基于linux的实时通信软件设计.docx
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基于linux的实时通信软件设计
河南科技学院实习报告
实习课题:
基于linux的实时通信软件设计
姓名:
学号:
班级:
指导教师:
实习时间:
2013/10/05-2013/12/20
目录
1.系统概述1
2.需求分析2
2.1功能需求2
2.2性能需求2
2.3运行环境要求2
3.系统设计3
3.1系统总体流程图3
3.2系统模块设计3
3.2.1转发信息模块3
3.2.2用户登录模块3
3.2.3群聊模块4
3.3详细设计4
3.3.1登录模块设计4
3.3.2服务器模块5
3.3.3消息格式化模块6
3.3.4群聊模块7
4.调试及测试8
4.1调试结果8
4.2调试结果分析9
5.设计总结10
参考文献11
附录12
1.系统概述
Linux是一种针对PC计算机和工作站得操作系统。
他具有像Windows和Mac那样的功能齐全的图形用户界面。
由于Linux的开源的特点,越来越多的人转而使用Linux作为PC机得操作系统。
Linux系统支持三种并发方式:
多进程、多线程、以及I/O多路复用。
而多线程技术是并行技术中开销较小,效率较高的一种方式,与其他两种方式相比,线程占用更少的系统资源,而且效率更高,是并发技术中最常用的方式。
网络聊天程序是目前应用极为广泛的一种网络软件,对于方便人们的交流沟通非常有效,同时,作为一种典型的网络应用,编写网络聊天程序是学习基于Linux的网络编程的有效方法。
服务器端:
循环等候客户连接请求,一旦有客户连接请求,开启一个子线程接受并处理客户请求,接受来自客户的信息。
然后将客户信息反转后再返回给客户端。
主线程继续等待其他客户请求。
服务器具有同时处理多个用户的能力。
客户端:
首先与服务器建立连接,然后向服务器发送数据进行交互,接受服务器的反馈信息并显示,之后继续等待用户输入直至用户输入ctrl+D结束通信。
客户端接到输入ctrl+D后,客户端关闭连接并退出。
本次课题设计是在使用Linux线程和Socket接口的基础上,编写网络聊天程序,从而掌握Linux应用程序开发的基本方法,练习Linux线程及Socket编程的方法,从而将所学知识融会贯通。
2.需求分析
2.1功能需求
本次课程设计需要完成以下功能:
(1)实现在服务器的控制下,完成多人聊天,采用单机多终端模拟方式。
(2)在服务器端,使用多线程机制,为多个用户服务。
(3)服务器能够对要求接入的客户端进行身份识别,完成聊天数据的转发,并能够将不同用户聊天记录存档。
(4)可发送文件,发送者可以取消开始或中途想放弃传达的文件,接受者可接受或拒绝传来的文件,并能够将传来的文件设定本地保存位置。
2.2性能需求
(1)可靠性高,能在由于系统问题或其它原因产生错误后,作出相对应处理,比如网络初始化失败、服务器不在线等,可以提示用户安全退出本程序,在出现不可知的错误以后,可以尽量安全的退出程序。
(2)模块化设计此软件的功能,不同的模块实现不同的功能,使得软件易于以后的维护与扩展,在以后可以更好的完善本软件的功能,更方便于在工作中的应用。
(3)宜操作性,程序简单易懂,容易上手使用。
2.3运行环境要求
本项目开发主要完成软件开发可在Linux和windows平台下开发
3.系统设计
3.1系统总体流程图
图1系统设计流程图
3.2系统模块设计
3.2.1转发信息模块
服务器定义readMessage函数用于存储要求请求连接的用户名,客户发送的信息,该消息服务器、客户端共享,客户端读取该信息,从而实现信息转发。
3.2.2用户登录模块
用户输入用户名、服务器ip地址及密码,如果通过合法性检测,则可进入聊天主界面与其他人进行聊天。
3.2.3群聊模块
客户端点击“发送信息”按钮,该客户端的ip地址、端口号以及信息内容一起打包写入服务器readMessage函数,客户端通过线程可以读取该客户write中的内容。
3.3详细设计
3.3.1登录模块设计
图2登录模块流程图
用户登录需输入相关信息,经过相关的检测后,方可登录。
登陆后可查看群聊信息,且可与其他人进行聊天
3.3.2服务器模块
图3服务器模块流程图
该服务器界面用于显示用户上线与下线的信息,不可用于聊天,是用于将客户端群聊时发送的信息转发给每一个在线用户,处于一个承接的作用。
