使用 C/C++ (GCC/G++) 在 Linux 中的套接字编程中发送和接收文件

Question

我想使用能够发送和接收文件的套接字和 C/C++ 语言来实现在 Linux 上运行的客户端-服务器架构。 是否有任何库可以简化此任务？ 任何人都可以提供一个例子吗？

Answer 1

最便携的解决方案是分块读取文件，然后在循环中将数据写入套接字（同样，在接收文件时也是如此）。 您分配一个缓冲区， read入该缓冲区，并write从缓冲区插入插座（你也可以使用send和recv ，这是写入和读取数据的插座，具体方式）。 大纲看起来像这样：

while (1) {
    // Read data into buffer.  We may not have enough to fill up buffer, so we
    // store how many bytes were actually read in bytes_read.
    int bytes_read = read(input_file, buffer, sizeof(buffer));
    if (bytes_read == 0) // We're done reading from the file
        break;
    
    if (bytes_read < 0) {
        // handle errors
    }
    
    // You need a loop for the write, because not all of the data may be written
    // in one call; write will return how many bytes were written. p keeps
    // track of where in the buffer we are, while we decrement bytes_read
    // to keep track of how many bytes are left to write.
    void *p = buffer;
    while (bytes_read > 0) {
        int bytes_written = write(output_socket, p, bytes_read);
        if (bytes_written <= 0) {
            // handle errors
        }
        bytes_read -= bytes_written;
        p += bytes_written;
    }
}

请务必阅读文档read和write处理错误时小心翼翼，尤其是。 一些错误代码意味着您应该再试一次，例如只需使用continue语句再次循环，而其他错误代码意味着某些东西已损坏，您需要停止。

要将文件发送到套接字，有一个系统调用sendfile可以执行您想要的操作。 它告诉内核将文件从一个文件描述符发送到另一个文件描述符，然后内核可以处理其余的事情。 有一个警告，源文件描述符必须支持mmap （例如，是一个实际的文件，而不是一个套接字），并且目标必须是一个套接字（所以你不能用它来复制文件，或直接从一个插座到另一个）； 它旨在支持您描述的将文件发送到套接字的用法。 但是，它对接收文件没有帮助； 你需要自己做这个循环。 我不能告诉你为什么有一个sendfile调用但没有类似的recvfile 。

请注意sendfile是 Linux 特定的； 它不可移植到其他系统。 其他系统通常有自己的sendfile版本，但确切的界面可能会有所不同（FreeBSD 、 Mac OS X 、 Solaris ）。

在 Linux 2.6.17 中，引入了splice系统调用，从 2.6.23 开始， 内部使用它来实现sendfile 。 splice是比sendfile更通用的 API。 有关splice和tee详细描述，请参阅Linus 本人的相当不错的解释。 他指出使用splice基本上就像上面的循环一样，使用read和write ，只是缓冲区在内核中，因此数据不必在内核和用户空间之间传输，甚至可能永远不会通过通过 CPU（称为“零拷贝 I/O”）。

Answer 2

做一个man 2 sendfile 。 你只需要打开客户端上的源文件和服务器上的目标文件，然后调用sendfile，内核就会切割和移动数据。

Answer 3

最小可运行 POSIX read + write示例

用法：

1. 在局域网上弄两台电脑。

   例如，如果在大多数情况下两台计算机都连接到您的家用路由器，这将起作用，我就是这样测试的。

2. 在服务器计算机上：

   1. 使用ifconfig查找服务器本地 IP，例如192.168.0.10

   2. 运行：

       ./server output.tmp 12345

3. 在客户端计算机上：

    printf 'ab\\ncd\\n' > input.tmp ./client input.tmp 192.168.0.10 12345

4. 结果：在包含'ab\\ncd\\n'的服务器计算机上创建了一个文件output.tmp ！

服务器.c

/*
Receive a file over a socket.

Saves it to output.tmp by default.

Interface:

    ./executable [<output_file> [<port>]]

Defaults:

- output_file: output.tmp
- port: 12345
*/

#define _XOPEN_SOURCE 700

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#include <arpa/inet.h>
#include <fcntl.h>
#include <netdb.h> /* getprotobyname */
#include <netinet/in.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char **argv) {
    char *file_path = "output.tmp";
    char buffer[BUFSIZ];
    char protoname[] = "tcp";
    int client_sockfd;
    int enable = 1;
    int filefd;
    int i;
    int server_sockfd;
    socklen_t client_len;
    ssize_t read_return;
    struct protoent *protoent;
    struct sockaddr_in client_address, server_address;
    unsigned short server_port = 12345u;

    if (argc > 1) {
        file_path = argv[1];
        if (argc > 2) {
            server_port = strtol(argv[2], NULL, 10);
        }
    }

