Linux网络编程笔记[1]｜套接字Socket实现最简版FTP服务(C语言)

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模仿 Liunx 系统自身携带FTP服务

对于初入 $Linux$ 操作系统的新人在学习过 文件IO、进程、进程间通信、线程 等内容对于 Linux 系统具有基本的理解之后，下一步要开始学习 Socket套接字网络编程并以其实现一个最原始的FTP服务。

FTP ， File Transfer Protocol（文件传输协议），互联网上专门用来传输文件的协议。对于支持FTP协议的服务器就是FTP服务器，更多内容请自行百度。

｜最简版 FTP 服务的基本步骤（可配合下一节的代码阅读）

1. 服务端运行FTP功能，开辟进程（$while()$ & $fork()$），等待客户端的请求；
2. 客户端运行FTP命令，申请服务端的服务，如 FTP 127.0.0.1 8989；
3. 进程收到客户端的请求后，使用 $fork()$ 派生出子进程与客户端进行数据交互，通过套接字 $socket$ 管道对文件进行传输；
4. 客户端输入命令，服务端接收命令，无错的情况下，彼此建立数数据链接（如使用 $TCP$ 端口 8989 进行具体的数据传输，具体代码见下一节内容）；
5. 在完成一次或者多次（$while$）数据传输之后，客户端输入命令 $quit$ 退出，关闭套接字 s_fd 、c_fd ，结束整个进程。

｜最简版 FTP 服务的基本命令

利用 C 语言实现 FTP 功能主要在于服务端与客户端的交互命令的设计与 代码实现 ，大致功能命令如下所示（XX代表文件名）：

• 服务端（service）：
  获取服务端的文件：get xx
  展示服务端中的文件：ls xx
  进入服务端某个文件夹：cd xx
  显示服务端的当前路径：pwd

• 客户端（client）：
  查看客户端本地文件：lls xx
  进入客户端里的文件夹：lcd xx
  客户端上传文件到服务端：put xx
  客户端退出：quit
  [客户端强制退出时，服务端 read 为零 显示 Client Quit。]

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FTP服务功能的代码实现

出于文本阅读的简洁考虑，笔者将文本代码中的头文件部分全部删去，感兴趣的读者请自行添加头文件调试。另外，对于代码中九个宏定义内容，读者可保留至自定义的头文件 config.h 中，笔者此处不作封装出于当时的代码调试以及现在的博文阅读方便。

｜服务端代码 service.c

/* service.c */
#define LS      0
#define GET     1
#define PWD     2
#define IFGO    3
#define LCD     4
#define LLS     5
#define CD      6
#define PUT     7
#define QUIT    8
#define DOFILE  9

struct Msg
{
        int  type;
        char data[1024];
        char secondBuf[128];
}msg;

int get_cmd_type(char *cmd);
char *getDesDir(char *cmsg);
void msg_handler(struct Msg msg, int fd);

int main(int argc, char **argv)
{
	int s_fd;
	int c_fd; 
	int clen;
	int s_read;
	char readBuf[128];
	
	struct sockaddr_in s_addr;
	struct sockaddr_in c_addr;
	
	if(argc != 3){
		printf("参数错误!\n");
		exit(-1);
	}
	
	memset(&s_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
	memset(&c_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));

	//1. socket
	s_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if(s_fd == -1){
		perror("Socket");
		exit(-1);
	}

	s_addr.sin_family = AF_INET;
	s_addr.sin_port   = htons(atoi(argv[2]));
	inet_aton(argv[1], &s_addr.sin_addr);
	
	//2. bind
	bind(s_fd, (struct sockaddr *)&s_addr, sizeof(struct sockaddr_in));
	
	//3. listen
	listen(s_fd, 10);
	
	clen = sizeof(struct sockaddr_in);	
	while(1){
		//4. accept
		c_fd = accept(s_fd, (struct sockaddr *)&c_addr, &clen);
		if(c_fd == -1){
			perror("accept");
			exit(-1);
		}
		printf("与客户端取得连接: %s.\n",inet_ntoa(c_addr.sin_addr));
	
