Linux下基于socket的文件传输程序设计要点
课程设计
课程名称Linux下基于socket的文件传输程序设计学生学院信息工程学院
专业班级
学号
学生姓名
指导教师
2013 年12月27日
引言
在互联网已经基本普及的情况下，人们越来越依赖于信息网络。因为互联网的使用，我们可以大大的节省了我们的时间及成本。所以文件、信息的传输已经是人们生活中不可缺少的东西。而现在主流的应用软件都是基于WINDOWS平台上开发运行的。
Linux操作系统本身具有非常高的安全性，不易感染病毒（这是WINDOWS系统所不能比拟的），而且可移植性强，应用于大多数的服务器。所以我们应该多开发出适合人们使用的应用软件，使得Linux更加好的为广大网民使用以保障自身的安全性。
本课设主要介绍在Linux下的文件传输原理及功能，虽然不能与主流传输软件的功能相比，但是却是占用的资源比它要少
·1课设背景分析
这次课程设计的要求是在以Linux为内核的操作系统下，实现多线程文件传输系统功能模块。系统模块分为服务器和客户端两部分，客户端实现对文件的上传、下载和查看服务器默认路径下的文件列表；服务器可以对文件进行管理操作，包括创建、删除和重命名等。
多线程文件传输是一种一对多或者多对多的关系，一般是一个服务器对应着多个客户端。客户端通过socket连接服务器，服务器要为客户端创建一个单独进程(线程)监听每个客户端的请求。
创建好连接之后文件就可以通过流的形式传输。linux内核中为我们提供了两种不同形式的读写流，包括read()、write()和send()、recv()。客户机对文件的查看指令也是通过流传递给服务器，服务器根据请求类型返回不同相应流。
根据socket原理和特点绘画出链接流程图，将客户机与服务器的相互通信划分为不同的模块，每个模块负责独立的功能项。服务器输入指令管理目录下的文件，create filename是创建文件命令，rename oldname newname是删除文命令，delete filename 是删除文件命令，同时监听着客户端的请求；客户端向服务器发送上传、下载和查看请求，从而得到不同的相应，包括将文件下载到当前路径下，从当前路径下上传文件给服务器，列出服务器的文件列表。
·2网络通信原理及socket简介
2.1网络通信原理（TCP）
国际标准化组织(ISO)在1978年提出开放系统互连参考模型(OSI:open system interconnection reference mode)，该模型是设计和描述网络通信的基本框架。OSI采用分层的额结构化技术将通信网络分为7层，从低到高为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。
TCP/IP参考模型是由美国国防部创建，且发展至今最成功的通信协议模型，与OSI模型对应，它将网络功能分为4层，包括网络接口层、网络层、传输层和应用层，每一层都有对应的协议。在传输层的主要协议是TCP协议和UDP协议。socket连接就是基于TCP协议。TCP是一种可靠地数据传输协议。
它为应用程序提供可靠的通信连接。适合于一次传输大批数据的情况。并适用于要求得到响应的应用程序并通过3次握手。
其数据包头格式为：
SYN J SYN K, ACK J+1 ACK K+1
2.2 socket 简介
在Linux 中的网络编程是通过socket 接口来进行的。socket 是一种特殊的I/O 接口，它也是一种文件描述符。它是一种常用的进程之间通信机制，通过它不仅能实现本地机器上的进程之间的通信，而且通过网络能够在不同机器上的进程之间进行通信。
每一个socket 都用一个半相关描述{协议、本地地址、本地端口}来表示；一个完整的套接字则用一个相关描述{协议、本地地址、本地端口、远程地址、远程端口}来表示。socket 也有一个类似于打开文件的函数调用，该函数返回一个整型的socket 描述符，随后的连接建立、数据传输等操作都是通过socket 来实现的。
socket 是一种套接口，它把网络地址和端口号信息放在一个结构体中，也就是套接字地址结构。
结构图如下：
通用套接口地址数据结构定义在
套接口与ip 、端口号的关系 套接口 168.222.222.222 9999
222.222.222.222 9999
Ip 地址
端口号
{
uint8_t sa_len;
sa_family_t sa_family;
char sa_data[14];
};
IPv4套接口地址数据结构以socketaddr_in 命名，定义在
struct socketaddr_in
{
unit8_t sin_len;
sa_family_t sin_family;
in_port_t sin_port;
struct in_addr sin_addr;
unsigned char sin_zero[8];
}
下图是TCP 套接口通信工作流程图：
通信工作的大致流程：
1） 服务器先用socket()函数来建立一个套接口，用这个套接口完成通信的结束连接通知 应答信号 服务请求 三次握手过程 挂起，直到有客户机的连接请求 Socket （）
客户机进程
服务器进程 Bind （）
Listen （）