    /* Create a socket and listen to it.. */
    protoent = getprotobyname(protoname);
    if (protoent == NULL) {
        perror("getprotobyname");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    server_sockfd = socket(
        AF_INET,
        SOCK_STREAM,
        protoent->p_proto
    );
    if (server_sockfd == -1) {
        perror("socket");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    if (setsockopt(server_sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &enable, sizeof(enable)) < 0) {
        perror("setsockopt(SO_REUSEADDR) failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    server_address.sin_family = AF_INET;
    server_address.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    server_address.sin_port = htons(server_port);
    if (bind(
            server_sockfd,
            (struct sockaddr*)&server_address,
            sizeof(server_address)
        ) == -1
    ) {
        perror("bind");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    if (listen(server_sockfd, 5) == -1) {
        perror("listen");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    fprintf(stderr, "listening on port %d\n", server_port);

    while (1) {
        client_len = sizeof(client_address);
        puts("waiting for client");
        client_sockfd = accept(
            server_sockfd,
            (struct sockaddr*)&client_address,
            &client_len
        );
        filefd = open(file_path,
                O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC,
                S_IRUSR | S_IWUSR);
        if (filefd == -1) {
            perror("open");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        do {
            read_return = read(client_sockfd, buffer, BUFSIZ);
            if (read_return == -1) {
                perror("read");
                exit(EXIT_FAILURE);
            }
            if (write(filefd, buffer, read_return) == -1) {
                perror("write");
                exit(EXIT_FAILURE);
            }
        } while (read_return > 0);
        close(filefd);
        close(client_sockfd);
    }
    return EXIT_SUCCESS;
}

客户端

/*
Send a file over a socket.

Interface:

    ./executable [<input_path> [<sever_hostname> [<port>]]]

Defaults:

- input_path: input.tmp
- server_hostname: 127.0.0.1
- port: 12345
*/

#define _XOPEN_SOURCE 700

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#include <arpa/inet.h>
#include <fcntl.h>
#include <netdb.h> /* getprotobyname */
#include <netinet/in.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char **argv) {
    char protoname[] = "tcp";
    struct protoent *protoent;
    char *file_path = "input.tmp";
    char *server_hostname = "127.0.0.1";
    char *server_reply = NULL;
    char *user_input = NULL;
    char buffer[BUFSIZ];
    in_addr_t in_addr;
    in_addr_t server_addr;
    int filefd;
    int sockfd;
    ssize_t i;
    ssize_t read_return;
    struct hostent *hostent;
    struct sockaddr_in sockaddr_in;
    unsigned short server_port = 12345;

    if (argc > 1) {
        file_path = argv[1];
        if (argc > 2) {
            server_hostname = argv[2];
            if (argc > 3) {
                server_port = strtol(argv[3], NULL, 10);
            }
        }
    }

    filefd = open(file_path, O_RDONLY);
    if (filefd == -1) {
        perror("open");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    /* Get socket. */
    protoent = getprotobyname(protoname);
    if (protoent == NULL) {
        perror("getprotobyname");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, protoent->p_proto);
    if (sockfd == -1) {
        perror("socket");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    /* Prepare sockaddr_in. */
    hostent = gethostbyname(server_hostname);
    if (hostent == NULL) {
        fprintf(stderr, "error: gethostbyname(\"%s\")\n", server_hostname);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    in_addr = inet_addr(inet_ntoa(*(struct in_addr*)*(hostent->h_addr_list)));
    if (in_addr == (in_addr_t)-1) {
        fprintf(stderr, "error: inet_addr(\"%s\")\n", *(hostent->h_addr_list));
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    sockaddr_in.sin_addr.s_addr = in_addr;
    sockaddr_in.sin_family = AF_INET;
    sockaddr_in.sin_port = htons(server_port);
    /* Do the actual connection. */
    if (connect(sockfd, (struct sockaddr*)&sockaddr_in, sizeof(sockaddr_in)) == -1) {
        perror("connect");
        return EXIT_FAILURE;
    }

    while (1) {
        read_return = read(filefd, buffer, BUFSIZ);
        if (read_return == 0)
            break;
        if (read_return == -1) {
            perror("read");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        /* TODO use write loop: https://stackoverflow.com/questions/24259640/writing-a-full-buffer-using-write-system-call */
        if (write(sockfd, buffer, read_return) == -1) {
            perror("write");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
    }
    free(user_input);
    free(server_reply);
    close(filefd);
    exit(EXIT_SUCCESS);
}

GitHub 上游.

进一步评论

可能的改进：

• 当前每次发送完成时output.tmp都会被覆盖。

  这要求创建一个允许传递文件名的简单协议，以便可以上传多个文件，例如：文件名最多为第一个换行符，文件名最大为 256 个字符，其余内容直到套接字关闭为止。 当然，这需要卫生设施以避免路径横向脆弱性。

  或者，我们可以制作一个服务器来对文件进行散列以查找文件名，并将原始路径映射到磁盘上（在数据库上）的散列。

• 一次只能连接一个客户端。

  如果有连接持续很长时间的慢速客户端，这是特别有害的：慢速连接使每个人都停下来。

  解决此问题的一种方法是为每个accept分叉一个进程/线程，立即再次开始侦听，并对文件使用文件锁同步。

• 添加超时，如果时间过长则关闭客户端。 否则很容易进行 DoS。

  poll或select是一些选项： 如何在读取函数调用中实现超时？

一个简单的 HTTP wget实现如下所示： How to make an HTTP get request in C without libcurl?

在 Ubuntu 15.10 上测试。

Answer 4

该文件将成为你的好sendfile例如： http://tldp.org/LDP/LGNET/91/misc/tranter/server.c.txt