Unix和Windows跨系統(tǒng)通訊編程.doc

/5/1700005.shtmlUnix和Windows跨系統(tǒng)通訊編程2003-05-24 00:00 作者： 張勤李華春 出處： 天極論壇 責任編輯：方舟 摘要本文介紹了套接字（Socket）的基本概念及編程技術(shù)，并結(jié)合實例說明在Unix和Windows下如何用套接字實現(xiàn)客戶/服務器方式的通訊編程。關(guān)鍵詞Berkeley Sockets Windows Sockets 通訊編程 一、 前言隨著Internet的不斷發(fā)展，客戶機/服務 器模型得到了廣泛的應用?？蛻魬贸绦蛳蚍掌鞒绦蛘埱蠓?。一個服務程序通常在一個眾所周知的端口監(jiān)聽對服務的請求，也就是說，服務進程一直處于休眠狀 態(tài)，直到一個客戶對這個服務的地址提出了連接請求。在這個時刻，服務程序被“驚醒”并且為客戶提供服務或?qū)蛻舻恼埱笞鞒鲞m當?shù)姆磻?Unix最早是由美國貝爾實驗室發(fā)明的一種多用戶、多任務的通用操作系統(tǒng)，由于 Unix具有技術(shù)成熟、可靠性高、網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)庫功能強、伸縮性突出和開發(fā)性好的特色，可滿足各行各業(yè)的實際需要，特別是企業(yè)重要業(yè)務的需要，已經(jīng)成為主要 的工作平臺和重要的企業(yè)操作平臺，而微軟公司的 Windows操作系統(tǒng)用戶界面友好，安裝、使用也比較方便，應用軟件豐富，在個人PC機上成為主流操作系統(tǒng)。因此服務端使用 Unix，客戶端使用 Windows能充分利用它們各自的優(yōu)點，這也是今后發(fā)展的一個趨勢。同時，金融行業(yè)的中間業(yè)務發(fā)展迅速，銀行主機采用 Unix系統(tǒng)，而各代收代付單位多采用 Windows或 WindowsNT系統(tǒng)，在它們之間傳輸數(shù)據(jù)文件也涉及跨系統(tǒng)通訊的問題，通過套接字 Socket能方便地實現(xiàn) Unix和 Windows的跨系統(tǒng)通訊，本文擬就這一問題作一探討。二、 SOCKET簡介TCP/IP是計算機互連最常使用的網(wǎng)絡通訊協(xié)議， TCP/IP的核心部分由網(wǎng)絡操作系統(tǒng)的內(nèi)核實現(xiàn)，應用程序通過編程接口來訪問 TCP/IP，見下圖：圖1應用程序與Windows Socket關(guān)系圖七十年代中，美國國防部高研署（DARPA）將TCP/IP的軟件提供給加利福尼亞大學Berkeley分校后， TCP/IP很快被集成到Unix中，同時出現(xiàn)了許多成熟的TCP/IP應用程序接口（API）。這個API稱為Socket接口。今天，SOCKET接 口是TCP/IP網(wǎng)絡最為通用的API，也是在INTERNET上進行應用開發(fā)最為通用的API。九十年代初，由Microsoft 聯(lián)合了其他幾家公司共同制定了一套WINDOWS下的網(wǎng)絡編程接口，即Windows Sockets規(guī)范。它是Berkeley Sockets的重要擴充，主要是增加了一些異步函數(shù)，并增加了符合 Windows 消息驅(qū)動特性的網(wǎng)絡事件異步選擇機制。 Windows Sockets規(guī)范是一套開放的、支持多種協(xié)議的 Windows下的網(wǎng)絡編程接口。目前，在實際應用中的Windows Sockets規(guī)范主要有1.1版和2.0版。兩者的最重要區(qū)別是1.1版只支持TCP/IP協(xié)議，而2.0版可以支持多協(xié)議，2.0版有良好的向后兼容 性，目前，Windows下的Internet軟件都是基于 WinSock開發(fā)的。Socket實際在計算機中提供了一個通信端 口，可以通過這個端口與任何一個具有Socket接口的計算機通信。應用程序在網(wǎng)絡上傳輸，接收的信息都通過這個Socket接口來實現(xiàn)。在應用開發(fā)中就 像使用文件句柄一樣，可以對 Socket句柄進行讀、寫操作。我們將 Socket翻譯為套接字，套接字分為以下三種類型：字節(jié)流套接字（Stream Socket）是最常用的套接字類型，TCP/IP協(xié)議族中的 TCP 協(xié)議使用此類接口。字節(jié)流套接口提供面向連接的（建立虛電路）、無差錯的、發(fā)送先后順序一致的、無記錄邊界和非重復的網(wǎng)絡信包傳輸。 