Unix和Windows跨系统通讯编程.doc

/5/1700005.shtmlUnix和Windows跨系统通讯编程2003-05-24 00:00 作者： 张勤李华春 出处： 天极论坛 责任编辑：方舟 摘要本文介绍了套接字（Socket）的基本概念及编程技术，并结合实例说明在Unix和Windows下如何用套接字实现客户/服务器方式的通讯编程。关键词Berkeley Sockets Windows Sockets 通讯编程 一、 前言随着Internet的不断发展，客户机/服务 器模型得到了广泛的应用。客户应用程序向服务器程序请求服务。一个服务程序通常在一个众所周知的端口监听对服务的请求，也就是说，服务进程一直处于休眠状 态，直到一个客户对这个服务的地址提出了连接请求。在这个时刻，服务程序被“惊醒”并且为客户提供服务或对客户的请求作出适当的反应。 Unix最早是由美国贝尔实验室发明的一种多用户、多任务的通用操作系统，由于 Unix具有技术成熟、可靠性高、网络和数据库功能强、伸缩性突出和开发性好的特色，可满足各行各业的实际需要，特别是企业重要业务的需要，已经成为主要 的工作平台和重要的企业操作平台，而微软公司的 Windows操作系统用户界面友好，安装、使用也比较方便，应用软件丰富，在个人PC机上成为主流操作系统。因此服务端使用 Unix，客户端使用 Windows能充分利用它们各自的优点，这也是今后发展的一个趋势。同时，金融行业的中间业务发展迅速，银行主机采用 Unix系统，而各代收代付单位多采用 Windows或 WindowsNT系统，在它们之间传输数据文件也涉及跨系统通讯的问题，通过套接字 Socket能方便地实现 Unix和 Windows的跨系统通讯，本文拟就这一问题作一探讨。二、 SOCKET简介TCP/IP是计算机互连最常使用的网络通讯协议， TCP/IP的核心部分由网络操作系统的内核实现，应用程序通过编程接口来访问 TCP/IP，见下图：图1应用程序与Windows Socket关系图七十年代中，美国国防部高研署（DARPA）将TCP/IP的软件提供给加利福尼亚大学Berkeley分校后， TCP/IP很快被集成到Unix中，同时出现了许多成熟的TCP/IP应用程序接口（API）。这个API称为Socket接口。今天，SOCKET接 口是TCP/IP网络最为通用的API，也是在INTERNET上进行应用开发最为通用的API。九十年代初，由Microsoft 联合了其他几家公司共同制定了一套WINDOWS下的网络编程接口，即Windows Sockets规范。它是Berkeley Sockets的重要扩充，主要是增加了一些异步函数，并增加了符合 Windows 消息驱动特性的网络事件异步选择机制。 Windows Sockets规范是一套开放的、支持多种协议的 Windows下的网络编程接口。目前，在实际应用中的Windows Sockets规范主要有1.1版和2.0版。两者的最重要区别是1.1版只支持TCP/IP协议，而2.0版可以支持多协议，2.0版有良好的向后兼容 性，目前，Windows下的Internet软件都是基于 WinSock开发的。Socket实际在计算机中提供了一个通信端 口，可以通过这个端口与任何一个具有Socket接口的计算机通信。应用程序在网络上传输，接收的信息都通过这个Socket接口来实现。在应用开发中就 像使用文件句柄一样，可以对 Socket句柄进行读、写操作。我们将 Socket翻译为套接字，套接字分为以下三种类型：字节流套接字（Stream Socket）是最常用的套接字类型，TCP/IP协议族中的 TCP 协议使用此类接口。字节流套接口提供面向连接的（建立虚电路）、无差错的、发送先后顺序一致的、无记录边界和非重复的网络信包传输。 数据报套接字 （Datagram Socket）TCP/IP协议族中的UDP协议使用此类接口，它是无连接的服务，它以独立的信包进行网络传输，信包最大长度为32KB，传输不保证顺 序性、可靠性和无重复性，它通常用于单个报文传输或可靠性不重要的场合。数据报套接口的一个重要特点是它保留了记录边界。对于这一特点。数据报套接口采用 了与现在许多包交换网络（例如以太网）非常类似的模型。原始数据报套接字（Raw Socket）提供对网络下层通讯协议（如IP协议）的直接访问，它一般不是提供给普通用户的，主要用于开发新的协议或用于提取协议较隐蔽的功能。三、 基于SOCKET的应用开发图2面向连接协议的SOCKET编程模型面向连接协议的SOCKET编程模型应用最为广泛，因为面向连接协议提供了一系列的数据纠错功能，可以保证在网络上传输的数据及时、无误地到达对方。基于连接协议（字节流套接字）的服务是设计客户机/服务器应用程序时的标准，其编程模型如下： 尽管Windows Sockets和Berkeley Sockets都是TCP/IP应用程序的编程接口，但二者由于分属不同的系统，在某些环节仍有一些差别。Windows Sockets API没有严格地坚持Berkeley传统风格，通常这么做是因为在Windows环境中实现的难度。1.套接口数据类型和错误数值 Windows Sockets规范中定义了一个新的数据类型 SOCKET，这一类型的定义对于将来Windows Sockets规范的升级是必要的。这一类型的定义保证了应用程序向Win32 环境的可移植性。因为这一类型会自动地从16位升级到32位。 在 UNIX中，所有句柄包括套接口句柄，都是非负的短整数。 Windows Sockets 句柄则没有这一限制，除了INVALID_SOCKET 不是一个有效的套接口外，套接口可以取从0到 INVALID_SOCKET1 之间的任意值。