摘  要： 介紹了socket的工作原理，構建出一個適用于Windows和Linux操作系統(tǒng)的,、跨平臺的網(wǎng)絡通信程序,，并給出設計原理和開發(fā)步驟。整個系統(tǒng)采用客戶機/服務器(C/S)模型,，在Windows系統(tǒng)中,，socket程序利用Visual C#語言編寫。Linux系統(tǒng)中的socket程序調(diào)用select()函數(shù),，則該套接字自動設置為非阻塞方式,，從而提高了程序的執(zhí)行效率。經(jīng)測試,，通信兩端的進程能夠通過各自的套接字收發(fā)消息,，從而實現(xiàn)了Windows與Linux平臺間的通信。
關鍵詞： 套接字,；跨平臺網(wǎng)絡通信,；客戶機/服務器；select()函數(shù)

    在工業(yè)生產(chǎn)中,，人們常把穩(wěn)定性高的Linux系統(tǒng)運用到工業(yè)控制領域,，以此來提高控制系統(tǒng)的性能?；赪indows平臺開發(fā)的軟件使用方便,，因此工程中的應用軟件大多數(shù)是以Windows為平臺開發(fā)的。在一個工業(yè)系統(tǒng)中,，人們需要同時使用Windows和Linux兩種操作系統(tǒng),。為了使兩個不同的操作系統(tǒng)能夠協(xié)同工作并互相傳遞消息，需要在兩者間進行通信,。
    在日常工作中,，Windows作為PC機的操作平臺被廣泛使用，而Linux也以其開放的優(yōu)勢逐漸被用戶采用,。在兩種系統(tǒng)被普遍使用的前提下,，如何實現(xiàn)資源共享就成了一個重要的研究課題，需要實現(xiàn)兩個平臺間的互相通信以達到資源共享的目的,。
    基于以上兩點,，實現(xiàn)Windows與Linux平臺間的網(wǎng)絡通信有著重要的研究意義。本文通過socket(套接字)編程實現(xiàn)兩個系統(tǒng)間的通信,，socket是對應TCP/IP協(xié)議的最典型的應用開發(fā)接口,，它提供了不同主機間進程通信的端點。本文闡述了套接字的編程原理,，并舉例說明如何開發(fā)Linux和Windows系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡通信程序,。
1 socket基本原理
1.1 基本socket函數(shù)[1]
    socket通信涉及的基本函數(shù)有：
    (1)創(chuàng)建套接字
    sockfd=socket(domain, type, protocol),；參數(shù)domain指定socket地址簇類型，type為套接字類型,，protocol指明socket請求的協(xié)議，sockfd為套接字返回的文件描述符,。
    (2)綁定套接字與本地地址信息
    bind(sockfd,，(struct sockaddr*)&server_addr,sizeof(struct sockaddr))；該函數(shù)將本地主機地址以及端口號與所創(chuàng)建的套接字綁定起來,。
    (3)監(jiān)聽連接
    listen(sockfd,，backlog)；此函數(shù)表示服務器愿意接收連接,，backlog指隊列中允許的最大排隊請求的個數(shù),。
    (4)建立連接
    connect(sockfd，(struct sockaddr*) &server_addr,，sizeof(struct sockaddr)),；connect用于建立連接，server_addr是保存著服務器IP地址和端口號的數(shù)據(jù)結構struct sockaddr,。
    (5)接收連接請求
    accept(sockfd,，(struct sockaddr*) &client_addr，sizeof(struct sockaddr)),；用于接收客戶機發(fā)來的連接請求,。
    (6)發(fā)送數(shù)據(jù)
    send(sockfd，msg,，len,，flags)；將len字節(jié)的數(shù)據(jù)msg發(fā)送出去,，flags通常為0,。
    (7)接收數(shù)據(jù)
    recv(sockfd，buf,，len,，flags)；從套接字緩沖區(qū)buf中讀取len字節(jié)長度的數(shù)據(jù),。
    (8)關閉套接字
    close(sockfd),；用于關閉套接字連接。
1.2 socket通信過程
    套接字編程采用客戶機/服務器(C/S)[2]模式,，連接成功后,，雙方可以進行通信。通信過程如圖1所示,。