數(shù)據(jù)報套接字 （Datagram Socket）TCP/IP協(xié)議族中的UDP協(xié)議使用此類接口，它是無連接的服務，它以獨立的信包進行網(wǎng)絡傳輸，信包最大長度為32KB，傳輸不保證順 序性、可靠性和無重復性，它通常用于單個報文傳輸或可靠性不重要的場合。數(shù)據(jù)報套接口的一個重要特點是它保留了記錄邊界。對于這一特點。數(shù)據(jù)報套接口采用 了與現(xiàn)在許多包交換網(wǎng)絡（例如以太網(wǎng)）非常類似的模型。原始數(shù)據(jù)報套接字（Raw Socket）提供對網(wǎng)絡下層通訊協(xié)議（如IP協(xié)議）的直接訪問，它一般不是提供給普通用戶的，主要用于開發(fā)新的協(xié)議或用于提取協(xié)議較隱蔽的功能。三、 基于SOCKET的應用開發(fā)圖2面向連接協(xié)議的SOCKET編程模型面向連接協(xié)議的SOCKET編程模型應用最為廣泛，因為面向連接協(xié)議提供了一系列的數(shù)據(jù)糾錯功能，可以保證在網(wǎng)絡上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)及時、無誤地到達對方?；谶B接協(xié)議（字節(jié)流套接字）的服務是設計客戶機/服務器應用程序時的標準，其編程模型如下： 盡管Windows Sockets和Berkeley Sockets都是TCP/IP應用程序的編程接口，但二者由于分屬不同的系統(tǒng)，在某些環(huán)節(jié)仍有一些差別。Windows Sockets API沒有嚴格地堅持Berkeley傳統(tǒng)風格，通常這么做是因為在Windows環(huán)境中實現(xiàn)的難度。1.套接口數(shù)據(jù)類型和錯誤數(shù)值 Windows Sockets規(guī)范中定義了一個新的數(shù)據(jù)類型 SOCKET，這一類型的定義對于將來Windows Sockets規(guī)范的升級是必要的。這一類型的定義保證了應用程序向Win32 環(huán)境的可移植性。因為這一類型會自動地從16位升級到32位。 在 UNIX中，所有句柄包括套接口句柄，都是非負的短整數(shù)。 Windows Sockets 句柄則沒有這一限制，除了INVALID_SOCKET 不是一個有效的套接口外，套接口可以取從0到 INVALID_SOCKET1 之間的任意值。因為 SOCKET 類型是unsigned ，所以編譯已經(jīng)存在于UNIX 環(huán)境中的應用程序的源代碼可能會導致 signed/unsigned 數(shù)據(jù)類型不匹配的警告。因此，在socket（） 例程和accept（） 例程返回時，檢查是否有錯誤發(fā)生就不應該再使用把返回值和1比較的方法，或判斷返回值是否為負（這兩種方法在BSD 中都是很普通，很合法的途徑）。取而代之的是，一個應用程序應該使用常量INVALID_SOCKET ，該常量已在WINSOCK.H 中定義。例如：BDS 風格m_hSocket=socket（）；if（m_hSocket=1） /or m_hSocket0/Windows風格：m_hSocket=socket（）；if（m_hSocket=INVALID_SOCKET）2.select（） 函數(shù)和FD_宏由于一個套接口不再表示為非負的整數(shù)，select（） 函數(shù)在Windows Sockets API中的實現(xiàn)有一些變化：每一組套接口仍然用 fd_set 類型來代表，但是它并不是一個位掩碼。typedef struct fd_setu_int fd_count；SOCKET fd_array； fd_set；整個組的套接口是用了一個套接口的數(shù)組來實現(xiàn)的。為了避免潛在的危險，應用程序應該堅持用FD_XXX 宏（FD_SET,FD_ZERO,FD_CLR,FD_ISSET）來設置，初始化，清除和檢查fd_set 結(jié)構(gòu)。3.錯誤代碼errno,h_errno,WSAGetLastError（） Windows Sockets 實現(xiàn)所設置的錯誤代碼是無法通過 errno 變量得到的。另外對于 getXbyY（） 這一類的函數(shù)，錯誤代碼無法從h _errno 變量得到，錯誤代碼可以使用 WSAGetLastError（）調(diào)用得到，這種改進是為了適應多線程程序設計的需要。WSAGetLastError（）允許程序員能夠得到對應于每 一線程的最近的錯誤代碼。為了保持與 BSD 的兼容性，應用程序可以加入以下一行代碼：define errno WSAGetLastError（） 這就保證了用全程的 errno 變量所寫的網(wǎng)絡程序代碼在單線程環(huán)境中可以正確使用。