Linux 下飞鸽传书设计实现

1.系统功能

根据飞鸽传书协议在 linux 下实现飞鸽传输程序,并且与 windows 下飞鸽兼容。具体功能模块包括用户上线,下线,刷新查看在线用户,收发消息,传送文件/文件夹功能模块。

2.具体实现

2.1 关键数据结构

/*命令的结构*/

typedef struct _command

 {

    int version;/*命令的版本*/

    int seq;/*包编号*/

    char srcName[100];/*发送者姓名*/

    char srcHost[100];/*发送者主机名*/

    int flag;/*命令*/

    char addtion[100];/*附加字段*/

 }command;

/*在线用户信息*/

typedef struct _userInfo

{

    char name[MAXLINE];     /*姓名*/

    char host[MAXLINE];         /*主机名*/

    char group[MAXLINE];        /*所在的组名*/

    struct sockaddr_in addr;        /*地址信息*/

    struct _userInfo next;      /*链表中下一个*/

}userInfo;

/*在线用户列表*/

typedef struct _uList

{

    userInfo *userListHead;     /*链表头*/

    userInfo userListTail;      /*链表尾*/

}uList;

/*消息队列*/

typedef struct _mesList

{

    command *mesHead;

    command *mesTail;

}mesList;

2.2 程序主要结构

本程序主要采用多线程结构,分为 receive(接收消息), process(处理收到的消息), sendData(发送文件) 三个子线程。线程间通信互斥锁与 Posix 信号量进行通信。

2.3 函数接口

(1) /*从文件描述符fd中读取count个字符存入buf中*/

 ssize_t readn(int fd,void *buf,size_t count)；

(2) /*将buf所指向的存储区中的len个字符吸入文件描述符fd中*/

 ssize_t writen(int fd,char *buf,int len);

(3) /*用于字符串转换,网络传输中用gb2312编码，linux下gtk用utf-8编码，需要进行转换*/

 int code_convert(char *from_charset,char *to_charset,char *inbuf,int inlen,char *outbuf,int outlen);

(4) /*在用户链表中加入新用户信息，加入成功返回1，否则返回0,使用userInfoMutex进行线程间通信控制*/

  int pushBack(uList *list,userInfo user);

(5) /*在用户链表中删除指定地址信息的用户，删除成功后返回1，否则返回0，使用userInfoMutex进行线程间控制*/

  int delUser(uList *list, struct sockaddr_in addr);

(6) /*判断该用户是否已经存在，已经存在则返回1，否则返回0,使用userInfoMutex进行线程间控制*/

int isExist(uList *list,struct sockaddr_in addr);

(7)清空用户链表，释放空间，用于用户退出和用户刷新时释放空间,使用userInfoMutex进行线程间控制*/

int destroyList(uList *list);

(8)/*创建命令字,com为要返回的命令字,flag 为消息标志,addtion 为附加标志*/

void createCmd(command & com,int flag,char addtion[])

(9)/*发送消息，com为要发送的消息，servaddr为要发送的地址，attach为文件附件信息*/

void sendCmd(command com, struct sockaddr_in servaddr,char attach[]);

(10) /*把收到的消息加入到消息队列中*/

void addMes(mesList *mHead,command cmd);

(11) /*把消息队列中头部的节点消息提取出来用于处理*/

int delMes(mesList *mHead,command *cmd);

(12)/*初始化操作，飞鸽登录时初始化消息链表，用户链表，信号量，套接字信息*/

 void init();

(13)/*登录操作,发送用户上线消息*/

void login();

(14)/*解析收到的消息命令，提取各个字段*/

 int analysisCmd(command *cmd,char *buf);

(15) /*接收消息线程处理函数,将收到的消息加入消息队列中，通过信号量waitNoFull和waitNoEmpty和消息处理线程进行通信。消息队列用mesMutex与其他线程进行通信，保证消息队列的正确性*/

 void *receive(void *arg);

(16)/*gtk界面中显示在线用户信息*/

void showUser(uList *list);