Accept （）
Recv （）
Send （）
Connect （）
Send （） Recv （） Close （） Socket （） Recv （）
TCP 套接口通信工作过程
监听及数据的收发。
2）服务器用bind()函数来绑定一个端口号和ip地址，是套接口与指定的端口号和ip关联。
3）服务器调用linsten()函数，是服务器的端口和Ip处于监听状态，等待网络中某一个客户机的连接请求。
4）客户机用socket()函数建立一个套接口，设定远程ip和端口
5）客户机调用connect()函数连接远程计算机指定的端口。
6）服务器调用accept()函数来接受远程计算机的连接请求，建立起与客户机之间的通信连接。
7）建立连接之后，客户机用write()函数（或send()）想socket中写入数据。也可以用read()函数（或recv()函数）赌气服务器发送来的数据。
8）服务器用read()函数（或recv()函数）来读取客户机发来的数据，也可以用write()函数（或send()函数）来发送数据。
9）完成通信以后，使用close()函数关闭socket连接。
·3详细设计过程
·3.1服务器端创建监听与文件管理
服务器负责的功能模块主要有两部分，一是对连接进来客户端所有线程的管理和服务器目录下的文件管理；二是创建线程来单独监听客户端的动作。为了便于管理，我们创建两个user.txt和client.txt两个文档来分别负责服务器的连接和客户端的连接。user.txt中存放了服务器名和密码。client.txt存放了连接客户端名字和密码。
我们首先对服务器的创建有个监测，即在启动时先核实服务器的所有者username和密码password，将输入的用户、密码与user.txt中的用户密码比较，匹配成功则同意启动，否则return -1表失败。
接着创建一个socket套接口，绑定Ip设置客户端的最大连接数为10，然后创建一个sever线程来实现对服务器本身监听动作。主体代码见最后接下来创建线程完成对客户端的监听
监听等待连接：
while(1)
{
sockdata = accept(sockfd,(struct sockaddr*)0,(int*)0);
…………….
我们定义结构体：
struct client_t
{
pthread_t tid;
int conn_fd;
int used;
char name[20];
}p_client[10];
来存放每个客户端的socket信息、线程标识、使用号、连接号和客户名。创建线程实现单独监听：
p_client[i].conn_fd = sockdata;
p_client[i].used = i;
strcpy(p_client[i].name , client_name);
pthread_create(&p_client[i].tid,NULL,&client_conn,&p_client[i])
接下来是线程client_conn()的功能
监听客户端的功能完成。
·3.2客户端连接与文件传输
在客户端这边我们同样适用了检测机制，运行客户机时要将用户名、密码以及ip地址和端口号作为参数输进来，先建立与服务器的连接，然后将用户名和密码发送到服务端检测，如果检测失败则接收到一条拒绝信息，连接断开，如果检测成功则接收到一条确认信息，双方通信开始。
主体代码见最后：
到此为止我们已经实现了服务器和客户端的主体功能，具体代码查看附录文件夹。
具体代码如下：
服务端：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define MAXBUF 256
/*-------start of fileList functions----------*/ int fileSize(char fileName[]);
//文件信息
typedef struct fileinfo{
char name[256];
char fullName[1024];
int size;
time_t mod_time;
char type[10];
}fileinfo;
//文件列表
typedef struct filelist
{
fileinfo file;
struct filelist* nextfile;
}fileList;
//function getfilelist
//输入目录名
//输出目录下的文件列表头指针
fileList * getFileList(char name[1024])
{
fileList *head=NULL;
fileList *cur=NULL;
char name_temp[1024];
//目录
DIR * dir;
//目录环境
struct dirent *dir_env;
//文件描述
struct stat stat_file;
//初始化head
head =(fileList*)malloc(sizeof(fileList)); head->nextfile = NULL;
//打开目录
dir=opendir(name);
while(dir_env=readdir(dir))//读文件描述表
{
//排除.和..
