Обмен данными через программные каналы.

Каналы передачи данных являются универсальным средством обмена, позволяющим организовывать передачу данных как между локальными процессами на одной ЭВМ, так и между процессами, которые запущены на нескольких ЭВМ, объединенных в сеть.

С точки зрения физической организации, программный канал – это файл специального типа, создаваемый в системе. В него из существующего в системе процесса могут записываться данные, и они же могут читаться в другом процессе.

Через один и тот же канал данные могут передаваться только между двумя процессами, то есть здесь реализуется связь «один к одному». Один из процессов создает канал, другой открывает, после чего оба процесса могут обращаться к каналу с целью передачи данных между собой, используя для этого файловые функции чтения и записи.

Существует два вида программных каналов:

1. Неименованные (анонимные) каналы; Используются только для обмена между родительским и дочерним процессами, которые создаются и существуют на отдельном локальном компьютере.

2. Именованные каналы. В отличие от первых, в момент создания получают имена, которые доступны в системе всем процессам. Используя имя канала, любой процесс может получить доступ к нему и участвовать в обмене.

Программные каналы могут быть реализованы несколькими способами.

В простейшем случае, процесс-сервер создает канал, или, точнее, одну реализацию канала, которая используется для обмена с другим процессом-клиентом.

Простым примером подобной реализации каналов является так называемая конвейерная обработка команд в системах Unix. (bash# rog1|prog2)

«|» - символ конвейеризации.

Оба процесса являются дочерними для оболочки. После создания обоих процессов, командный процессор создает программный канал, то есть специальный файл для передачи данных от prog1 к prog2.

Другим способом реализации каналов является организация взаимодействия одного серверного процесса с несколькими клиентскими.

Серверный процесс создает несколько реализаций каналов по одной на клиентский процесс (один ко многим). Примером может служить процесс на сервере БД, который принимает запросы от нескольких клиентских процессов и формирует на них ответы.

Другой способ – взаимодействие и обмен нескольких серверных процессов с несколькими клиентскими (NN). Этот способ реализации каналов в Windows известен как Mailslots – обмен с помощью почтовых ящиков.

Средства организации анонимных и именованных каналов в Windows.

Анонимные каналы в Windows – это полудуплексное средство потоковой передачи байтов между процессами, функционирующими в пределах одной локальной ЭВМ.

Анонимные каналы создаются процессом-сервером с помощью функции CreatePipe, которая имеет четыре параметра:

1. Описатель канала для чтения;

2. Описатель для записи;

3. Атрибуты безопасности канала;

4. Размер канала.

В результате выполнения, данная функция возвращает первые два описателя. После выполнения этой функции, клиентскому процессу необходимо передать оба этих дескриптора, либо один из них, что обычно делается с помощью средств наследования процессов.

Для наследования дескриптора нужно, чтобы клиентский процесс создавался бы функцией CreateProcess с флагом наследования, имеющим значение «истина». Получив нужный описатель, клиентский процесс, также как и процесс-сервер, может взаимодействовать с каналом, используя функции ReadFile, WriteFile. По окончании работы с каналом, оба процесса должны закрыть описатели канала с помощью функции CloseHandle.

Именованные каналы, в отличие от анонимных, являются объектами ядра ОС, позволяющими организовать межпроцессный обмен не только в пределах локальной ЭВМ, но и в сети. Они обеспечивают дуплексную связь, и позволяют использовать передачу данных как потоком байтов, так и передачу с помощью сообщений. Обмен может быть как синхронным, так и асинхронным.

Каналы должны иметь уникальные в пределах сети имена, построенные по правилам именования ресурсов в сетях Windows, например, \\ServerName\pipe\PipeName - для сети, а для локальной машины - \\.\pipe\PipeName.

Именованный канал создается сервером с помощью системной функции CreateNamedPipe, у которой шесть параметров:

1. Имя канала с учетом упомянутых выше правил;

2. Способ передачи данных – потоковый или сообщениями;

3. Режим работы – синхронный или асинхронный;

4. Вид канала – односторонний или двусторонний;

5. Дескриптор защиты канала, запрещающий несанкционированный доступ к именованному каналу;

6. Максимальное число одновременных соединений по данному каналу.

При повторном вызове данной функции могут быть созданы дополнительные реализации одного и того же канала. После вызова данной функции, сервер выполняет вызов функции ConnectNamedPipe, после чего ожидает отклика от клиентов. Клиенты соединяются с каналом с помощью функции CreateFile или CallNamedPipe, указывая при вызове имя созданного сервером канала.

Клиент, имеющий право на работу с каналом, получает описатель, представляющий клиентскую сторону именованного канала, после чего работа серверной функции ConnectNamedPipe завершается. Её результатом является установление связи по именованному каналу. Начиная с этого момента, сервер и клиент могут выполнять обмен данными с помощью функций WriteFile, ReadFile. По окончании обмена, канал закрывается – CloseFile.

Помимо указанных функций в системе имеется еще несколько функций для работы с каналами, например, функция PeekNamedPipe. Она используется для копирования данных из именованного канала без удаления их из канала.

TransactNamedPipe – применяется для объединения операций чтения и записи в канал в одну операцию, которая называется транзакцией.