基于Linux內核的文件服務器模型的研究與構建

王舉輝

【摘 要】本文創建了一個基于Linux的文件服務器模型，基本架構為客戶端-服務器端-文件服務器的三層模型。服務器向客戶發送操作列表，客戶向服務器發送請求，服務器將客戶的請求發送至文件服務器進行處理，并將處理結果通過服務器反饋給客戶。通過本文可幫助初學者分析和理解Linux的基本概念和實驗。

【關鍵詞】文件服務器；socket；共享內存；消息傳遞

中圖分類號： TP311.52 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）28-0154-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.28.070

【Abstract】This paper creates a file server model based on Linux，and the basic architecture is a three-layer model of client-server-file server.The server sends the list of operations to the client，then the client sends the request to the server，and the server sends the client's request to the file server for processing，and the processing result is fed back to the client through the server.This article can help beginners to analyze and understand the basic concepts and experiments of Linux.

【Key words】File server；Socket；Shared memory；Message passing

0 引言

Linux是大學本科學生完成操作系統課程實驗所使用的主要操作系統，該系統也是各大公司、企業使用和開發產品的主要系統。本文基于教學過程中的實踐經驗，研究并構建了一個基于Linux的文件服務器模型，向初學者提供了使用、學習操作系統工具的一種框架。

本模型使用了POSIX（Portable Operating System Interface），即可移植化的操作系統接口，是IEEE為了在各種UNIX操作系統上運行軟件而定義的一系列API標準總稱。

本文根據操作系統中的高級進程通信機制來完成模型的創建，高級通信機制包括：共享存儲器系統（Shared memory）、管道通信系統（Pipes）、消息傳遞系統（Passing message）以及客戶-服務器系統（C/S）[1]。

1 文件服務器簡介

該模型允許用戶（客戶端）上傳文本文件到服務器并選擇相應的操作，然后從服務器獲得結果并下載文件。主要有以下功能：將小寫字母轉換成大寫字母；統計單詞在字符串中出現的次數。

該框架包括三個組成部分：

（1）客戶端。這是用戶接口，用于從服務器端接收列表（包括服務器能進行的操作）并顯示給用戶；發送用戶的選擇給服務器，從服務器接收反饋的處理結果。

（2）服務器。與客戶端進行通信。將操作列表發給客戶，接收用戶的選擇和數據，并把這些信息傳給文件服務器，接收文件服務器的處理結果并傳給客戶。

（3）文件服務器。處理來自于客戶的數據并把處理結果傳給服務器。

2 模型基本元素

為構建一個較全面的模型，系統中要求使用以下元素（技術、函數）：

（1）Socket[2]：套接字，是UNIX操作系統下的網絡通信接口，是目前最流行的網絡通信程序接口之一。一個套接字就是一個通信標識類型的數據結構，包含通信目的地址、端口號、網絡傳輸層協議、進程所在的網絡地址等。在該模型中，Socket用于實現客戶和服務器之間的通信。服務器將對文件進行操作的列表發給客戶機，客戶將選擇傳給服務器，服務器處理后將結果返回給客戶

（2）Shared Memory：共享內存，一種高級通信機制，通過共享內存可以實現進程間通信（IPC）。在該模型中，共享內存用于實現服務器和文件服務器之間的通信。服務器創建共享內存，并將數據（存在于用戶上傳的文件中）放到共享內存中，文件服務器從共享內存讀取數據。

（3）Messaging：消息傳遞，也是一種高級通信機制，通過消息隊列實現進程間通信（IPC）。在該模型中，消息傳遞用于實現服務器和文件服務器之間的通信。服務器將用戶的選擇傳給文件服務器，文件服務器將處理完成的信號傳給服務器。

（4）Threads[3]：線程，是比進程更小的實體，切換速度快，作為通信的實體。在該模型中，線程用于統計字符串中單詞出現的次數。首先，將字符串分割成單詞，然后在一個方法（method）中創建線程實現單詞的統計。

3 主要的頭文件

要實現進程間及網絡間通信，基于Linux的系統必須包括以下頭文件：

Client.c（客戶端）：

#include ：是POSIX標準定義的unix類系統定義符號常量的頭文件，包含了許多UNIX系統服務的函數原型，例如read函數、write函數和getpid函數。

#include ：是Linux系統中的系統頭文件，提供socket函數及數據結構。

#include ：定義數據結構sockaddr_in。