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linux下c/c++实例之十四c实现的bt软件下载(记录)
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发布时间:2019-05-26

本文共 52020 字,大约阅读时间需要 173 分钟。

一、简介

       可能许多人使用过比特彗星(BitComet)、比特精灵(BitSpirit)、迅雷下载过自己喜欢的影片、电视剧、网络游戏;还有很多人使用过PPLive、PPStream、沸点、QQ直播等免费的网络电视直播软件在线观看自己喜欢的影片。所有这些软件都采用了一种近年来流行起来的协议,BitTorrent协议,简称BT协议。

       2003年,年轻的软件工程师Bram Cohen发明了BitTorrent协议。在短短的时间内,BT协议的通信流量占据了互联网总流量的六成以上。BT协议成为一种新的变革技术,因此也催生了很多BT软件,如BitComet、BitSpirit、Azureus,PPLive、PPStream。
      如下是使用C语言在Linux环境下开发了一个BT软件,并介绍BT协议和技术,编译运行在centos6.6(linux)下。

二、详解

1、BitTorrent协议

 

(1)BitTorrent(简称BT)是一个文件分发协议,每个下载者在下载的同时不断向其他下载者上传已下载的数据。而在FTP、HTTP协议中,每个下载者从FTP或HTTP服务器处下载自己所需要的文件,各个下载者之间没有交互。当非常多的用户同时访问和下载服务器上的文件时,由于FTP服务器的处理能力和带宽的限制,下载速度会急剧下降,有的用户根本访问不了服务器。BT协议与FTP协议不同,它的特点是下载的人越多下载的速度越快,其原因在于每个下载者将已下载的数据提供给其他下载者下载,它充分利用了用户的上载带宽。BT协议通过一定的策略保证上传的速度越快,下载的速度也越快。

(2)基于BT协议的文件分发系统的构成
基于BT协议的文件分发系统由以下几个实体构成。
(1)一个Web服务器。
(2)一个种子文件。
(3)一个Tracker服务器。
(4)一个原始文件提供者。
(5)一个网络浏览器。
(6)一个或多个下载者。
Web服务器上保存着种子文件,下载者使用网络浏览器(如IE浏览器)从Web服务器上下载种子文件。种子文件,又称为元原文件或metafile,它保存了共享文件的一些信息,如共享文件的文件名、文件大小、Tracker服务器的地址。种子文件通常很小,一般大小为1GB的共享文件,其种子文件不足100KB,种子文件以.torrent为后缀。Tracker服务器保存着当前下载某共享文件的所有下载者的IP和端口。原始文件提供者提供完整的共享文件供其他下载者下载,它也被称为种子,种子文件就是提供者使用BT客户端生成的。每个下载者通过运行BT客户端软件下载共享文件。我们把某个下载者本身称为客户端,把其他下载者称为peer。
BT客户端下载一个共享文件的过程是:客户端首先解析种子文件,获取待下载的共享文件的一些信息,其中包括Tracker服务器的地址。然后客户端连接Tracker获取当前下载该文件的所有下载者的IP和端口。之后客户端根据IP和端口连接其他下载者,从它们那里下载文件,同时把自己已下载的部分提供给其他下载者下载。
共享文件在逻辑上被划分为大小相同的块,称为piece,每个piece的大小通常为256KB。对于共享文件,文件的第1字节到第256K(即262144)字节为第一个piece,第256K+1字节到第512K字节为第二个piece,依此类推。种子文件中包含有每个piece的hash值。BT协议规定使用Sha1算法对每个piece生成20字节的hash值,作为每个piece的指纹。每当客户端下载完一个piece时,即对该peice使用Sha1算法计算其hash值,并与种子文件中保存的该peice的hash值进行比较,如果一致即表明下载了一个完整而正确的piece。一旦某个piece被下载,该piece即提供给其他peer下载。在实际上传和下载中,每个piece又被划分为大小相同的slice,每个slice的大小固定为16KB(16384字节)。peer之间每次传输以slice为单位。
从以上描述可以得知,待开发的BT软件(即BT客户端)主要包含以下几个功能:解析种子文件获取待下载的文件的一些信息,连接Tracker获取peer的IP和端口,连接peer进行数据上传和下载、对要发布的提供共享文件制作和生成种子文件。种子文件和Tracker的返回信息都以一种简单而高效的编码方式进行编码,称为B编码。客户端与Tracker交换信息基于HTTP协议,Tracker本身作为一个Web服务器存在。客户端与其他peer采用面向连接的可靠传输协议TCP进行通信。下面将进一步作详细的介绍。
(3)B编码
        种子文件和Tracker的返回信息都是经过B编码的。要解析和处理种子文件以及Tracker的返回信息,首先要熟悉B编码的规则。B编码中有4种类型:字符串、整型、列表、字典。
        字符串的编码格式为:<字符串的长度>:<字符串>,其中<>括号中的内容为必需。例如,有一个字符串spam,则经过B编码后为4:spam。
        整型的编码格式为:i<十进制的整型数>e,即B编码中的整数以i作为起始符,以e作为终结符,i为integer的第一个字母,e为end的第一个字母。例如,整数3,经过B编码后为i3e,整数−3的B编码为i−3e,整数0的B编码为i0e。注意i03e不是合法的B编码,因为03不是十进制整数,而是八进制整数。
        列表的编码格式为:l<任何合法的类型>e,列表以l为起始符,以e为终结符,中间可以为任何合法的经过B编码的类型,l为list的第一个字母。例如,列表l4:spam4:eggse表示两个字符串,一个是spam,一个是eggs。
        字典的编码格式为:d<关键字><值>e,字典以d为起始符,以e为终结符,关键字是一个经过B编码的字符串,值可以是任何合法的B编码类型,在d和e之间可以出现多个关键字和值对,d是dictionary的第一个字母。例如,d4:spaml3:aaa3:bbbee,它是一个字典,该字典的关键字是spam,值是一个列表(以l开始,以e结束),列表中有两个字符串aaa和bbb。又如:d9:publisher3:bob17:publisher-webpage15:www.example.come,它也是一个字典,第一个关键字是publisher,对应的值为bob,第二个关键字是publisher-webpage,对应的值是www.example.com。

 