當然，這樣做有許多明顯的缺點：如果一個源程序?qū)μ捉涌诤头翘捉涌诤瘮?shù)都用 errno 變量來檢查錯誤，那么這種機制將無法工作。此外，一個應用程序不可能為 errno 賦一個新的值 （在Windows Sockets 中，WSAGetLastError（）函數(shù)可以做到這一點）。例如：BSD風格：retcode=recv（）；if（retcode=1 errno=EWOULDBLOCK）Windows風格：retcode=recv（）；if（retcode=1 WSAGetLastError （）=EWOULDBLOCK）雖然為了兼容性原因，錯誤常量與4.3BSD 所提供的一致：應用程序應該盡可能地使用“WSA”系列錯誤代碼定義。且常量 SOCKET_ERROR是被用來檢查API 調(diào)用失敗的。雖然對這一常量的使用并不是強制性的，但這是推薦的。例如，上面程序更準確應該是：retcode=recv（）if（retcode=SOCKET_ERRORWSAGetLastError（）=WSAEWOULDBLOCK）4.重命名的函數(shù)有兩種原因Berkeley 套接口中的函數(shù)必須重命名，以避免與其他的 API 沖突： close（） 和closesocket（） 在Berkeley套接口中，套接口出現(xiàn)的形式與標準文件描述字相同，所以 close（） 函數(shù)可以用來象關(guān)閉文件一樣關(guān)閉套接口。在Windows Sockets API中，套接字和正常文件句柄不是等同的，例如read（）,write（） 和close（） 在應用于套接口后不能保證正確工作。套接口必須使用 closesocket（）例程來關(guān)閉，用close（） 例程來關(guān)閉套接口是不正確的。 ioctl（）和iooctlsocket（）Windows Sockets定義ioctlsocket（） 例程，用于實現(xiàn) BSD中ioctl（） 和fcntl（） 的功能。5.阻塞例程和 EINPROGRESS 宏 雖然Windows Sockets 支持關(guān)于套接口的阻塞操作，但是這種應用是被強烈反對的，如果程序員被迫使用阻塞模式（例如一個準備移植的已有的程序，BSD 包含了大量的阻塞函數(shù)，且其默認的工作方式都是阻塞的），那么他應該清楚地知道Windows Sockets中阻塞操作的語義。6.指針所有應用程序與Windows Sockets 使用的指針都必須是FAR 指針，為了方便應用程序開發(fā)者作用，Windows Sockets規(guī)范定義了數(shù)據(jù)類型LPHOSTENT 。7. Windows Sockets支持的最大套接口數(shù)目 一個Windows Sockets 應用程序可以使用的套接口的最大數(shù)目是在編譯時由常量 FD_SETSIZE 決定的。這個常量在 select（） 函數(shù)中被用來組建fd_set 結(jié)構(gòu)。在WINSOCK.H 中缺省值是64。如果一個應用程序希望能夠使用超過64個套接口，則編程人員必須在每一個源文件包含 WINSOCK.H 前定義確切的FD_SETSIZE值。有一種方法可以完成這項工作，就是在工程項目文件中的編譯器選項上加入這一定義。 FD_SETSIZE定義的值對Windows Sockets實現(xiàn)所支持的套接口的數(shù)目并無任何影響。8.頭文件 為了方便基于 Berkeley 套接口的已有的源代碼的移植， Windows Sockets支持許多 Berkeley頭文件。這些 Berkeley頭文件被包含在WINSOCK.H中。所以一個 Windows Sockets應用程序只需簡單的包含 WINSOCK.H就足夠了（這也是一種被推薦使用的方法）。四、 跨系統(tǒng)通訊編程實例下面通過一個實例來具體說明 Socket 在Unix 和Windows 跨系統(tǒng)通訊編程中的應用。 Internet 上可以提供一種叫 IRC（Internet Relay Chatting,Internet 在線聊天系統(tǒng)）的服務。使用者通過客戶端的程序登錄到 IRC 服務器上，就可以與登錄在同一 IRC 服務器上的客戶進行交談，這也就是平常所說的聊天室。在這里，給出了一個在運行 TCP/IP 協(xié)議的網(wǎng)絡上實現(xiàn) IRC 服務的程序。其中，服務器運行在 SCO Open Server 5.0.5上，客戶端運行在Windows98 或 Windows NT 上。在一臺計算機上運行服務端程序，同一網(wǎng)絡的其他計算機上運行客戶端程序，登錄到服務器上，各個客戶之間就可以聊天了。1.服務端 服務端用名為 client 的整型數(shù)組記錄每個客戶的已連接套接口描述字，此數(shù)組中的所有元素都初始化為1。