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Windows RPC編程詳解

一、什么是遠(yuǎn)程過程調(diào)用  什么是遠(yuǎn)程過程調(diào)用 RPC(Remote Procedure Call)? 你可能對這個概念有點陌生, 而你可能非常熟悉 NFS, 是的,
NFS 就是基于 RPC 的. 為了理解遠(yuǎn)程過程調(diào)用,我們先來看一下過程調(diào)用。

  所謂過程調(diào)用,就是將控制從一個過程 A 傳遞到另一個過程 B, 返回時過程 B 將控制進(jìn)程交給過程 A。目前大多數(shù)系統(tǒng)
中, 調(diào)用者和被調(diào)用者都在給定主機系統(tǒng)中的一個進(jìn)程中, 它們是在生成可執(zhí)行文件時由鏈接器連接起來的, 這類過程調(diào)用稱
為本地過程調(diào)用。

  遠(yuǎn)程過程調(diào)用(RPC)指的是由本地系統(tǒng)上的進(jìn)程激活遠(yuǎn)程系統(tǒng)上的進(jìn)程, 我們將此稱為過程調(diào)用是因為它對程序員來說表現(xiàn)
為常規(guī)過程調(diào)用。處理遠(yuǎn)程過程調(diào)用的進(jìn)程有兩個, 一個是本地客戶進(jìn)程, 一個是遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)程。對本地進(jìn)程來說, 遠(yuǎn)程過
程調(diào)用表現(xiàn)這對客戶進(jìn)程的控制, 然后由客戶進(jìn)程生成一個消息, 通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)調(diào)用發(fā)往遠(yuǎn)程服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)信息中包括過程調(diào)
用所需要的參數(shù), 遠(yuǎn)程服務(wù)器接到消息后調(diào)用相應(yīng)過程, 然后將結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)回客戶進(jìn)程, 再由客戶進(jìn)程將結(jié)果返回給調(diào)用
進(jìn)程。因此, 遠(yuǎn)程系統(tǒng)調(diào)用對調(diào)用者表現(xiàn)為本地過程調(diào)用, 但實際上是調(diào)用了遠(yuǎn)程系統(tǒng)上的過程。


二、遠(yuǎn)程過程調(diào)用模型

  本地過程調(diào)用: 一個傳統(tǒng)程序由一個或多個過程組成。它們往往按照一種調(diào)用等級來安排。如下圖所示:



  遠(yuǎn)程過程調(diào)用: 使用了和傳統(tǒng)過程一樣的抽象, 只是它允許一個過程的邊界跨越兩臺計算機。如下圖所示:


三、遠(yuǎn)程過程和本地過程的對比

  首先, 網(wǎng)絡(luò)延時會使一個遠(yuǎn)程過程的開銷遠(yuǎn)遠(yuǎn)比本地過程要大
  其次, 傳統(tǒng)的過程調(diào)用因為被調(diào)用過程和調(diào)用過程運行在同一塊內(nèi)存空間上, 可以在過程間傳遞指針。而遠(yuǎn)程過程不能夠?qū)?br>指針作為參數(shù), 因為遠(yuǎn)程過程與調(diào)用者運行在完全不同的地址空間中。
  再次, 因為一個遠(yuǎn)程調(diào)用不能共享調(diào)用者的環(huán)境, 所以它就無法直接訪問調(diào)用者的 I/O 描述符或操作系統(tǒng)功能。


四、遠(yuǎn)程過程調(diào)用的幾種版本 
  (1) Sun RPC (UDP, TCP)
  (2) Xerox Courier (SPP)
  (3) Apollo RPC (UDP, DDS)

  其中 Sun RPC 可用于面向連接或非面向連接的協(xié)議; Xerox Courier 僅用于面向連接的協(xié)議; Apollo RPC 僅用于非連接的協(xié)議
 

