利用socket实现Windows与Linux平台间的网络通信

周西峰，陆 鹏，郭前岗

（南京邮电大学 自动化学院，江苏 南京210023）

在工业生产中，人们常把稳定性高的Linux系统运用到工业控制领域，以此来提高控制系统的性能。基于Windows平台开发的软件使用方便，因此工程中的应用软件大多数是以Windows为平台开发的。在一个工业系统中，人们需要同时使用Windows和Linux两种操作系统。为了使两个不同的操作系统能够协同工作并互相传递消息，需要在两者间进行通信。

在日常工作中，Windows作为PC机的操作平台被广泛使用，而Linux也以其开放的优势逐渐被用户采用。在两种系统被普遍使用的前提下，如何实现资源共享就成了一个重要的研究课题，需要实现两个平台间的互相通信以达到资源共享的目的。

基于以上两点，实现Windows与Linux平台间的网络通信有着重要的研究意义。本文通过socket(套接字)编程实现两个系统间的通信，socket是对应TCP/IP协议的最典型的应用开发接口，它提供了不同主机间进程通信的端点。本文阐述了套接字的编程原理，并举例说明如何开发Linux和Windows系统之间的网络通信程序。

1 socket基本原理

1.1 基本socket函数[1]

socket通信涉及的基本函数有：

(1)创建套接字

sockfd=socket(domain,type,protocol)；参数domain指定socket地址簇类型，type为套接字类型，protocol指明socket请求的协议，sockfd为套接字返回的文件描述符。

(2)绑定套接字与本地地址信息

bind(sockfd，(struct sockaddr*)&server_addr,sizeof(struct sockaddr))；该函数将本地主机地址以及端口号与所创建的套接字绑定起来。

(3)监听连接

listen(sockfd，backlog)；此函数表示服务器愿意接收连接，backlog指队列中允许的最大排队请求的个数。

(4)建立连接

connect(sockfd，(struct sockaddr*)&server_addr，sizeof(struct sockaddr))；connect用于建立连接，server_addr是保存着服务器IP地址和端口号的数据结构struct sockaddr。

(5)接收连接请求

accept(sockfd，(struct sockaddr*)&client_addr，sizeof(struct sockaddr))；用于接收客户机发来的连接请求。

(6)发送数据

send(sockfd，msg，len，flags)；将len字节的数据msg发送出去，flags通常为0。

(7)接收数据

recv(sockfd，buf，len，flags)；从套接字缓冲区buf中读取len字节长度的数据。

(8)关闭套接字

close(sockfd)；用于关闭套接字连接。

1.2 socket通信过程

套接字编程采用客户机/服务器(C/S)[2]模式，连接成功后，双方可以进行通信。通信过程如图1所示。

图1 socket通信过程[3]

2 软件设计

为避免使用两台计算机的麻烦，在Windows7系统的PC上安装虚拟机，虚拟机的操作系统是Linux。这样就可以在一台PC上进行通信测试，主机为Windows平台，虚拟机为Linux平台。

整个系统采用客户机/服务器(C/S)模型，将Linux平台作为服务器端，其IP地址为10.33.17.127，端口号为3352。将Windows平台作为客户机端，其IP地址为10.33.17.126。

2.1 Linux平台软件设计

2.1.1 响应连接

分别调用socket()、bind()、listen()和accept()来监听客户机端的连接请求并与之连接。

2.1.2 select函数[4]的使用

select可以完成非阻塞操作，即进程执行此函数时不必等待事件发生。它能够监视select返回的文件描述符的变化情况，通过返回值来判断select函数的执行情况。

首先定义一个集合变量fd_set rfds，分别将标准输入句柄0和当前连接句柄client_fd加入到集合中。先令maxfd为0，再比较client_fd与maxfd的大小，将两者中较大的值赋给maxfd，即将文件描述符的最大值赋予maxfd。设置最大等待时间tv.tv_sec=1，tv.tv_usec=0。

retval=select(maxfd+1，&rfds，NULL，NULL，&tv)，通过返回值retval判断文件的读写情况。若retval为-1，则出错；若retval为0，则继续等待；若retval为正值，则文件可读写，可以执行接下来的发送和接收消息的操作。

