网络聊天程序设计(Linux版)

江西理工大学应用科学学院 嵌入式系统开发技术 课程设计 专 业 电子信息工程 班 级 092 班 学 号 20 号 姓 名 林洪 设计题目 网络聊天程序设计 2012 年 11 月 课程设计评分表 姓 名班 级学 号 课设题目指导教师 评分项目满分分值得分 封面2 页面布局4 目录格式3 图表质量2 文档格式 页眉页脚2 内容完整性6 内容逻辑性5 设计文档 30 分 文档内容 内容正确性6 程序功能15 编程规范7 程序代码 30 分 编程文档8 课题陈述7 问题答辩10答辩 20 分 是否超时3 考勤 20 分 20 总评成绩 指导教师评语 签名 年 月 日 教研室意见 签名 年 月 日 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 10 附录 11 江西理工大学应用科学学院课程设计 1 0 1 系统概述系统概述 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 江西理工大学应用科学学院课程设计 1 2 需求分析需求分析 2 1 功能需求功能需求 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 林洪 网络聊天程序设计 2 3 系统设计系统设计 3 1 系统总体流程图系统总体流程图 启动客户端 聊天 启动服务器 等待数据请求 处理用户数据 显示对所有人信息 显示私聊信息 登发送信息 入服务器 显示在线 用户 数据传输 数据传输 数据传输 图 1 系统设计流程图 3 2 系统模块设计系统模块设计 3 2 1 转发信息模块转发信息模块 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 江西理工大学应用科学学院课程设计 3 3 2 3 群聊模块群聊模块 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 详细设计详细设计 3 3 1 登录模块设计登录模块设计 开始 显示客户端主界面 连接服务器 输入用户名 服务 器IP 点击确定 用户名是否为空 是否为空 IP是否为空 用户名是否上线 调用群聊函数 显示群聊信息 结束 是 是 是 否 是 是 是 否 图 2 登录模块流程图 林洪 网络聊天程序设计 4 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 服务器模块服务器模块 开始 创建套接字Socket 套接字绑定到本地 端口 套接字接听客户端 请求 是否有链接请求 返回套接字进行通 信 保存套接字中的内 容 IP链接是否正常 启动转发消息的线 程 读取套接字中得内 容 保存所有在线用户 名 聊天是否启动 将在线用户名单与 聊天启动 标志 写入输出流 将消息转发给所有 在线用户 结束 信息写入输出流 显示用户下线信息 是 是 是 否 否 否 图 3 服务器模块流程图 江西理工大学应用科学学院课程设计 5 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 开始 对应用户传入消息 格式化类 用户名转发的消息标志 消息格式化类 将信息整合成固定 格式传送 用户名 转发的消息 结束 图 4 消息格式化模块流程图 林洪 网络聊天程序设计 6 3 3 4 群聊模块群聊模块 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 开始 创建套接字 写入服务器端口号 与IP 向服务器发起连接 套接字中内容流入 对象输出流 启动客户端线程 读取套接字中的内 容 检查标志 聊天已启动发送消息启动 在线用户列表添加 该用户 服务器转发的信息 显示到各用户聊天 窗口 结束 图 5 群聊模块程序流程图 江西理工大学应用科学学院课程设计 7 4 调试及测试调试及测试 4 1 调试结果调试结果 1 启动 SSH Secure Shell 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 林洪 网络聊天程序设计 8 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 江西理工大学应用科学学院课程设计 9 5 设计总结设计总结 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 横更在我们的面前 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 感谢谢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 本次课程设计有李钱波 林洪 王宗敏集体完成 参考文献参考文献 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 林洪 网络聊天程序设计 10 附录附录 客户端程序 client c include include include include include include include include define TRUE 1 define PORT 5000 static int sockfd void recvfromserver 接受服务器消息线程入口函数 char mes 1024 int nbytes 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 int main int argc char argv int sockfd char buffer 1024 struct sockaddr in server addr struct hostent host int portnumber nbytes char strhost 16 char clientname 20 char mes 1024 int thr id thread ID for the newly created thread pthread t p thread thread s structure if argc 1 fprintf stderr Usage s a n argv 0 exit 1 江西理工大学应用科学学院课程设计 11 Printf 请输入服务器 ip 地址 n scanf s strhost if host gethostbyname strhost NULL fprintf stderr Gethostname error 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 Socket Error s a n strerror errno exit 1 客户程序填充服务端的资料 bzero server addr sin family AF INET server addr sin port htons PORT server addr sin addr struct in 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 struct sockaddr 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 while 1 memset buffer 0 sizeof buffer memset mes 0 sizeof mes scanf s buffer strcat mes clientname strcat mes strcat mes buffer printf main thread s n mes if write sockfd mes sizeof mes 1 fprintf stderr Write Error s n strerror errno exit 1 if strcmp buffer Quit 0 break 结束通讯 close sockfd exit 0 林洪 网络聊天程序设计 12 服务器程序 server c include include include include include include include include define MAXLINE 1000 在一条消息中最大的输出字符数 define LISTENQ 20 最大监听队列 define PORT 5000 监听端口 define MAXFD 20 最大的在线用户数量 void get client void int sockfd i static int maxi 0 maxi 表示当前 client 数组中最大的用户的 i 值 static int client MAXFD void recvandsend void 监听转发线程入口函数 int index 0 int nbytes 0 char buffer 1024 int len int outindex 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 maxi index 0 江西理工大学应用科学学院课程设计 13 pthread exit NULL int main int argc char argv int client fd LISTENQ clientnum 0 struct sockaddr in server addr struct sockaddr in client addr int sin size portnumber char hello Hello Are You Fine n int thr id thread ID for the newly created thread pthread t p thread thread s structure int new fd 0 memset client 0 sizeof client if argc 1 fprintf stderr Usage s portnumber a n argv 0 exit 1 服务器端开始建立 s