基于Linux網(wǎng)絡(luò)聊天室的設(shè)計

1、 基于Linux網(wǎng)絡(luò)聊天室的設(shè)計 第頁 共21頁 基于Linux網(wǎng)絡(luò)聊天室的設(shè)計學(xué)生姓名：陳永泉 指導(dǎo)老師： 胡錦麗摘要 本課程設(shè)計實現(xiàn)了在linux下簡單的網(wǎng)絡(luò)聊天室。在Linux下編寫并調(diào)試服務(wù)器端程序和客戶端程序，實現(xiàn)了客戶、服務(wù)器之間的連接和通信。可以在單機上開辟兩個窗口分別運行客戶、服務(wù)器端的程序，或者將兩臺主機連接分別作為客戶和服務(wù)器的方式。本設(shè)計使用網(wǎng)絡(luò)套接字socket和多線程在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，并基于linux下的vi編輯器。本方案經(jīng)gcc調(diào)試器調(diào)試成功，可以在單機網(wǎng)絡(luò)聊天中使用。關(guān)鍵詞 網(wǎng)絡(luò)聊天室 ；linux ；socket ；vi Abstract Design and I

2、mplementation of the course in under linux simple network chat rooms. Prepared in the Linux and debugging server-side processes and client to achieve the client, server and communications link between. Can open up two windows on the stand-alone operation, respectively, customers, server-side procedu

3、res, or to connect two hosts, respectively, as the way the client and server. The design of the network socket using the socket and multi-threaded applications in the network, and under linux based vi editor. The program by the success of gcc debug debugger, you can chat in the use of stand-alone ne

4、twork. Key words Network Chat Rooms; Linux; Socket; Vi基于Linux網(wǎng)絡(luò)聊天室的設(shè)計1背景1.1 linux介紹2 技術(shù)說明2.1 TCP和UDP通信的概念2.1.1 UDP通信2.1.2 TCP通信2.2客戶/服務(wù)器模型2.3網(wǎng)絡(luò)套接字（socket）的概念2.4多線程的概念3 系統(tǒng)實現(xiàn)3.1 Linux提供的有關(guān)Socket的系統(tǒng)調(diào)用3.2 實驗過程說明（使用TCP/IP）3.3 TCP通信實現(xiàn)4 運行效果結(jié)束語參考文獻1背景 1.1 開發(fā)背景在網(wǎng)絡(luò)無所不在的今天，在Internet上，有ICQ、MSN、Gtalk、OICQ等網(wǎng)絡(luò)聊天軟

5、件，極大程度上方便了處于在世界各地的友人之間的相互聯(lián)系，也使世界好像一下子縮小了，不管你在哪里，只要你上了網(wǎng)，打開這些軟件，就可以給你的朋友發(fā)送信息，不管對方是否也同時在線，只要知道他有號碼。Linux 操作系統(tǒng)作為一個開源的操作系統(tǒng)被越來越多的人所應(yīng)用，它的好處在于操作系統(tǒng)源代碼的公開化！只要是基于GNU公約的軟件你都可以任意使用并修改它的源代碼。但對很多習(xí)慣于Windows操作系統(tǒng)的人來說，Linux的操作不夠人性化、交互界面不夠美觀，這給Linux操作系統(tǒng)的普及帶來了很大的阻礙。因此制作一個Linux 操作系統(tǒng)下的擁有人性化界面的實時通訊工具，將給那些剛剛接觸Linux操作系統(tǒng)的用戶帶來

6、極大的方便，而且通過設(shè)計這樣的一個應(yīng)用程序還能更好的學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)編程知識和掌握LINUX平臺上應(yīng)用程序設(shè)計開發(fā)的過程，將大學(xué)四年所學(xué)知識綜合運用，以達到檢驗學(xué)習(xí)成果的目的1.2 linux介紹 Linux是一種針對PC計算機和工作站的操作系統(tǒng),它具有像Windows和Mac那樣的功能齊全的圖形用戶界面（GUI,Graphical User Interface)。Linus Torvald和其它的遍布世界各地的編程人員共同開發(fā)的。作為一種操作系統(tǒng),它具有與Unix,Mac,Windows和Windows NT同樣的功能。 提到Linux我們不能不提GNU和Unix。Richard M.Stallma

