基于C的短信收发系统的设计与实现(共23页).doc

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/信息体 data; 发送信息的信息头部，存放一些重要的信息和进行信息验证的机制。typedef struct submit_headunsigned char sca_len;/短信息中心的地址长度unsigned char sca_type;/短信息中心号码类型unsigned char sca_add11;/短信息中心号码unsigned char file_tou; /文件头字节unsigned char pdu_type;/PDU类型unsigned char da_len;/接受方地址长度unsigned char da_type;/接受方地址类型unsigned char da_add11;/接受方地址unsigned char pid;/协议标示unsigned char dcs;/数据编码方案unsigned char vp;/信息有效期unsigned char udl;/用户数据长度submit_head;接收信息的信息头部，也是存放一些重要的信息。typedef struct deliver_headunsigned char sca_len;/服务中心的地址长度unsigned char sca_type;/服务中心类型unsigned char sca_add11;/服务中心地址unsigned char pdu_type;/PDU类型unsigned char oa_len;/发送方地址长度unsigned char oa_type;/发送方地址类型unsigned char oa_add11;/发送方地址unsigned char pid;/协议标志unsigned char dcs;/数据编码方案unsigned char stcs7;/服务中心时间戳unsigned char udl;/用户数据长度deliver_head;发送信息的一个完整的结构体。typedef struct submitsubmit_head sub_head;/发送协议头结构体变量data user_data; /用户数据结构体变量submit;接收信息的一个完整的结构体。typedef struct deliverdeliver_head delv_head;/接受结构体头变量data user_data; /用户数据结构体变量deliver;2.2 TCP socket编程模式TCP是一种（连接导向）的、可靠的、基于字节流的（Transport layer），由IETF的 793说明（specified）3。在简化的计算机网络OSI模型中，它完成第四层传输层所指定的功能，UDP是同一层内另一个重要的。TCP建立连接之后，通信双方都同时可以进行数据的传输，其次，他是全双工的；在保证可靠性上，采用超时重传和捎带确认机制。如下图1基于TCP的客户/服务器模型的socket工作流程图4。TCP服务端： Socket（） Bind（） Listen（） 客户端： Accept（） Socket（）一直阻塞客户端连接到达 Connect（） 建立连接 （tcp三次握手） Send（） Recv（） 服务请求 Recv（） 处理请求 Close（） Send（） 服务响应 Recv() 文件结束通知 Close() 图1基于TCP的客户/服务器模型的工作流程图2.3多线程编程的介绍对于一个程序来说我们可以把它分成若干个独立执行的执行流，我们把这种称之为线程，线程可以提供多任务的处理能力5。在现在的大型编程中普遍使用多线程和多进程，应用多线程是为了更好的设计程序和编写和测试程序，这样一个线程来实现一个独立的功能，增加程序的可执行性。我们在使用多线程编程，要熟练的掌握线程之间的通信和同步等问题，还要了解每个线程的优先级，这样才能很好使用多线程来解决实际的问题。启动一个线程要用到pthread_create(&tid,NULL,pthread_func,NULL)函数来实现，tid是线程号，每个线程多有一个独立的线程号，pthread_func()是线程要调用的线程函数;在多线程的使用中要用到pthread_join()来等待要结束的线程，来确保线程能顺利执行完成6。在多线程访问临界资源时，要使用到互斥所进行加锁，用到pthread_mutex_init()来初始化一个锁，pthread_mutex_lock()来对临界资源来进行加锁，pthread_nutex_unlock来对加锁的资源解锁，最后还要用到pthread_mutex_destory()来对锁的销毁和资源的释放。在访问临界资源时为了提高系统的处理效率要使用到条件锁和信号量来辅助完成,条件锁pthreah_cont_wait()7。2.4开发工具 （1）开发语言：本短信收发系统主要应用了C语言进行开发的，应用的是linux下C语言和脚本语言shell来共同完成的。其中主要应用到的知识是Linux下的网络编程应用TCP进行连接的，采用了多线程的编程思想和最后用到脚本语言shell来对运行步骤进行优化。 （2）开发硬件平台：一部有redhat虚拟机的windows系统的个人pc。 （3）开发软件平台：Red hat enterprise linux 5, 编译器vim，调试器gdb，网络配置ifconfig，route等等。3短息收发系统分析 3.1 需求分析Client端需求，本短信收发系统是基于linux C来实现的，其中客户端的需求是：client端可以实现同号码段的client端进行通信，还可以和不同号码段的client进行通信。在发送信息是可以选择发送和不发送，发送的保存在finish.txt里，不发送的保存在staff.txt里，接收到的信息保存在recv.txt里，并且client端还可以对这些信息进行查看。Sonsever需求，二级服务器需要可以实现同号码段client信息的转发，当收到不是自己号码段的client信息时，需要把信息转发给一级服务器，然后通过一级服务把信息转发给client所在的二级服务器，这样来实现不同号码段client端的信息之间的交互。Fatherserver需求，一级服务可以让多个不同号码段的二级服务器连接，来解决负载均衡，并且还要处理来自二级服务器的消息，转发给对应的二级服务器来实现信息的交互。3.2 可行性分析 3.2.1 技术可行性 本系统是基于linux C语言下来实现短信的收发，其中主要应用到了网络编程TCP进行连接，还有GSM短信协议来实现短信的正确收发，当每连接一个client端时就启用一个线程来服务这个client，最后使用脚本shell来优化后面的运行步骤。3.2.2 经济可行性 经济可行性是对经济能力和投资能力，后期的维护运维费用的估算，对系统的经济效益进行估算，本短信收发系统是免费提供给用户的，因为市面上有不少收费的聊天软件，可以减少用户的使用费用来增加用户的使用黏性。3.2.3 操作可行性本系统在使用时需要在linux系统中开一个终端来连接自己号码所在的二级服务上，因为时间的缘故并没有对界面进行优化，在操作上可能没有那么的简洁和方便。4系统的设计和图分析4.1保存信息的内容 Message体 message time number 图2信息体图 如图2所示是保存信息的结构体，信息中包含发送者的号码，发送的时间和短信的具体内容。 fatherserver一级： Sonserver3 Sonserver2 Sonserver1二级： 图3二级服务器模拟图 如图3所示是两个服务器的示意图（一级和二级server），一级服务器和二级服务之间采用的是TCP连接，TCP是面向连接的可靠的传输9，确保信息能够准确无误的传输给接收者，当每一个二级服务器连接一级服务器时，一级服务器多会开辟一个线程去服务二级服务器，并且用数组存放二级服务器连接时返回的fd和二级服务器所代表的号码段，这可以确保信息所对应的的服务器并且能够让信息正确的转发。4.3 client端 client Client： 收信息 草稿箱 发信箱 功能： 图4客户端功能图如图4所示client所实现的功能，客户端连接二级服务器也是采用了TCP连接，和服务器的连接原理是一样的，客户可以实现信息的查询，可以查询收信箱，发信箱和草稿箱等功能。4.4系统的总体设计fatherserver N 转发 TCP连接 TCP连接 TCP连接 Sonserver1 Sonserver2是否在? Y 查询 TCP连接 转发 转发 Client1 Client2 Client3 信息 是否send? Y N 收信箱 发信箱 草稿箱 收信箱 图5系统工作流程图如图5所示是系统大致的框架和功能示意图。当client发送一个信息时就会提示是否发送，发送就会保存在发信箱中如果不发送就保存在草稿箱子中。Client把信息发给自己号码所在的二级服务器时，二级服务器就会检查要发送至的号码是否是自己管理的号码段，如果是自己就把信息转发给本号码段的client，如果不是自己号码段的client就把信息转发给一级服务器让一级服务器进行处理，一级服务器收到信息时就会检查信息的号码在哪个二级服务器所管理的号码段，然后把信息转发给对应的二级服务器，最后二级服务器把信息转发给对应的client，当client端收到信息时就会打印出信息的内容并把信息保存在收信箱中。 5系统的实现和代码分析 图6一级服务器运行图如图6所示是一级服务器的运行结果。每连接一个二级服务器多会返回一个fd和它所对应的号码段，然后把这些数据保存在一个数组里面，供后面信息的匹配和查询。 client.fd = cfd;strcpy(client.num,buf);client.address = all_address;all_addressgeshu.fd = cfd;strcpy(all_addressgeshu.num,buf);每连接一个二级服务器多会创建一个线程去服务它，并且要把连接上二级服务器数加1，和线程数匹配起来。send(cfd,"hello sonser",13,0);pthread_create(&client.tid,NULL,fun,(void *)&client);geshu +;这是处理来自二级服务器的转发请求，通多号码段的匹配吧信息转发给对应的二级服务器上，实现信息的交互。