2、BT系统结构设计

整个系统各个模块的功能如下。
(1)种子解析:负责解析种子文件,从中获取Tracker服务器的地址,待下载文件的文件名和长度,piece长度,各个piece的hash值。
(2)连接Tracker:根据HTTP协议构造获取Peer地址的请求,与Tracker建立连接,解析Tracker的回应消息,从而获取各个peer的IP地址和端口号。
(3)与peer交换数据:根据peer的IP地址和端口号连接peer、从peer处下载数据并将已下载的数据上传给peer。
(4)出错处理:定义整个系统可能出现的错误类型,并对错误进行处理。
(5)运行日志:记录程序运行的日志,并保存到文件中以备查看和分析。
模块“与peer交换数据”是本系统的核心和主要构成部分,它又可以划分成如下几个子模块。
(1)peer管理:系统为每一个已建立TCP连接的peer构造一个peer结构体。该结构体的主要成员有:peer的IP地址和端口号、与该peer进行通信的套接字、该peer的id、当前所处的状态、发送缓冲区、接收缓冲区、数据请求队列、数据被请求队列、从该peer处已下载的数据量和向该peer上传的数据量、下载速度和上传速度。本模块负责管理peer链表,添加和删除peer结点。
(2)消息处理:peer与peer之间以发送和接收消息的方式进行通信。本模块负责根据当前的状态生成并发送消息,接收并处理消息。BitTorrent协议共定义了12种消息,其中对下载和上传数据最重要的是request消息和piece消息。request消息向peer发送数据请求,指明请求的是哪个piece的哪个slice。Peer接收到request消息后根据当前的状态,决定是否发送数据给对方。如果允许发送,则构造piece消息,数据被封装在该消息中。每当下载完一个正确的piece时,就向所有peer发送have消息通告已获得该piece,其他peer如果没有该piece就可以向peer发送数据请求,每次请求都是以slice为单位。
(3)缓冲管理:如果下载完一个piece就立即写入硬盘,这样会导致频繁读写硬盘,既影响速度(读写磁盘要花费较多的时间),又不利于保护硬盘(频繁读写磁盘会使硬盘寿命缩短)。为了解决这个问题,几乎所有的BT软件都在程序中增加了一个缓冲管理模块。将下载到的数据先缓存起来,等到下载到一定量的数据后再集中写入硬盘。peer请求一个slice的数据时,先将该slice所在的整个piece读入到缓冲区中,下次Peer再请求该piece的其他slice时,只常缓冲区中获取,避免了频繁读写硬盘。本模块负责维护一个16MB的缓冲区(大小可调),将下载到的数据保存在缓冲区中,并在适当时刻写入硬盘的文件中。
(4)位图管理:BT协议采用位图指明当前哪些piece已经下载,哪些piece还没有下载。每个piece占一位,值为0表示该piece还未下载到,为1则表明已经下载到该piece。本模块负责管理位图,客户端与peer建立了连接并进行握手之后,即发送位图给peer告知已下载到哪些piece,同时也接收对方的位图并将其保存在Peer结构体中。每下载到一个piece就更新自己的位图,并发送have消息给所有已建立连接的peer。每当接收到peer发来的have消息就更新该peer的位图。
(5)策略管理:BT协议的设计者为了保证整体性能而制定了许多策略,这些策略虽然没有写入BT协议,但已经成为事实上的标准,BT软件开发者一般都使用这些策略来保证程序的性能。本部分负责策略的管理,主要是计算各个peer的下载和上传速度,根据下载速度选择非阻塞peer,采用随机算法选择优化非阻塞peer,以及实现片断选择策略。
(6)信号处理:在运行过程中,程序可能会接收到一些信号,如SIGINT、SIGTERM,这些信号的默认动作是立即终止程序。这并不是所期望的。在程序终止前需要作一些处理,如释放动态申请的内存、关闭文件描述符、关闭套接字。

 

 

 

3、部分模块代码

 

(1)种子解析模块

parse_metafile.h

#ifndef PARSE_METAFILE#define PARSE_METAFILE// 保存从种子文件中获取的tracker的URLtypedef struct _Announce_list {	char    announce[128];	struct _Announce_list  *next;} Announce_list;// 保存各个待下载文件的路径和长度typedef struct _Files {	char    path[256];	long    length;	struct _Files *next;} Files; int read_metafile(char *metafile_name);         // 读取种子文件int find_keyword(char *keyword,long *position); // 在种子文件中查找某个关键词int read_announce_list();                       // 获取各个tracker服务器的地址int add_an_announce(char* url);                 // 向tracker列表添加一个URLint get_piece_length();       // 获取每个piece的长度,一般为256KBint get_pieces();             // 读取各个piece的哈希值int is_multi_files();         // 判断下载的是单个文件还是多个文件int get_file_name();          // 获取文件名,对于多文件,获取的是目录名int get_file_length();        // 获取待下载文件的总长度int get_files_length_path();  // 获取文件的路径和长度,对多文件种子有效int get_info_hash();          // 由info关键词对应的值计算info_hash               int get_peer_id();            // 生成peer_id,每个peer都有一个20字节的peer_id// 释放parse_metafile.c中动态分配的内存void release_memory_in_parse_metafile();// 调用本文件中定义的函数,完成解析种子文件int  parse_metafile(char *metafile);#endif

