VC++中進程與多進程管理的方法

進程是當前操作系統下一個被加載到內存的、正在運行的應用程序的實例。每一個進程都是由內核對象和地址空間所組成的，內核對象可以讓系統在其內存放有關進程的統計信息並使系統能夠以此來管理進程，而地址空間則包括了所有程序模塊的代碼和數據以及線程堆棧、堆分配空間等動態分配的空間。進程僅僅是一個存在，是不能獨自完成任何操作的，必須擁有至少一個在其環境下運行的線程，並由其負責執行在進程地址空間內的代碼。在進程啟動的同時即同時啟動了一個線程，該線程被稱作主線程或是執行線程，由此線程可以繼續創建子線程。如果主線程退出，那麼進程也就沒有存在的可能了，系統將自動撤消該進程並完成對其地址空間的釋放。

加載到進程地址空間的每一個可執行文件或動態鏈接庫文件的映象都會被分配一個與之相關聯的全局唯一的實例句柄（Hinstance）。該實例句柄實際是一個記錄有進程加載位置的基本內存地址。進程的實例句柄在程序入口函數WinMain（）中通過第一個參數HINSTANCE hinstExe傳遞，其實際值即為進程所使用的基本地址空間的地址。對於VC++鏈接程序所鏈接產生的程序，其默認的基本地址空間地址為0x00400000，如沒有必要一般不要修改該值。在程序中，可以通過GetModuleHandle（）函數得到指定模塊所使用的基本地址空間。

子進程的創建

進程的創建通過CreateProcess（）函數來實現，CreateProcess（）通過創建一個新的進程及在其地址空間內運行的主線程來啟動並運行一個新的程序。具體的，在執行CreateProcess（）函數時，首先由操作系統負責創建一個進程內核對象，初始化計數為1，並立即為新進程創建一塊虛擬地址空間。隨後將可執行文件或其他任何必要的動態鏈接庫文件的代碼和數據裝載到該地址空間中。在創建主線程時，也是首先由系統負責創建一個線程內核對象，並初始化為1。最後啟動主線程並執行進程的入口函數WinMain（），完成對進程和執行線程的創建。

CreateProcess（）函數的原型聲明如下：

BOOL CreateProcess(
　 LPCTSTR lpApplicationName, // 可執行模塊名
　 LPTSTR lpCommandLine, // 命令行字符串
　 LPSECURITY_ATTRIBUTES lpProcessAttributes, // 進程的安全屬性
　 LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes, // 線程的安全屬性
　 BOOL bInheritHandles, // 句柄繼承標志
　 DWORD dwCreationFlags, // 創建標志
　 LPVOID lpEnvironment, // 指向新的環境塊的指針
　 LPCTSTR lpCurrentDirectory, // 指向當前目錄名的指針
　 LPSTARTUPINFO lpStartupInfo, // 指向啟動信息結構的指針
　 LPPROCESS_INFORMATION lpProcessInformation // 指向進程信息結構的指針
);

在程序設計時，某一個具體的功能模塊可以通過函數或是線程等不同的形式來實現。對於同一進程而言，這些函數、線程都是存在於同一個地址空間下的，而且在執行時，大多只對與其相關的一些數據進行處理。如果算法存在某種錯誤，將有可能破壞與其同處一個地址空間的其他一些重要內容，這將造成比較嚴重的後果。為保護地址空間中的內容可以考慮將那些需要對地址空間中的數據進行訪問的操作部分放到另外一個進程的地址空間中運行，並且只允許其訪問原進程地址空間中的相關數據。具體的，可在進程中通過CreateProcess（）函數去創建一個子進程，子進程在全部處理過程中只對父進程地址空間中的相關數據進行訪問，從而可以保護父進程地址空間中與當前子進程執行任務無關的全部數據。對於這種情況，子進程所體現出來的作用同函數和線程比較相似，可以看成是父進程在運行期間的一個過程。為此，需要由父進程來掌握子進程的啟動、執行和退出。下面這段代碼即展示了此過程：

