miniFTP项目实战六
项目简介：
在Linux环境下用C语言开发的Vsftpd的简化版本，拥有部分Vsftpd功能和相同的FTP协议，系统的主要架构采用多进程模型，每当有一个新的客户连接到达，主进程就会派生出一个ftp服务进程来为客户提供服务。同时每个ftp服务进程配套了nobody进程（内部私有进程），主要是为了做权限提升和控制。
实现功能：
除了基本的文件上传和下载功能，还实现模式选择、断点续传、限制连接数、空闲断开、限速等功能。
用到的技术：
socket、I/O复用、进程间通信、HashTable
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项目开源！！！
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miniFTP项目实战六
6.1 限速
限速的关键在于睡眠时间，当前传输速度大于限速的时候，就进行睡眠，可以这样想：
传输速度 = 传输Byte / 传输时间 。 传输Byte是定值，只有改变传输时间才可以改变传输速度。
睡眠的时间 = 最大限速传输所需时间 - 当前速度传输所需时间 = （当前传输速度 / 限速传输速度 - 1）* 当前传输时间
所以问题的关键就是求出传输速度，核心在于求出传输x字节数据的时间差，所以要在传输数据之前计时，在数据传输完一轮之后，立即计算速度！！！
每一轮的read之后进行限速计算，在限速计算中判断是否超速，并进行睡眠操作。
在开始传输前，获取当前时间，并存在sess中：
sess->bw_transfer_start_sec = get_time_sec();
sess->bw_transfer_start_usec = get_time_usec();
限速计算中，获取当前时间与上一次时间做差，获得时间差：
void limit_rate(session_t *sess, int bytes_transfered, int is_upload)
{
sess->data_process = 1; //数据传输状态
//睡眠时间 = （当前传输速度/最大传输速度 - 1）*当前传输时间
long curr_sec = get_time_sec();
long curr_usec = get_time_usec();
double elapsed; //当前传输时间
elapsed = curr_sec - sess->bw_transfer_start_sec;
elapsed += (double)(curr_usec - sess->bw_transfer_start_usec) / (double)1000000;
if (elapsed <= (double)0) elapsed = (double)0.01; //浮点数
unsigned int bw_rate = (unsigned int)((double)bytes_transfered / elapsed); //计算当前传输速度
unsigned int max_rate; //最大传输速度
max_rate = (is_upload == 1) ? sess->bw_upload_rate_max : sess->bw_download_rate_max;
double rate_ratio;
if (bw_rate > max_rate) {
rate_ratio = bw_rate / max_rate;
} else {
//即使不需要限速 也要更新
sess->bw_transfer_start_sec = get_time_sec();
sess->bw_transfer_start_usec = get_time_usec();
return ;
}
double pause_time = (rate_ratio - 1) * elapsed; //睡眠时间
//通过封装 nanosleep函数进行睡眠
nano_sleep(pause_time);
//为什么不用sleep？sleep内部可能用时钟信号机制来实现，所以尽量不将sleep和alarm函数一起使用
//alarm用来实现空闲断开
//更新时间
sess->bw_transfer_start_sec = get_time_sec();
sess->bw_transfer_start_usec = get_time_usec();
}
睡眠操作如下：
void nano_sleep(double seconds)
{
time_t secs = (time_t) seconds;
double fractional = seconds - (double) secs;
struct timespec ts;
ts.tv_sec = secs;
ts.tv_nsec = (long) (fractional * (double) 1000000000);
int ret;
do {
ret = nanosleep(&ts, &ts);
} while (ret == -1 && errno == EINTR); //防止中断打断
}
注意这里使用nanosleep进行睡眠操作，不使用sleep函数进行睡眠操作的原因是：Linux中并没有提供系统调用sleep()，sleep()是在库函数中实现的，它是通过调用alarm()来设定报警时间，调用sigsuspend()将进程挂起在信号SIGALARM上，它设置的定时器执行函数是在指定时间向当前进程发送SIGALRM信号。
后面要用alarm来实现空闲断开。
6.2 空闲断开
包括控制连接的空闲断开和数据链接的空闲断开。
控制连接
安装信号SIGALRM，启动定时闹钟，如果再闹钟来临之前没有收到任何命令，在信号处理程序中关闭闹钟，并给客户端421 timeout的响应，退出会话。
在服务进程的处理逻辑中启动ALARM闹钟，在whil循环中，每一次收到命令后都重新启动闹钟，闹钟启动函数与处理函数如下：
session_t *p_sess; //全局变量，在main中extern
//定时处理函数
void handle_alarm_timeout(int sig)
{
shutdown(p_sess->ctl_fd, SHUT_RD); //关闭读取
ftp_relply(p_sess, FTP_IDLE_TIMEOUT, "Timeout");
shutdown(p_sess->ctl_fd, SHUT_WR); //关闭写入
exit(EXIT_FAILURE);
//服务进程的退出会导致nobody退出，因为nobody会在内部通信是读取到0，代表服务进程退出，随之我们退出nobody进程
}
//启动ALARM闹钟 超时断开用到
void start_cmdio_alarm(void)
{
if (tunable_idle_session_timeout > 0) {
signal(SIGALRM, handle_alarm_timeout); //注册处理函数
alarm(tunable_idle_session_timeout); //启动闹钟