parse_metafile.c

#include 
#include
#include
#include
#include
#include
#include "parse_metafile.h"#include "sha1.h"char *metafile_content = NULL; // 保存种子文件的内容long filesize; // 种子文件的长度int piece_length = 0; // 每个piece的长度,通常为256KB即262144字节char *pieces = NULL; // 保存每个pieces的哈希值,每个哈希值为20字节int pieces_length = 0; // pieces缓冲区的长度int multi_file = 0; // 指明是单文件还是多文件char *file_name = NULL; // 对于单文件,存放文件名;对于多文件,存放目录名long long file_length = 0; // 存放待下载文件的总长度Files *files_head = NULL; // 只对多文件种子有效,存放各个文件的路径和长度unsigned char info_hash[20]; // 保存info_hash的值,连接tracker和peer时使用unsigned char peer_id[20]; // 保存peer_id的值,连接peer时使用Announce_list *announce_list_head = NULL; // 用于保存所有tracker服务器的URLint read_metafile(char *metafile_name){ long i; // 以二进制、只读的方式打开文件 FILE *fp = fopen(metafile_name,"rb"); if(fp == NULL) { printf("%s:%d can not open file\n",__FILE__,__LINE__); return -1; } // 获取种子文件的长度 fseek(fp,0,SEEK_END); filesize = ftell(fp); if(filesize == -1) { printf("%s:%d fseek failed\n",__FILE__,__LINE__); return -1; } metafile_content = (char *)malloc(filesize+1); if(metafile_content == NULL) { printf("%s:%d malloc failed\n",__FILE__,__LINE__); return -1; } // 读取种子文件的内容到metafile_content缓冲区中 fseek(fp,0,SEEK_SET); for(i = 0; i < filesize; i++) metafile_content[i] = fgetc(fp); metafile_content[i] = '\0'; fclose(fp); #ifdef DEBUG printf("metafile size is: %ld\n",filesize);#endif return 0;}int find_keyword(char *keyword,long *position){ long i; *position = -1; if(keyword == NULL) return 0; for(i = 0; i < filesize-strlen(keyword); i++) { if( memcmp(&metafile_content[i], keyword, strlen(keyword)) == 0 ) { *position = i; return 1; } } return 0;}int read_announce_list(){ Announce_list *node = NULL; Announce_list *p = NULL; int len = 0; long i; if( find_keyword("13:announce-list",&i) == 0 ) { if( find_keyword("8:announce",&i) == 1 ) { i = i + strlen("8:announce"); while( isdigit(metafile_content[i]) ) { len = len * 10 + (metafile_content[i] - '0'); i++; } i++; // 跳过 ':' node = (Announce_list *)malloc(sizeof(Announce_list)); strncpy(node->announce,&metafile_content[i],len); node->announce[len] = '\0'; node->next = NULL; announce_list_head = node; } } else { // 如果有13:announce-list关键词就不用处理8:announce关键词 i = i + strlen("13:announce-list"); i++; // skip 'l' while(metafile_content[i] != 'e') { i++; // skip 'l' while( isdigit(metafile_content[i]) ) { len = len * 10 + (metafile_content[i] - '0'); i++; } if( metafile_content[i] == ':' ) i++; else return -1; // 只处理以http开头的tracker地址,不处理以udp开头的地址 if( memcmp(&metafile_content[i],"http",4) == 0 ) { node = (Announce_list *)malloc(sizeof(Announce_list)); strncpy(node->announce,&metafile_content[i],len); node->announce[len] = '\0'; node->next = NULL; if(announce_list_head == NULL) announce_list_head = node; else { p = announce_list_head; while( p->next != NULL) p = p->next; // 使p指向最后个结点 p->next = node; // node成为tracker列表的最后一个结点 } } i = i + len; len = 0; i++; // skip 'e' if(i >= filesize) return -1; } }#ifdef DEBUG p = announce_list_head; while(p != NULL) { printf("%s\n",p->announce); p = p->next; }#endif return 0;}// 连接某些tracker时会返回一个重定向URL,需要连接该URL才能获取peerint add_an_announce(char *url){ Announce_list *p = announce_list_head, *q; // 若参数指定的URL在tracker列表中已存在,则无需添加 while(p != NULL) { if(strcmp(p->announce,url) == 0) break; p = p->next; } if(p != NULL) return 0; q = (Announce_list *)malloc(sizeof(Announce_list)); strcpy(q->announce,url); q->next = NULL; p = announce_list_head; if(p == NULL) { announce_list_head = q; return 1; } while(p->next != NULL) p = p->next; p->next = q; return 1;}int is_multi_files(){ long i; if( find_keyword("5:files",&i) == 1 ) { multi_file = 1; return 1; }#ifdef DEBUG // printf("is_multi_files:%d\n",multi_file);#endif return 0;}int get_piece_length(){ long i; if( find_keyword("12:piece length",&i) == 1 ) { i = i + strlen("12:piece length"); // skip "12:piece length" i++; // skip 'i' while(metafile_content[i] != 'e') { piece_length = piece_length * 10 + (metafile_content[i] - '0'); i++; } } else { return -1; }#ifdef DEBUG printf("piece length:%d\n",piece_length);#endif return 0;}int get_pieces(){ long i; if( find_keyword("6:pieces", &i) == 1 ) { i = i + 8; // skip "6:pieces" while(metafile_content[i] != ':') { pieces_length = pieces_length * 10 + (metafile_content[i] - '0'); i++; } i++; // skip ':' pieces = (char *)malloc(pieces_length+1); memcpy(pieces,&metafile_content[i],pieces_length); pieces[pieces_length] = '\0'; } else { return -1; }#ifdef DEBUG printf("get_pieces ok\n");#endif return 0;}int get_file_name(){ long i; int count = 0; if( find_keyword("4:name", &i) == 1 ) { i = i + 6; // skip "4:name" while(metafile_content[i] != ':') { count = count * 10 + (metafile_content[i] - '0'); i++; } i++; // skip ':' file_name = (char *)malloc(count+1); memcpy(file_name,&metafile_content[i],count); file_name[count] = '\0'; } else { return -1; }#ifdef DEBUG // 由于可能含有中文字符,因此可能打印出乱码 // printf("file_name:%s\n",file_name);#endif return 0;}int get_file_length(){ long i; if(is_multi_files() == 1) { if(files_head == NULL) get_files_length_path(); Files *p = files_head; while(p != NULL) { file_length += p->length; p = p->next; } } else { if( find_keyword("6:length",&i) == 1 ) { i = i + 8; // skip "6:length" i++; // skip 'i' while(metafile_content[i] != 'e') { file_length = file_length * 10 + (metafile_content[i] - '0'); i++; } } } #ifdef DEBUG printf("file_length:%lld\n",file_length);#endif return 0;}int get_files_length_path(){ long i; int length; int count; Files *node = NULL; Files *p = NULL; if(is_multi_files() != 1) { return 0; } for(i = 0; i < filesize-8; i++) { if( memcmp(&metafile_content[i],"6:length",8) == 0 ) { i = i + 8; // skip "6:length" i++; // skip 'i' length = 0; while(metafile_content[i] != 'e') { length = length * 10 + (metafile_content[i] - '0'); i++; } node = (Files *)malloc(sizeof(Files)); node->length = length; node->next = NULL; if(files_head == NULL) files_head = node; else { p = files_head; while(p->next != NULL) p = p->next; p->next = node; } } if( memcmp(&metafile_content[i],"4:path",6) == 0 ) { i = i + 6; // skip "4:path" i++; // skip 'l' count = 0; while(metafile_content[i] != ':') { count = count * 10 + (metafile_content[i] - '0'); i++; } i++; // skip ':' p = files_head; while(p->next != NULL) p = p->next; memcpy(p->path,&metafile_content[i],count); *(p->path + count) = '\0'; } }#ifdef DEBUG // 由于可能含有中文字符,因此可能打印出乱码 // p = files_head; // while(p != NULL) { // printf("%ld:%s\n",p->length,p->path); // p = p->next; // }#endif return 0;}int get_info_hash(){ int push_pop = 0; long i, begin, end; if(metafile_content == NULL) return -1; if( find_keyword("4:info",&i) == 1 ) { begin = i+6; // begin是关键字"4:info"对应值的起始下标 } else { return -1; } i = i + 6; // skip "4:info" for(; i < filesize; ) if(metafile_content[i] == 'd') { push_pop++; i++; } else if(metafile_content[i] == 'l') { push_pop++; i++; } else if(metafile_content[i] == 'i') { i++; // skip i if(i == filesize) return -1; while(metafile_content[i] != 'e') { if((i+1) == filesize) return -1; else i++; } i++; // skip e } else if((metafile_content[i] >= '0') && (metafile_content[i] <= '9')) { int number = 0; while((metafile_content[i] >= '0') && (metafile_content[i] <= '9')) { number = number * 10 + metafile_content[i] - '0'; i++; } i++; // skip : i = i + number; } else if(metafile_content[i] == 'e') { push_pop--; if(push_pop == 0) { end = i; break; } else i++; } else { return -1; } if(i == filesize) return -1; SHA1_CTX context; SHA1Init(&context); SHA1Update(&context, &metafile_content[begin], end-begin+1); SHA1Final(info_hash, &context);#ifdef DEBUG printf("info_hash:"); for(i = 0; i < 20; i++) printf("%.2x ",info_hash[i]); printf("\n");#endif return 0;}int get_peer_id(){ // 设置产生随机数的种子 srand(time(NULL)); // 生成随机数,并把其中12位赋给peer_id,peer_id前8位固定为-TT1000- sprintf(peer_id,"-TT1000-%12d",rand());#ifdef DEBUG int i; printf("peer_id:"); for(i = 0; i < 20; i++) printf("%c",peer_id[i]); printf("\n");#endif return 0;}void release_memory_in_parse_metafile(){ Announce_list *p; Files *q; if(metafile_content != NULL) free(metafile_content); if(file_name != NULL) free(file_name); if(pieces != NULL) free(pieces); while(announce_list_head != NULL) { p = announce_list_head; announce_list_head = announce_list_head->next; free(p); } while(files_head != NULL) { q = files_head; files_head = files_head->next; free(q); }}int parse_metafile(char *metafile){ int ret; // 读取种子文件 ret = read_metafile(metafile); if(ret < 0) { printf("%s:%d wrong",__FILE__,__LINE__); return -1; } // 从种子文件中获取tracker服务器的地址 ret = read_announce_list(); if(ret < 0) { printf("%s:%d wrong",__FILE__,__LINE__); return -1; } // 判断是否为多文件 ret = is_multi_files(); if(ret < 0) { printf("%s:%d wrong",__FILE__,__LINE__); return -1; } // 获取每个piece的长度,一般为256KB ret = get_piece_length(); if(ret < 0) { printf("%s:%d wrong",__FILE__,__LINE__); return -1; } // 读取各个piece的哈希值 ret = get_pieces(); if(ret < 0) { printf("%s:%d wrong",__FILE__,__LINE__); return -1; } // 获取要下载的文件名,对于多文件的种子,获取的是目录名 ret = get_file_name(); if(ret < 0) { printf("%s:%d wrong",__FILE__,__LINE__); return -1; } // 对于多文件的种子,获取各个待下载的文件路径和文件长度 ret = get_files_length_path(); if(ret < 0) { printf("%s:%d wrong",__FILE__,__LINE__); return -1; } // 获取待下载的文件的总长度 ret = get_file_length(); if(ret < 0) { printf("%s:%d wrong",__FILE__,__LINE__); return -1; } // 获得info_hash,生成peer_id ret = get_info_hash(); if(ret < 0) { printf("%s:%d wrong",__FILE__,__LINE__); return -1; } ret = get_peer_id(); if(ret < 0) { printf("%s:%d wrong",__FILE__,__LINE__); return -1; } return 0;}