(17)/*在gtk界面中显示消息*/

void showMessage(char *message);

(18)/*显示收到的信息*/

void showRecvMessage(char *host,char *message);

(19)/*分析文件的信息，提取有用的字段*/

void fileAnalysis(char *recv,int *fNum,char *fName,int *fSize,int *fTime,int *fType);

(20) /*保存收到的单个文件,saveName为保存的文件名*/

void saveSignalFile(char *saveName);

(21)/*分析目录附件，获得目录文件的文件名，文件大小，文件类型*/

void getDirInfo(char *recv,char *fName,int *fSize,int *fType);

(22) /*保存目录,saveName为要保存的目录*/

void saveDir(char *saveName);

(23)/*保存文件,recvType=1为保存文件，recvType=2为保存的目录,使用fileMutex来设置互斥性*/

void saveFile();

(24)/*收到单个文件*/

void receiveSignalFile(char *recvFileName);

(25)/*收到单个目录*/

void receiveDir(char *recvDirName);

(26)/*接收文件*/

void receiveFile(command cmd);

(27)/*信号处理线程,从消息队列中取出消息进行处理*/

void *process(void *arg);

(28)/*发送消息*/

int sendMes();

(29) /*将文件名进行转换*/

char *transName(char *fileName);

(30)/*发送文件*/

void sendFile();

(31)/*发送文件夹*/

void sendDir();

(32)/*用户点击刷新,刷新在线用户*/

void refresh();

(33) /*用户退出*/

void quit();

(34)/*传输文件夹数据，递归函数*/

void transferDir(int fd,char *dir);

(35)/*监听TCP套接口，发送文件与文件夹线程*/

void *sendData(void *arg);

(36)/*创建菜单*/

static void create_popup_menu(GtkWidget *menu,GtkWidget *view);

(37)/*右击选中treeview,显示传送文件与文件夹菜单*/

static gboolean showTreeView(GtkWidget *eventBox,GdkEventButton *event,GtkWidget *menu);

(38)/*选择要发送的文件 */

static void selectFile();

(39)/*选择要发送的文件夹*/

static void selectDir();

(40)/*选择要保存的文件名或文件夹名*/

static void selectSaveFile();

3.总结

    实现了linux下飞鸽传书的基本功能，并且能与window下飞鸽进行通信，传文件。熟悉了linux下网络编程，多线程编程及线程间通信（主要用到信号量与互斥锁）。但加密解密那块没有完成，程序结构不是很好，界面做得太差。有空应该看看设计模式.

界面截图（界面比较垃圾)：

附：

飞鸽协议： http://bbs.chinaunix.net/viewthread.php?tid=1015775

在linux的网络编程中，很长的时间都在使用select来做事件触发。在linux新的内核中，有了一种替换它的机制，就是epoll。
相比于select，epoll最大的好处在于它不会随着监听fd数目的增长而降低效率。因为在内核中的select实现中，它是采用轮询来处理的，轮询的fd数目越多，自然耗时越多。并且，在linux/posix_types.h头文件有这样的声明：
#define __FD_SETSIZE    1024
表示select最多同时监听1024个fd，当然，可以通过修改头文件再重编译内核来扩大这个数目，但这似乎并不治本。

epoll的接口非常简单，一共就三个函数：
1. int epoll_create(int size);
创 建一个epoll的句柄，size用来告诉内核这个监听的数目一共有多大。这个参数不同于select()中的第一个参数，给出最大监听的fd+1的值。 需要注意的是，当创建好epoll句柄后，它就是会占用一个fd值，在linux下如果查看/proc/进程id/fd/，是能够看到这个fd的，所以在 使用完epoll后，必须调用close()关闭，否则可能导致fd被耗尽。