五、如何編寫遠(yuǎn)程過程調(diào)用程序
 
  為了將一個傳統(tǒng)的程序改寫成 RPC 程序, 我們要在程序里加入另外一些代碼, 這個過程稱作 stub 過程。我們可以想象一
個傳統(tǒng)程序, 它的一個過程被轉(zhuǎn)移到一個遠(yuǎn)程機器中。在遠(yuǎn)程過程一端, stub 過程取代了調(diào)用者。這樣 stub 實現(xiàn)了遠(yuǎn)程過
程調(diào)用所需要的所有通信。因為 stub 與原來的調(diào)用使用了一樣的接口, 因此增加這些 stub 過程既不需要更改原來的調(diào)用過
程, 也不要求更改原來的被調(diào)用過程。如下圖所示:

 

Win32 RPC 編程(一)

我們從一個簡單的 RPC “Hello, world!”的例子開始。
參考資料:MSDN: Win32 and COM Development -> Networking -> Network Protocols -> Remote Procedure Calls (RPC)


第1步:編寫 IDL(Interface Description Language,接口描述語言)文件
-------------------------------------------------------------------------
IDL 是一個通用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)語言,大家應(yīng)該不陌生,因為 COM 里面也是用它來描述接口的。
Hello.idl:

[
     uuid("4556509F-618A-46CF-AB3D-ED736ED66477"),   // 唯一的UUID,用 GUIDGen 生成
     version(1.0)
]

interface HelloWorld 
{
     // 我們定義的方法
     void Hello([in,string]const char * psz);
     void Shutdown(void); 
}


一個可選的文件是應(yīng)用程序配置文件(.acf),它的作用是對 RPC 接口進(jìn)行配置,例如下面的 Hello.acf 文件:
Hello.acf:


     implicit_handle(handle_t    HelloWorld_Binding) 


interface HelloWorld
{

}

上面定義了 implicit_handle,這樣客戶端將綁定句柄 HelloWorld_Binding 了,后面的客戶端代碼中我們會看到。


編譯 IDL 文件:
>midl Hello.idl
Microsoft (R) 32b/64b MIDL Compiler Version 6.00.0366
Copyright (c) Microsoft Corporation 1991-2002. All rights reserved.
Processing ./Hello.idl
Hello.idl
Processing ./Hello.acf
Hello.acf

 
我們可以看到自動生成了 Hello.h, Hello_s.c, Hello_c.c 文件,這些叫做 rpc stub 程序,不過我們可以不管這個概念,
我們只需要知道 Hello.h 里面定義了一個

extern RPC_IF_HANDLE HelloWorld_v1_0_s_ifspec;

這個 RPC_IF_HANDLE 將在后面用到。

 
第2步:編寫服務(wù)端程序
-------------------------------------------------------------------------
第1步中我們已經(jīng)約定了調(diào)用的接口,那么現(xiàn)在我們開始實現(xiàn)其服務(wù)端。代碼如下:
server.c

#include
#include
#include "Hello.h"     // 引用MIDL 生成的頭文件

/**
 * 這是我們在IDL 中定義的接口方法
 * 需要注意一點,IDL 里面的聲明是:void Hello([in,string]const char * psz);
 * 但是這里變成了const unsigned char *,為什么呢?
 * 參見MSDN 中的MIDL Command-Line Reference -> /char Switch
 * 默認(rèn)的編譯選項,對 IDL 中的char 按照unsigned char 處理
 */

void Hello(const unsigned char * psz)
{
     printf("%s/n", psz);
}

 
/** 這也是我們在IDL 中定義的接口方法,提供關(guān)閉server 的機制*/
void Shutdown(void)
{
     // 下面的操作將導(dǎo)致 RpcServerListen() 退出
     RpcMgmtStopServerListening(NULL);
     RpcServerUnregisterIf(NULL, NULL, FALSE);
}

int main(int argc,char * argv[])
{
     // 用Named Pipe 作為RPC 的通道,這樣EndPoint 參數(shù)就是Named Pipe 的名字
     // 按照Named Pipe 的命名規(guī)范,/pipe/pipename,其中pipename 可以是除了/
     // 之外的任意字符,那么這里用一個GUID 串來命名,可以保證不會重復(fù)
     RpcServerUseProtseqEp((unsigned char *)"ncacn_np", 20, (unsigned char *)"http://pipe//{8dd50205-3108-498f-96e8-dbc4ec074cf9}", NULL);   