}
}
可是这种情况忽略了数据传输的情况。
如果只是以上这种情况，在进行数据传输的时候，如果超时，也是会断开的。
所以！！！当目前处理数据传输的状态时，即使控制连接超时了，也不能退出会话。可以在数据传输前关闭控制连接的闹钟。
数据连接
如果数据连接通道建立了，一定时间没有传输数据，也要将会话断开。
实现方法：在传输数据之前安装SIGALRM信号，启动闹钟。传输数据的过程中如果收到信号，要进行判断，即如果不处于数据传输的时候退出，否则重新安装信号。所以在sess中新建一个变量data_process用于表示当前是否处于数据传输。
注意！！！在数据通道建立之前重启闹钟，另外创建一个信号处理函数，于控制通道的处理函数不同。与此同时还得关闭控制连接通道的闹钟：
void handle_siglarm(int sig)
{
if (p_sess->data_process == 0) { //如果不进行数据传输 退出
ftp_relply(p_sess, FTP_DATA_TIMEOUT, "Data timeout. Reconnect.");
exit(EXIT_FAILURE);
}
//当前处于数据传输状态 收到超时信号，将状态置为数据传输状态并重新启动闹钟
p_sess->data_process = 0;
start_data_alarm();
}
void start_data_alarm(void)
{
if (tunable_data_connection_timeout > 0) { //开启数据连接通道 闹钟
signal(SIGALRM, handle_siglarm);
alarm(tunable_data_connection_timeout);
} else if (tunable_idle_session_timeout > 0) { //关闭控制连接通道 闹钟
alarm(0); //关闭先前安装的闹钟
}
}
数据传输状态的确定放在限速函数中去实现！！！上传下载都要用到限速函数。
6.3 连接数限制
参考：github
最大连接数限制
超过最大连接数之后，回复客户端421提示，如下：
将当前连接数保存在全局变量中，当有新连接请求时与配置文件中的配置项进行判断。在创建新会话的时候判断最大连接数，通过check_limits来判断：
void check_limits(session_t *sess)
{
//开启连接数限制 并且当前连接数大于最大连接数 421响应
if (tunable_max_clients > 0 && sess->num_clients > tunable_max_clients) {
ftp_relply(sess, FTP_TOO_MANY_USERS,
"There are too many connected users, please try later.");
exit(EXIT_FAILURE);
}
//检查每IP最大连接数
if (tunable_max_per_ip > 0 && sess->num_this_ip > tunable_max_per_ip) {
ftp_relply(sess, FTP_IP_LIMIT,
"There are too many connections from your internet address.");
exit(EXIT_FAILURE);
}
}
每当有断开连接，nobody进程都会向主进程发出SIGCILD信号，我们就在这个信号的处理函数中将连接数-1：
void signal_handler(int argc)
{
//等待任意，没等到立刻返回0
unsigned int pid;
while (pid = waitpid(-1, NULL, WNOHANG) > 0) {
--s_children; //统计的进程数-1 改变的是父进程的变量
unsigned int *ip = hash_lookup_entry(s_pid_ip_hash, &pid, sizeof(pid));
if (ip == NULL) {
continue;
}
drop_ip_count(ip); //pid->ip->count--
hash_free_entry(s_pid_ip_hash, &pid, sizeof(pid)); //释放空间
}
return ;
}
要注意，在新会话中也创建了一个服务进程，当服务进程结束的时候，服务进程也会向新会话进程发送SIGCILD信号，但是我们之前以及建立了服务进程退出导致nobody进程退出的操作（read返回0），所以这里要在创建会话之前再声明一次信号处理操作。
在创建新会话之前进行如下操作，避免nobody中对服务进程的退出做响应：
signal(SIGCHLD, SIG_IGN); //忽略信号
每个IP最大连接数
比如设置每个IP最大连接数是3，当同一IP第四个连接到达时，有如下回应：
需要维护两个哈希表：
- IP与连接数的关系 ：每IP的当前连接数，主要用于记录连接
- 进程与IP的关系：在进程退出的时候，根据这个哈希表找到对应的IP，然后根据另外一个哈希表将计数减一
在最大连接数的限制的时候，进程退出时发出的信号，在信号处理函数中将连接数减一。对于每个IP连接数在进程退出时的变化，根据waitpid返回的pid，再通过pid与IP的哈希表找出对应IP的连接数，然后减一。
//根据ip，将连接数+1
unsigned int handle_ip_count(void *ip)
{
unsigned int count;
//查看当前的连接数
unsigned int *p_count = (unsigned int *) hash_lookup_entry(s_ip_count_hash,
ip, sizeof(unsigned int));
if (p_count == NULL) { //新增表项
count = 1;
hash_add_entry(s_ip_count_hash, ip, sizeof(unsigned int),
&count, sizeof(unsigned int));
} else {
count = *p_count;
++count;
*p_count = count;
}
return count;
}
//根据ip，将连接数-1
void drop_ip_count(void *ip)
{
unsigned int count;
unsigned int *p_count = (unsigned int *) hash_lookup_entry(s_ip_count_hash,
ip, sizeof(unsigned int));
if (p_count == NULL) {
return;
}
count = *p_count;
if (count <= 0) {
return;
}
--count;
*p_count = count;
if (count == 0) {
hash_free_entry(s_ip_count_hash, ip, sizeof(unsigned int));
}
}
