《CLR via C#》读书笔记-异步编程(一)

在学习《CLR via C#》的27.2小节中使用了管道。因此先对管道（pipe）的相关知识进行梳理
Pipe
其在System.IO.Pipes命名空间下，此命名空间内的类主要任务就是完成不同进程之间的通信。其包含了anonymous pipe(匿名管道)和Named pipe(命名管道)。以下内容主要讲述命名管道的相关知识
1、命名管道的本质是一个使用“共享内存”模式的Stream，不同的进程采用CLR规定的规则(即使用Pipe)，才可以进行进程间的通信。
以下直接使用代码进行说明。

using System;
using System.IO;
using System.IO.Pipes;  //要引入命名空间
using System.Text;
using System.Threading;public class PipeServer
{private static int numThreads = 4;public static void Main(){int i;Thread[] servers = new Thread[numThreads];Console.WriteLine("\n*** Named pipe server stream with impersonation example ***\n");Console.WriteLine("Waiting for client connect...\n");for (i = 0; i < numThreads; i++){//声明一个处理线程servers[i] = new Thread(ServerThread); //此处应该添加以下代码//servers[i].IsBackground=true;//因为通过Thread创建的线程默认是前台线程，若前台线程会导致一个问题（特别是在UI界面上[例如winform]）,造成winform应用程序不终止。因此在使用时要特别注意这点。servers[i].Start();}Thread.Sleep(250);while (i > 0){for (int j = 0; j < numThreads; j++){if (servers[j] != null){if (servers[j].Join(250)){Console.WriteLine("Server thread[{0}] finished.", servers[j].ManagedThreadId);servers[j] = null;i--;    // decrement the thread watch count}}}}Console.WriteLine("\nServer threads exhausted, exiting.");}//线程需要处理的具体内容private static void ServerThread(object data){NamedPipeServerStream pipeServer =new NamedPipeServerStream("testpipe", PipeDirection.InOut, numThreads);int threadId = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;// Wait for a client to connect//此处，服务器上的线程会阻塞，因为要等待客户端的链接。直到有客户端发起链接请求，线程才能继续执行，否则线程阻塞pipeServer.WaitForConnection();Console.WriteLine("Client connected on thread[{0}].", threadId);try{// Read the request from the client. Once the client has// written to the pipe its security token will be available.// StreamString的具体定义参见其定义StreamString ss = new StreamString(pipeServer);// Verify our identity to the connected client using a// string that the client anticipates.ss.WriteString("I am the one true server!");string filename = ss.ReadString();// Read in the contents of the file while impersonating the client.ReadFileToStream fileReader = new ReadFileToStream(ss, filename);// Display the name of the user we are impersonating.Console.WriteLine("Reading file: {0} on thread[{1}] as user: {2}.",filename, threadId, pipeServer.GetImpersonationUserName());//***RunAsClient的具体说明参见代码下方pipeServer.RunAsClient(fileReader.Start);}// Catch the IOException that is raised if the pipe is broken// or disconnected.catch (IOException e){Console.WriteLine("ERROR: {0}", e.Message);}pipeServer.Close();}
}// Defines the data protocol for reading and writing strings on our stream
// 定义数据格式协议
public class StreamString
{private Stream ioStream;private UnicodeEncoding streamEncoding;//本类在创建实例时，会将NamedPipeServerStream传入，因此在本类里面所有的ioStream变量，就是pipeServerStreampublic StreamString(Stream ioStream){this.ioStream = ioStream;streamEncoding = new UnicodeEncoding();}public string ReadString(){int len = 0;//可以地方很好玩，之前一直在想为啥要这么写，是有内部的原因吗？//哈哈，看了WriteString就明白，这就是“原作者”写的玩的//“原作者”想在读取内容的前两位存储内容的长度。只要按照这个规矩，客户端在发送前会将内容的长度写在最前面两位，// 这样服务器端就知道需要创建多大的byte数组，这样就可以避免浪费空间。// 若自己在写demo时，因为知道自己的文件内容，因此可以直接在服务器端定义byte数组的长度len = ioStream.ReadByte() * 256;len += ioStream.ReadByte();byte[] inBuffer = new byte[len];ioStream.Read(inBuffer, 0, len);return streamEncoding.GetString(inBuffer);}public int WriteString(string outString){byte[] outBuffer = streamEncoding.GetBytes(outString);int len = outBuffer.Length;if (len > UInt16.MaxValue){len = (int)UInt16.MaxValue;}//这个地方就解释了ReadString方法中为什么会有先读取两字节的操作了ioStream.WriteByte((byte)(len / 256));ioStream.WriteByte((byte)(len & 255));ioStream.Write(outBuffer, 0, len);ioStream.Flush();return outBuffer.Length + 2;}
}// Contains the method executed in the context of the impersonated user
public class ReadFileToStream
{private string fn;private StreamString ss;public ReadFileToStream(StreamString str, string filename){fn = filename;ss = str;}public void Start(){string contents = File.ReadAllText(fn);ss.WriteString(contents);}
}