     // 注冊接口,HelloWorld_v1_0_s_ifspec 是在MIDL 生成的Hello.h 中定義的
     RpcServerRegisterIf(HelloWorld_v1_0_s_ifspec, NULL, NULL);
   
     // 開始監(jiān)聽,本函數(shù)將一直阻塞
     RpcServerListen(1,20,FALSE);
     return 0;
}

// 下面的函數(shù)是為了滿足鏈接需要而寫的,沒有的話會出現(xiàn)鏈接錯誤
void __RPC_FAR* __RPC_USER midl_user_allocate(size_t len)
{
     return(malloc(len));
}

void __RPC_USER midl_user_free(void __RPC_FAR *ptr)
{
     free(ptr);
}

 

編譯:
>cl /D_WIN32_WINNT=0x500 server.c Hello_s.c rpcrt4.lib
用于 80x86 的 Microsoft (R) 32 位 C/C++ 優(yōu)化編譯器 14.00.50727.42 版
版權(quán)所有(C) Microsoft Corporation。保留所有權(quán)利。

server.c
Hello_s.c
正在生成代碼...
Microsoft (R) Incremental Linker Version 8.00.50727.42
Copyright (C) Microsoft Corporation.  All rights reserved.

/out:server.exe
server.obj
Hello_s.obj
rpcrt4.lib

編譯時為什么要指定 _WIN32_WINNT=0x500 呢?因為如果沒有的話會報告下面的錯誤:
Hello_s.c(88) : fatal error C1189: #error :  You need a Windows 2000 or later to
run this stub because it uses these features:

 
第3步:編寫客戶端程序
-------------------------------------------------------------------------
客戶端的代碼:
client.c

#include
#include
#include
#include "Hello.h"     // 引用MIDL 生成的頭文件

int main(int argc, char * argv[])
{
     unsigned char * pszStringBinding = NULL;
     if ( argc != 2 )
     {
         printf("Usage:%s /n", argv[0]);
         return 1;
     }   

     // 用Named Pipe 作為RPC 的通道。參見server.c 中的RpcServerUseProtseqEp() 部分
     // 第3 個參數(shù)NetworkAddr 如果取NULL,那么就是連接本機服務(wù)
     // 否則要取////servername 這樣的格式,例如你的計算機名為jack,那么就是//jack
     RpcStringBindingCompose( NULL, (unsigned char*)"ncacn_np", /*(unsigned char*)"http:////servername"*/ NULL, (unsigned char*)"http://pipe//{8dd50205-3108-498f-96e8-dbc4ec074cf9}", NULL, &pszStringBinding );

     // 綁定接口,這里要和 Hello.acf 的配置一致,那么就是HelloWorld_Binding
     RpcBindingFromStringBinding(pszStringBinding, & HelloWorld_Binding );   

     // 下面是調(diào)用服務(wù)端的函數(shù)了
     RpcTryExcept
     {
         if ( _stricmp(argv[1], "SHUTDOWN") == 0 )
         {
              Shutdown();
         }
         else
         {
              Hello((unsigned char*)argv[1]);
         }
     }
     RpcExcept(1)
     {
         printf( "RPC Exception %d/n", RpcExceptionCode() );
     }
     RpcEndExcept

 
     // 釋放資源
     RpcStringFree(&pszStringBinding);
     RpcBindingFree(&HelloWorld_Binding);
     return 0;
}

 
// 下面的函數(shù)是為了滿足鏈接需要而寫的,沒有的話會出現(xiàn)鏈接錯誤
void __RPC_FAR* __RPC_USER midl_user_allocate(size_t len)
{
     return(malloc(len));
}

void __RPC_USER midl_user_free(void __RPC_FAR *ptr)
{
     free(ptr);
}

 

編譯:
>cl /D_WIN32_WINNT=0x500 client.c Hello_c.c rpcrt4.lib
用于 80x86 的 Microsoft (R) 32 位 C/C++ 優(yōu)化編譯器 14.00.50727.42 版
版權(quán)所有(C) Microsoft Corporation。保留所有權(quán)利。

client.c
Hello_c.c
正在生成代碼...
Microsoft (R) Incremental Linker Version 8.00.50727.42
Copyright (C) Microsoft Corporation.  All rights reserved.