(2)位图管理模块bitfield.h

#ifndef BITFIELD_H#define BITFIELD_Htypedef struct _Bitmap {	unsigned char *bitfield;       // 保存位图	int           bitfield_length; // 位图所占的总字节数	int           valid_length;    // 位图有效的总位数,每一位代表一个piece} Bitmap;int  create_bitfield();                       // 创建位图,分配内存并进行初始化int  get_bit_value(Bitmap *bitmap,int index); // 获取某一位的值int  set_bit_value(Bitmap *bitmap,int index,				   unsigned char value);      // 设置某一位的值int  all_zero(Bitmap *bitmap);                // 全部清零int  all_set(Bitmap *bitmap);                 // 全部设置为1void release_memory_in_bitfield();            // 释放bitfield.c中动态分配的内存int  print_bitfield(Bitmap *bitmap);          // 打印位图值,用于调试int  restore_bitmap(); // 将位图存储到文件中                        // 在下次下载时,先读取该文件获取已经下载的进度int  is_interested(Bitmap *dst,Bitmap *src);  // 拥有位图src的peer是否对拥有                                              // dst位图的peer感兴趣int  get_download_piece_num(); // 获取当前已下载到的总piece数#endif

bitfield.c

#include 
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include "parse_metafile.h"#include "bitfield.h"extern int pieces_length;extern char *file_name;Bitmap *bitmap = NULL; // 指向位图int download_piece_num = 0; // 当前已下载的piece数 // 如果存在一个位图文件,则读位图文件并把获取的内容保存到bitmap// 如此一来,就可以实现断点续传,即上次下载的内容不至于丢失int create_bitfield(){ bitmap = (Bitmap *)malloc(sizeof(Bitmap)); if(bitmap == NULL) { printf("allocate memory for bitmap fiailed\n"); return -1; } // pieces_length除以20即为总的piece数 bitmap->valid_length = pieces_length / 20; bitmap->bitfield_length = pieces_length / 20 / 8; if( (pieces_length/20) % 8 != 0 ) bitmap->bitfield_length++; bitmap->bitfield = (unsigned char *)malloc(bitmap->bitfield_length); if(bitmap->bitfield == NULL) { printf("allocate memory for bitmap->bitfield fiailed\n"); if(bitmap != NULL) free(bitmap); return -1; } char bitmapfile[64]; sprintf(bitmapfile,"%dbitmap",pieces_length); int i; FILE *fp = fopen(bitmapfile,"rb"); if(fp == NULL) { // 若打开文件失败,说明开始的是一个全新的下载 memset(bitmap->bitfield, 0, bitmap->bitfield_length); } else { fseek(fp,0,SEEK_SET); for(i = 0; i < bitmap->bitfield_length; i++) (bitmap->bitfield)[i] = fgetc(fp); fclose(fp); // 给download_piece_num赋新的初值 download_piece_num = get_download_piece_num(); } return 0;}int get_bit_value(Bitmap *bitmap,int index) { int ret; int byte_index; unsigned char byte_value; unsigned char inner_byte_index; if(index >= bitmap->valid_length) return -1; byte_index = index / 8; byte_value = bitmap->bitfield[byte_index]; inner_byte_index = index % 8; byte_value = byte_value >> (7 - inner_byte_index); if(byte_value % 2 == 0) ret = 0; else ret = 1; return ret;}int set_bit_value(Bitmap *bitmap,int index,unsigned char v){ int byte_index; unsigned char inner_byte_index; if(index >= bitmap->valid_length) return -1; if((v != 0) && (v != 1)) return -1; byte_index = index / 8; inner_byte_index = index % 8; v = v << (7 - inner_byte_index); bitmap->bitfield[byte_index] = bitmap->bitfield[byte_index] | v; return 0;}int all_zero(Bitmap *bitmap){ if(bitmap->bitfield == NULL) return -1; memset(bitmap->bitfield,0,bitmap->bitfield_length); return 0;} int all_set(Bitmap *bitmap){ if(bitmap->bitfield == NULL) return -1; memset(bitmap->bitfield,0xff,bitmap->bitfield_length); return 0; }void release_memory_in_bitfield(){ if(bitmap->bitfield != NULL) free(bitmap->bitfield); if(bitmap != NULL) free(bitmap);}int print_bitfield(Bitmap *bitmap){ int i; for(i = 0; i < bitmap->bitfield_length; i++) { printf("%.2X ",bitmap->bitfield[i]); if( (i+1) % 16 == 0) printf("\n"); } printf("\n"); return 0;}int restore_bitmap(){ int fd; char bitmapfile[64]; if( (bitmap == NULL) || (file_name == NULL) ) return -1; sprintf(bitmapfile,"%dbitmap",pieces_length); fd = open(bitmapfile,O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC,0666); if(fd < 0) return -1; write(fd,bitmap->bitfield,bitmap->bitfield_length); close(fd); return 0;}int is_interested(Bitmap *dst,Bitmap *src){ unsigned char const_char[8] = { 0x80,0x40,0x20,0x10,0x08,0x04,0x02,0x01}; unsigned char c1, c2; int i, j; if( dst==NULL || src==NULL ) return -1; if( dst->bitfield==NULL || src->bitfield==NULL ) return -1; if( dst->bitfield_length!=src->bitfield_length || dst->valid_length!=src->valid_length ) return -1; for(i = 0; i < dst->bitfield_length-1; i++) { for(j = 0; j < 8; j++) { c1 = (dst->bitfield)[i] & const_char[j]; c2 = (src->bitfield)[i] & const_char[j]; if(c1>0 && c2==0) return 1; } } j = dst->valid_length % 8; c1 = dst->bitfield[dst->bitfield_length-1]; c2 = src->bitfield[src->bitfield_length-1]; for(i = 0; i < j; i++) { if( (c1&const_char[i])>0 && (c2&const_char[i])==0 ) return 1; } return 0;}/* 以上函数的功能测试代码如下: 测试时可以交换map1.bitfield和map2.bitfield的值或赋其他值 Bitmap map1, map2; unsigned char bf1[2] = { 0xa0, 0xa0 }; unsigned char bf2[2] = { 0xe0, 0xe0 }; map1.bitfield = bf1; map1.bitfield_length = 2; map1.valid_length = 11; map2.bitfield = bf2; map2.bitfield_length = 2; map2.valid_length = 11; int ret = is_interested(&map1,&map2); printf("%d\n",ret); */// 获取当前已下载到的总的piece数int get_download_piece_num(){ unsigned char const_char[8] = { 0x80,0x40,0x20,0x10,0x08,0x04,0x02,0x01}; int i, j; if(bitmap==NULL || bitmap->bitfield==NULL) return 0; download_piece_num =0; for(i = 0; i < bitmap->bitfield_length-1; i++) { for(j = 0; j < 8; j++) { if( ((bitmap->bitfield)[i] & const_char[j]) != 0) download_piece_num++; } } unsigned char c = (bitmap->bitfield)[i]; // c存放位图最后一个字节 j = bitmap->valid_length % 8; // j是位图最后一个字节的有效位数 for(i = 0; i < j; i++) { if( (c & const_char[i]) !=0 ) download_piece_num++; } return download_piece_num;}

(3)运行日志模块log.h

#ifndef  LOG_H#define  LOG_H#include 
// 用于记录程序的行为void logcmd(char *fmt,...);// 打开日志文件int init_logfile(char *filename);// 将程序运行日志记录到文件int logfile(char *file,int line,char *msg);#endif

log.cpp

#include 
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include "log.h"int logfile_fd = -1;void logcmd(char *fmt,...){ va_list ap; va_start(ap,fmt); vprintf(fmt,ap); va_end(ap);}int init_logfile(char *filename){ logfile_fd = open(filename,O_RDWR|O_CREAT|O_APPEND,0666); if(logfile_fd < 0) { printf("open logfile failed\n"); return -1; } return 0;}int logfile(char *file,int line,char *msg){ char buff[256]; if(logfile_fd < 0) return -1; snprintf(buff,256,"%s:%d %s\n",file,line,msg); write(logfile_fd,buff,strlen(buff)); return 0;}

(4)信号处理模块

signal_hander.h

#ifndef SIGNAL_HANDER_H#define SIGNAL_HANDER_H// 做一些清理工作,如释放动态分配的内存void do_clear_work();// 处理一些信号void process_signal(int signo);// 设置信号处理函数int set_signal_hander();#endif

signal_hander.c

#include 
#include
#include
#include
#include "signal_hander.h"#include "parse_metafile.h"#include "data.h"#include "bitfield.h"#include "peer.h"#include "tracker.h"#include "torrent.h"extern int download_piece_num;extern int *fds;extern int fds_len;extern Peer *peer_head;void do_clear_work(){ // 关闭所有peer的socket Peer *p = peer_head; while(p != NULL) { if(p->state != CLOSING) close(p->socket); p = p->next; } // 保存位图 if(download_piece_num > 0) { restore_bitmap(); } // 关闭文件描述符 int i; for(i = 0; i < fds_len; i++) { close(fds[i]); } // 释放动态分配的内存 release_memory_in_parse_metafile(); release_memory_in_bitfield(); release_memory_in_btcache(); release_memory_in_peer(); release_memory_in_torrent(); exit(0);}void process_signal(int signo){ printf("Please wait for clear operations\n"); do_clear_work();} int set_signal_hander(){ if(signal(SIGPIPE,SIG_IGN) == SIG_ERR) { perror("can not catch signal:sigpipe\n"); return -1; } if(signal(SIGINT,process_signal) == SIG_ERR) { perror("can not catch signal:sigint\n"); return -1; } if(signal(SIGTERM,process_signal) == SIG_ERR) { perror("can not catch signal:sigterm\n"); return -1; } return 0;}