2. int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
epoll的事件注册函数，它不同与select()是在监听事件时告诉内核要监听什么类型的事件，而是在这里先注册要监听的事件类型。第一个参数是epoll_create()的返回值，第二个参数表示动作，用三个宏来表示：
EPOLL_CTL_ADD：注册新的fd到epfd中；
EPOLL_CTL_MOD：修改已经注册的fd的监听事件；
EPOLL_CTL_DEL：从epfd中删除一个fd；
第三个参数是需要监听的fd，第四个参数是告诉内核需要监听什么事，struct epoll_event结构如下：
struct epoll_event {
  __uint32_t events;  /* Epoll events */
  epoll_data_t data;  /* User data variable */
};

events可以是以下几个宏的集合：
EPOLLIN ：表示对应的文件描述符可以读（包括对端SOCKET正常关闭）；
EPOLLOUT：表示对应的文件描述符可以写；
EPOLLPRI：表示对应的文件描述符有紧急的数据可读（这里应该表示有带外数据到来）；
EPOLLERR：表示对应的文件描述符发生错误；
EPOLLHUP：表示对应的文件描述符被挂断；
EPOLLET： 将EPOLL设为边缘触发(Edge Triggered)模式，这是相对于水平触发(Level Triggered)来说的。
EPOLLONESHOT：只监听一次事件，当监听完这次事件之后，如果还需要继续监听这个socket的话，需要再次把这个socket加入到EPOLL队列里


3. int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
等 待事件的产生，类似于select()调用。参数events用来从内核得到事件的集合，maxevents告之内核这个events有多大，这个 maxevents的值不能大于创建epoll_create()时的size，参数timeout是超时时间（毫秒，0会立即返回，-1将不确定，也有 说法说是永久阻塞）。该函数返回需要处理的事件数目，如返回0表示已超时。

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从man手册中，得到ET和LT的具体描述如下

EPOLL事件有两种模型：
Edge Triggered (ET)
Level Triggered (LT)

假如有这样一个例子：
1. 我们已经把一个用来从管道中读取数据的文件句柄(RFD)添加到epoll描述符
2. 这个时候从管道的另一端被写入了2KB的数据
3. 调用epoll_wait(2)，并且它会返回RFD，说明它已经准备好读取操作
4. 然后我们读取了1KB的数据
5. 调用epoll_wait(2)......

Edge Triggered 工作模式：
如 果我们在第1步将RFD添加到epoll描述符的时候使用了EPOLLET标志，那么在第5步调用epoll_wait(2)之后将有可能会挂起，因为剩 余的数据还存在于文件的输入缓冲区内，而且数据发出端还在等待一个针对已经发出数据的反馈信息。只有在监视的文件句柄上发生了某个事件的时候 ET 工作模式才会汇报事件。因此在第5步的时候，调用者可能会放弃等待仍在存在于文件输入缓冲区内的剩余数据。在上面的例子中，会有一个事件产生在RFD句柄 上，因为在第2步执行了一个写操作，然后，事件将会在第3步被销毁。因为第4步的读取操作没有读空文件输入缓冲区内的数据，因此我们在第5步调用 epoll_wait(2)完成后，是否挂起是不确定的。epoll工作在ET模式的时候，必须使用非阻塞套接口，以避免由于一个文件句柄的阻塞读/阻塞 写操作把处理多个文件描述符的任务饿死。最好以下面的方式调用ET模式的epoll接口，在后面会介绍避免可能的缺陷。
   i    基于非阻塞文件句柄
   ii   只有当read(2)或者write(2)返回EAGAIN时才需要挂起，等待。但这并不是说每次read()时都需要循环读，直到读到产生一个EAGAIN才认为此次事件处理完成，当read()返回的读到的数据长度小于请求的数据长度时，就可以确定此时缓冲中已没有数据了，也就可以认为此事读事件已处理完成。

Level Triggered 工作模式
相 反的，以LT方式调用epoll接口的时候，它就相当于一个速度比较快的poll(2)，并且无论后面的数据是否被使用，因此他们具有同样的职能。因为即 使使用ET模式的epoll，在收到多个chunk的数据的时候仍然会产生多个事件。调用者可以设定EPOLLONESHOT标志，在 epoll_wait(2)收到事件后epoll会与事件关联的文件句柄从epoll描述符中禁止掉。因此当EPOLLONESHOT设定后，使用带有 EPOLL_CTL_MOD标志的epoll_ctl(2)处理文件句柄就成为调用者必须作的事情。