7、n建立的自由軟件聯(lián)盟出版了兩種許可證,GNU通用公共許可證(GNU Gneral Public License,GPL)和GNU函數(shù)庫通用公共許可證(GNU Library Gneral Public License,LGPL)。大部分GNU工程的軟件和文檔是以GNU通用公共許可證發(fā)行的,但是有一些庫是以GNU函數(shù)庫通用公共許可證發(fā)行的。按照GNU通用公共許可證的規(guī)定,Linux的源代碼可以自由獲取,這滿足了我們學(xué)習(xí)該系統(tǒng)的強烈愿望。GPL充分體現(xiàn)了Stallman的思想：只要用戶所做的修改是同等自由的,用戶可以自由地使用、拷貝、查詢、重用、修改甚至發(fā)布這個軟件。通過這種方式,GPL保證了Li

8、nux（以及同一許可證下的大量其他軟件）不僅現(xiàn)在自由可用,而且皮后經(jīng)過任何修改這后都仍然可以自由使用。 Unix是由ATT貝爾實驗室的Ken Thompson和Dennis Ritchie于1969年在一臺已經(jīng)廢棄了的PDP-7上開發(fā)的；最初它是一個用匯編語言寫成的單用戶操作系統(tǒng)。后來,他們又在PDP-11上用C語言重新編寫（發(fā)明C語言的部分目的就在于此）,把Unix做成為了一個文本處理系統(tǒng),這使Unix在貝爾實驗室得到廣泛的應(yīng)用。Unix的最初版本免費提供給許多知名的大學(xué)的計算機系使用。加州大學(xué)伯克利分校的計算機系就是其中的一名,并地Unix進行了修改增加了許多新的特點,這就是主為人知的BS

9、C版本的Unix。與此同時,其它獨立開發(fā)的Unix版本也開始萌生。Unix不斷發(fā)展了,各種版本被應(yīng)用到不同的計算機使用。而Linux最初是專門為基于Intel的個人計算機設(shè)計的。（1）Linux的昨天 1991年,一名叫Linus Torvalds的芬蘭大學(xué)生對Unix各種版本對于80386類的機器的脆弱支持十分不滿,他決定要開發(fā)出一個全功能的、支持POSIX標準的、類Unix的操作系統(tǒng)內(nèi)核,該系統(tǒng)吸收了BSD和System V 的優(yōu)點,同進摒棄了它們的缺點。他獨立把這個內(nèi)核開發(fā)到0.02版,這個版本已經(jīng)可以運行g(shù)cc、bash和很少的一些應(yīng)用程序。后來,他又開始了在因特網(wǎng)上尋求廣泛的幫助。

10、1994年,Linux已經(jīng)升級到1.0版本。它的源代碼量也呈指數(shù)形式增長,實現(xiàn)了基本的TCP/IP功能,此時Linux已經(jīng)擁有大約10萬的用戶。（2） Linux的今天 作為一各服務(wù)器級的操作系統(tǒng),Linux已經(jīng)成熟了?，F(xiàn)在的Linux內(nèi)核由150多行代碼組成,能作為Web服務(wù)器平臺,也為越來越多的商業(yè)用戶提供文件和打印服務(wù)。它既被當作郵件服務(wù)器的一種候選平臺,也被當作一種強壯而安全的防火墻。 Linux的企業(yè)級特性,比如支持多處理器、支持大型文件系統(tǒng)、日志文件系統(tǒng)以及密集型計算和高可用性集群技術(shù),也逐步成熟。 桌面上的Linux也在繼續(xù)完善。KDE桌面提供的圖形用戶界面在易用性和可配置方面都