/out:client.exe
client.obj
Hello_c.obj
rpcrt4.lib

 

第4步:測試:
-------------------------------------------------------------------------
運行 server.exe,將彈出一個 console 窗口,等待客戶端調(diào)用。
運行客戶端 client.exe:

>client hello
可以看到 server.exe 的 console 窗口出現(xiàn) hello 的字符串。


>client shutdown
server.exe 退出。

Win32 RPC 編程(二)

這部分基本和上一節(jié)一樣,不過上一節(jié)中 RPC 是通過 Named Pipe 調(diào)用的,這里我們再試一下 TCP 的方式。
代碼大部分都是相同的, IDL 接口不用變(無論是通過什么方式 RPC,接口都是與之無關(guān)的)。

服務(wù)端要換成 TCP 的方式:
---------------------------------
int main(int argc,char * argv[])
{
     // 用TCP 方式作為RPC 的通道。綁定端口13521。
     RpcServerUseProtseqEp(
         (unsigned char *)"ncacn_ip_tcp",
         RPC_C_PROTSEQ_MAX_REQS_DEFAULT,
         (unsigned char *)"13521",
         NULL);    

     // 注意:從Windows XP SP2 開始,增強了安全性的要求,如果用 RpcServerRegisterIf() 注冊
     // 接口,客戶端調(diào)用時會出現(xiàn) RpcExceptionCode() == 5,即Access Denied 的錯誤. 因此,必
     // 須用 RpcServerRegisterIfEx 帶 RPC_IF_ALLOW_CALLBACKS_WITH_NO_AUTH 標(biāo)志允許客戶端直
     // 接調(diào)用。

     // RpcServerRegisterIf(HelloWorld_v1_0_s_ifspec, NULL, NULL);
     RpcServerRegisterIfEx(
         HelloWorld_v1_0_s_ifspec, // Interface to register.
         NULL,
         NULL, // Use the MIDL generated entry-point vector.
         RPC_IF_ALLOW_CALLBACKS_WITH_NO_AUTH,
         0,
         NULL);

       // 后面都相同
       ...

     return 0;
}

 
客戶端的調(diào)用方式也要換:
---------------------------------
int main(int argc, char * argv[])
{
     // 前面都相同
     ...
   
     // 用 TCP 方式作為 RPC 的通道。服務(wù)器端口 13521。第3個
     // 參數(shù) NetworkAddr 如果取 NULL,那么就是連接本機服務(wù),
     // 也可以取IP, 域名, servername 等
     RpcStringBindingCompose(
         NULL,
         (unsigned char*)"ncacn_ip_tcp",
         (unsigned char*)"localhost" /*NULL*/,
         (unsigned char*)"13521",
         NULL,
         &pszStringBinding
     );
   
     // 后面都相同
     ...
}

別的地方都是一樣的。
我們在上一節(jié)的基礎(chǔ)上,討論如何實現(xiàn)異步的 RPC 調(diào)用。前兩節(jié)演示的函數(shù)調(diào)用都是同步的,即調(diào)用函數(shù) Hello() 時,
客戶端將阻塞住直到服務(wù)端的 Hello() 函數(shù)返回。如果服務(wù)端函數(shù)需要進(jìn)行一些費時的操作,例如復(fù)雜的計算、查詢,
客戶端只能一直阻塞在那里。這種情況下,我們可以使用異步的 RPC 提高客戶端的性能。

異步的RPC是通過配置文件(.acf)來啟用的:
--------------------------------------------
Hello.acf:

[  
       implicit_handle(handle_t HelloWorld_Binding)  
]  

interface  HelloWorld
{
       [async] Hello();  // 增加了 [async] 表明這是異步調(diào)用
}

 
原來的接口 HelloWorld 有兩個方法,Hello() 和 Shutdown(),Shutdown() 我們?nèi)匀蛔屗峭秸{(diào)用,所以在.acf文
件中不用列出。IDL 接口文件還是可以不用修改。


