基于Linux的即時(shí)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉波

摘要：本文在闡述即時(shí)通信技術(shù)支撐的基礎(chǔ)上，分析即時(shí)通信設(shè)計(jì)思路，并就其數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)格式、服務(wù)器、客戶端等要素展開系統(tǒng)設(shè)計(jì)。期望能實(shí)現(xiàn)Linux與即時(shí)通信的深度融合，繼而最大限度發(fā)揮Linux系統(tǒng)的功能，促進(jìn)即時(shí)通信的進(jìn)一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：Linux系統(tǒng);即時(shí)通信;C/S架構(gòu)

中圖分類號(hào)： TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）04-0048-02

作為一種類Unix操作系統(tǒng)，Linux系統(tǒng)在現(xiàn)代通信工程中的應(yīng)用不斷深入，如在個(gè)人計(jì)算機(jī)、服務(wù)器或者嵌入式終端設(shè)備中均有Linux系統(tǒng)應(yīng)用的痕跡。從應(yīng)用效果來看，該系統(tǒng)的開放性較強(qiáng)，其能實(shí)現(xiàn)多用戶、多任務(wù)的同時(shí)操作，可靠性較為突出。但該系統(tǒng)應(yīng)用仍存在一定缺陷，在通信軟件應(yīng)用中，國(guó)內(nèi)外較多通信軟件的功能僅局限于Linux版本，這使得通信軟件不具備開源性，同時(shí)受通信協(xié)議差異性的影響，各軟件之間不能互相通信。新時(shí)期，要實(shí)現(xiàn)即時(shí)通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，有必要進(jìn)行Linux通信系統(tǒng)的開源設(shè)計(jì)。

1 即時(shí)通信的技術(shù)支撐

1.1 通信傳輸控制協(xié)議

即時(shí)通信的實(shí)現(xiàn)離不開必要的傳輸控制協(xié)議。就傳輸控制協(xié)議而言，其本身具有面向連接的特點(diǎn)，而且可靠性較為突出。在即時(shí)通信過程中，傳輸控制協(xié)議對(duì)于數(shù)據(jù)的傳輸具有深刻影響。實(shí)際傳輸中，該協(xié)議首先會(huì)進(jìn)行三次握手，由此實(shí)現(xiàn)服務(wù)器與客戶端之間的系統(tǒng)連接。隨后在經(jīng)過四次揮手操作后，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器與客戶端之間的斷連控制。需注意的是，在數(shù)據(jù)傳輸中，一旦數(shù)據(jù)驗(yàn)證結(jié)果與原數(shù)據(jù)存在差異，則需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的再次傳輸，這樣能保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性?，F(xiàn)階段，在容量數(shù)據(jù)傳輸中，傳輸控制協(xié)議的應(yīng)用能有效確保數(shù)據(jù)的可靠性;所不足之處在于該協(xié)議的應(yīng)用會(huì)增加數(shù)據(jù)傳輸開銷，整體傳輸速度較慢。

1.2 C/S架構(gòu)

基于傳輸控制協(xié)議建設(shè)C/S架構(gòu)，能為L(zhǎng)inux即使通信的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造有利條件（見圖1）。就C/S架構(gòu)而言，其本身既有非對(duì)稱性的特點(diǎn)，該架構(gòu)將數(shù)據(jù)庫服務(wù)作用技術(shù)核心，隨后通過網(wǎng)絡(luò)連接，使得多個(gè)終端構(gòu)成一個(gè)整體，最后分職能的進(jìn)行客戶端和服務(wù)器的管理應(yīng)用。就服務(wù)器而言，其實(shí)響應(yīng)客戶端請(qǐng)求并提供相應(yīng)服務(wù)的基礎(chǔ)載體，而客戶端由具體的YONG 戶操作，其會(huì)根據(jù)自己的實(shí)際所需要，向服務(wù)器發(fā)送不同的請(qǐng)求和指令。通信過程中，服務(wù)器起到中轉(zhuǎn)兩個(gè)客戶信息數(shù)據(jù)的在作用。

2 基于Linux的即時(shí)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

現(xiàn)階段，市場(chǎng)上即時(shí)通信一般按照?qǐng)D2的模式進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)設(shè)計(jì)人員打開應(yīng)用程序后，主界面會(huì)顯示三個(gè)基本功能區(qū)，該功能區(qū)分別為：注冊(cè)賬戶、登錄和退出。就注冊(cè)界面而言，其提供注冊(cè)成功、注冊(cè)失敗兩種提示服務(wù);而在登錄界面管理中，登錄成功需要用戶名、密碼的完全正確和匹配。用戶登錄成功后，用戶可進(jìn)行功能界面的系統(tǒng)操作，需在會(huì)的是，用戶身份不同，其功能界面也有一定差異，作為系統(tǒng)的管理者，管理員用戶功能界面，界面既有獨(dú)享功能。