2.1.3 发送与接收消息

if(FD_ISSET(0，&rfds))用来检查指定文件描述符0是否在该集合rfds中，若满足则执行发送操作。fgets(buf，MAXBUF，stdin)表示将键盘输入的至多MAXBUF个字符的stdin送到buf中，摁下“Enter”键后即可发送。

同理，对于是否接收消息通过if(FD_ISSET(client_fd，&rfds))来判断。

2.1.4 断开连接

若要断开连接，则输入“quit”。通过命令if(!strncasecmp(buf，"quit"，4))来判断输入的内容是否为quit。连接断开后，显示框显示“Client has terminated the communication.”。

2.2 Windows平台软件设计

在Windows系统中，使用C#语言来编写socket程序。打开Microsoft Visual Studio 2010，新建一个“Windows窗体应用程序”的项目。在窗体中添加两个button控件，分别为button1(连接)和button2(发送)。并添加4个textBox控件，分别为textBox1(消息显示框)、textBox2(消息输入框)、textBox3(服务器IP地址输入框)和textBox4(服务器端口号输入框)。

2.2.1 请求连接

新建socket，Server和nPort分别表示服务器IP地址和端口号，通过命令socket.Connect(ServerIP，nPort)来连接服务器。

2.2.2 发送与接收消息

定义发送的字符串为Message，将消息输入框textBox2中的内容指定为Message。通过发送命令socket.Send(System.Text.Encoding.Default.GetBytes(Message))进行消息发送。

新建一个byte数组byte[]RecvBuffer，通过socket.Receive(RecvBuffer)将接收到的内容存放到RecvBuffer中。接收成功后，将接收到的内容显示在消息显示框中。

3 运行结果与分析

3.1 编译并执行Linux端程序

gcc server_socket.c-o server_scoket

./server_socket 3352 Server

此时，服务器端程序准备就绪，等待客户端请求连接。

3.2 启动Windows端的连接

打开Microsoft Visual Studio 2010软件，点击“启动调试”键后弹出窗体界面。点击窗体界面中的“连接”键后，客户机端能够成功连接服务器端。

3.3 实现互相通信

连接成功后，服务器端和客户机端可以自由发送消息。如图2所示，Windows系统中，在窗体界面的“消息输入框”中输入消息，点击“发送”后即可发送。在Linux终端中，输入要发送的消息，点击“Enter”键后进行发送。如图3所 示。

图2 Windows平台窗体界面显示

3.4 结果分析

结果表明，服务器端和客户机端在成功连接后能够进行通信。在Linux系统中，通信结果在终端显示。在Windows系统中，通信结果在窗体界面中显示。经测试，两个平台间能够完成无数次的收发操作。若要结束通信，在Linux终端中键入“quit”，即断开连接。

图3 Linux平台终端显示

本文阐述了Windows与Linux系统的网络传输设计方法，双方采用TCP/IP协议，运用socket接口来开发网络通信程序。Windows平台利用C#编写socket程序，并通过窗体界面显示通信过程。Linux平台中的socket程序调用select函数，实现非阻塞操作。套接字使得连接在通信两端的进程，能够通过各自的套接字收发消息，从而实现了两个平台间的全双工通信。目前的通信程序只能传送字符串，要真正实现两个系统之间的资源共享与消息传递，还需要它们之间能够传送文件、照片及视频等大数据量的信息，这将是下一阶段的研究重点。

[1]王远洋，周渊平，郭焕丽.Linux下基于socket多线程并发通信的实现[J].微计算机信息，2009，25(5-3)：70-72.

[2]卢宁，李定主，姚晖.Linux和Windows系统之间网络通信程序的开发[J].电脑开发与应用，2002，15(3)：23-24.

[3]郭勇.利用Socket开发客户/服务器应用[J].广西师范大学学报(自然科学版)，2000，18(1)：24-27.

[4]陈荣军，谢舜道，谭洪舟，等.一种基于Select函数的嵌入式网络通信信息转发机制设计[J].电脑知识与技术，2013，9(1)：25-28.