摘  要： 介紹了socket的工作原理,，構(gòu)建出一個適用于Windows和Linux操作系統(tǒng)的,、跨平臺的網(wǎng)絡(luò)通信程序，并給出設(shè)計原理和開發(fā)步驟,。整個系統(tǒng)采用客戶機/服務(wù)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(shè)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(jìn)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(guān)鍵詞： 套接字,；跨平臺網(wǎng)絡(luò)通信,；客戶機/服務(wù)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(lǐng)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(yīng)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(jìn)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(dá)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(luò)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(yīng)TCP/IP協(xié)議的最典型的應(yīng)用開發(fā)接口,，它提供了不同主機間進(jìn)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(luò)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(wù)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(wù)器IP地址和端口號的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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(guān)閉套接字
    close(sockfd),；用于關(guān)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(wù)器(C/S)[2]模式,，連接成功后,，雙方可以進(jìn)行通信。通信過程如圖1所示,。

2 軟件設(shè)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(jìn)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(wù)器(C/S)模型,，將Linux平臺作為服務(wù)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(shè)計
2.1.1 響應(yīng)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)輸入句柄0和當(dāng)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(shè)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(shè)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(yīng)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(wù)器IP地址輸入框)和textBox4(服務(wù)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(wù)器IP地址和端口號,，通過命令socket.Connect(ServerIP，nPort)來連接服務(wù)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(jìn)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(jié)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(wù)器端程序準(zhǔn)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(wù)器端,。
3.3 實現(xiàn)互相通信
    連接成功后,，服務(wù)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(jìn)行發(fā)送。如圖3所示,。

3.4 結(jié)果分析
    結(jié)果表明,，服務(wù)器端和客戶機端在成功連接后能夠進(jìn)行通信。在Linux系統(tǒng)中,，通信結(jié)果在終端顯示,。在Windows系統(tǒng)中，通信結(jié)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(jié)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(luò)傳輸設(shè)計方法,，雙方采用TCP/IP協(xié)議,，運用socket 接口來開發(fā)網(wǎng)絡(luò)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(jìn)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(xiàn)
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