// 臨時變量
CString sCommandLine;
char cWindowsDirectory[MAX_PATH];
char cCommandLine[MAX_PATH];
DWORD dwExitCode;
PROCESS_INFORMATION pi;
STARTUPINFO si = {sizeof(si)};
// 得到Windows目錄
GetWindowsDirectory(cWindowsDirectory, MAX_PATH);
// 啟動"記事本"程序的命令行
sCommandLine = CString(cWindowsDirectory) + "\\NotePad.exe";
::strcpy(cCommandLine, sCommandLine);
// 啟動"記事本"作為子進程
BOOL ret = CreateProcess(NULL, cCommandLine, NULL, NULL, FALSE, 0, NULL, NULL, &si, &pi);
if (ret) {
　 // 關閉子進程的主線程句柄
　 CloseHandle(pi.hThread);
　 // 等待子進程的退出
　 WaitForSingleObject(pi.hProcess, INFINITE);
　 // 獲取子進程的退出碼
　 GetExitCodeProcess(pi.hProcess, &dwExitCode);
　 // 關閉子進程句柄
　 CloseHandle(pi.hProcess);
}

此段代碼首先通過CreateProcess（）創建Windows自帶的“記事本”程序為子進程，子進程啟動後父進程通過WaitForSingleObject（）函數等待其執行的結束，在子進程沒有退出前父進程是一直處於阻塞狀態的，這裡子進程的作用同單線程中的函數類似。一旦子進程退出，WaitForSingleObject（）函數所等待的pi.hProcess對象將得到通知，父進程將得以繼續，如有必要可以通過GetExitCodeProcess（）來獲取子進程的退出代碼。

相比而言，更多的情況是父進程在啟動完子進程後就再不與其進行任何數據交換和通訊，由其創建的子進程的執行成功與否均與父進程無關。許多大型軟件在設計時也多采用了這類思想，將某些功能完全通過獨立的應用程序來完成，當需要執行某操作時只要通過主程序啟動相應的子進程即可，具體的處理工作均由子進程去完成。這類子進程的創建過程更為簡單，例如對於上面那段代碼只需去除對子進程句柄pi.hProcess的等待即可：

BOOL ret = CreateProcess(NULL, cCommandLine, NULL, NULL, FALSE, 0, NULL, NULL, &si, &pi);
if (ret) {
　 // 關閉子進程的主線程句柄
　 CloseHandle(pi.hThread);
　 // 關閉子進程句柄
　 CloseHandle(pi.hProcess);
}

可以通過dwCreationFlags參數在創建進程時設置子進程的優先級。前面的示例代碼在創建子進程時使用的均是默認的優先級，如果要將優先級設置為高，可以修改如下：

BOOL ret = CreateProcess(NULL, cCommandLine, NULL, NULL, FALSE, HIGH_PRIORITY_CLASS, NULL, NULL, &si, &pi);

如果在進程創建時沒有特別設置優先級，可以通過SetPriorityClass（）函數來動態設定，該函數需要待操作進程的句柄和優先級標識符作為入口參數，函數原型為：

BOOL SetPriorityClass(HANDLE hProcess, DWORD dwPriorityClass);

對於前面沒有設定優先級的例子代碼，可以在子進程啟動後由父進程來動態改變其優先級設置：

SetPriorityClass(pi.hProcess, HIGH_PRIORITY_CLASS);

或是由子進程在其啟動後自行改變優先級設置，需要注意的是這時進程句柄應設置為子進程自身的句柄，可通過GetCurrentProcess（）函數來獲取：

HANDLE hProcess = GetCurrentProcess();

SetPriorityClass(hProcess, HIGH_PRIORITY_CLASS);

進程的互斥運行

正常情況下，一個進程的運行一般是不會影響到其他正在運行的進程的。但是對於某些有特殊要求的如以獨占方式使用串行口等硬件設備的程序就要求在其進程運行期間不允許其他試圖使用此端口設備的程序運行的，而且此類程序通常也不允許運行同一個程序的多個實例。這就引出了進程互斥的問題。

實現進程互斥的核心思想比較簡單：進程在啟動時首先檢查當前系統是否已經存在有此進程的實例，如果沒有，進程將成功創建並設置標識實例已經存在的標記。此後再創建進程時將會通過該標記而知曉其實例已經存在，從而保證進程在系統中只能存在一個實例。具體可以采取內存映射文件、有名事件量、有名互斥量以及全局共享變量等多種方法來實現。下面就分別對其中具有代表性的有名互斥量和全局共享變量這兩種方法進行介紹：

// 創建互斥量
HANDLE m_hMutex = CreateMutex(NULL, FALSE, "Sample07");
// 檢查錯誤代碼
if (GetLastError() == ERROR_ALREADY_EXISTS) {
　 // 如果已有互斥量存在則釋放句柄並復位互斥量
　 CloseHandle(m_hMutex);
　 m_hMutex = NULL;
　 // 程序退出
　 return FALSE;
}