(5)Peer管理模块

peer.h

#ifndef PEER_H#define PEER_H#include 
#include
#include "bitfield.h"#define INITIAL -1 // 表明处于初始化状态#define HALFSHAKED 0 // 表明处于半握手状态#define HANDSHAKED 1 // 表明处于全握手状态#define SENDBITFIELD 2 // 表明处于已发送位图状态#define RECVBITFIELD 3 // 表明处于已接收位图状态#define DATA 4 // 表明处于与peer交换数据的状态#define CLOSING 5 // 表明处于即将与peer断开的状态// 发送和接收缓冲区的大小,16K可以存放一个slice,2K可以存放其他消息#define MSG_SIZE 2*1024+16*1024typedef struct _Request_piece { int index; // 请求的piece的索引 int begin; // 请求的piece的偏移 int length; // 请求的长度,一般为16KB struct _Request_piece *next;} Request_piece;typedef struct _Peer { int socket; // 通过该socket与peer进行通信 char ip[16]; // peer的ip地址 unsigned short port; // peer的端口号 char id[21]; // peer的id int state; // 当前所处的状态 int am_choking; // 是否将peer阻塞 int am_interested; // 是否对peer感兴趣 int peer_choking; // 是否被peer阻塞 int peer_interested; // 是否被peer感兴趣 Bitmap bitmap; // 存放peer的位图 char *in_buff; // 存放从peer处获取的消息 int buff_len; // 缓存区in_buff的长度 char *out_msg; // 存放将发送给peer的消息 int msg_len; // 缓冲区out_msg的长度 char *out_msg_copy; // out_msg的副本,发送时使用该缓冲区 int msg_copy_len; // 缓冲区out_msg_copy的长度 int msg_copy_index; // 下一次要发送的数据的偏移量 Request_piece *Request_piece_head; // 向peer请求数据的队列 Request_piece *Requested_piece_head; // 被peer请求数据的队列 unsigned int down_total; // 从该peer下载的数据的总和 unsigned int up_total; // 向该peer上传的数据的总和 time_t start_timestamp; // 最近一次接收到peer消息的时间 time_t recet_timestamp; // 最近一次发送消息给peer的时间 time_t last_down_timestamp; // 最近下载数据的开始时间 time_t last_up_timestamp; // 最近上传数据的开始时间 long long down_count; // 本计时周期从peer下载的数据的字节数 long long up_count; // 本计时周期向peer上传的数据的字节数 float down_rate; // 本计时周期从peer处下载数据的速度 float up_rate; // 本计时周期向peer处上传数据的速度 struct _Peer *next; // 指向下一个Peer结构体} Peer;int initialize_peer(Peer *peer); // 对peer进行初始化Peer* add_peer_node(); // 添加一个peer结点int del_peer_node(Peer *peer); // 删除一个peer结点void free_peer_node(Peer *node); // 释放一个peer的内存int cancel_request_list(Peer *node); // 撤消当前请求队列int cancel_requested_list(Peer *node); // 撤消当前被请求队列void release_memory_in_peer(); // 释放peer.c中的动态分配的内存void print_peers_data(); // 打印peer链表中某些成员的值,用于调试#endif

peer.c

#include 
#include
#include
#include "peer.h"#include "message.h"#include "bitfield.h"extern Bitmap *bitmap;// 指向当前与之进行通信的peer列表Peer *peer_head = NULL;int initialize_peer(Peer *peer){ if(peer == NULL) return -1; peer->socket = -1; memset(peer->ip,0,16); peer->port = 0; memset(peer->id,0,21); peer->state = INITIAL; peer->in_buff = NULL; peer->out_msg = NULL; peer->out_msg_copy = NULL; peer->in_buff = (char *)malloc(MSG_SIZE); if(peer->in_buff == NULL) goto OUT; memset(peer->in_buff,0,MSG_SIZE); peer->buff_len = 0; peer->out_msg = (char *)malloc(MSG_SIZE); if(peer->out_msg == NULL) goto OUT; memset(peer->out_msg,0,MSG_SIZE); peer->msg_len = 0; peer->out_msg_copy = (char *)malloc(MSG_SIZE); if(peer->out_msg_copy == NULL) goto OUT; memset(peer->out_msg_copy,0,MSG_SIZE); peer->msg_copy_len = 0; peer->msg_copy_index = 0; peer->am_choking = 1; peer->am_interested = 0; peer->peer_choking = 1; peer->peer_interested = 0; peer->bitmap.bitfield = NULL; peer->bitmap.bitfield_length = 0; peer->bitmap.valid_length = 0; peer->Request_piece_head = NULL; peer->Requested_piece_head = NULL; peer->down_total = 0; peer->up_total = 0; peer->start_timestamp = 0; peer->recet_timestamp = 0; peer->last_down_timestamp = 0; peer->last_up_timestamp = 0; peer->down_count = 0; peer->up_count = 0; peer->down_rate = 0.0; peer->up_rate = 0.0; peer->next = (Peer *)0; return 0;OUT: if(peer->in_buff != NULL) free(peer->in_buff); if(peer->out_msg != NULL) free(peer->out_msg); if(peer->out_msg_copy != NULL) free(peer->out_msg_copy); return -1;}Peer* add_peer_node(){ int ret; Peer *node, *p; // 分配内存空间 node = (Peer *)malloc(sizeof(Peer)); if(node == NULL) { printf("%s:%d error\n",__FILE__,__LINE__); return NULL; } // 进行初始化 ret = initialize_peer(node); if(ret < 0) { printf("%s:%d error\n",__FILE__,__LINE__); free(node); return NULL; } // 将node加入到peer链表中 if(peer_head == NULL) { peer_head = node; } else { p = peer_head; while(p->next != NULL) p = p->next; p->next = node; } return node;}int del_peer_node(Peer *peer){ Peer *p = peer_head, *q; if(peer == NULL) return -1; while(p != NULL) { if( p == peer ) { if(p == peer_head) peer_head = p->next; else q->next = p->next; free_peer_node(p); // 可能存在问题 return 0; } else { q = p; p = p->next; } } return -1;}// 撤消当前请求队列int cancel_request_list(Peer *node){ Request_piece *p; p = node->Request_piece_head; while(p != NULL) { node->Request_piece_head = node->Request_piece_head->next; free(p); p = node->Request_piece_head; } return 0;}// 撤消当前被请求队列int cancel_requested_list(Peer *node){ Request_piece *p; p = node->Requested_piece_head; while(p != NULL) { node->Requested_piece_head = node->Requested_piece_head->next; free(p); p = node->Requested_piece_head; } return 0;}void free_peer_node(Peer *node){ if(node == NULL) return; if(node->bitmap.bitfield != NULL) { free(node->bitmap.bitfield); node->bitmap.bitfield = NULL; } if(node->in_buff != NULL) { free(node->in_buff); node->in_buff = NULL; } if(node->out_msg != NULL) { free(node->out_msg); node->out_msg = NULL; } if(node->out_msg_copy != NULL) { free(node->out_msg_copy); node->out_msg_copy = NULL; } cancel_request_list(node); cancel_requested_list(node); // 释放完peer成员的内存后,再释放peer所占的内存 free(node);}void release_memory_in_peer(){ Peer *p; if(peer_head == NULL) return; p = peer_head; while(p != NULL) { peer_head = peer_head->next; free_peer_node(p); p = peer_head; }}void print_peers_data(){ Peer *p = peer_head; int index = 0; while(p != NULL) { printf("peer: %d down_rate: %.2f \n", index, p->down_rate); index++; p = p->next; }}