因为 SOCKET 类型是unsigned ，所以编译已经存在于UNIX 环境中的应用程序的源代码可能会导致 signed/unsigned 数据类型不匹配的警告。因此，在socket（） 例程和accept（） 例程返回时，检查是否有错误发生就不应该再使用把返回值和1比较的方法，或判断返回值是否为负（这两种方法在BSD 中都是很普通，很合法的途径）。取而代之的是，一个应用程序应该使用常量INVALID_SOCKET ，该常量已在WINSOCK.H 中定义。例如：BDS 风格m_hSocket=socket（）；if（m_hSocket=1） /or m_hSocket0/Windows风格：m_hSocket=socket（）；if（m_hSocket=INVALID_SOCKET）2.select（） 函数和FD_宏由于一个套接口不再表示为非负的整数，select（） 函数在Windows Sockets API中的实现有一些变化：每一组套接口仍然用 fd_set 类型来代表，但是它并不是一个位掩码。typedef struct fd_setu_int fd_count；SOCKET fd_array； fd_set；整个组的套接口是用了一个套接口的数组来实现的。为了避免潜在的危险，应用程序应该坚持用FD_XXX 宏（FD_SET,FD_ZERO,FD_CLR,FD_ISSET）来设置，初始化，清除和检查fd_set 结构。3.错误代码errno,h_errno,WSAGetLastError（） Windows Sockets 实现所设置的错误代码是无法通过 errno 变量得到的。另外对于 getXbyY（） 这一类的函数，错误代码无法从h _errno 变量得到，错误代码可以使用 WSAGetLastError（）调用得到，这种改进是为了适应多线程程序设计的需要。WSAGetLastError（）允许程序员能够得到对应于每 一线程的最近的错误代码。为了保持与 BSD 的兼容性，应用程序可以加入以下一行代码：define errno WSAGetLastError（） 这就保证了用全程的 errno 变量所写的网络程序代码在单线程环境中可以正确使用。当然，这样做有许多明显的缺点：如果一个源程序对套接口和非套接口函数都用 errno 变量来检查错误，那么这种机制将无法工作。此外，一个应用程序不可能为 errno 赋一个新的值 （在Windows Sockets 中，WSAGetLastError（）函数可以做到这一点）。例如：BSD风格：retcode=recv（）；if（retcode=1 errno=EWOULDBLOCK）Windows风格：retcode=recv（）；if（retcode=1 WSAGetLastError （）=EWOULDBLOCK）虽然为了兼容性原因，错误常量与4.3BSD 所提供的一致：应用程序应该尽可能地使用“WSA”系列错误代码定义。且常量 SOCKET_ERROR是被用来检查API 调用失败的。虽然对这一常量的使用并不是强制性的，但这是推荐的。例如，上面程序更准确应该是：retcode=recv（）if（retcode=SOCKET_ERRORWSAGetLastError（）=WSAEWOULDBLOCK）4.重命名的函数有两种原因Berkeley 套接口中的函数必须重命名，以避免与其他的 API 冲突： close（） 和closesocket（） 在Berkeley套接口中，套接口出现的形式与标准文件描述字相同，所以 close（） 函数可以用来象关闭文件一样关闭套接口。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（） 在应用于套接口后不能保证正确工作。套接口必须使用 closesocket（）例程来关闭，用close（） 例程来关闭套接口是不正确的。 ioctl（）和iooctlsocket（）Windows Sockets定义ioctlsocket（） 例程，用于实现 BSD中ioctl（） 和fcntl（） 的功能。5.阻塞例程和 EINPROGRESS 宏 虽然Windows Sockets 支持关于套接口的阻塞操作，但是这种应用是被强烈反对的，如果程序员被迫使用阻塞模式（例如一个准备移植的已有的程序，BSD 包含了大量的阻塞函数，且其默认的工作方式都是阻塞的），那么他应该清楚地知道Windows Sockets中阻塞操作的语义。6.指针所有应用程序与Windows Sockets 使用的指针都必须是FAR 指针，为了方便应用程序开发者作用，Windows Sockets规范定义了数据类型LPHOSTENT 。7. Windows Sockets支持的最大套接口数目 一个Windows Sockets 应用程序可以使用的套接口的最大数目是在编译时由常量 FD_SETSIZE 决定的。这个常量在 select（） 函数中被用来组建fd_set 结构。在WINSOCK.H 中缺省值是64。如果一个应用程序希望能够使用超过64个套接口，则编程人员必须在每一个源文件包含 WINSOCK.H 前定义确切的FD_SETSIZE值。有一种方法可以完成这项工作，就是在工程项目文件中的编译器选项上加入这一定义。 FD_SETSIZE定义的值对Windows Sockets实现所支持的套接口的数目并无任何影响。8.头文件 为了方便基于 Berkeley 套接口的已有的源代码的移植， Windows Sockets支持许多 Berkeley头文件。这些 Berkeley头文件被包含在WINSOCK.H中。所以一个 Windows Sockets应用程序只需简单的包含 WINSOCK.H就足够了（这也是一种被推荐使用的方法）。