11、能和微軟的Windows相媲美。（3） Linux的明天 Linux最強大的生命力在于其公開的開發(fā)過程。每個人都有可以自由獲取內(nèi)核源程序,每個人都有要不得以運載源程序加以修改,而后他人也可以自由獲取你修改后的源程序。Linux這種獨特的自由流暢的開發(fā)模型已被命名為bazaar（集市模型）。Bazaar開發(fā)模型通過重視實驗,征集并充分利用早期的反饋,對巨大數(shù)量的腦力資源進行平衡配置,可以開發(fā)出更優(yōu)秀的軟件。本聯(lián)盟就是想通過bazaar開發(fā)模型,在網(wǎng)上召集一些Linux的愛好者,開發(fā)出更優(yōu)秀的操作系統(tǒng)或軟件。 2 技術(shù)說明2.1 TCP和UDP通信的概念2.1.1 UDP通信 UDP是用戶數(shù)據(jù)報協(xié)

12、議的簡稱。它是以中午連接的邏輯通信信道。UDP在傳送數(shù)據(jù)之前不需要先建立連接，遠地主機的傳輸層在收到udp數(shù)據(jù)報后，不需要給出任何確認，所以不能保證其交付時可靠。它的特點是：因無連接，故提供的是不可靠的信道，但也是因無連接而具有很好的傳輸效率。 2.1.2 TCP通信 TCP是傳輸控制協(xié)議的簡稱，它是提供一條全雙工的、可靠的信道。TCP提供面向連接的服務(wù)，在傳送數(shù)據(jù)之前必須先建立連接，數(shù)據(jù)傳送結(jié)束后要釋放連接。TCP不提供廣播和多播服務(wù)。 由于TCP要提供可靠的、面向連接的運輸服務(wù)，所以不可避免地增加了許多系統(tǒng)開銷，比如確認、流量控制、計時器以及連接管理等都需要占用許多系統(tǒng)的時空資源。 兩個計

13、算機之間如果使用TCP通信，其連接過程需要三次握手實現(xiàn)，如實驗圖1-1所示。圖1-1 用三次握手建立TCP連接 對于兩個計算機之間連接的釋放過程也需要類似的3次握手的互相確認的過程，如實驗圖1-2所示。圖1-2 TCP連接的釋放過程2.2客戶/服務(wù)器模型MP10-284-EP12-CAMC-186A在客戶/服務(wù)器模型中，多個相互通信的計算機都作為客戶端，與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進行連接，并通過服務(wù)器進行信息的傳遞。所以多個客戶端之間的通信就變?yōu)榱丝蛻舳伺c服務(wù)端的通信。所以，采用客戶/服務(wù)器模型進行網(wǎng)絡(luò)聊天需要分別編寫服務(wù)器端和客戶端的程序，服務(wù)器和客戶端之間相互通信的同步關(guān)系和各自的程序流程如實驗圖1-3

14、所示。圖1-3 Socket通信流程圖2.3網(wǎng)絡(luò)套接字（socket）的概念Socket接口上TCP/IP網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序接口（API），它提供了許多函數(shù)和例程，程序員可以使用它們來開發(fā)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。使用Socket接口進行網(wǎng)絡(luò)通信的過程如圖1-3所示，簡要步驟如下：(1) 建立一個Socket.(2) 按要求配置socket，將socket連接到遠程主機或給socket指定以各本地協(xié)議端口。(3) 按要求通過socket發(fā)送和接受數(shù)據(jù)。(4) 關(guān)閉此socket。這是通過Socket實現(xiàn)點對點通信需要掌握的4個編程要點。2.4多線程的概念上述點對點通信的實現(xiàn)知識完成了主機進程與服務(wù)器