if(strcmp(dir_env->d_name,".")==0 || strcmp(dir_env->d_name,"..")==0)
continue;
//把文件全名保存到新变量
strcpy(name_temp,name);
strcat(name_temp,dir_env->d_name);
stat(name_temp,&stat_file);//获取文件描述信息
//将文件信息存放到链表中
//产生临时节点
cur=(fileList*)malloc(sizeof(fileList));
//cur赋值
//文件名,fullName=cur_dir+"name";
strcpy(cur->https://www.sodocs.net/doc/d3474520.html,,dir_env->d_name);
strcpy(cur->file.fullName,name_temp);
//文件大小
//文件类型
if( S_ISDIR(stat_file.st_mode))
{
cur->file.size = 0;
strcpy(cur->file.type,"mulu");
strcat(cur->file.fullName,"/");
}else
{
cur->file.size = stat_file.st_size;
strcpy(cur->file.type,"file");
}
//修改日期
cur->file.mod_time = ctime(&stat_file.st_mtime);
//将临时节点插入head中
if(head->nextfile ==NULL)
{
head->nextfile = cur;
cur->nextfile = NULL;
}else
{
cur->nextfile = head->nextfile;
head->nextfile = cur;
}
}
return head;
}
//showAllNode
//输入：目录
//输出:次目录下所有的文件，和所有目录之下的文件
void showAllNode(fileList *head)
{
fileList * temp;
//数组索引
int i=0,j=0;
//如果head为空，直接返回
fileList * headArray[1024];
if(head == NULL)
return ;
//输出当前目录
printf("%s ",head->file.fullName);
printf("\n");
//输出head中的文件
temp =head->nextfile;
char fileListString[MAXBUF];
FILE *file;
char _temp[30];
strcpy(_temp,"temp.txt");
file=fopen(_temp,"w");
if(file==NULL){
printf("The file is created failed!");
exit(1);
}
while(temp)
{
//判断是否为文件,是文件显示文件
//若为目录，将目录名放入队列，求队列目录
if (strcmp(temp->file.type,"file")==0)
{
bzero(fileListString,MAXBUF);
printf("file:%s ",temp->file.fullName);
strcat(fileListString,temp->file.fullName);
strcat(fileListString,"\n");
while ((strlen(fileListString)) > 0)
{
int write_length = fwrite(fileListString, sizeof(char), strlen(fileListString), file);
if (write_length < strlen(fileListString))
{
printf("File Write into Failed\n");
break;
}
bzero(fileListString, MAXBUF);
}
}else{
if(i>=1024)
{
printf("there are too many direcotry\n");
return;
}
//头节点初始化
headArray[i] = getFileList(temp->file.fullName);
//头节点名称
strcpy(headArray[i]->file.fullName,temp->file.fullName); i++;
}
temp=temp->nextfile;
}
fclose(file);
//对目录队列中目录使用递归，直到结束
for(j=0;j showAllNode(headArray[j]); return ; } //showList //输入：列表头 //输出：显示列表，返回void void showList(fileList * head) { //判断head 是否为空，若为空直接返回 if(head == NULL)return; //若不为空则显示它的内容 while(head) { printf("%s\n",head->file.fullName); head = head->nextfile; } return ; } /*----------end of fileList functions-----------*/ void main() { int opt=1; while(opt!=0){ printf("Please choose your choice bellow:\n"); printf("1:Manage the files.\n"); printf("2:Connect the clients.\n"); char window[2]; scanf("%s",window); if((strncmp(window,"1",1))==0){ printf("Please input your choice bellow:\n"); printf("1: Create a new file.\n"); printf("2: Delete a file.\n"); printf("3: Rename a known file.\n"); char choice[2]; scanf("%s",choice); if((strncmp(choice,"1",1))==0){ printf("Please input the new file name:"); char filename[20]; scanf("%s",filename); FILE *file; file=fopen(filename,"w"); if(file==NULL){ printf("The file created failed!\n"); } else{ printf("The file has created successfully.\n"); } continue; } else if((strncmp(choice,"2",1))==0){ printf("Please input the file name with the file path you want to delete:\n"); char filename[20]; scanf("%s",filename); remove(filename); printf("The file has been deleted successfully.\n"); continue; } else{ printf("Please input the file name you want to rename:\n"); char _old[20]; scanf("%s",_old); printf("Please input the new file name:\n"); char _new[20]; scanf("%s",_new); int result = rename( _old, _new ); if( result != 0 ) printf( "Could not rename '%s'\n", _old ); else printf( "File '%s' renamed to '%s'\n", _old, _new ); continue; } } else{ int ssock; int clen; struct sockaddr_in client_addr,server_addr; char buf[MAXBUF]; if((ssock=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,IPPROTO_UDP))<0){ perror("socket error:"); exit(1); } printf("Run the server successfully.