基于socket的聊天系统设计.doc

网络程序设计课程设计基于socket的聊天系统设计摘要：本设计通过研究讨论，设计了基于socket编程的网络聊天系统，并且通过验证与测试，证明了系统的可用性、易用性、完善性。关键词：socket、server、client、聊天系统引言：socket通常也称作套接字，用于描述IP地址和端口，是一个通信链的句柄。应用程序通常通过套接字向网络发出请求或者应答网络请求。一、开发原理服务器：使用ServerSocket监听指定的端口，端口可以随意指定（由于1024以下的端口通常属于保留端口，在一些操作系统中不可以随意使用，所以建议使用大于1024的端口），等待客户连接请求，客户连接后，会话产生；在完成会话后，关闭连接。 客户端：使用Socket对网络上某一个服务器的某一个端口发出连接请求，一旦连接成功，打开会话；会话完成后，关闭Socket。客户端不需要指定打开的端口，通常临时的、动态的分配一个1024以上的端口。二、实现目标根据客户机提出各种请求,服务器能够根据不同请求,发送不同的响应，最终实现服务器端与客户机端的聊天功能。三、设计实现过程（一）/*chat.h* 基于socket的聊天客户机和服务器的头文件* Copyright by Subo, All Right Reserved*设计思路:* 客户机提出各种请求,服务器根据不同请求,发送不同的响应.*关键问题:* 客户机和服务器之间协议制订*/#include / for sockaddr_in#include / for socket#include / for socket#include / for printf#include / for exit#include / for bzero/*服务器端口定义*/#define CHAT_SERVER_PORT (6666)/*报文类型定义*/#define NO_COMMAND (100)/客户端发送报文类型#define REGISTER (1)#define LOGIN (2)#define GET_USER_LIST (3)#define TALK_TO (4)#define EXIT (5)#define CHANGE (6)#define GET_MESSAGE (7)/服务器端发送报文类型#define SUCCEED (0)#define FAIL (-1)#define TRANSFER (80)/*报文格式定义*/#define COMMAND_SIZE (sizeof(char)#define OPTION_SIZE (16)#define ID_SIZE (OPTION_SIZE)#define PASSWORD_SIZE (OPTION_SIZE)#define MESSAGE_SIZE (1024)typedef struct chat_package signed char type; char fromID_SIZE +1; char passwordPASSWORD_SIZE +1; char optionOPTION_SIZE +1; char toID_SIZE + 1; char messageMESSAGE_SIZE +1;chat_package;#define BUFFER_SIZE (sizeof(chat_package)/*选项分类:* 用户列表 */#define USER_LIST USER_LIST（二）/*一个基于socket的Linux上的网络聊天程序-多线程的服务器程序2007-11-04 13:35编译方式:gcc -pthread -o chat_server chat_server.c/* 基于socket的聊天服务器端* Copyright by Subo, All Right Reserved*设计思路:* 客户机提出各种请求,服务器根据不同请求,发送不同的响应.* 服务器端采用多线程,为每个连接的客户建立一个服务线程.*关键问题:* 客户机和服务器之间协议制订* 多线程访问同一个用户列表的互斥问题*/#include #include #include chat.h#define LENGTH_OF_LISTEN_QUEUE (20)#define USER_AMOUNT_MAX (50)#define NOT_LOGIN (-1)#define NOT_IN_USE (NOT_LOGIN -1)#define USER_ID_SIZE (ID_SIZE)typedef struct user char user_IDUSER_ID_SIZE; char passwordPASSWORD_SIZE; int client_socket; /client_socket=NOT_LOGIN,表示没有用户登录, /client_socket=NOT_IN_USE,表示没有用户注册, user;/多线程共享user_tablestatic user user_tableUSER_AMOUNT_MAX;/访问user_table时要使用的信号量pthread_mutex_t user_table_mutex;/*函数名称: init_user_table*函数执行失败: 当一个报文不能容纳全部用户名称列表时,给出错误提示信息,结束程序*依赖自定义数据结构: struct user - 本文件*依赖全局变量: user_table - 本文件*/int init_user_table() if(USER_ID_SIZE*USER_AMOUNT_MAXMESSAGE_SIZE) printf(USER_ID_SIZE*USER_AMOUNT_MAXMESSAGE_SIZEn); exit(1); int i=0; for(i=0;iUSER_AMOUNT_MAX;i+) user_tablei.client_socket = NOT_IN_USE; bzero(user_tablei.user_ID,OPTION_SIZE); bzero(user_tablei.password,OPTION_SIZE); /*函数名称: login*正常返回值: 登录成功为SUCCEED,登录失败为FAIL*参数说明: client_socket是服务器同用户正在进行通信的socket*依赖自定义数据结构: struct user - 本文件*依赖全局变量: user_table - 本文件* user_table_mutex - 本文件*/int login(char * user_ID, char * password, int client_socket) pthread_mutex_lock(&user_table_mutex); int i=0; for(i=0;iUSER_AMOUNT_MAX;i+) if( (strcmp(user_tablei.user_ID,user_ID)=0) &(strcmp(user_tablei.password,password)=0) ) user_tablei.client_socket = client_socket; pthread_mutex_unlock(&user_table_mutex); return SUCCEED; pthread_mutex_unlock(&user_table_mutex); return FAIL;/*函数名称: get_active_user_list*正常返回值: SUCCEED*参数说明: 在函数返回数据放置在字符数组user_list_buffer中,* 在user_list_buffer中,每个用户名称占据USER_ID_SIZE + 1大小.