		//5. read & write cycle
		if(fork() == 0){	
			while(1){
				memset(msg.data, 0, sizeof(msg.data));
				//服务端处于被动状态，等待来自客户端的指令。
				s_read = read(c_fd, &msg, sizeof(msg));
				if(s_read == 0){
					printf("Client Quit.\n");
					break;
				}else if(s_read > 0){
					msg_handler(msg, c_fd);
				}
			}
		}
	}
	//6. close
	close(c_fd);
	close(s_fd);
	return 0;
}

int get_cmd_type(char *cmd)
{
	if(!strcmp("ls",   cmd))	    return LS;
    if(!strcmp("quit", cmd))        return QUIT;
	if(!strcmp("pwd",  cmd))        return PWD;
	
	if(strstr(cmd,"cd")  != NULL)   return CD;
	if(strstr(cmd,"get") != NULL)   return GET;
	if(strstr(cmd,"put") != NULL)   return PUT;

	return 100;
}

char *getDesDir(char *cmsg)
{
	char *p;
	p = strtok(cmsg, " ");
	p = strtok(NULL, " ");
	return p;
}

void msg_handler(struct Msg msg, int fd)
{
	char dataBuf[1024] = {0};
	char *file = NULL;
	int fdfile;
	int ret;
	
	printf("Client's cmd: %s.\n",msg.data);
	
	ret = get_cmd_type(msg.data);
	
	switch(ret){
		case LS:
		case PWD:
			msg.type = 0;
			FILE *r = popen(msg.data, "r");
			fread(msg.data, sizeof(msg.data), 1, r);
			write(fd, &msg, sizeof(msg));
			break;
		case CD:
			msg.type = 1;
			char *dir = getDesDir(msg.data);
			printf("dir: %s\n", dir);
			chdir(dir);
			break;

		case GET:
			file = getDesDir(msg.data);
			
			if(access(file, F_OK) == -1){
				strcpy(msg.data, "No this file!");
				write(fd, &msg, sizeof(msg));
			}else{
				msg.type = DOFILE;
				fdfile = open(file,O_RDWR);
				read(fdfile, dataBuf, sizeof(dataBuf));
				close(fdfile);

				strcpy(msg.data, dataBuf);
				write(fd, &msg, sizeof(msg));	
			}
			break;

		case PUT:
			fdfile = open(getDesDir(msg.data), O_RDWR|O_CREAT, 0666);
		        write(fdfile, msg.secondBuf, strlen(msg.secondBuf));
			close(fdfile);
			break;

		case QUIT:
			printf("Client quit!\n");
			exit(-1);
	}	
}

｜客户端代码 client.c

/* client.c */
#define LS      0
#define GET     1
#define PWD     2
#define IFGO    3
#define LCD     4
#define LLS     5
#define CD      6
#define PUT     7
#define QUIT    8
#define DOFILE  9

struct Msg
{
        int  type;
        char data[1024];
        char secondBuf[128];
}msg,msgget;

char *getdir(char *cmd);
int get_cmd_type(char *cmd);
int cmd_handler(struct Msg msg, int fd);
void handler_server_message(int c_fd, struct Msg msg);

int main(int argc, char **argv)
{
	int c_fd;
	int mark;	
	int ret;
	
	struct sockaddr_in c_addr;
		
	if(argc != 3){
		printf("参数错误!\n");
		exit(-1);
	}

	memset(&c_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));

	//1. socket
	c_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if(c_fd == -1){
		perror("socket");
		exit(-1);
	}

	c_addr.sin_family = AF_INET;
	c_addr.sin_port   = htons(atoi(argv[2]));
	inet_aton(argv[1], &c_addr.sin_addr);
	 
	//2. connect
	if(connect(c_fd, (struct sockaddr *)&c_addr,sizeof(struct sockaddr)) == -1)
	{
		perror("connect");
		exit(-1);
	}	
	printf("与服务端建立连接中……\n");
	
	mark = 0;

	while(1){
		memset(msg.data, 0, sizeof(msg.data));
		if(mark == 0){
			printf(">>>>");
		}			
		
		//千万不要使用函数fgets()，继续使用gets()，请忽略编译器给出的警告。
		gets(msg.data);
		
		if(sizeof(msg.data) == 0){
			if(mark == 1){
				printf(">>>>");
			}
			continue;
		}
		mark = 1;

		ret = cmd_handler(msg, c_fd);
		
		if(ret > IFGO){
			printf(">>>>");
			fflush(stdout);
			continue;
		}
		if(ret == -1){
			printf("指令错误!\n");
			printf(">>>>");
			fflush(stdout);
			continue;
		}
		handler_server_message(c_fd, msg);
	}
	return 0;
}

char *getdir(char *cmd)
{
	char *p = NULL;
	p = strtok(cmd,  " ");
    p = strtok(NULL, " ");
    return p;
}

int get_cmd_type(char *cmd)
{
 
    if(!strcmp("quit", cmd))        return QUIT;
	if(!strcmp("ls",   cmd))        return LS;
	if(!strcmp("lls",  cmd))	    return LLS;
    if(!strcmp("pwd",  cmd))        return PWD;
        
