
|
- 管道的读写两端均有引用计数，父进程和子进程各持有一份句柄。
- 当所有写句柄被关闭时，读操作会失败或返回 EOF；同理，所有读句柄关闭后，写操作将失败。
3. 核心 API
3.1 创建管道：CreatePipe
- 用于创建匿名管道，返回读句柄和写句柄。
- 可通过
SECURITY_ATTRIBUTES 控制句柄是否可被子进程继承。
3.2 创建子进程：CreateProcessW
函数原型（关键参数说明）：
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| WINBASEAPI
BOOL
WINAPI
CreateProcessW(
_In_opt_ LPCWSTR lpApplicationName,
_Inout_opt_ LPWSTR lpCommandLine,
_In_opt_ LPSECURITY_ATTRIBUTES lpProcessAttributes,
_In_opt_ LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,
_In_ BOOL bInheritHandles,
_In_ DWORD dwCreationFlags,
_In_opt_ LPVOID lpEnvironment,
_In_opt_ LPCWSTR lpCurrentDirectory,
_In_ LPSTARTUPINFOW lpStartupInfo,
_Out_ LPPROCESS_INFORMATION lpProcessInformation
);
|
使用 STARTUPINFOW 结构时，必须设置 dwFlags = STARTF_USESTDHANDLES，并将 hStdInput、hStdOutput、hStdError 重定向到管道句柄，以实现子进程的标准 I/O 重定向。
| 参数 |
类型 |
方向 |
说明 |
lpApplicationName |
LPCWSTR |
输入（可选） |
要执行的 .exe 文件完整路径。若为 NULL，则从 lpCommandLine 中提取可执行文件名。若包含路径则直接使用，否则按系统搜索顺序查找。 |
lpCommandLine |
LPWSTR |
输入/输出（可选） |
命令行字符串（会被修改，不能传常量）。可包含程序名和参数。若 lpApplicationName 为 NULL，则此字符串的第一个标记作为可执行文件名。 |
lpProcessAttributes |
LPSECURITY_ATTRIBUTES |
输入（可选） |
进程的安全描述符，决定返回的进程句柄是否可被子进程继承。为 NULL 时使用默认安全性且句柄不可继承。 |
lpThreadAttributes |
LPSECURITY_ATTRIBUTES |
输入（可选） |
主线程的安全描述符，决定返回的线程句柄是否可被子进程继承。为 NULL 时使用默认安全性且句柄不可继承。 |
bInheritHandles |
BOOL |
输入 |
若为 TRUE，子进程将继承父进程中所有标记为可继承的句柄。 |
dwCreationFlags |
DWORD |
输入 |
控制进程创建方式，常用值：CREATE_SUSPENDED（挂起主线程）、CREATE_NEW_CONSOLE（新建控制台窗口）等。 |
lpEnvironment |
LPVOID |
输入（可选） |
新进程的环境块（以 \0\0 结尾的字符串列表）。为 NULL 时使用调用进程的环境块。 |
lpCurrentDirectory |
LPCWSTR |
输入（可选） |
新进程的当前工作目录路径。为 NULL 时使用调用进程的当前工作目录。 |
lpStartupInfo |
LPSTARTUPINFOW |
输入（必须） |
指定新进程的主窗口外观、标准句柄重定向等启动信息。调用前必须用 ZeroMemory 初始化并设置 cb 成员。 |
lpProcessInformation |
LPPROCESS_INFORMATION |
输出（必须） |
返回新进程和主线程的句柄及 ID。调用成功后必须调用 CloseHandle 关闭 hProcess 和 hThread，避免资源泄漏。 |
4. 代码示例
4.1 父进程代码（服务端）
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| HANDLE hReadPipe;
HANDLE hWritePipe;
void CAnonyPipeServerDlg::OnBnClickedButtonCreate()
{
SECURITY_ATTRIBUTES pipeSecurityAttributes;
pipeSecurityAttributes.bInheritHandle = TRUE;
pipeSecurityAttributes.lpSecurityDescriptor = NULL;
pipeSecurityAttributes.nLength = sizeof(SECURITY_ATTRIBUTES);
BOOL bRet = CreatePipe(&hReadPipe, &hWritePipe, &pipeSecurityAttributes, 0);
if (!bRet) {
MessageBox(TEXT("匿名管道创建失败"));
return;
}
STARTUPINFO strStartUpInfo = {0};
