命名管道（Named Pipe）服务

1 命名管道的名称解析

在Windows中，管道的名称遵循Windows统一命名规范(UNC,Universal Naming Convention)。

命名管道的名称格式为\\<Server>\Pipe\<PipeName>。<Server>指定了一个命名管道的服务器所在的计算机名称，既可以是DNS名称，也可以是NetBIOS名称或者字符串形式的IP地址；<PipeName>是管道的唯一名，可以是层次结构中的一个全路径名，即允许包含多级目录。例如：\\MyServer\Pipe\MyAppServer\ConnectionPipe。

使用CreateNamedPipe API创建命名管道时，必须指定一个形如\\.\Pipe\<PipeName>的本地名称，“.”代表本地系统。NtCreateNamedFile 接收到的名称为“\??\PIPE\<PipeName>”,对象管理器会将此名称变为”\Global??\PIPE\<PipeName>”,”\Global??\PIPE”是一个符号链接，指向设备对象”\Device\NamedPipe”,对象管理器找到该设备对象，由它所属的驱动程序进一步解析剩下的子串，这就进入到了命名管道驱动程序中。

命名管道实际上是本地的一个文件系统，npfs就代表了命名管道文件系统(named pipe file system) 。每个命名管道等同于一个文件对象，与普通文件系统中的文件不同的是，命名管道是动态对象，它没有永久状态。一个命名管道的存在总是伴随着一个服务器和一个客户，其职责是为服务器和客户提供一个双向交换数据的通道。

2 命名管道的通讯模型

如图：

服务器进程调用CreateNamePipe 创建一个有名称的命名管道,同时指定最大允许的实例数(1~255)。
服务器进程调用ConnectNamedPipe,以等待客户的连接请求，可以是同步形式(阻塞)或异步方式(要求在创建命名管道时指定了FILE_FLAG_OVERLAPPED标志)，若是同步方式，那么ConnectNamedPipe返回时，客户与服务器之间的名叫管道连接已经建立起来。
客户进程调用CreateFile 连接到一个正在等待连接的命名管道上。CreateFile 成功返回后，至此服务器进程的ConnectNamedPipe 完成其建立连接的任务。
双方调用ReadFile/WriteFile 或ReadFileEx/WriteFileEx ,从管道中读取或写入数据。

服务器进程可以调用DisconnectNamedPipe ，将一个管道实例与当前建立连接的客户进程断开，可以重新连接到新的客户进程。CloseHandle 关闭命名管道。

客户进程调用WaitNamedPipe 测试指定名单的管道实例是否可用。

命名管道支持字节模式和消息模式，服务器进程在创建命名管道时指定它的默认模式。

服务器和客户进程都可以调用SetnamedPipeHandleState 设置命名管道实例的读操作模式和等待模式。若服务器指定了管道为字节模式，则客户端不能设置消息模式；若服务器指定了消息模式，则客户端允许将它这一端设置为字节模式。

TransactnamedPipe 只能用于消息模式的命名管道，它将一个写和读消息操作合并为一个网络操作。客户和服务器进程都可以使用它。

CallnamedPipe 等价于先调用CreateFile 建立命名管道实例连接，然后调用TransactNamedPipe 发送和接收消息，最后调用CloseHandle 关闭命名管道实例。仅用于客户进程。

管道字节模式的时候是以字节流接收与发送的。每次可以发送不同的字节数，在没有把发送的数据收走(用ReadFile）前也可以再次发送，只要没有超过管道的默认的缓冲区大小。其实也可以说是我们用的是PIPE_WAIT，所以会是在阻塞模式，也就是说会让数据直接发送到了服务器端的缓冲区中，虽然sever端没有调用ReadFile来读取数据，其实已经发到那一边去了，它不读出来没有关系，我们客户端还是可以继续发送数据的。而且对每次发送的数据大小没有限制，不会说每次都得发送固定大小的数据。读的那一端也会把接收到的数据作为一个无机的整体，也就是说是没有结构的二进制流。读的时候可以想读出任意的字节数都可以的。如一次发送了5个字节，然后再发送了40个字节，服务器端可以一次性全部读出45个字节也可以每次读出一个字节。以及小于45的任意字节。