四、 跨系统通讯编程实例下面通过一个实例来具体说明 Socket 在Unix 和Windows 跨系统通讯编程中的应用。 Internet 上可以提供一种叫 IRC（Internet Relay Chatting,Internet 在线聊天系统）的服务。使用者通过客户端的程序登录到 IRC 服务器上，就可以与登录在同一 IRC 服务器上的客户进行交谈，这也就是平常所说的聊天室。在这里，给出了一个在运行 TCP/IP 协议的网络上实现 IRC 服务的程序。其中，服务器运行在 SCO Open Server 5.0.5上，客户端运行在Windows98 或 Windows NT 上。在一台计算机上运行服务端程序，同一网络的其他计算机上运行客户端程序，登录到服务器上，各个客户之间就可以聊天了。1.服务端 服务端用名为 client 的整型数组记录每个客户的已连接套接口描述字，此数组中的所有元素都初始化为1。同时服务器既要处理监听套接口，又要处理所有已连接套接口，因此需要用 到 I/O 复用。通过 select 函数内核等待多个事件中的任一个发生，并仅在一个或多个事件发生或经过某指定时间后才唤醒进程。维护一个读描述字集 rset ，当有客户到达时，在数组 client中的第一个可用条目（即值为1的第一个条目）记录其已连接套接口的描述字。同时把这个已连接描述字加到读描述字集rset 中，变量maxi 是当前使用的数组 client 的最大下标，而变量 maxfd1 是函数 select第一个参数的当前值。如下图：（假设有两个客户与服务器建立连接） 图3第二客户建立连接后的TCP服务器图4第二客户建立连接后的数据结构服务器在指定的端口上监听，每当一个套接口接收到信息，都将会把接收到的信息发送给每一个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； /最大下标for（i=0；iFD_SETSIZE；i）clienti=1； /1表示可用FD_ZERO（allset）；FD_SET（listenfd,allset）；for（；）rset=allset； /结构赋值 nready=Select（maxfd1,rset,NULL,NULL,NULL）； if （FD_ISSET（listenfd,rset） /有用户连接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）； /增加套接字到读描述字集if（connfdmaxfd）；maxfd=connfd；if（imaxi）；maxi=i；if（nready=0）continue；for （i=0；i=maxi；i） /检查所有用户连接 if（sockfd=clienti）0）continue； if（FD_ISSET（sockfd,rset）if（n=Readline（sockfd,line,MAXLINE）=0）/用户关闭连接 Close（sockfd）； FD_CLR（sockfd,allset）； clienti=1 elseprintf（s,line）；Broadcast（client,maxi,line,n）；if （nready=0）break；/将聊天内容发送到所有已连接的用户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.客户端 为了实现非阻塞通信，利用异步选择函数 WSAAsynSelect（） 将网络事件与 WinSock 消息联系起来，由该函数注册一些用户感兴趣的网络事件（如接收缓冲区满，允许发送数据，请求连接等）。当这些被注册的网络事件发生时，应用程序的相应函数 将接收到有关消息。应用程序在使用Windows Sockets DLL 之前必须先调用启动函数WSAStartup（） ，该函数的功能有两点：一是由应用程序指定所要求Windows Sockets DLL 版本；二是获得系统 Windows Sockets DLL的一些技术细节。每一个WSAStartup（）函数必须和一个WSACleanup（）函数对应，当应用程序终止时，必须调用 WSACleanup（）将自己从OLL 中注销。客户端程序用 VC6.0在Windows98 操作系统下设计，程序主框架由 AppWizard 生成,客户端核心代码在 CTalkDialog类中。只有一个 socket 变量m_hSocket 与服务端进行连接。连接建立好后，通过此 SOCKET发送和接收信息。手工加入CTalkDialog:OnSockConnect（） ，完成基本套接字编程，为客户程序申请一个套接字，并将该套接字与指定服务器绑定，然后向服务器发出连接请求，启动异步选择函数等待服务器的响应。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 为通过注册对话框返回的端口号和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（连接服务器失败!）；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（）, 响应WinSock 发来的消息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（接收数据错误!）； chIncomingDataiEnd=0； if（lstrlen（chIncomingData）!=0）m_csRecv=m_csRecvchIncomingData；GetDlgItem（IDC_EDIT_RECV）SetWindowText（LPCSTR）m_csRecv）；CEdit