Linux系統(tǒng)教學(xué)中關(guān)于套接字文件的解析

趙宏 朱忠政 孔東一

摘 ?要： 針對Linux系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容教學(xué)中對于套接字文件講述不夠詳細(xì)，導(dǎo)致學(xué)生對套接字文件認(rèn)識模糊的問題，基于套接字通信原理，利用實例對比主機(jī)之間和進(jìn)程之間利用套接字通信的差異，說明Linux系統(tǒng)中套接字文件的作用，幫助學(xué)生對套接字文件的深入理解。

關(guān)鍵詞： Linux系統(tǒng);套接字文件;Socket對象;Python

中圖分類號： TP301 ???文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ???DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2020.09.009

本文著錄格式：趙宏，朱忠政，孔東一. Linux系統(tǒng)教學(xué)中關(guān)于套接字文件的解析[J]. 軟件，2020，41（09）：3335

【Abstract】： Most university students have the vague knowledge of socket file in Linux learning because the detailed explain about this file is absent in Linux teaching files. Based on the principle of socket communication， the differences between hosts and between processes are compared using examples， and the function of socket file in Linux is explained. Therefore， students will gain an in-depth understanding in socket file.

【Key words】： Linux system; Socket file; Socket object; Python

0 ?引言

Linux系統(tǒng)作為開放源代碼和自由軟件的代表，廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)，運(yùn)行在各種機(jī)型和硬件平臺上[1-2]。Linux系統(tǒng)符合POSIX（Portable Operating System Interface）標(biāo)準(zhǔn)，功能強(qiáng)大，效率高，配置靈活，安全性高，且具有豐富的工具軟件和應(yīng)用軟件，其相關(guān)內(nèi)容在大多數(shù)高校信息類專業(yè)中作為專業(yè)基礎(chǔ)課開設(shè)[3-4]，例如《Linux操作系統(tǒng)》、《Linux系統(tǒng)內(nèi)核分析》、《Linux系統(tǒng)程序設(shè)計》等。

在Linux系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容教學(xué)中，Linux系統(tǒng)中的文件類型是基本內(nèi)容，大多數(shù)教科書列舉了Linux中的文件類型，包括普通文件（-）、目錄文件（d）、字符設(shè)備文件（c）、塊設(shè)備文件（b）、符號鏈接文件（l）、命名管道文件（p）和套接字文件（s）等七種文件類型[1，4]，對于前五種文件，一般都進(jìn)行詳細(xì)講解，并用實例加以說明。但對于后兩種文件，只是進(jìn)行簡單的描述，沒有實例的說明，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)中，對于命名管道文件和套接字文件的認(rèn)識很模糊，不利于對Linux系統(tǒng)的深刻理解。

文獻(xiàn)[5]詳細(xì)介紹了命名管道文件的功能和實際應(yīng)用實例，本文首先介紹主機(jī)間通過套接字通信的機(jī)制和實例，然后討論進(jìn)程間通過套接字通信的方式，并通過實例進(jìn)行詳細(xì)說明，加深學(xué)生對套接字文件的認(rèn)識。

1 ?套接字介紹

網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)之間通過IP地址與端口號進(jìn)行通信，稱為套接字（Socket）通信[6]。TCP/IP協(xié)議簇中應(yīng)用層的HTTP、FTP、DNS等都是通過套接字通信實現(xiàn)的。套接字通信中，提供服務(wù)的一端稱為套接字服務(wù)端，調(diào)用套接字服務(wù)的一端稱為套接字客戶端。套接字服務(wù)端首先用自己的IP地址、指定端口號和連接方式創(chuàng)建服務(wù)并啟動服務(wù)，監(jiān)聽來自客戶端的連接請求;套接字客戶端向服務(wù)端發(fā)起連接請求，連接請求被服務(wù)端接受后，雙方就可以進(jìn)行通信。

主機(jī)之間通過套接字進(jìn)行通信時，無論是服務(wù)端還是客戶端，都需要創(chuàng)建socket對象，并設(shè)置family參數(shù)和type參數(shù)。利用Python語言創(chuàng)建socket對象的語句格式如下。

其中，s表示創(chuàng)建的socket對象;socket.socket（）表示調(diào)用socket模塊的socket（）函數(shù);family參數(shù)如表1所示，表示主機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)連接方式;type參數(shù)如表2所示，表示主機(jī)之間通信時所使用的傳輸協(xié)議。

2 ?主機(jī)之間通過套接字通信實例

本實例中，服務(wù)端將來自客戶端的字符串中的字母轉(zhuǎn)換為大寫的服務(wù)。

程序第3行引入socket模塊。第4行構(gòu)造socket對象s，family參數(shù)為socket.AF_INET，表示主機(jī)之間使用IPv4地址通信，type參數(shù)為socket.SOCK_ STREAM，表示使用TCP傳輸協(xié)議。第5行調(diào)用函數(shù)bind（）將對象s綁定到元組（'192.168.3.13'， 8088）表示的地址上，其中'192.168.3.13'為服務(wù)端IP地址，8088為端口號。第6行調(diào)用函數(shù)listen（）開始監(jiān)聽來自客戶端的連接，參數(shù)為1表示只接受1個連接。第8行調(diào)用函數(shù)accept（）接受一個來自客戶端的連接，返回元組（conn，addr），其中，conn也是一個socket對象，用來與客戶端通信，addr為元組變量，保存客戶端的IP地址和端口號。第11行至18行的循環(huán)使用conn通過函數(shù)recv（）和send（）與客戶端通信，recv（）函數(shù)使用參數(shù)1024，表示1次最多接收1024字節(jié)數(shù)據(jù)。由于通信雙方交換bytes字節(jié)流數(shù)據(jù)，因此，第13行利用str（）函數(shù)將bytes字節(jié)流數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字符串。第15行調(diào)用函數(shù)upper（）將字符串中小寫字母轉(zhuǎn)換為大寫字母。第16行調(diào)用函數(shù)send（）發(fā)送數(shù)據(jù)之前，利用函數(shù)encode（）將字符串轉(zhuǎn)換為bytes字節(jié)流后進(jìn)行發(fā)送。第17行判斷接收到的來自客戶端的字符串是否為結(jié)束標(biāo)志“.”，若收到結(jié)束標(biāo)志則利用break語句退出循環(huán)。第19行調(diào)用函數(shù)close（）斷開連接，第20行調(diào)用函數(shù)close（）釋放對象s。

4 ?結(jié)束語

套接字文件是Linux系統(tǒng)的七種文件之一，也是進(jìn)程之間通信的一種手段，在Linux系統(tǒng)中具有重要作用。本文通過對比主機(jī)之間和進(jìn)程之間通過套接字通信的不同，說明Linux系統(tǒng)中套接字文件的作用，幫助學(xué)生深入理解套接字文件。

參考文獻(xiàn)

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[5]趙宏， 朱忠政， 常兆斌. Linux系統(tǒng)教學(xué)中關(guān)于命名管道文件的解析[J]. 軟件， 2020， 41（02）： 108-110.

[6]趙宏， 包廣斌， 馬棟林. Python網(wǎng)絡(luò)編程（Linux）[M]. 北京： 清華大學(xué)出版社， 2018， 10.