strStartUpInfo.cb = sizeof(STARTUPINFO);
strStartUpInfo.dwFlags = STARTF_USESTDHANDLES;
strStartUpInfo.hStdInput = hReadPipe;
strStartUpInfo.hStdOutput = hWritePipe;
strStartUpInfo.hStdError = GetStdHandle(STD_ERROR_HANDLE);
PROCESS_INFORMATION processInformation = {0};
bRet = CreateProcess(
NULL,
TEXT("AnonyPipeChildProcess.exe"),
NULL,
NULL,
TRUE,
CREATE_NO_WINDOW,
NULL,
NULL,
&strStartUpInfo,
&processInformation
);
if (bRet) {
CloseHandle(processInformation.hProcess);
CloseHandle(processInformation.hThread);
processInformation.dwProcessId = 0;
processInformation.dwThreadId = 0;
processInformation.hThread = NULL;
processInformation.hProcess = NULL;
} else {
CloseHandle(hReadPipe);
CloseHandle(hWritePipe);
hReadPipe = NULL;
hWritePipe = NULL;
MessageBox(TEXT("创建子进程失败"));
}
}
void CAnonyPipeServerDlg::OnBnClickedButtonSend()
{
char szSendBuf[100] = "我是父进程";
DWORD dwWriteNum;
if (!WriteFile(hWritePipe, szSendBuf, strlen(szSendBuf) + 1, &dwWriteNum, NULL)) {
MessageBox("Write Failed");
}
}
void CAnonyPipeServerDlg::OnBnClickedButtonRecv()
{
char szRecvBuf[100] = {0};
DWORD dwReadNum;
if (!ReadFile(hReadPipe, szRecvBuf, 100, &dwReadNum, NULL)) {
MessageBox("Read Failed");
return;
}
TRACE("dwReadNum = %d\n", dwReadNum);
MessageBox(szRecvBuf);
}
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4.2 子进程代码（客户端）
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void CAnonyPipeClientDlg::OnBnClickedButtonSend()
{
HANDLE hWritePipe = GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);
char szSendBuf[100] = "我是子进程";
DWORD dwWriteNum;
if (!WriteFile(hWritePipe, szSendBuf, strlen(szSendBuf) + 1, &dwWriteNum, NULL)) {
MessageBox("Write Failed");
return;
}
}
void CAnonyPipeClientDlg::OnBnClickedButtonRecv()
{
HANDLE hReadPipe = GetStdHandle(STD_INPUT_HANDLE);
char szRecvBuf[100] = {0};
DWORD dwReadNum;
if (!ReadFile(hReadPipe, szRecvBuf, 100, &dwReadNum, NULL)) {
MessageBox("Read Failed");
return;
}
TRACE("dwReadNum = %d\n", dwReadNum);
MessageBox(szRecvBuf);
}
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5. 关键点总结
| 要点 |
说明 |
| 通信机制 |
基于共享内存，读写端分离 |
| 句柄继承 |
必须将 SECURITY_ATTRIBUTES.bInheritHandle 设为 TRUE，且 CreateProcess 的 bInheritHandles 参数为 TRUE |
| 标准 I/O 重定向 |
通过 STARTUPINFO 的 hStdInput / hStdOutput 实现 |
| 资源管理 |
父进程创建子进程后，应及时关闭 PROCESS_INFORMATION 中的句柄，避免资源泄漏 |
| 双向通信 |
管道本身是单向的，若需要双向通信，可创建两个管道（各负责一个方向） |