15、進程之間的連接，建立連接的進程之間是一對一的聯(lián)系，即主機的一個進程與服務(wù)器的一個進程之間建立的連接。而每個進程進行通信的環(huán)節(jié)都包括了發(fā)送信息和接口信息兩個任務(wù)，這兩個任務(wù)通過一個端口地址發(fā)送和接收。 對于多個并發(fā)的任務(wù)需要創(chuàng)建多個線程或線程去實現(xiàn)。使用一個進程去完成發(fā)送信息是沒有問題的，因為發(fā)送總是主動的；而使用同一個進程再去完成接受信息去不一定會成功，因為接受信息是被動的，所以當沒有信息可以接收時，該進程就會被阻塞，從而導(dǎo)致發(fā)送任務(wù)也一起被阻塞。同一個端口的發(fā)送和接收是兩個并發(fā)任務(wù)，應(yīng)該由兩個不同的任務(wù)去分別完成信息的發(fā)送和接收。這樣，當接收信息任務(wù)因沒有信息而被阻塞時，不至于影響發(fā)送任務(wù)的

16、執(zhí)行。那么，發(fā)送和接收兩個任務(wù)是使用兩個進程還是兩個進程去完成呢？在網(wǎng)絡(luò)通信中，端口地址是以進程為單位進程分配的，而一個進程與外界的消息發(fā)送與接收必須通過分配給它的同一個端口進行。因此，不能通過創(chuàng)建進程方式來解決上訴問題，因為兩個進程會分別對應(yīng)兩個不同的端口，而發(fā)送和接收必須使用同一端口。線程不是資源分配的單位，所以如果使用兩個線程不會對線程分配新的端口。因此，本實驗需要使用兩個線程去分別完成發(fā)送和接收信息的任務(wù)，這兩個線程共享其進程擁有的統(tǒng)一個端口地址。由于創(chuàng)建進程的進程本身會作為一個線程來調(diào)度，所以只需要再創(chuàng)建一個線程專門負責(zé)接收信息就可以了。因此，對于從每個客戶端發(fā)來的請求，服務(wù)器端都要

17、創(chuàng)建相應(yīng)的線程去接收并處理；同理，對于客戶端而言，也要創(chuàng)建一個線程去讀取服務(wù)器端發(fā)來的信息。3 系統(tǒng)實現(xiàn)3.1 Linux提供的有關(guān)Socket的系統(tǒng)調(diào)用(1) Socket() 作用：socket函數(shù)為客戶機或服務(wù)器創(chuàng)建一個sokcet格式：int socket(int family,int type,int protocol); 參數(shù)說明： Family：表示地址族，可以去AF_UNLX和AF_INT。其中，AF_UNLX只能夠用于單一的UNIX系統(tǒng)進程間通信;AF_INT是針對Internet的，因而可以允許在遠程主機之間通信，實驗中使用AF_INT。 Type：網(wǎng)絡(luò)程序所采用的通信協(xié)議

18、，可以取SOCK_STREAM或SOCK_DGRAM。其中，SOCK_STREAM表明使用的是TCP協(xié)議，這樣提供按順序的、可靠的、雙向、面向連接的比特流；SOCKE_DGRAM表明使用的是UDP協(xié)議，這樣只會提供定長、不可靠、無連接的通信。(2) bind( )格式： int bind(int sockfd,struct sockaddr *addr,int addrlen); 參數(shù)說明： Sockfd：socket的文件描述符號。 Sockaddr：表示名字所用的一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用來保存地址(包括IP地址和端口) Addrlen:設(shè)置結(jié)構(gòu)大小長度。(3) listen()格式： int li

19、sten(int sockfd, int backlog); 作用：監(jiān)聽連接信號，和accepted函數(shù)合同。 參數(shù)說明： Sockfd：表示socket調(diào)用返回的文件描述符。 Backlog：表示接入隊列允許的連接數(shù)目，大多數(shù)系統(tǒng)允許20個，也可以子定義510個。(4) accept() 格式： Int accept (int sockfd, void *addr, int *addrlen); 作用：與listen函數(shù)合用，監(jiān)聽信息、接收客戶端請求。 參數(shù)說明： Sockfd：表示socket的文件描述符。 Addr：表示指向局部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)struct sockaddr-in的指針。 Ad