	if(strstr(cmd, "lcd"))          return LCD;
	if(strstr(cmd, "cd") )          return CD;
    if(strstr(cmd, "get"))          return GET;
	if(strstr(cmd, "put"))          return PUT;
	
	return -1;
}

int cmd_handler(struct Msg msg, int fd)
{
	char *dir = NULL;
	char buf[32];
	int  ret;
	int  filefd;

	printf("Cmd_handler: %s\n", msg.data);

	ret = get_cmd_type(msg.data);
	switch(ret){
		case LS:
		case CD:
		case PWD:
			msg.type = 0;
			write(fd, &msg, sizeof(msg));
			break;

		case GET:
			msg.type = 2;
			write(fd, &msg, sizeof(msg));
			break;

		case PUT:
			strcpy(buf, msg.data);
			dir = getdir(buf);

			if(access(dir, F_OK) == -1){
				printf("%s no exist!\n",dir);
			}else{
				filefd = open(dir, O_RDWR);
				read(filefd, msg.secondBuf, sizeof(msg.secondBuf));
				close(filefd);
				write(fd, &msg, sizeof(msg));
			}
			break;

		case LLS:
			system("ls");
			break;

		case LCD:
			dir = getdir(msg.data);
			chdir(dir);
			break;

		case QUIT:
			strcpy(msg.data, "quit");
			write(fd, &msg, sizeof(msg));
			close(fd);
			exit(-1);
	}
	return ret;
}

void handler_server_message(int c_fd, struct Msg msg)
{
	int s_read;
	int newfilefd;

	s_read = read(c_fd, &msgget, sizeof(msgget));

 	if(s_read == 0){
		printf("服务端退出！\n");
		exit(-1);
	}else if(msgget.type == DOFILE){
		char *p = getdir(msg.data);
		newfilefd = open(p, O_RDWR|O_CREAT, 0600);
		write(newfilefd, msgget.data, strlen(msgget.data));
		printf(">>>>");
		fflush(stdout);
	}else{
		printf("__________________________\n");
		putchar('\n');
		printf("\n%s\n", msgget.data);
		printf("__________________________\n");	
		printf(">>>>");
		fflush(stdout);
	}
}

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｜实现效果展示

实现命令 $ls$ 、 $lls$ 与 $quit$ ：

实现命令 $pwd$ 、$cd$ 与 $lcd$ ：

lcd & pwd	cd

实现命令 $put$ 、$get$：

put	get

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思绪

除主函数 $main()$ 以外，服务端 service.c 一共有三个函数模块，客户端 client.c 一共有四个函数模块，两个源文件代码量加一起也就不到 400 行。通过仅仅不到 400 行的代码就对前面学习过的知识点（文件IO、进程、进程间通信等等）进行复盘、深入，这对一位刚刚上手学习 Linux 系统（比如 Ubuntu）的新手而言算得上是最友好的项目之一了。在整个 $demo$ 的过程中，我们不过是通过 C 语言编程实现了一个最最基本的 “FTP服务黑箱”，真正实现 FTP 功能的是 Linux 操作系统，冰山依旧隐藏在海面下方。

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待解疑惑

待解决问题：分析函数 fgets() 、gets() 与 scanf() 的源代码，了解功能函数的实现机制。

对于字符串的输入（stdin）扫描，函数 fgets() 经常是函数 gets() 的替代选项。但两个函数对于扫描字符串命令的输入在 长度检查、缓存边界溢出检查，回车/换行（\n）（吸收自用 或者 吸收丢弃） 存在细微的差异，关于这一点直接导致笔者调试代码到晚上12点、1点，对，就是这么细微的差异让笔者一度以为是自己的电脑出了问题。

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参考博文

• strcmp和!
• Linux小项目FTP云盘实现
• 使用C语言在Liunx环境下作出简易FTP服务器
• Linux应用编程，网络编程练习--------ftp云盘（详细版）

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文章更新记录

• “FTP服务功能的代码实现”一节完成。 「2022.6.7 16:59」
• “模仿Liunx系统自身携带FTP服务”一节完成。 「2022.6.10 19:02」
• “实现效果展示”一节完成。 「2022.6.10 19:50」
• “思绪”与“待解疑惑”两节完成。「2022.6.11 8:20」
• 略微修改了个别段落的内容顺序，调整了博文的专栏。「2022.6.13 11:58」
• 修改标题格式，开放阅读权限。「2023.2.17 15:26」

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P.S. 1 一篇迟了半年多的博文。「2022.6.11 8:34」