然后详细解释ET, LT:

LT(level triggered)是缺省的工作方式，并且同时支持block和no-block socket.在这种做法中，内核告诉你一个文件描述符是否就绪了，然后你可以对这个就绪的fd进行IO操作。如果你不作任何操作，内核还是会继续通知你 的，所以，这种模式编程出错误可能性要小一点。传统的select/poll都是这种模型的代表．

ET(edge-triggered) 是高速工作方式，只支持no-block socket。在这种模式下，当描述符从未就绪变为就绪时，内核通过epoll告诉你。然后它会假设你知道文件描述符已经就绪，并且不会再为那个文件描述 符发送更多的就绪通知，直到你做了某些操作导致那个文件描述符不再为就绪状态了(比如，你在发送，接收或者接收请求，或者发送接收的数据少于一定量时导致 了一个EWOULDBLOCK 错误）。但是请注意，如果一直不对这个fd作IO操作(从而导致它再次变成未就绪)，内核不会发送更多的通知(only once),不过在TCP协议中，ET模式的加速效用仍需要更多的benchmark确认（这句话不理解）。

在 许多测试中我们会看到如果没有大量的idle -connection或者dead-connection，epoll的效率并不会比select/poll高很多，但是当我们遇到大量的idle- connection(例如WAN环境中存在大量的慢速连接)，就会发现epoll的效率大大高于select/poll。（未测试）



另外，当使用epoll的ET模型来工作时，当产生了一个EPOLLIN事件后，
读数据的时候需要考虑的是当recv()返回的大小如果等于请求的大小，那么很有可能是缓冲区还有数据未读完，也意味着该次事件还没有处理完，所以还需要再次读取 ：
while(rs)
{
  buflen = recv(activeevents[i].data.fd, buf, sizeof(buf), 0);
  if(buflen < 0)
  {
    // 由于是非阻塞的模式,所以当errno为EAGAIN时,表示当前缓冲区已无数据可读
    // 在这里就当作是该次事件已处理处.
    if(errno == EAGAIN)
     break;
    else
     return;
   }
   else if(buflen == 0)
   {
     // 这里表示对端的socket已正常关闭.
   }
   if(buflen == sizeof(buf)
     rs = 1;   // 需要再次读取
   else
     rs = 0;
}


还 有，假如发送端流量大于接收端的流量(意思是epoll所在的程序读比转发的socket要快),由于是非阻塞的socket,那么send()函数虽然 返回,但实际缓冲区的数据并未真正发给接收端,这样不断的读和发，当缓冲区满后会产生EAGAIN错误(参考man send),同时,不理会这次请求发送的数据.所以,需要封装socket_send()的函数用来处理这种情况,该函数会尽量将数据写完再返回，返回 -1表示出错。在socket_send()内部,当写缓冲已满(send()返回-1,且errno为EAGAIN),那么会等待后再重试.这种方式并 不很完美,在理论上可能会长时间的阻塞在socket_send()内部,但暂没有更好的办法.

ssize_t socket_send(int sockfd, const char* buffer, size_t buflen)
{
  ssize_t tmp;
  size_t total = buflen;
  const char *p = buffer;

  while(1)
  {
    tmp = send(sockfd, p, total, 0);
    if(tmp < 0)
    {
      // 当send收到信号时,可以继续写,但这里返回-1.
      if(errno == EINTR)
        return -1;

      // 当socket是非阻塞时,如返回此错误,表示写缓冲队列已满,
      // 在这里做延时后再重试.
      if(errno == EAGAIN)
      {
        usleep(1000);
        continue;
      }

      return -1;
    }

    if((size_t)tmp == total)
      return buflen;

    total -= tmp;
    p += tmp;
  }

  return tmp;
}