Linux下基于socket的文件传输程序设计

课程设计报告

课程设计题目：Linux下基于socket的文件传输程序设计

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摘要

线程（thread）技术早在60年代就被提出，但真正应用线程到操作系统中去，是在80年代中期。为什么有了进程的概念后，还要再引入线程呢？使用多线程到底有哪些好处？

使用多线程的理由之一是和进程相比，它是一种非常"节俭"的多任务操作方式。在Linux系统下，启动一个新的进程必须分配独立的地址空间，建立众多的数据表来维护它的代码段、堆栈段和数据段。而运行于一个进程中的多个线程，它们之间使用相同的地址空间，共享大部分数据，启动一个线程所花费的空间远远小于进程所花费的空间，而且，线程间彼此切换所需的时间也远远小于进程间所需要的时间。

使用多线程的理由之二是线程间方便的通信机制。对不同进程来说，它们具有独立的数据空间，要进行数据的传递只能通过通信的方式进行，这种方式费时且很不方便。由于同一进程下的线程之间共享数据空间，所以一个线程的数据可以直接为其它线程所用，这样快且方便。

在计算机中，凡是提供服务的一方我们称为服务端（Server），而接受服务的另一方我们称作客户端（Client）。不过客户端及伺服端的关系不见得一定建立在两台分开的机器上，提供服务的伺服端及接受服务的客户端也有可能都在同一台机器上，这样在同一台机器上就同时扮演伺服端及客户端。

线程间方便的通信机制可以使得在我们在服务端和客户端方便的进行通信传输与各种操作，可以通过运用多线程机制方便实现上传、下载文件；增加、删除用户；以及在服务端进行文件的管理。

关键字：多线程、socket通信、服务器和客户端

·1需求分析

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 socket通信原理

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。

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头文件中，形式如下： struct sockaddr {

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，定义在头文件中，形式如下： 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

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