(6)消息处理模块

message.h

#ifndef MESSAGE_H#define MESSAGE_H#include "peer.h"int int_to_char(int i, unsigned char c[4]);  // 将整型变量i的四个字节存放到数组c中int char_to_int(unsigned char c[4]);         // 将数组c中的四个字节转换为一个整型数// 以下函数创建各个类型的消息int create_handshake_msg(char *info_hash,char *peer_id,Peer *peer);int create_keep_alive_msg(Peer *peer);int create_chock_interested_msg(int type,Peer *peer);int create_have_msg(int index,Peer *peer);int create_bitfield_msg(char *bitfield,int bitfield_len,Peer *peer);int create_request_msg(int index,int begin,int length,Peer *peer);int create_piece_msg(int index,int begin,char *block,int b_len,Peer *peer);int create_cancel_msg(int index,int begin,int length,Peer *peer);int create_port_msg(int port,Peer *peer);// 打印消息缓冲区中的消息, 用于调试int print_msg_buffer(unsigned char *buffer, int len);// 为发送have消息作准备,have消息较为特殊,它要发送给所有peerint prepare_send_have_msg();// 判断缓冲区中是否存放了一个完整的消息int is_complete_message(unsigned char *buff,unsigned int len,int *ok_len);// 处理收到的消息,接收缓冲区中存放着一个完整的消息int parse_response(Peer *peer);// 处理受到的消息,接收缓冲区中除了存放一个完整的消息外,还有不完整的消息int parse_response_uncomplete_msg(Peer *p,int ok_len);// 创建响应消息int create_response_message(Peer *peer);// 即将与peer断开时,丢弃发送缓冲区中的消息void discard_send_buffer(Peer *peer);#endif