* 要求user_list_buffer中的数据必须初始化为全0*依赖自定义数据结构: struct user - 本文件*依赖全局变量: user_table - 本文件* user_table_mutex - 本文件*/int get_active_user_list(char * user_list_buffer) pthread_mutex_lock(&user_table_mutex); int i=0; for(i=0;i NOT_LOGIN) memcpy(user_list_buffer, user_tablei.user_ID, USER_ID_SIZE); user_list_buffer += USER_ID_SIZE + 1; pthread_mutex_unlock(&user_table_mutex); return SUCCEED;/*函数名称: user_register*正常返回值: 注册成功SUCCEED,注册失败FAIL*函数执行失败: 注册重复的user_ID,注册失败.* 如果user_table中没有处于空闲的记录,注册失败.*参数说明: client_socket是服务器同用户正在进行通信的socket*依赖自定义数据结构: struct user - 本文件*依赖全局变量: user_table - 本文件* user_table_mutex - 本文件*/int user_register(char * user_ID, char * password, int client_socket) pthread_mutex_lock(&user_table_mutex); int i=0; for(i=0;iUSER_AMOUNT_MAX;i+) if(strcmp(user_tablei.user_ID,user_ID)=0) pthread_mutex_unlock(&user_table_mutex); return FAIL; for(i=0;iUSER_AMOUNT_MAX;i+) if(NOT_IN_USE = user_tablei.client_socket) user_tablei.client_socket = NOT_LOGIN; memcpy(user_tablei.user_ID,user_ID,USER_ID_SIZE); memcpy(user_tablei.password,password,PASSWORD_SIZE); pthread_mutex_unlock(&user_table_mutex); return SUCCEED; pthread_mutex_unlock(&user_table_mutex); return FAIL;/*函数名称: look_up_socket*正常返回值: 服务器与目的用户通信的socket,*函数执行失败: 没有找到服务器与目的用户通信的socket,返回值为FAIL*参数说明: receiver是目的用户的ID*依赖自定义数据结构: struct user - 本文件*依赖全局变量: user_table - 本文件* user_table_mutex - 本文件*/int look_up_socket(char * receiver) pthread_mutex_lock(&user_table_mutex); int socket=0; int i=0; for(i=0;i=0) socket = user_tablei.client_socket; pthread_mutex_unlock(&user_table_mutex); return socket; pthread_mutex_unlock(&user_table_mutex); return FAIL;/*函数名称: deactive_user*功能说明: 用于用户登出服务器时,把服务器与用户通信的socket设置为NOT_LOGIN*正常返回值: SUCCEED*函数执行失败: 没有找到服务器与用户通信的socket,返回值为FAIL*参数说明: client_socket是服务器与用户通信的socket*依赖自定义数据结构: struct user - 本文件*依赖全局变量: user_table - 本文件* user_table_mutex - 本文件*/int deactive_user(int client_socket) pthread_mutex_lock(&user_table_mutex); int i=0; for(i=0;iUSER_AMOUNT_MAX;i+) if(user_tablei.client_socket = client_socket) user_tablei.client_socket=NOT_LOGIN; pthread_mutex_unlock(&user_table_mutex); return SUCCEED; pthread_mutex_unlock(&user_table_mutex); return FAIL;/*函数名称: user_change_register*正常返回值: 注册成功SUCCEED,注册失败FAIL*函数执行失败: 注册重复的user_ID,注册失败.