同時服務器既要處理監(jiān)聽套接口，又要處理所有已連接套接口，因此需要用 到 I/O 復用。通過 select 函數(shù)內(nèi)核等待多個事件中的任一個發(fā)生，并僅在一個或多個事件發(fā)生或經(jīng)過某指定時間后才喚醒進程。維護一個讀描述字集 rset ，當有客戶到達時，在數(shù)組 client中的第一個可用條目（即值為1的第一個條目）記錄其已連接套接口的描述字。同時把這個已連接描述字加到讀描述字集rset 中，變量maxi 是當前使用的數(shù)組 client 的最大下標，而變量 maxfd1 是函數(shù) select第一個參數(shù)的當前值。如下圖：（假設有兩個客戶與服務器建立連接） 圖3第二客戶建立連接后的TCP服務器圖4第二客戶建立連接后的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)服務器在指定的端口上監(jiān)聽，每當一個套接口接收到信息，都將會把接收到的信息發(fā)送給每一個Client 。其主要源程序如下：int main（int argc,char argv）int i,maxi,maxfd,listenfd,connfd,sockfd；int nready,client；ssize_t n；fd_set rset,allset；char lineMAXLNE；socklen_t clilen；struct sockaddr_in cliaddr,servaddr；const int on=1；listenfd=Socket（AF_INET,SOCK_STREAM,0）；if（setsockopt （listenfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,on,sizeof（on）=1）；err_ret（setsockopt error）；bzero（servaddr,sizeof（servaddr）；servaddr.sin_family =AF_INET；servaddr.sin_addr.s_addr =htonl（INADDR_ANY）；servaddr.sin_port =htons（SERV_PORT）；Bind（listenfd,（SA）servaddr,sizeof（servaddr）；Listen（listenfd,LISTENQ）；maxfd =listenfd； /初始化maxi = 1； /最大下標for（i=0；iFD_SETSIZE；i）clienti=1； /1表示可用FD_ZERO（allset）；FD_SET（listenfd,allset）；for（；）rset=allset； /結(jié)構(gòu)賦值 nready=Select（maxfd1,rset,NULL,NULL,NULL）； if （FD_ISSET（listenfd,rset） /有用戶連接clilen=sizeof（cliaddr）； connfd=Accept（listenfd,（SA）cliaddr,clilen）；for（i=0；iFD_SETSIZE；i） if（clienti 0 clienti=connfd；/保存套接字 break；if（i=FD_SETSIZE）； err_quit（too many clients）；FD_SET （connfd，allset）； /增加套接字到讀描述字集if（connfdmaxfd）；maxfd=connfd；if（imaxi）；maxi=i；if（nready=0）continue；for （i=0；i=maxi；i） /檢查所有用戶連接 if（sockfd=clienti）0）continue； if（FD_ISSET（sockfd,rset）if（n=Readline（sockfd,line,MAXLINE）=0）/用戶關(guān)閉連接 Close（sockfd）； FD_CLR（sockfd,allset）； clienti=1 elseprintf（s,line）；Broadcast（client,maxi,line,n）；if （nready=0）break；/將聊天內(nèi)容發(fā)送到所有已連接的用戶Broadcast（int client,int maxi,charstr,size_t n）int i；int sockfd；for（i=0；imaxi,i） if（sockfd=clienti）0） continue；writen（sockfd,str,n）；2.客戶端 為了實現(xiàn)非阻塞通信，利用異步選擇函數(shù) WSAAsynSelect（） 將網(wǎng)絡事件與 WinSock 消息聯(lián)系起來，由該函數(shù)注冊一些用戶感興趣的網(wǎng)絡事件（如接收緩沖區(qū)滿，允許發(fā)送數(shù)據(jù)，請求連接等）。