20、drlen：表示地址的長度。(5) connect()格式： int connect( int sockfd , struct sockaddr *serv_addr , int addrlen); 作用：在面向連接的系統(tǒng)中客戶及連接服務(wù)器時使用，connect必須在bind后使用。 參數(shù)作用： Sockfd：表示socket的文件描述符。 Serv-addr：表示村訪目的端口和ip地址（套接字）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。(6) send() 和 recv() 格式1： Int send (int sockfd, const vod *msg,int len, int flags); 功能：發(fā)送信息。 格式

21、2： Int recv (int sockfd , void *buf,int len, usigned int flags); 作用：用于流式socket、數(shù)據(jù)報socket內(nèi)部之間的通信。(7) close( ) 和 shutdown ( )格式： Close( int sockfd)或 Int shutdown(int sockfd , int how); 參數(shù)說明： How的值為下面一種： 0-不允許繼續(xù)接收； 1-不允許繼續(xù)發(fā)送； 2-不允許繼續(xù)發(fā)送和接收。(8) 有關(guān)線程的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)pthread_create()、pthread_join()3.2 實驗過程說明（使用TCP/I

22、P）(1) 監(jiān)聽連接 利用socket、bind、listen建立連接，步驟是：1) 先用socket函數(shù)初始化socket，創(chuàng)建新的sockfd。Sockfd = socket（AF_INT，SOCK_STREAM,0）2) 此步驟涉及到IP地址及其處理過程。參數(shù)說明： inet_addr 函數(shù) INADDR_ANY該函數(shù)把由小數(shù)點分開的十進制IP地址轉(zhuǎn)為unsinged long 類型，而在實驗中所使用的為INADDR_ANY，使用利用自已的IP地址自動填充。a) 利用bind函數(shù)綁定端口和IP地址。My_addr.sin_family=AF_INET; /*將地址族類型設(shè)定好 */My_

23、addr.sin_port=htons(MYPORT; /* 將端口給其賦值*/My_addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY; /*用連接地址自動填充ip*/Bind(sockfd,(stuct sockaddr*)&my_addr,sizeof(stuct sockaddr);/*sockfd 是分配的socket名字，my-addr則便是分配好的端口與IP，用bind綁定*/b) 利用listen監(jiān)聽請求(2) 發(fā)送請求1)利用gethostbyname獲取主機信息。2)初始化socket端口。3)利用connect函數(shù)將自己的IP地址等信息發(fā)送到主機，等待

24、主機調(diào)用accept函數(shù)來接受請求。(3) 主機接收請求，進行數(shù)據(jù)通信1)主機利用accept接收請求。2)創(chuàng)建子進程，顯示歡迎信息；3)接收返回信息，顯示連接成功，并推出連接；4)關(guān)閉客戶端口socket；5)關(guān)閉服務(wù)端socket，結(jié)束子線程。3.3 TCP通信實現(xiàn)(1) 服務(wù)端源程序清單如下，設(shè)文件名為server.c#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<errno.h>#include<string.h>#include<sys/types.h>#include<neti

25、net/in.h>#include<sys/socket.h>#include<sys/wait.h>#include<pthread.h>#define MYPORT 3490#define BACKLOG 10 #define MAXDATASIZE 1024int sockfd,new_fd;pthread_t accthread,recthread;void recmessage(void) while(1) int numbytes; char bufMAXDATASIZE; if(numbytes = recv(new_fd,buf,MAX

26、DATASIZE,0) = -1)perror("recv"); exit(1); bufnumbytes = '0' if(strcmp(buf,"exit") = 0)printf("Client is closedn");close(new_fd);close(sockfd);exit(1);printf("Client:%sn",buf); void acceptconnect(void) struct sockaddr_in their_addr; int sin_size; sin_si

27、ze = sizeof(struct sockaddr_in); if(new_fd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&their_addr,&sin_size) = -1) perror("accept"); exit(1); printf("server:got connection from %sn",inet_ntoa(their_addr.sin_addr); if(pthread_create(&recthread,NULL,(void *)recmessage,NULL)!= 0)