*函数功能的其他说明: 不改变当前用户的登录状态*参数说明: client_socket是服务器同用户正在进行通信的socket*依赖自定义数据结构: struct user - 本文件*依赖全局变量: user_table - 本文件* user_table_mutex - 本文件*/int user_change_register(char * user_ID, char * password, int client_socket) pthread_mutex_lock(&user_table_mutex); int i=0; for(i=0;iUSER_AMOUNT_MAX;i+) if(strcmp(user_tablei.user_ID,user_ID)=0) pthread_mutex_unlock(&user_table_mutex); return FAIL; for(i=0;iUSER_AMOUNT_MAX;i+) if(client_socket = user_tablei.client_socket) memcpy(user_tablei.user_ID,user_ID,USER_ID_SIZE); memcpy(user_tablei.password,password,PASSWORD_SIZE); pthread_mutex_unlock(&user_table_mutex); return SUCCEED; pthread_mutex_unlock(&user_table_mutex); return FAIL;/*函数名称: init_server_socket*功能说明: 初始化服务器用于监听的的socket*正常返回值: 已经初始化的服务器用于监听的的socket*函数执行失败: 输出错误信息,退出程序*/int init_server_socket() struct sockaddr_in server_addr; bzero(&server_addr,sizeof(server_addr); server_addr.sin_family = AF_INET; server_addr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY); server_addr.sin_port = htons(CHAT_SERVER_PORT); int server_socket = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); if( server_socket from; char * password = (chat_package *)receive_buffer)-password; char * receiver = (chat_package *)receive_buffer)-to; printf(Request %d from clientn,(chat_package *)receive_buffer)-type); switch(chat_package *)receive_buffer)-type) case REGISTER: send_buffer.type = user_register(user_ID, password, client_socket); break; case LOGIN: send_buffer.type = login(user_ID, password, client_socket); break; case GET_USER_LIST: memcpy(send_buffer.option, USER_LIST, OPTION_SIZE); send_buffer.type = get_active_user_list(send_buffer.message); break; case TALK_TO: send_buffer.type = SUCCEED; send(client_socket, (chat_package *)&send_buffer,BUFFER_SIZE,0); client_socket = look_up_socket(receiver); send_buffer.type = TRANSFER; memcpy(send_buffer.from, (chat_package *)receive_buffer)-from, MESSAGE_SIZE); memcpy(send_buffer.message, (chat_package *)receive_buffer)-message, MESSAGE_SIZE); break; case EXIT: deactive_user(client_socket); return send_buffer.type; break; case CHANGE: send_buffer.type = user_change_register(user_ID, password, client_socket); printf(Answer %d to clientn,send_buffer.type); send(client_socket, (chat_package *)&send_buffer,BUFFER_SIZE,0); return send_buffer.type; /*函数名称: talk_to_client*功能说明: 对单独的一个用户的各种请求进行服务,当用户的请求为EXIT时,结束本线程*函数执行失败: 通信失败时,显示错误信息,结束本线程*依赖自定义数据结构: chat_package - chat.h*/void * talk_to_client(void * new_server_socket_to_client) int new_server_socket = (int)new_server_socket_to_client; int request = NO_COMMAND; while(request!=EXIT) chat_package buffer; bzero(char*)&buffer,BUFFER_SIZE); int length = recv(new_server_socket,(char*)&buffer,BUFFER_SIZE,0); if (length 0) printf(Server Recieve Data Failed!n); close(new_server_socket); pthread_exit(NULL); if (length=0) close(new_server_socket); pthread_exit(NULL); request = process_request(new_server_socket, (char*)&buffer); close(new_server_socket); pthread_exit(NULL); int main(int argc, char *argv) init_user_table(); pthread_mutex_init(&user_table_mutex, NULL); int