for(i = 0;i < geshu;i+)if(0 = strncmp(send_msg.delv_head.oa_add,client.addressi.num,3)send(client.addressi.fd,&send_msg,sizeof(send_msg),0); 图7二级服务器运行图如图7所示，连接了两个来自130号码段的client端，分别是13011和13012client。二级服务器需要绑定两个socket进行通信，一个是和一级服务器进行通信，另一个是和client端进行通信。下面的就是绑定了服务的地址，实现和服务器进行信息的交互10。SPORT = atoi(argv2);strcpy(num,argv3);sfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(-1 = sfd)printf("socket create failn");close(myfd);return -1;下面的代码主要是绑定自己的地址用于和client端之间的通信，首先要确定协议类型AF_INET是TCP，然后绑定自己的端口号和IP地址，最后用ACCEPT（）函数阻塞在那里等待着client端的连接，经过三次握手后就可以进行通信了。seraddr.sin_family = AF_INET;seraddr.sin_port = htons(SPORT);seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv1);bzero(&(seraddr.sin_zero),8);SPORT = atoi(argv4);myfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(-1 = myfd)printf("socket create failn");return -1;myaddr.sin_family = AF_INET;myaddr.sin_port = htons(SPORT);myaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv1);bzero(&(myaddr.sin_zero),8);ssize = sinsize = sizeof(struct sockaddr);n = bind(myfd,(struct sockaddr *)&myaddr,ssize)；下面的代码主要是处理在同一号码段的client之间的信息来玩，通过前面保存他们fd和号码的数组进行号码的匹配来找到对应的client，然后把信息发送过去。当用户不在数组里的时候，信息就会自动的丢弃了，并提示找不到用户。if(0 = strncmp(num,send_msg.delv_head.oa_add,3)for(i = 0;i < geshu; i +)if(0 = strcmp(one_cli.pclii.num,send_msg.delv_head.oa_add)char ss11;strcpy(ss,send_msg.delv_head.oa_add);strcpy(send_msg.user_data.time,send_msg.user_data.time);strcpy(send_msg.user_data.message,send_msg.user_data.message);strcpy(send_msg.delv_head.oa_add,one_cli.num);send(one_cli.pclii.fd,&send_msg,sizeof(deliver),0);printf("n*send to %s clieant from %s client siccess*n",ss,send_msg.delv_head.oa_add);break;else if( i = geshu)printf("can not findn"); 图8转化二级服务器运行图如图8所示的是所要转发的client不在本二级服务器的管理之内，需要把信息转发给一级服务器，然后通过一级服务器把信息转发给对应的二级服务器，最后二级服务器把信息转发给对应的client端。msg one_scli;strncpy(one_scli.num,send_msg.delv_head.oa_add,3);printf("n*zhuan fa to %s server *n",one_scli.num);send(sfd,&send_msg,sizeof(deliver),0);5.3 client端图9客户端运行图如图9所示是client端登陆和发送信息的界面，其中可以实现信息的编辑和发送，在发送的时候会提示用户是否发送，发送的话就会保存在发信箱中，如果选择不发送的话就会保存在草稿箱。并且还提供信息的查询，可以查询收信箱，发信箱和草稿箱的信息。