3 基于Linux的即時(shí)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容

3.1 數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫在即時(shí)通信數(shù)據(jù)信息管理中發(fā)揮著重要作用，其不僅能用來存放注冊(cè)用戶的用戶名和密碼，而且能對(duì)聊天信息進(jìn)行備份記錄。即時(shí)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員需要在創(chuàng)建表格、添加數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，做好數(shù)據(jù)更新和數(shù)據(jù)查詢功能的有效設(shè)計(jì);通常，該設(shè)計(jì)過程通過SQLite的編程接口函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，并且在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中，需保證打開函數(shù)和關(guān)閉函數(shù)處于成對(duì)控制狀態(tài)，這樣能避免數(shù)據(jù)庫未關(guān)閉對(duì)其他程序的影響，同時(shí)其能有效避免多程序同時(shí)應(yīng)用導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)崩潰問題的發(fā)生。

基于Linux開展通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中，將數(shù)據(jù)庫表格名稱命名為user，并將數(shù)據(jù)調(diào)整為TEXT類型，隨后按照四個(gè)4個(gè)字段進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，1～4字段分別用來存放用戶名、密碼、接收方用戶名和聊天內(nèi)容。

3.2 數(shù)據(jù)格式

數(shù)據(jù)格式直接影響著用戶端與服務(wù)器之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ軐?shí)現(xiàn)程度，為確保即時(shí)通信功能的實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)人員多會(huì)通過協(xié)議的方式對(duì)數(shù)據(jù)格式進(jìn)行規(guī)范，以此來確保模塊之間數(shù)據(jù)通信的實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)中，針對(duì)Linux系統(tǒng)下的數(shù)據(jù)格式管理，側(cè)重以下設(shè)計(jì)要點(diǎn)管理：其一，將命令號(hào)存放在action當(dāng)中，同時(shí)要求實(shí)現(xiàn)命令、質(zhì)量的對(duì)應(yīng)和差異化管理;其二，確定用戶名存放組為char類型，并且用戶名的長(zhǎng)度不得超過30;其三，在接收方管理中，對(duì)接收方用戶名、密碼、消息內(nèi)容的格式進(jìn)行系統(tǒng)管理，確保其滿足實(shí)際的格式應(yīng)用需要;其四，采用二維數(shù)組的方式存放在線用戶，并通過最后三個(gè)參數(shù)對(duì)信息行數(shù)、列數(shù)、具體信息進(jìn)行記錄。需注意的是，在具體信息記錄中，要求后期操作者最多可實(shí)現(xiàn)100條消息的記錄。

經(jīng)此設(shè)計(jì)中，客戶端、服務(wù)器在通信傳輸中均是以結(jié)構(gòu)體的形式來傳輸信息，同時(shí)基于這些結(jié)構(gòu)體信息，客戶端、服務(wù)端又可在相應(yīng)指令的控制下，結(jié)合功能需要獲取數(shù)據(jù)，確保了通信的準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)。

3.3 服務(wù)器

Linux系統(tǒng)即時(shí)通信中，借助于socket編程接口可實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)編程的規(guī)范編寫。新系統(tǒng)采用了基于TCP的流式套接字類型，在IP地質(zhì)和端口號(hào)存儲(chǔ)中，系統(tǒng)使用sockaddr-in結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲(chǔ);同時(shí)在服務(wù)器設(shè)計(jì)中考慮不同服務(wù)終端存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的模式差異，做好大端、小端模式的系統(tǒng)劃分;此外，設(shè)計(jì)人員加強(qiáng)地址之間的有效轉(zhuǎn)化，這有效地確保了通信系統(tǒng)服務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)。

在服務(wù)器端搭流程管理中，首先采用socket函數(shù)創(chuàng)建套接字，其次，在bind函數(shù)的支撐下，對(duì)套接字綁定相應(yīng)的IP地質(zhì)和端口號(hào)，隨后分別采用listen函數(shù)、accept函數(shù)監(jiān)聽客戶端請(qǐng)求，并實(shí)現(xiàn)服務(wù)器與客戶端的有效連接。最后，服務(wù)端與客戶端的信息手法通過read/write指令來實(shí)現(xiàn)。本次Linux即時(shí)通信系統(tǒng)服務(wù)器設(shè)計(jì)中，針對(duì)服務(wù)器流程的搭建和管理，注重兩種套接字的系統(tǒng)管理：其一，分別采用socket函數(shù)、listen函數(shù)來新建套接字和監(jiān)聽套接字，其二，在專門通信套接字的作用下，完成客戶端之間的銜接。需注意的是，針對(duì)listen函數(shù)的應(yīng)用，應(yīng)創(chuàng)建多個(gè)線程，然后通過主線程監(jiān)測(cè)客戶端的請(qǐng)求，然后通過新建線程來專門處理客戶端的通信。而就accept函數(shù)而言，其本身是一個(gè)阻塞型函數(shù)，即當(dāng)客戶端沒有請(qǐng)求連接時(shí)，該函數(shù)一追會(huì)處于阻塞狀態(tài);而當(dāng)客戶端與服務(wù)器連通后，系統(tǒng)會(huì)在receive-msg函數(shù)的作用下，執(zhí)行通信線程，這樣能確保不同功能的先，并將相應(yīng)的信息反饋給目標(biāo)客戶端。