\nAnd now waiting the client comming...\n"); memset(&server_addr,0,sizeof(server_addr)); server_addr.sin_family=AF_INET; server_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1"); server_addr.sin_port=htons(6669); if(bind(ssock,(struct sockaddr *)&server_addr,sizeof(server_addr))<0){ perror("bind error:"); exit(1); } int window=1; while(window!=0){ clen=sizeof(client_addr); recvfrom(ssock,(void *)buf,MAXBUF,0,(struct sockaddr*)&client_addr,&clen); printf("%s\n",buf); if((strncmp(buf, "0", 1)) == 0) { if((strncmp(buf, "0yy", 7)) == 0) { strcpy(buf,"yes"); printf("It's username and right.\n"); } else { strcpy(buf,"no"); printf("It's username but wrong.\n"); } sendto(ssock,(void *)buf,MAXBUF,0,(struct sockaddr*)&client_addr ,sizeof(client_addr)); } else if((strncmp(buf, "1", 1)) == 0) { if((strncmp(buf, "1123", 4)) == 0) { strcpy(buf,"yes"); sendto(ssock,(void *)buf,MAXBUF,0,(struct sockaddr*)&client_addr ,sizeof(client_addr)); printf("It's password and right.\n"); recvfrom(ssock,(void *)buf,MAXBUF,0,(struct sockaddr*)&client_addr,&clen); if((strncmp(buf, "upload", 5)) == 0){ printf("The client is going to upload file...\n"); recvfrom(ssock,(void *)buf,MAXBUF,0,(struct sockaddr*)&client_addr,&clen);//get filename printf("The filename of the file uploaded by user is:%s\n",buf); FILE *file; char temp[30]; strcpy(temp,"recieve/"); strcat(temp,buf); file=fopen(temp,"w"); if(file==NULL){ printf("The file is created failed!"); exit(1); } bzero(buf, MAXBUF); recvfrom(ssock,(void *)buf,MAXBUF,0,(struct sockaddr*)&client_addr,&clen); while (strlen(buf) > 0) { int write_length = fwrite(buf, sizeof(char), strlen(buf), file); if (write_length < strlen(buf)) { printf("File Write into Failed\n"); break; } bzero(buf, MAXBUF); } fclose(file); printf("Recieve file already success.\n"); } else{ printf("The client wants to download file.\n"); printf("Send the filelist to the client...\n"); //filelist fileList *mylist; //显示的目录 char name[1024]="recieve/"; //取得目录下文件 //头指针传递的目录或者文件名 mylist =getFileList(name); strcpy(mylist->file.fullName,name); //显示目录下文件 //showList(mylist); //显示目录下所有文件 showAllNode(mylist); //send fileList FILE *file; char temp[30]; strcpy(temp,"temp.txt"); file=fopen(temp,"r"); if(file==NULL){ printf("The file cannot open!"); exit(1); } else{ printf("\nThe fileListString open successfully!\n"); bzero(buf,MAXBUF); int lengsize = 0; while((lengsize = fread(buf,1,MAXBUF,file)) > 0) { printf("lengsize = %d\n",lengsize); sendto(ssock,(void *)buf,MAXBUF,0,(struct sockaddr*)&client_addr,sizeof(server_addr)); printf("%s\n",buf); bzero(buf, MAXBUF); } printf("The fileListString has been sent to the client already.\n"); } fclose(file); bzero(buf, MAXBUF); recvfrom(ssock,(void *)buf,MAXBUF,0,(struct sockaddr*)&client_addr,&clen); printf("The client choosen file: %s\n",buf); strcpy(temp,"recieve/"); strcat(temp,buf); file=fopen(temp,"r"); if(file==NULL){ printf("The file is created failed!"); exit(1); } else{ printf("The file open successfully!\n"); printf("The file is downloading to the client now...\n"); bzero(buf,MAXBUF); int lengsize = 0; while((lengsize = fread(buf,1,MAXBUF,file)) > 0) { printf("lengsize = %d\n",lengsize); sendto(ssock,(void *)buf,MAXBUF,0,(struct sockaddr*)&client_addr,sizeof(server_addr)); bzero(buf, MAXBUF); } printf("The file has been downloaded already.\n"); } fclose(file); exit(1);//还可以显示此时的文件目录信息，检查是否完成了上传 } close(ssock); window=0; } else { strcpy(buf,"no"); sendto(ssock,(void *)buf,MAXBUF,0,(struct sockaddr*)&client_addr ,sizeof(client_addr)); printf("It's password but wrong.