當這些被注冊的網(wǎng)絡事件發(fā)生時，應用程序的相應函數(shù) 將接收到有關(guān)消息。應用程序在使用Windows Sockets DLL 之前必須先調(diào)用啟動函數(shù)WSAStartup（） ，該函數(shù)的功能有兩點：一是由應用程序指定所要求Windows Sockets DLL 版本；二是獲得系統(tǒng) Windows Sockets DLL的一些技術(shù)細節(jié)。每一個WSAStartup（）函數(shù)必須和一個WSACleanup（）函數(shù)對應，當應用程序終止時，必須調(diào)用 WSACleanup（）將自己從OLL 中注銷?？蛻舳顺绦蛴?VC6.0在Windows98 操作系統(tǒng)下設計，程序主框架由 AppWizard 生成,客戶端核心代碼在 CTalkDialog類中。只有一個 socket 變量m_hSocket 與服務端進行連接。連接建立好后，通過此 SOCKET發(fā)送和接收信息。手工加入CTalkDialog:OnSockConnect（） ，完成基本套接字編程，為客戶程序申請一個套接字，并將該套接字與指定服務器綁定，然后向服務器發(fā)出連接請求，啟動異步選擇函數(shù)等待服務器的響應。void CTalkDialog:OnSockConnect（） struct sockaddr_in servaddr； WSADATA wsaData； if（WSAStartup（WINSOCK_VERSION,wsaData）； MessageBox（Could not load Windows Sockets DLL,NULL,MB_Ok）； return；m_hSocket=socket（AF_INET,SOCK_STREAM,0）； memset（servaddr,0，sizeof（servaddr）； servaddr.sin_family=AF_INET； /m_iPort,m_csIP 為通過注冊對話框返回的端口號和IP地址servaddr.sin_port=htons（m_iport）；servaddr.sin_addr.S_un.S_addr=inet_addr（m_csIP）；if （connect（m_hSocket,（SA） servaddr,sizeof （servaddr）!=0） AfxMessageBox（連接服務器失敗!）；GetDlgItem（IDC_BUTTON_OUT）EnableWindow（FALSE）； GetDlgItem（IDC_BUTTON_IN）EnableWindowTRUE GetDlgItem（IDC_EDITSEND）EnableWindow（FALSE）； UpdateData（FALSE）；else GetDlgItem（IDC_BUTTON_IN）EnableWindow（FALSE）；GetDlgItem（IDC_BUTTON_OUT）EnableWindow（TRUE）； GetDlgItem（IDC_EDITSEND）EnableWindow（TRUE）； int iErrorCode=WSAAsyncSelect（m_hSocket,m_hWnd,WM_SOCKET_READ, FD_READ）； if（iErrorCode=SOCKET_ERROR）MessageBox（WSAAsyncSelect failed on socket,NULL,MB_OK）；手工加入CTalkDialog:OnSockRead（）, 響應WinSock 發(fā)來的消息LRESULT CTalkDialog:OnSockRead（WPARAM wParamLPARAM 1Param）int iRead；int iBufferLength；int iEnd；int iSpaceRemain；char chIncomingData100；iBufferLength=iSpaceRemain=sizeof （chIncomingData）； iEnd=0； iSpaceRemain=iEnd； iRead=recv（m_hSocket,（LPSTR）（chIncomingDataiEnd）,iSpaceRemain,0）； iEnd=iRead； if （iRead=SOCKET_ERROR） AfxMessageBox（接收數(shù)據(jù)錯誤!）； chIncomingDataiEnd=0； if（lstrlen（chIncomingData）!=0）m_csRecv=m_csRecvchIncomingData；GetDlgItem（IDC_EDIT_RECV）SetWindowText（LPCSTR）m_csRecv）；CEdit