3.3.3消息格式化模块
消息格式化是将用户的对应信息合成固定形式进行传送。
图4消息格式化模块流程图
3.3.4群聊模块
用户登陆以后,可与显示在线的任何用户进行聊天,也可与在线用户一起进行群聊。
图5群聊模块程序流程图
4.调试及测试
4.1调试结果
1,启动SSHSecureShell软件后,将程序进行编译:
图6编译程序
2,编译成功后,将服务器打开:
图7打开服务器
3,打开服务器以后,需输入用户名称,即可进入聊天室进行聊天:
图8准备进行聊天
4,用户进行聊天:
图9用户聊天界面a
图10用户聊天界面b
4.2调试结果分析
这是一个聊天室程序,可以实现群聊的功能,即当某个客户发出消息后,服务器和其他个客户端都能收到此消息。
且能够显示客户端的用户名。
但客户端退出聊天室后,服务器和其他在线客户端会有提示。
实现群聊的机制是:
当某个客户端需要发送消息是,它将此消息发送给服务器,服务器再将此消息转发给各客户端,各客户端之间是无连接的,即相互之间不能直接通信。
因此,在服务器中,有两个线程,主线程用来监听是否有客户端登录服务器,若有,建立与其连接的套接字,并存入在线客户序列里,辅助线程是接收转发线程,其依次读取个客户端,看是否有消息送达,若有,取出,并转发给各其他客户端。
在客户端也有两个线程,主线程用来向服务器发送消息,辅助线程用来接收服务器发出的消息。
5.设计总结
转眼间为期一周的嵌入式系统开发课程设计转眼就结束了,这次课程设计,我学会了许多课本上学不到的东西,同时也加强了我的动手、思考和解决问题的能力以及学会了相互帮助,相互团结的团队精神,受益匪浅。
从前的学习过程过于浮浅,只是流于表面的理解,而现在要做课程设计,就不得不要求我们对所用到的知识有更深层次的理解。
因为课程设计的内容比及书本中的理论知识而言,更接近于现实生活,而理论到实践的转化往往是一个艰难的过程,它犹如一只拦路虎,横亘在我们的面前。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题,可以说得是困难重重,这毕竟第一次做的,难免会遇到过各种各样的问题,同时在设计的过程中发现了自己的不足之处,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固。
感谢王老师的悉心教导和认真帮助,在我们遇到各种困难时给予我们最深刻的指导,让我们能够较顺利的完成此次课程设计。
参考文献
(1)华清远见嵌入式培训中心编著《嵌入式Linux应用程序开发》(第二版)人民邮电出版社2011年7月
(2)谢小云编著《嵌入式系统综合项目》江西理工大学应用科学学院出版社,2011年
(3)王天苗,魏洪兴编著《嵌入式系统设计与实例开发》(第三看版)清华大学出版社,2007年
附录
/*******客户端程序client.c************/
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#defineTRUE1
#definePORT5000
staticintsockfd;
voidrecvfromserver()//接受服务器消息线程入口函数
{charmes[1024];
intnbytes=0;
while
(1)
{memset(mes,0,sizeof(mes));
nbytes=read(sockfd,mes,sizeof(mes));
if(nbytes>0)
{mes[nbytes]='\0';
printf("%s\n",mes);
}
}
pthread_exit(NULL);
}
intmain(intargc,char*argv[])
{
intsockfd;
charbuffer[1024];
structsockaddr_inserver_addr;
structhostent*host;
intportnumber,nbytes;
charstrhost[16];
charclientname[20];
charmes[1024];
intthr_id;/*threadIDforthenewlycreatedthread*/
pthread_tp_thread;/*thread'sstructure*/
if(argc!