3 命名管道的实现

服务器创建命名管道过程：

CreateNamedPipe 创建命名管道的请求交给NtCreateNamedPipeFile。
NtCreateNamedPipeFile 接收到的命名管道的名称未”\??\PIPE\<PipeName>”,该函数把参数组织到一个NAMED_PIPE_CREATE_PARAMETERS结构中，然后调用IoCreateFile 创建任务。
IoCreateFile 中指定CREATE_FILE_TYPE参数，表明是要创建的文件类型：普通的文件、命名管道或者邮件槽。然后，IoCreateFile调用IopCreateFile 。
IopCreateFile 调用ObOpenObjectByName 完成创建工作。
ObOpenObjectByName继续调用ObpLookupObjectName 创建目标对象。
ObpLookupObjectName 判断命名管道的名称名称以“\??\”为前缀，于是从进程对象的DeviceMap 的DosDeviceDirectory 开始解析余下的名称。
经过”\??\”解析后，接着从“\Global??”目录中解析”PIPE”,这是一个指向设备对象”\Device\NamedPipe”的符号链接对象。符号链接对象的数据类型为OBJECT_SYMBOLIC_LINK，其Parse 方法为ObpParseSymbolicLink。
ObpLookupObjectName 调用ObpParseSymbolicLink 解析余下的名称”<PipeName>”。 ObpParseSymbolicLink 返回STATUS_REPARSE，ObpLookupObjectName重新解析“\Devuce\NamedPipe\<PipeName>”,故重新从根目录开始解析，，最后找到设备对象”\Device\NamedPipe”。接着调用IopParseDevice。
IopParseDevice 调用ObCreateObject 创建一个文件对象(FILE_OBJECT),然后通过IoCallDriver,向设备对象的驱动程序npfs.sys 发送一个IRP_MJ_CREATE_NAMED_PIPE请求，来创建命名管道。
命名管道驱动程序初始化设备对象“\Device\NamedPipe”,并设置驱动程序对象的I/O分发例程。

Npfs.sys 的内部实现有一个全局的VCB和根目录的DCB，每个管道对象有一个FCB，命名管道的每个实例有一个CCB，每个CCB有两个文件对象指针，分别指向该实例的服务端和客户端文件对象。因为每个命名管道对象可以有多个实例，所以FCB有一个链表成员，将它的所有实例的CCB链接起来。为了提供双向数据传输能力，每个CCB，即命名管道实例，包含两个队列结构，用做数据传输的缓冲区。

命名管道的实现示意图：

服务端通过NtCreateNamedPipe 来创建命名管道，通过对象管理器发送IRP_MJ_CREATE_NAMED_PIPE请求。Npfs.sys 接收到该请求时，若是一个新的命名管道，则创建一个FCB和一个CCB,并初始化FCB，以及CCB中有关服务端的状态；若是已有的命名管道，则npfs 创建一个CCB,将其加入到FCB的CCB链表中，并初始化CCB的服务端状态。

客户端连接服务端：

客户进程通过NtCreateFile 连接命名管道时，它通过对象管理器，向命名管道驱动发送IRP_MJ_CREATE请求。
Npfs.sys 接收到此请求时，通过解析指定的名称，找到FCB，然后找到一个处于监听状态的CCB，并初始化它的客户端状态信息，最后将它置为”已建立连接”的状态。

双方收发数据：

服务器和客户端通过NtReadFile 和NtWriteFile ，根据文件对象的指示，向驱动程序发送IRP_MJ_READ 或IRP_MJ_WRITE请求。
Nptfs 驱动程序利用CCB中的两个数据队列来实现基于管道实例的读写操作，并且支持字节模式和消息模式。

命名管道实际上是一个内存中的文件对象，供不同程序之间传递数据或消息。

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