上面這段代碼演示了有名互斥量在進程互斥中的用法。代碼的核心是CreateMutex（）對有名互斥量的創建。CreateMutex（）函數可用來創建一個有名或無名的互斥量對象，其函數原型為：

HANDLE CreateMutex(
　 LPSECURITY_ATTRIBUTES lpMutexAttributes, // 指向安全屬性的指針
　 BOOL bInitialOwner, // 初始化互斥對象的所有者
　 LPCTSTR lpName // 指向互斥對象名的指針
);

如果函數成功執行，將返回一個互斥量對象的句柄。如果在CreateMutex（）執行前已經存在有相同名字的互斥量，函數將返回這個已經存在互斥量的句柄，並且可以通過GetLastError（）得到錯誤代碼ERROR_ALREADY_EXIST。可見，通過對錯誤代碼ERROR_ALREADY_EXIST的檢測可以實現CreateMutex（）對進程的互斥。

使用全局共享變量的方法則主要是在MFC框架程序中通過編譯器來實現的。通過#pragma data_seg預編譯指令創建一個新節，在此節中可用volatile關鍵字定義一個變量，而且必須對其進行初始化。Volatile關鍵字指定了變量可以為外部進程訪問。最後，為了使該變量能夠在進程互斥過程中發揮作用，還要將其設置為共享變量，同時允許具有讀、寫訪問權限。這可以通過#pragma comment預編譯指令來通知編譯器。下面給出使用了全局變量的進程互斥代碼清單：

#pragma data_seg("Shared")
int volatile g_lAppInstance =0;
#pragma data_seg()
#pragma comment(linker,"/section:Shared,RWS")
……
if(++g_lAppInstance>1)
return FALSE;

此段代碼的作用是在進程啟動時對全局共享變量g_nAppInstancd 加1 ，如果發現其值大於1，那麼就返回FALSE以通知進程結束。這裡需要特別指出的是，為了使以上兩段代碼能夠真正起到對進程互斥的作用，必須將其放置在應用程序的入口代碼處，即應用程序類的初始化實例函數InitInstance（）的開始處。

結束進程

進程只是提供了一段地址空間和內核對象，其運行是通過在其地址空間內的主線程來體現的。當主線程的進入點函數返回時，進程也就隨之結束。這種進程的終止方式是進程的正常退出，進程中的所有線程資源都能夠得到正確的清除。除了這種進程的正常推出方式外，有時還需要在程序中通過代碼來強制結束本進程或其他進程的運行。ExitProcess（）函數即可在進程中的某個線程中使用，並將立即終止本進程的運行。ExitProcess（）函數原型為：

VOID ExitProcess(UINT uExitCode);

其參數uExitCode為進程設置了退出代碼。該函數具有強制性，在執行完畢後進程即已經被結束，因此位於其後的任何代碼將不能被執行。雖然ExitProcess（）函數可以在結束進程的同時通知與其相關聯的動態鏈接庫，但是由於它的這種執行的強制性，使得ExitProcess（）函數在使用上將存在有安全隱患。例如，如果在程序調用ExitProcess（）函數之前曾用new操作符申請過一段內存，那麼將會由於ExitProcess（）函數的強制性而無法通過delete操作符將其釋放，從而造成內存洩漏。有鑒於ExitProcess（）函數的強制性和不安全性，在使用時一定要引起注意。

ExitProcess（）只能強制執行本進程的退出，如果要在一個進程中強制結束其他的進程就要用TerminateProcess（）來實現。與ExitProcess（）不同，TerminateProcess（）函數執行後，被終止的進程是不會得到任何關於程序退出的通知的。也就是說，被終止的進程是無法在結束運行前進行退出前的收尾工作的。所以，通常只有在其他任何方法都無法迫使進程退出時才會考慮使用TerminateProcess（）去強制結束進程的。下面給出TerminateProcess（）的函數原型：

BOOL TerminateProcess(HANDLE hProcess, UINT uExitCode);

參數hProcess和uExitCode分別為進程句柄和退出代碼。如果被結束的是本進程，可以通過GetCurrentProcess（）獲取到句柄。TerminateProcess（）是異步執行的，在調用返回後並不能確定被終止進程是否已經真的退出，如果調用TerminateProcess（）的進程對此細節關心，可以通過WaitForSingleObject（）來等待進程的真正結束。

小結

多進程是多任務管理中的重要內容，文中上述部分對其基本概念和主要的技術如子進程的創建與結束、進程間的互斥運行等做了較詳細的介紹。通過本文讀者應能對多進程管理有一個初步的認識。