后期使用中，基于Linux系統(tǒng)的即時(shí)通信服務(wù)端按照注冊(cè)、登錄、群聊、私聊、修改密碼、查看連天記錄、踢人、禁言與解禁的流程進(jìn)行管理。具體管理中，本系統(tǒng)還具有以下功能：其一，在注冊(cè)界面，針對(duì)新注冊(cè)用戶，對(duì)用戶名進(jìn)行檢測(cè)，將已注冊(cè)用戶名按照錯(cuò)誤號(hào)實(shí)施返回處理;其二，在群聊過程中，先將用戶需要發(fā)送的信息保存到數(shù)據(jù)庫的聊天字段，隨后轉(zhuǎn)移發(fā)送給所有在線用戶;其三，在向私聊用戶發(fā)送信息時(shí)，按照檢測(cè)用戶是否在線、向在線用戶保存、發(fā)送信息的模式進(jìn)行管理。其四，用戶名密碼修改按照update命令進(jìn)行，并且在password字段密碼更改中，其對(duì)會(huì)對(duì)新密碼的格式、安全程度進(jìn)行檢測(cè)，確保用戶信息安全。其五，踢人功能實(shí)現(xiàn)中，先將其通信套接字置零，隨后移出在線列表。

3.4 客戶端

客戶端的應(yīng)用應(yīng)有助于用戶操作的便捷性，進(jìn)而提升通信的效率性、穩(wěn)定性。在C/S框架下，基于Linux系統(tǒng)的即時(shí)通信實(shí)現(xiàn)按照開始、用socket函數(shù)創(chuàng)建套接字、用accept函數(shù)連接，設(shè)置服務(wù)器IP地址可端口號(hào)、用read/write函數(shù)進(jìn)行客戶端信息收發(fā)的流程進(jìn)行建設(shè)。

客戶端開始運(yùn)行后，其首先會(huì)顯示主頁面，在主頁面上，用戶會(huì)按照注冊(cè)、登錄、退出的指令進(jìn)行相應(yīng)操作。指令不同，其對(duì)應(yīng)的執(zhí)行函數(shù)也要一定差異性。當(dāng)用戶實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確登錄后，在多線程技術(shù)的支撐下，整個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)施讀寫分離操作。該傳輸控制模式下，主線程、新建線程的工作路徑具有較大區(qū)別。就主線程而依然，其會(huì)在分析用戶身份的基礎(chǔ)上，對(duì)接相應(yīng)的功能界面，隨后，在用戶輸入指令的作用下，整個(gè)系統(tǒng)會(huì)開始想服務(wù)器發(fā)送消息。而就新建線程而言，其能在接收服務(wù)器發(fā)送消息后，對(duì)消息的結(jié)構(gòu)體進(jìn)行解析，繼而獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)，完成指令信息對(duì)應(yīng)功能的顯示。

在客戶執(zhí)行流程管理中，本次設(shè)計(jì)關(guān)注向服務(wù)器發(fā)送消息、從服務(wù)器讀取信息的優(yōu)化。一方面，在向服務(wù)器發(fā)送消息時(shí)，對(duì)用戶的身份進(jìn)行分析，然后系統(tǒng)顯示對(duì)應(yīng)的功能。如相比于普通用戶，管理員用戶具有踢人、新增用戶、禁言、解禁等諸多功能。另一方面，從服務(wù)器讀取信息中，強(qiáng)化信息結(jié)構(gòu)體解析和顯示管理，確保用戶接收信息的效率性、準(zhǔn)確性。

完成Linux系統(tǒng)即時(shí)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，在Redhat操作系統(tǒng)環(huán)境下進(jìn)行功能測(cè)試，新設(shè)計(jì)系統(tǒng)具備開源能力，滿足即時(shí)通信控制需要。

4 結(jié)論

對(duì)Linux系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，能進(jìn)一步提升即時(shí)通信的效率與質(zhì)量。本次設(shè)計(jì)中，在C語言的支撐下，基于Linux平臺(tái)開展即時(shí)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)，新設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用TCP協(xié)議對(duì)C/S架構(gòu)進(jìn)行管理，同時(shí)建立SQLite數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行用戶信息存儲(chǔ)，最后通過Redhat操作系統(tǒng)環(huán)境進(jìn)行新系統(tǒng)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，新設(shè)計(jì)系統(tǒng)不僅滿足了即時(shí)通信注冊(cè)、登錄到查看聊天記錄的所有基本功能，而且為管理員新增用戶獨(dú)享 踢人、禁言和解禁等諸多功能，其有效地實(shí)現(xiàn)了即時(shí)通信中Linux系統(tǒng)的開源管理，這滿足了即時(shí)通信需要，提升了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)：

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【通聯(lián)編輯：李雅琪】