RunAsClient方法第一次没明白什么意思。这个方法从字面意思是指：服务器“变身”客户端。通过网上的查询，自己对这个方法的理解如下：当服务器实例（NamedPipeServerStream）调用本方法时，会获取连接到本服务器上的客户端的Token，使得客户端的权限应用到服务器上。换句话说，本方法并不是说服务器端使用某种机制“变身”成客户端，而是客户端的权限授予服务器端，便于服务器对客户端上的文件进行操作。
说明1：以下的场景最为常用。服务器与客户端建立连接后，服务器端需要读取客户端上的文件内容。但此时服务器端并没有读取客户端文件的权限，需要客户端授权。因此，当服务器端调用RunAsClient后，客户端的相关权限就授予了服务器端，服务器就可以对文件进行操作了。从这个层面上讲是相当于客户端（方法中使用了“s）。
说明2：若在同一台电脑上创建了服务器端和客户端，则不使用RunAsClient也不会报错。但若使用远程连接，若不使用RunAsClient而直接使用读取数据的方法则会出现问题。
因此上面的例子中有如下的代码：

//若直接使用如下代码，在本机不会报错，但在远程桌面连接时，会出现异常
// fileReader.Start();
pipeServer.RunAsClient(fileReader.Start);

而fileReader.Start的定义如下：

    public void Start(){string contents = File.ReadAllText(fn);ss.WriteString(contents);}

读取客户端的文件内容。因此就需要使用RunAsClient方法，若不使用本方法，则就会报异常。
客户端的代码如下：

using System;
using System.IO;
using System.IO.Pipes;
using System.Text;
using System.Security.Principal;
using System.Diagnostics;
using System.Threading;public class PipeClient
{private static int numClients = 4;public static void Main(string[] Args){if (Args.Length > 0){if (Args[0] == "spawnclient"){NamedPipeClientStream pipeClient =new NamedPipeClientStream(".", "testpipe",PipeDirection.InOut, PipeOptions.None,TokenImpersonationLevel.Impersonation);Console.WriteLine("Connecting to server...\n");pipeClient.Connect();StreamString ss = new StreamString(pipeClient);// Validate the server's signature stringif (ss.ReadString() == "I am the one true server!"){// The client security token is sent with the first write.// Send the name of the file whose contents are returned// by the server.ss.WriteString("c:\\textfile.txt");// Print the file to the screen.Console.Write(ss.ReadString());}else{Console.WriteLine("Server could not be verified.");}pipeClient.Close();// Give the client process some time to display results before exiting.Thread.Sleep(4000);}}else{Console.WriteLine("\n*** Named pipe client stream with impersonation example ***\n");StartClients();}}// Helper function to create pipe client processesprivate static void StartClients(){int i;string currentProcessName = Environment.CommandLine;Process[] plist = new Process[numClients];Console.WriteLine("Spawning client processes...\n");if (currentProcessName.Contains(Environment.CurrentDirectory)){currentProcessName = currentProcessName.Replace(Environment.CurrentDirectory, String.Empty);}// Remove extra characters when launched from Visual StudiocurrentProcessName = currentProcessName.Replace("\\", String.Empty);currentProcessName = currentProcessName.Replace("\"", String.Empty);for (i = 0; i < numClients; i++){// Start 'this' program but spawn a named pipe client.plist[i] = Process.Start(currentProcessName, "spawnclient");}while (i > 0){for (int j = 0; j < numClients; j++){if (plist[j] != null){if (plist[j].HasExited){Console.WriteLine("Client process[{0}] has exited.",plist[j].Id);plist[j] = null;i--;    // decrement the process watch count}else{Thread.Sleep(250);}}}}Console.WriteLine("\nClient processes finished, exiting.");}
}// Defines the data protocol for reading and writing strings on our stream
public class StreamString
{private Stream ioStream;private UnicodeEncoding streamEncoding;public StreamString(Stream ioStream){this.ioStream = ioStream;streamEncoding = new UnicodeEncoding();}public string ReadString(){int len;len = ioStream.ReadByte() * 256;len += ioStream.ReadByte();byte[] inBuffer = new byte[len];ioStream.Read(inBuffer, 0, len);return streamEncoding.GetString(inBuffer);}public int WriteString(string outString){byte[] outBuffer = streamEncoding.GetBytes(outString);int len = outBuffer.Length;if (len > UInt16.MaxValue){len = (int)UInt16.MaxValue;}ioStream.WriteByte((byte)(len / 256));ioStream.WriteByte((byte)(len & 255));ioStream.Write(outBuffer, 0, len);ioStream.Flush();return outBuffer.Length + 2;}
}

以上代码全部复制于MSDN，具体网址如下：MSDN上关于Pipe的使用
小节
在测试命名管道相关的程序中存在这样一个问题。若远程server端设置了用户名/密码，则客户端会报异常，无法连接到服务器端。另外，需要验证一个问题，要连接到server端是否需要将防火墙关闭！此问题需要验证！

参考文献：
1、http://www.cnblogs.com/langu/archive/2013/02/22/2922542.html
2、http://blog.csdn.net/jcx5083761/article/details/7955489
3、MSDN：https://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/bb546085.aspx
4、StackOverflow：http://stackoverflow.com/questions/23832090/how-do-you-loaduserpofile-from-within-namepipeserverstream-runasclient
5、CodeProject：http://www.codeproject.com/Articles/125810/A-complete-Impersonation-Demo-in-Csharp-N

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