服務(wù)端的代碼 server.c 中的 Hello() 要改成下面的樣子:
------------------------------------------------------
void Hello(PRPC_ASYNC_STATE rpcAsyncHandle, const unsigned char * psz)
{
     // 模擬一個長時間的操作
     printf("Sleep 5 seconds.../n");
     Sleep(5000);
 

     printf("%s/n", psz);
     // 表明調(diào)用已經(jīng)完成

     RpcAsyncCompleteCall(rpcAsyncHandle, NULL);
}

服務(wù)端的其它代碼不用修改。
 

客戶端client.c中的調(diào)用方式也要換:
---------------------------------
int main(int argc, char * argv[])
{
     // 前面都相同
     ...
   
     // 下面是調(diào)用服務(wù)端的函數(shù)
     RpcTryExcept
     {

         if ( _stricmp(argv[1], "SHUTDOWN") == 0 )
         {
              Shutdown();
         }
         else
         {
              // 初始化異步調(diào)用
              RPC_ASYNC_STATE async;
              RpcAsyncInitializeHandle( &async, sizeof(async) );
              async.UserInfo = NULL;
              async.NotificationType = RpcNotificationTypeNone;

              // 本函數(shù)能立即返回
              Hello( &async, (unsigned char*)argv[1]);

              // 查詢調(diào)用的狀態(tài)
              while ( RpcAsyncGetCallStatus(&async) == RPC_S_ASYNC_CALL_PENDING )
              {
                   printf("Call Hello() pending, wait 1s.../n");
                   Sleep(1000);
              }

              // 通知調(diào)用已經(jīng)完成
              RpcAsyncCompleteCall( &async, NULL );
         }
     }
     RpcExcept(1)
     {
         printf( "RPC Exception %d/n", RpcExceptionCode() );
     }
     RpcEndExcept

   
     // 后面都相同
     ...
}

這樣客戶端就實現(xiàn)了異步調(diào)用!

Win32 RPC 編程(四)

這節(jié)我們來談?wù)?Windows NT 下 RPC 的高性能模式 - LPC。

很多 Windows 編程入門的書里面講 Windows 的進(jìn)程間通信,都會講 WM_COPYDATA,講匿名管道,講命名管道,講共享內(nèi)存等等,
但是很少有講 RPC 的,為什么呢?因為 RPC 看名字,就叫“Remote Procedure Call”,一看就是給分布式系統(tǒng)通信用的,雖然
也可以作為本機進(jìn)程間通信用,但是性能上總是讓人懷疑。所以很多人設(shè)計的進(jìn)程間通信模型,都是用 WM_COPYDATA,或者管道,
或者干脆共享內(nèi)存,相當(dāng)于自己造輪子,一切從頭做起。但 RPC 確實好用啊,調(diào)用起來就像調(diào)用庫函數(shù)一樣,通信的細(xì)節(jié)全給你
封裝起來了。那 RPC 有沒有性能好一點的模式呢?這就是下面要講的 LPC 模式了。

LPC(Local Procedure Call)是 Windows NT 內(nèi)部的高性能的通信模式。它是在內(nèi)核中實現(xiàn)的,主要用于 Win32 子系統(tǒng)內(nèi)部的
通信,比如 csrss, lsass 都大量的用到了 LPC。在前面演示的代碼中,只需要改一行代碼,我們就可使用 LPC 了,其實 RPC 就
是內(nèi)部使用 LPC 來進(jìn)行通信,性能大大提高。

服務(wù)端代碼:
server.c
--------------
// 用LPC 方式通信
RpcServerUseProtseqEp(
    (unsigned char *)"ncalrpc",
    RPC_C_PROTSEQ_MAX_REQS_DEFAULT,
    (unsigned char *)"AppName",
    NULL);


客戶端代碼:
client.c
--------------
// 用LPC 方式通信
// 第3 個參數(shù)NetworkAddr 只能取NULL
RpcStringBindingCompose(
    NULL,
    (unsigned char*)"ncalrpc",
    NULL, (unsigned char*)"AppName",
    NULL,
    &pszStringBinding );
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