server_socket = init_server_socket(); pthread_t child_thread; pthread_attr_t child_thread_attr; pthread_attr_init(&child_thread_attr); pthread_attr_setdetachstate(&child_thread_attr,PTHREAD_CREATE_DETACHED); while (1) struct sockaddr_in client_addr; socklen_t length = sizeof(client_addr); int new_server_socket = accept(server_socket,(struct sockaddr*)&client_addr,&length); if ( new_server_socket 0) printf(Server Accept Failed!n); break; if( pthread_create(&child_thread,&child_thread_attr,talk_to_client, (void *)new_server_socket) 0 ) printf(pthread_create Failed : %sn,strerror(errno); close(server_socket); pthread_attr_destroy(&child_thread_attr); pthread_mutex_destroy(&user_table_mutex); pthread_exit (NULL); return 0;（三）/* 基于socket的聊天客户机* Copyright by Subo, All Right Reserved*设计思路:* 客户机提出各种请求,服务器根据不同请求,发送不同的响应.*关键问题:* 客户机和服务器之间协议制订*/#include chat.h#include / for fork#include / for signal#include / for wait#include static char user_IDBUFFER_SIZE; /一个很大的缓冲区,实际ID_SIZE内有效static char passwordBUFFER_SIZE; /一个很大的缓冲区,实际PASSWORD_SIZEE内有效static int client_socket;/*函数名称: connect_to_server*正常返回值: 连接到服务器的socket*函数执行失败: 连接失败返回值为 -1,向控制台输出错误信息*依赖自定义数据结构: 无*/int connect_to_server(char * server_IP_addr) /设置一个socket地址结构client_addr,代表客户机internet地址, 端口 struct sockaddr_in client_addr; bzero(&client_addr,sizeof(client_addr); /把一段内存区的内容全部设置为0 client_addr.sin_family = AF_INET; /internet协议族 client_addr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY);/INADDR_ANY表示自动获取本机地址 client_addr.sin_port = htons(0); /0表示让系统自动分配一个空闲端口 /创建用于internet的流协议(TCP)socket,用client_socket代表客户机socket client_socket = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); if( client_socket 0) printf(Create Socket Failed!n); return FAIL; /把客户机的socket和客户机的socket地址结构联系起来 if( bind(client_socket,(struct sockaddr*)&client_addr,sizeof(client_addr) printf(Client Bind Port Failed!n); return FAIL; /设置一个socket地址结构server_addr,代表服务器的internet地址, 端口 struct sockaddr_in server_addr; bzero(&server_addr,sizeof(server_addr); server_addr.sin_family = AF_INET; if(inet_aton(server_IP_addr,&server_addr.sin_addr) = 0) /服务器的IP地址来自程序的参数 printf(Server IP Address Error!n); return FAIL; server_addr.sin_port = htons(CHAT_SERVER_PORT); socklen_t server_addr_length = sizeof(server_addr); /向服务器发起连接,连接成功后client_socket代表了客户机和服务器的一个socket连接 if(connect(client_socket,(struct sockaddr*)&server_addr, server_addr_length) 0) printf(Can Not Connect To %s!n,server_IP_addr); return FAIL; return SUCCEED;/*函数名称: send_request_to_server*正常返回值: 发送到服务器的报文的字节数*函数执行失败: 发送失败返回值为 -1*参数说明: 当不使用option时, option应当是NULL* 当不使用message时, message应当是NULL*依赖自定义数据结构: chat_package -chat.h*/void send_request_to_server(signed char request, char * option, char * to, char * message) static chat_package buffer; bzero(char*)&buffer,BUFFER_SIZE); buffer.type = request; memcpy(buffer.from, user_ID, ID_S