摘 要： 介紹了socket的工作原理，構建出一個適用于Windows和Linux操作系統的、跨平臺的網絡通信程序，并給出設計原理和開發步驟。整個系統采用客戶機/服務器(C/S)模型，在Windows系統中，socket程序利用Visual C#語言編寫。Linux系統中的socket程序調用select()函數，則該套接字自動設置為非阻塞方式，從而提高了程序的執行效率。經測試，通信兩端的進程能夠通過各自的套接字收發消息，從而實現了Windows與Linux平臺間的通信。
關鍵詞： 套接字；跨平臺網絡通信；客戶機/服務器；select()函數
在工業生產中，人們常把穩定性高的Linux系統運用到工業控制領域，以此來提高控制系統的性能?；赪indows平臺開發的軟件使用方便，因此工程中的應用軟件大多數是以Windows為平臺開發的。在一個工業系統中，人們需要同時使用Windows和Linux兩種操作系統。為了使兩個不同的操作系統能夠協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也以其開放的優勢逐漸被用戶采用。在兩種系統被普遍使用的前提下，如何實現資源共享就成了一個重要的研究課題，需要實現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Windows與Linux平臺間的網絡通信有著重要的研究意義。本文通過socket(套接字)編程實現兩個系統間的通信，socket是對應TCP/IP協議的最典型的應用開發接口，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Linux和Windows系統之間的網絡通信程序。
1 socket基本原理
1.1 基本socket函數[1]
socket通信涉及的基本函數有：
(1)創建套接字
sockfd=socket(domain, type, protocol)；參數domain指定socket地址簇類型，type為套接字類型，protocol指明socket請求的協議，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))；該函數將本地主機地址以及端口號與所創建的套接字綁定起來。
(3)監聽連接
listen(sockfd，backlog)；此函數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。
(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地址和端口號的數據結構struct sockaddr。
(5)接收連接請求
accept(sockfd，(struct sockaddr*) &client_addr，sizeof(struct sockaddr))；用于接收客戶機發來的連接請求。
(6)發送數據
send(sockfd，msg，len，flags)；將len字節的數據msg發送出去，flags通常為0。
(7)接收數據
recv(sockfd，buf，len，flags)；從套接字緩沖區buf中讀取len字節長度的數據。
(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系統的PC上安裝虛擬機，虛擬機的操作系統是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
分別調用socket()、bind()、listen()和accept()來監聽客戶機端的連接請求并與之連接。
2.1.2 select函數[4]的使用
select可以完成非阻塞操作，即進程執行此函數時不必等待事件發生。它能夠監視select返回的文件描述符的變化情況，通過返回值來判斷select函數的執行情況。
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，則繼續等待；若retval為正值，則文件可讀寫，可以執行接下來的發送和接收消息的操作。
2.1.3 發送與接收消息
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，若滿足則執行發送操作。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 發送與接收消息
定義發送的字符串為Message，將消息輸入框textBox2中的內容指定為Message。通過發送命令socket.Send(System.Text.Encoding.Default.GetBytes(Message))進行消息發送。
新建一個byte數組byte[] RecvBuffer，通過socket.Receive(RecvBuffer)將接收到的內容存放到RecvBuffer中。接收成功后，將接收到的內容顯示在消息顯示框中。
3 運行結果與分析
3.1 編譯并執行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 實現互相通信
連接成功后，服務器端和客戶機端可以自由發送消息。如圖2所示，Windows系統中，在窗體界面的“消息輸入框”中輸入消息，點擊“發送”后即可發送。在Linux終端中，輸入要發送的消息，點擊“Enter”鍵后進行發送。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系統中，通信結果在終端顯示。在Windows系統中，通信結果在窗體界面中顯示。經測試，兩個平臺間能夠完成無數次的收發操作。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系統的網絡傳輸設計方法，雙方采用TCP/IP協議，運用socket 接口來開發網絡通信程序。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程序調用select函數，實現非阻塞操作。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消息，從而實現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，要真正實現兩個系統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、照片及視頻等大數據量的信息，這將是下一階段的研究重點。
參考文獻
[1] 王遠洋，周淵平，郭煥麗.Linux下基于socket多線程并發通信的實現[J].微計算機信息，2009，25(5-3)：70-72.
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[4] 陳榮軍，謝舜道，譚洪舟，等.一種基于Select函數的嵌入式網絡通信信息轉發機制設計[J].電腦知識與技術，2013，9(1)：25-28.