2 軟件設計
    為避免使用兩臺計算機的麻煩,，在Windows7系統(tǒng)的PC上安裝虛擬機,，虛擬機的操作系統(tǒng)是Linux。這樣就可以在一臺PC上進行通信測試,，主機為Windows平臺,，虛擬機為Linux平臺。
    整個系統(tǒng)采用客戶機/服務器(C/S)模型,，將Linux平臺作為服務器端,，其IP地址為10.33.17.127，端口號為3352,。將Windows平臺作為客戶機端,，其IP地址為10.33.17.126。
2.1 Linux平臺軟件設計
2.1.1 響應連接
    分別調(diào)用socket(),、bind(),、listen()和accept()來監(jiān)聽客戶機端的連接請求并與之連接。
2.1.2 select函數(shù)[4]的使用
    select可以完成非阻塞操作,，即進程執(zhí)行此函數(shù)時不必等待事件發(fā)生,。它能夠監(jiān)視select返回的文件描述符的變化情況，通過返回值來判斷select函數(shù)的執(zhí)行情況,。
    首先定義一個集合變量fd_set rfds,，分別將標準輸入句柄0和當前連接句柄client_fd加入到集合中。先令maxfd為0,，再比較client_fd與maxfd的大小,，將兩者中較大的值賦給maxfd，即將文件描述符的最大值賦予maxfd,。設置最大等待時間tv.tv_sec=1,，tv.tv_usec=0。
    retval=select(maxfd+1,，&rfds,，NULL，NULL,，&tv),，通過返回值retval判斷文件的讀寫情況。若retval為-1,，則出錯,；若retval為0，則繼續(xù)等待,；若retval為正值,，則文件可讀寫，可以執(zhí)行接下來的發(fā)送和接收消息的操作。
2.1.3 發(fā)送與接收消息
    if(FD_ISSET(0,，&rfds))用來檢查指定文件描述符0是否在該集合rfds中,，若滿足則執(zhí)行發(fā)送操作。fgets(buf,，MAXBUF,，stdin)表示將鍵盤輸入的至多MAXBUF個字符的stdin送到buf中，摁下“Enter”鍵后即可發(fā)送,。
    同理,，對于是否接收消息通過if (FD_ISSET(client_fd，&rfds))來判斷,。
2.1.4 斷開連接
    若要斷開連接，則輸入“quit”,。通過命令if(!strncasecmp(buf,，"quit"，4))來判斷輸入的內(nèi)容是否為quit,。連接斷開后,，顯示框顯示“Client has terminated the communication.”。
2.2 Windows平臺軟件設計
    在Windows系統(tǒng)中,，使用C#語言來編寫socket程序,。打開Microsoft Visual Studio 2010，新建一個“Windows窗體應用程序”的項目,。在窗體中添加兩個button控件,，分別為button1(連接)和button2(發(fā)送)。并添加4個textBox控件,，分別為textBox1(消息顯示框),、textBox2(消息輸入框)、textBox3(服務器IP地址輸入框)和textBox4(服務器端口號輸入框),。
2.2.1 請求連接
    新建socket,，Server和nPort分別表示服務器IP地址和端口號，通過命令socket.Connect(ServerIP,，nPort)來連接服務器,。
2.2.2 發(fā)送與接收消息

    定義發(fā)送的字符串為Message，將消息輸入框textBox2中的內(nèi)容指定為Message,。通過發(fā)送命令socket.Send(System.Text.Encoding.Default.GetBytes(Message))進行消息發(fā)送,。
    新建一個byte數(shù)組byte[] RecvBuffer，通過socket.Receive(RecvBuffer)將接收到的內(nèi)容存放到RecvBuffer中,。接收成功后,，將接收到的內(nèi)容顯示在消息顯示框中。
3 運行結果與分析
3.1 編譯并執(zhí)行Linux端程序
    gcc server_socket.c-o server_scoket
    ./server_socket 3352 Server
    此時，服務器端程序準備就緒,，等待客戶端請求連接,。
3.2 啟動Windows端的連接
    打開Microsoft Visual Studio 2010軟件，點擊“啟動調(diào)試”鍵后彈出窗體界面,。點擊窗體界面中的“連接”鍵后,，客戶機端能夠成功連接服務器端。
3.3 實現(xiàn)互相通信
    連接成功后,，服務器端和客戶機端可以自由發(fā)送消息,。如圖2所示，Windows系統(tǒng)中,，在窗體界面的“消息輸入框”中輸入消息,，點擊“發(fā)送”后即可發(fā)送。在Linux終端中,，輸入要發(fā)送的消息,，點擊“Enter”鍵后進行發(fā)送。如圖3所示,。

3.4 結果分析
    結果表明,，服務器端和客戶機端在成功連接后能夠進行通信。在Linux系統(tǒng)中,，通信結果在終端顯示,。在Windows系統(tǒng)中，通信結果在窗體界面中顯示,。經(jīng)測試,，兩個平臺間能夠完成無數(shù)次的收發(fā)操作。若要結束通信,，在Linux終端中鍵入“quit”,，即斷開連接。
    本文闡述了Windows與Linux系統(tǒng)的網(wǎng)絡傳輸設計方法,，雙方采用TCP/IP協(xié)議,，運用socket 接口來開發(fā)網(wǎng)絡通信程序。Windows平臺利用C#編寫socket程序,，并通過窗體界面顯示通信過程,。Linux平臺中的socket程序調(diào)用select函數(shù)，實現(xiàn)非阻塞操作,。套接字使得連接在通信兩端的進程,，能夠通過各自的套接字收發(fā)消息，從而實現(xiàn)了兩個平臺間的全雙工通信,。目前的通信程序只能傳送字符串,，要真正實現(xiàn)兩個系統(tǒng)之間的資源共享與消息傳遞，還需要它們之間能夠傳送文件、照片及視頻等大數(shù)據(jù)量的信息,，這將是下一階段的研究重點,。
參考文獻
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