28、 printf("Create thread error!rn"); exit(1); int main(void) struct sockaddr_in my_addr; if(sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0) = -1) perror("socket"); exit(1); my_addr.sin_family = AF_INET; my_addr.sin_port = htons(MYPORT); my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; bzero(&(my_a

29、ddr.sin_zero),8); if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&my_addr,sizeof(struct sockaddr) = -1) perror("bind"); exit(1); if(listen(sockfd,BACKLOG) = -1) perror("listen"); exit(1); if(pthread_create(&accthread,NULL,(void *)acceptconnect,NULL) != 0) printf("Create thread err

30、or!rn"); exit(1); while(1) char msgMAXDATASIZE; scanf("%s",msg); if(send(new_fd,msg,strlen(msg),0) = -1) perror("send"); close(new_fd); exit(1); if(strcmp(msg,"exit") = 0) printf("Byebye!n"); close(new_fd); close(sockfd); exit(1); return 0;(2) 客戶端源程序清單如下，

31、設(shè)文件名為client.c#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<errno.h>#include<string.h>#include<netdb.h>#include<sys/types.h>#include<netinet/in.h>#include<sys/socket.h>#include<pthread.h>#define PORT 3490#define MAXDATASIZE 1024int sockfd;pthread_t

32、recthread;void recmessage(void) while(1) int numbytes; char bufMAXDATASIZE; if(numbytes = recv(sockfd,buf,MAXDATASIZE,0) = -1) perror("recv"); exit(1); bufnumbytes='0' if(strcmp(buf,"exit") = 0) printf("Server is closedn"); close(sockfd); exit(1); printf("S

33、erver:%sn",buf); int main(int argc,char *argv) struct hostent *he; struct sockaddr_in their_addr; if(argc != 2) fprintf(stderr,"usage:client hostnamen"); exit(1); if(he=gethostbyname(argv1) = NULL) herror("gethostbyname"); exit(1); if(sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0) =

34、 -1) perror("socket"); exit(1); their_addr.sin_family = AF_INET; their_addr.sin_port = htons(PORT); their_addr.sin_addr = *(struct in_addr *)he->h_addr); bzero(&(their_addr.sin_zero),8); if(connect(sockfd,(struct sockaddr *)&their_addr,sizeof(struct sockaddr) = -1) perror("

35、connect"); exit(1); if(pthread_create(&recthread,NULL,(void *)recmessage,NULL)!=0) printf("Create thread error!rn"); exit(1); while(1) char msgMAXDATASIZE; scanf("%s",msg); if(send(sockfd,msg,strlen(msg),0) = -1) perror("send"); close(sockfd); exit(1); if(strcm

36、p(msg,"exit") = 0) printf("Byebye!n"); close(sockfd); exit(1); return 0;4 運行效果程序測試環(huán)境：linux、unix、debian等操作系統(tǒng)。測試軟件：putty、vmware虛擬機(1) 在編寫完TCP服務(wù)端程序server.c后，用 gcc lpthread o server.c server 生成程序server。(2) 在編寫完TCP客戶端程序client.c后，用gcc lpthread o client.c client 生成程序client(3) 在主機上打開一窗口，

37、運行server。(4) 再打開另一個窗口或者在另一個主機上打開一個窗口，運行client，輸入服務(wù)器的IP地址，并檢查器結(jié)果的正確性。輸入：【主】# ./server【從】# ./client 127.0.0.1（127.0.0.1為本機的ip地址） 輸出：【主】#server:got connection from 127.0.0.1(5) 客戶端、服務(wù)器端窗口之間以及交錯發(fā)送信息的方式相互發(fā)送和接收信息。1) 客戶端、服務(wù)器端窗皆通過鍵盤輸入消息內(nèi)容平回車，以發(fā)送消息給對方；2) 消息中若使用空格，則作為本條消息結(jié)束及下一條消息的開始；3) 輸入exit則推出運行。開始運行后，服務(wù)器端窗口的執(zhí)行順序為：1) 鍵入“Hello,world！”發(fā)送給客戶端2)