\n"); } } } } } } 客服端： #include #include #include #include #include #include #include #include #include #define PORT 6669 #define MAXBUF 256 int check_passwd(int sockfd); int tra_file(int sockfd); void main ( int argc, char *argv[]) { char username[20]; char password[20]; char temp[21]; char window; printf("Please input your selections bellow:\n"); printf("1:Login the server with your username and password\n"); printf("2:Registe a newly user now.\n"); printf("0:Exit the system.\n"); window=getchar(); while(window>0){ if(window=='1'){ int key=0; printf("Please input your username:"); scanf("%s",username); printf("%s\n",username); int ssock; int clen; struct sockaddr_in client_addr,server_addr; char buf[MAXBUF]; if((ssock = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0))<0){ perror("socket error:你暂时不能登录服务器server，请稍后再登录...\n"); exit(1); } else{ while(key==0){ memset(&server_addr,0,sizeof(server_addr)); server_addr.sin_family =AF_INET; server_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1"); server_addr.sin_port=htons(PORT); strcpy(temp,"0"); strcat(temp,username); strcpy(buf,temp); sendto(ssock,(void *)buf,MAXBUF,0,(struct sockaddr*)&server_addr,sizeof(server_addr)); printf("你已经发送username(%s)给server请等待响应...\n",buf); clen=sizeof(client_addr); recvfrom(ssock,(void *)buf,MAXBUF,0,(struct sockaddr*)&server_addr,&clen); printf("你已经得到了server的响应:%s\n",buf); if((strncmp(buf, "yes", 3)) != 0) { printf("The username you inputed is wrong!\n"); window='1'; close(ssock); printf("Please input your username:"); scanf("%s",username); } else{ close(ssock); key=1; } } } printf("Please input your password:"); scanf("%s",password); printf("%s\n",password); if((ssock = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0))<0){ perror("socket error:你暂时不能登录服务器server，请稍后再登录...\n"); exit(1); } else{ key=0; while(key==0){ memset(&server_addr,0,sizeof(server_addr)); server_addr.sin_family =AF_INET; server_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1"); server_addr.sin_port=htons(PORT); bzero(temp,21); strcpy(temp,"1"); printf("%s\n",temp); strcat(temp,password); strcpy(buf,temp); sendto(ssock,(void *)buf,MAXBUF,0,(struct sockaddr*)&server_addr,sizeof(server_addr)); printf("你已经发送password(%s)给server请等待响应...\n",buf); clen=sizeof(client_addr); recvfrom(ssock,(void *)buf,MAXBUF,0,(struct sockaddr*)&server_addr,&clen); printf("你已经得到了server的响应:%s\n",buf); if((strncmp(buf, "yes", 3)) != 0) { printf("The password you inputed is wrong!\n"); window='1'; close(ssock); printf("Please input your password:"); scanf("%s",password); } else{ //file list display and file choose printf("Please choose eithor upload file or download file bellow:\n"); printf("1:upload file.\n"); printf("2:download file.\n"); char choose[2]; scanf("%s",choose); char path[20]; char filename[20]; if((strncmp(choose,"1",1))==0){ printf("please input the path you want to upload end with '/':\n"); scanf("%s",path); printf("Please input the file you want to upload:\n"); strcpy(buf,"upload"); sendto(ssock,(void *)buf,MAXBUF,0,(struct sockaddr*)&server_addr,sizeof(server_addr)); scanf("%s",filename); strcat(path,filename); strcpy(buf,filename); sendto(ssock,(void *)buf,MAXBUF,0,(struct sockaddr*)&server_addr,sizeof(server_addr)); FILE *file; file=fopen(path,"r"); if(file==NULL){ perror("The file open failed!"); exit(1); } else{ printf("The file open successfully!\n"); printf("The file is uploading now...\n"); bzero(buf,MAXBUF); int lengsize = 0; while((lengsize = fread(buf,1,MAXBUF,file)) > 0) { printf("lengsize = %d\n",lengsize); sendto(ssock,(void *)buf,MAXBUF,0,(struct sockaddr*)&server_addr,sizeof(server_addr));