switch(choice)case 1:printf("*send message*n");memset(&send_msg,0,sizeof(submit);fflush(stdin);printf("please enter to num: ");scanf("%s",cli_num);printf("please enter msg: ");scanf("%s",cli_msg);printf("shi fou send (y/n): ");scanf("%s",ch);if(strcmp(ch,"y") = 0)submit_init(&send_msg,cli_num,cli_msg);send(cfd,&send_msg,sizeof(submit),0);finsh_save_(cli_num,cli_msg,argv5);printf("*send success*n");if(0 = strcmp(cli_msg,"quit")break;else if(strcmp(ch,"n") = 0)staff_save_(cli_num,cli_msg,argv6);printf("*message save*n");break;case 2:printf("n*receivemessage*nn");recv_print_(argv4);break;case 3:printf("n*finishmessage*nn");finsh_print_(argv5);break;case 4:printf("n*staffmessage*nn");staff_print_(argv6);break;case 5:return;default:continue; 图10客户端运行图如图10所示是在client端发送信息时提示用户是否发送信息，不发送的话系统就会调用staff_save_(cli_num,cli_msg,argv6)函数把信息保存在草稿箱当中。 图11客户端接收信息图如图11所示是client端接收到信息，此时系统会申请空间来储存这些信息，其中调用deliver_print(&recv_msg)函数，把接收到的信息打印到终端上去，再调用函数recv_save_(&recv_msg,argv4)来吧接收到的信息保存到收信箱当中去，方便用户的查询和翻阅。MSG *buf = NULL;MSG *head = NULL;buf = (MSG *)malloc(sizeof(MSG);memset(&recv_msg,0,sizeof(deliver);n = read(cfd,&recv_msg,sizeof(deliver);deliver_print(&recv_msg);recv_save_(&recv_msg,argv4);/buf = msg_tral(&recv_msg,buf);/head = msg_read();/head = msg_insert(head,buf);free(buf);buf = NULL;图12客户端发送信息图如图12所示是夸号码段发送信息的，是131号码段的client端，发送给130号码的client，它需要经过131二级服务器转发给一级服务器，然后一级服务器再把信息转发给130这个二级服务器，最后130这个二级服务器把信息转发给130对应的客户端，这是信息转发的一个具体流程。13111client send（）函数把信息发给131二级服务器。send(cfd,&send_msg,sizeof(submit),0);131二级服务器通过号码的匹配没有找到13011的client端，就把信息转发个一级服务器，让一级服务器处理。msg one_scli;strncpy(one_scli.num,send_msg.delv_head.oa_add,3);printf("n*zhuan fa to %s server *n",one_scli.num);/send(sfd,&one_scli,sizeof(msg),0);send(sfd,&send_msg,sizeof(deliver),0);一级服务器接收到信息就会进行匹配，然后找到13011client所在的130的二级服务器，然后就把信息转发给130这个二级服务器。memset(&send_msg,0,sizeof(send_msg);n = recv(client.fd,&send_msg,sizeof(send_msg),0);if(n <= 0)printf("sonser %s exitn",client.num);return ;for(i = 0;i < geshu;i+)if(0 = strncmp(send_msg.delv_head.oa_add,client.addressi.num,3)send(client.addressi.fd,&send_msg,sizeof(send_msg),0);130二级服务器接收到一级服务器的信息时，就会通过号码的匹配吧信息发给13011这个客户端，实现了夸号码段转发。deliver send_msg;int i;n = recv(sfd,&send_msg,sizeof(deliver),0);for(i = 0;i < geshu; i +)if(0 = strcmp(all_clii.num,send_msg.delv_head.oa_add)char ss11;strcpy(ss,send_msg.delv_head.oa_add);strcpy(send_msg.user_data.time,send_msg.user_data.time);strcpy(send_msg.user_data.message,send_msg.user_data.message);strcpy(send_ms