=1)
{fprintf(stderr,"Usage:
%s\a\n",argv[0]);
exit
(1);
}
Printf("请输入服务器ip地址\n");
scanf("%s",strhost);
if((host=gethostbyname(strhost))==NULL)
{fprintf(stderr,"Gethostnameerror\n");
exit
(1);
}/*客户程序开始建立sockfd描述符*/
printf("正在建立套接口...\n");
if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1)
{fprintf(stderr,"SocketError:
%s\a\n",strerror(errno));
exit
(1);
}/*客户程序填充服务端的资料*/
bzero(&server_addr,sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family=AF_INET;
server_addr.sin_port=htons(PORT);
server_addr.sin_addr=*((structin_addr*)host->h_addr);
printf("套接口创建成功,正在链接服务器...\n");/*客户程序发起连接请求*/
if(connect(sockfd,(structsockaddr*)(&server_addr),sizeof(structsockaddr))==-1)
{fprintf(stderr,"ConnectError:
%s\a\n",strerror(errno));
exit
(1);
}/*连接成功了*/
Printf("链接服务器成功\n欢迎来到聊天室\n");
Printf("请输入你的用户昵称\n");
scanf("%s",clientname);
//write(sockfd,clientname,sizeof(clientname));
Printf("\n\n开始聊天吧(\"Quit\"断开连接)\n\n");
thr_id=pthread_create(&p_thread,NULL,recvfromserver,NULL);
while
(1)
{memset(buffer,0,sizeof(buffer));
memset(mes,0,sizeof(mes));
scanf("%s",buffer);
strcat(mes,clientname);
strcat(mes,":
");
strcat(mes,buffer);
//printf("mainthread%s\n",mes);
if((write(sockfd,mes,sizeof(mes)))==-1)
{fprintf(stderr,"WriteError:
%s\n",strerror(errno));
exit
(1);
}
if(strcmp(buffer,"Quit")==0)
{break;
}
}/*结束通讯*/
close(sockfd);
exit(0);
}
/*******服务器程序(server.c)************/
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#defineMAXLINE1000//在一条消息中最大的输出字符数
#defineLISTENQ20//最大监听队列
#definePORT5000//监听端口
#defineMAXFD20//最大的在线用户数量
void*get_client(void*);
intsockfd,i;
staticintmaxi=0;//maxi表示当前client数组中最大的用户的i值
staticintclient[MAXFD];
voidrecvandsend(void)//监听转发线程入口函数
{intindex=0;
intnbytes=0;
charbuffer[1024];
intlen;
intoutindex=0;
while
(1)
{if(maxi>0)
{memset(buffer,0,sizeof(buffer));
nbytes=0;
index++;
nbytes=read(client[index++],buffer,sizeof(buffer));
printf("%d,%d\n",index,client[index]);
if(nbytes>0)
{buffer[nbytes]='\0';
printf("%s\n",buffer);
outindex=0;
while(outindex if(write(client[outindex++],buffer,sizeof(buffer))=1) {fprintf(stderr,"WriteError: %s\n",strerror(errno)); exit (1); } } } if(index>=maxi) index=0; } pthread_exit(NULL); } intmain(intargc,char*argv[]) { intclient_fd[LISTENQ],clientnum=0;; structsockaddr_inserver_addr; structsockaddr_inclient_addr; intsin_size,portnumber; charhello[]="Hello! AreYouFine? \n"; intthr_id;/*threadIDforthenewlycreatedthread*/ pthread_tp_thread;/*thread'sstructure*/ intnew_fd=0; memset(client,0,sizeof(client)); if(argc! =1) {fprintf(stderr,"Usage: %sportnumber\a\n",argv[0]); exit (1); }/*服务器端开始建立socket描述符*/ if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1) {fprintf(stderr,"Socketerror: %s\n\a",strerror(errno)); exit (1); }/*服务器端填充sockaddr结构*/ bzero(&server_addr,sizeof(structsockaddr_in)); server_addr.sin_family=AF_INET; server_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY); server_addr.sin_port=htons(PORT);/*捆绑sockfd描述符*/ if(bind(sockfd,(structsockaddr*)(&server_addr),sizeof(structsockaddr))==-1) {fprintf(stderr,"Binderror: %s\n\a",strerror(errno)); exit (1); } printf("服务器监听端口%d...\n",PORT); /*监听sockfd描述符*/ if(listen(sockfd,LISTENQ)==-1) {fprintf(stderr,"Listenerror: %s\n\a",strerror(errno)); exit (1); } thr_id=pthread_create(&p_thread,NULL,recvandsend,NULL); printf("欢迎来到本聊天室\n"); while (1) { /*服务器阻塞,直到客户程序建立连接*/ if(maxi>=20) {printf("以达到人数上线\n"); continue; } sin_size=sizeof(structsockaddr_in); if((new_fd=accept(sockfd,(structsockaddr*)(&client_addr),&sin_size))==-1) {fprintf(stderr,"Accepterror: %s\n\a",strerror(errno)); exit (1); } /*fprintf(stderr,"Servergetconnectionfrom%s\n",inet_ntoa(client_addr.sin_addr));*/ client[maxi++]=new_fd; printf("\n新用户进入聊天室%d\n",new_fd); } close(sockfd); exit(0); }
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- 基于 linux 实时 通信 软件设计