message.c

#include 
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include "parse_metafile.h"#include "bitfield.h"#include "peer.h"#include "data.h"#include "policy.h"#include "message.h"#define HANDSHAKE -2#define KEEP_ALIVE -1#define CHOKE 0#define UNCHOKE 1#define INTERESTED 2#define UNINTERESTED 3#define HAVE 4#define BITFIELD 5#define REQUEST 6#define PIECE 7#define CANCEL 8#define PORT 9#define KEEP_ALIVE_TIME 45extern Bitmap *bitmap;extern char info_hash[20];extern char peer_id[20];extern int have_piece_index[64];extern Peer *peer_head;int int_to_char(int i, unsigned char c[4]){ c[3] = i%256; c[2] = (i-c[3])/256%256; c[1] = (i-c[3]-c[2]*256)/256/256%256; c[0] = (i-c[3]-c[2]*256-c[1]*256*256)/256/256/256%256; return 0;}int char_to_int(unsigned char c[4]){ int i; i = c[0]*256*256*256 + c[1]*256*256 + c[2]*256 + c[3]; return i;}int create_handshake_msg(char *info_hash,char *peer_id,Peer *peer){ int i; unsigned char keyword[20] = "BitTorrent protocol", c = 0x00; unsigned char *buffer = peer->out_msg + peer->msg_len; int len = MSG_SIZE - peer->msg_len; if(len < 68) return -1; // 68为握手消息的固定长度 buffer[0] = 19; for(i = 0; i < 19; i++) buffer[i+1] = keyword[i]; for(i = 0; i < 8; i++) buffer[i+20] = c; for(i = 0; i < 20; i++) buffer[i+28] = info_hash[i]; for(i = 0; i < 20; i++) buffer[i+48] = peer_id[i]; peer->msg_len += 68; return 0;}int create_keep_alive_msg(Peer *peer){ unsigned char *buffer = peer->out_msg + peer->msg_len; int len = MSG_SIZE - peer->msg_len; if(len < 4) return -1; // 4为keep_alive消息的固定长度 memset(buffer,0,4); peer->msg_len += 4; return 0;}int create_chock_interested_msg(int type,Peer *peer){ unsigned char *buffer = peer->out_msg + peer->msg_len; int len = MSG_SIZE - peer->msg_len; // 5为choke、unchoke、interested、uninterested消息的固定长度 if(len < 5) return -1; memset(buffer,0,5); buffer[3] = 1; buffer[4] = type; peer->msg_len += 5; return 0;}int create_have_msg(int index,Peer *peer){ unsigned char *buffer = peer->out_msg + peer->msg_len; int len = MSG_SIZE - peer->msg_len; unsigned char c[4]; if(len < 9) return -1; // 9为have消息的固定长度 memset(buffer,0,9); buffer[3] = 5; buffer[4] = 4; int_to_char(index,c); buffer[5] = c[0]; buffer[6] = c[1]; buffer[7] = c[2]; buffer[8] = c[3]; peer->msg_len += 9; return 0;}int create_bitfield_msg(char *bitfield,int bitfield_len,Peer *peer){ int i; unsigned char c[4]; unsigned char *buffer = peer->out_msg + peer->msg_len; int len = MSG_SIZE - peer->msg_len; if( len < bitfield_len+5 ) { // bitfield消息的长度为bitfield_len+5 printf("%s:%d buffer too small\n",__FILE__,__LINE__); return -1; } int_to_char(bitfield_len+1,c); for(i = 0; i < 4; i++) buffer[i] = c[i]; buffer[4] = 5; for(i = 0; i < bitfield_len; i++) buffer[i+5] = bitfield[i]; peer->msg_len += bitfield_len+5; return 0;}int create_request_msg(int index,int begin,int length,Peer *peer){ int i; unsigned char c[4]; unsigned char *buffer = peer->out_msg + peer->msg_len; int len = MSG_SIZE - peer->msg_len; if(len < 17) return -1; // 17为request消息的固定长度 memset(buffer,0,17); buffer[3] = 13; buffer[4] = 6; int_to_char(index,c); for(i = 0; i < 4; i++) buffer[i+5] = c[i]; int_to_char(begin,c); for(i = 0; i < 4; i++) buffer[i+9] = c[i]; int_to_char(length,c); for(i = 0; i < 4; i++) buffer[i+13] = c[i]; peer->msg_len += 17; return 0;}int create_piece_msg(int index,int begin,char *block,int b_len,Peer *peer){ int i; unsigned char c[4]; unsigned char *buffer = peer->out_msg + peer->msg_len; int len = MSG_SIZE - peer->msg_len; if( len < b_len+13 ) { // piece消息的长度为b_len+13 printf("IP:%s len:%d\n",peer->ip,len); printf("%s:%d buffer too small\n",__FILE__,__LINE__); return -1; } int_to_char(b_len+9,c); for(i = 0; i < 4; i++) buffer[i] = c[i]; buffer[4] = 7; int_to_char(index,c); for(i = 0; i < 4; i++) buffer[i+5] = c[i]; int_to_char(begin,c); for(i = 0; i < 4; i++) buffer[i+9] = c[i]; for(i = 0; i < b_len; i++) buffer[i+13] = block[i]; peer->msg_len += b_len+13; return 0;}int create_cancel_msg(int index,int begin,int length,Peer *peer){ int i; unsigned char c[4]; unsigned char *buffer = peer->out_msg + peer->msg_len; int len = MSG_SIZE - peer->msg_len; if(len < 17) return -1; // 17为cancel消息的固定长度 memset(buffer,0,17); buffer[3] = 13; buffer[4] = 8; int_to_char(index,c); for(i = 0; i < 4; i++) buffer[i+5] = c[i]; int_to_char(begin,c); for(i = 0; i < 4; i++) buffer[i+9] = c[i]; int_to_char(length,c); for(i = 0; i < 4; i++) buffer[i+13] = c[i]; peer->msg_len += 17; return 0;}int create_port_msg(int port,Peer *peer){ unsigned char c[4]; unsigned char *buffer = peer->out_msg + peer->msg_len; int len = MSG_SIZE - peer->msg_len; if( len < 7) return 0; // 7为port消息的固定长度 memset(buffer,0,7); buffer[3] = 3; buffer[4] = 9; int_to_char(port,c); buffer[5] = c[2]; buffer[6] = c[3]; peer->msg_len += 7; return 0;}// 以十六进制的形式打印消息的内容,用于调试int print_msg_buffer(unsigned char *buffer, int len){ int i; for(i = 0; i < len; i++) { printf("%.2x ",buffer[i]); if( (i+1) % 16 == 0 ) printf("\n"); } printf("\n"); return 0;}// 判断缓冲区中是否存放了一条完整的消息int is_complete_message(unsigned char *buff,unsigned int len,int *ok_len){ unsigned int i; char btkeyword[20]; unsigned char keep_alive[4] = { 0x0, 0x0, 0x0, 0x0 }; unsigned char chocke[5] = { 0x0, 0x0, 0x0, 0x1, 0x0}; unsigned char unchocke[5] = { 0x0, 0x0, 0x0, 0x1, 0x1}; unsigned char interested[5] = { 0x0, 0x0, 0x0, 0x1, 0x2}; unsigned char uninterested[5] = { 0x0, 0x0, 0x0, 0x1, 0x3}; unsigned char have[5] = { 0x0, 0x0, 0x0, 0x5, 0x4}; unsigned char request[5] = { 0x0, 0x0, 0x0, 0xd, 0x6}; unsigned char cancel[5] = { 0x0, 0x0, 0x0, 0xd, 0x8}; unsigned char port[5] = { 0x0, 0x0, 0x0, 0x3, 0x9}; if(buff==NULL || len<=0 || ok_len==NULL) return -1; *ok_len = 0; btkeyword[0] = 19; memcpy(&btkeyword[1],"BitTorrent protocol",19); // BitTorrent协议关键字 unsigned char c[4]; unsigned int length; for(i = 0; i < len; ) { // 握手、chocke、have等消息的长度是固定的 if( i+68<=len && memcmp(&buff[i],btkeyword,20)==0 ) i += 68; else if( i+4 <=len && memcmp(&buff[i],keep_alive,4)==0 ) i += 4; else if( i+5 <=len && memcmp(&buff[i],chocke,5)==0 ) i += 5; else if( i+5 <=len && memcmp(&buff[i],unchocke,5)==0 ) i += 5; else if( i+5 <=len && memcmp(&buff[i],interested,5)==0 ) i += 5; else if( i+5 <=len && memcmp(&buff[i],uninterested,5)==0 ) i += 5; else if( i+9 <=len && memcmp(&buff[i],have,5)==0 ) i += 9; else if( i+17<=len && memcmp(&buff[i],request,5)==0 ) i += 17; else if( i+17<=len && memcmp(&buff[i],cancel,5)==0 ) i += 17; else if( i+7 <=len && memcmp(&buff[i],port,5)==0 ) i += 7; // bitfield消息的长度是变化的 else if( i+5 <=len && buff[i+4]==5 ) { c[0] = buff[i]; c[1] = buff[i+1]; c[2] = buff[i+2]; c[3] = buff[i+3]; length = char_to_int(c); // 消息长度占4字节,消息本身占length个字节 if( i+4+length <= len ) i += 4+length; else { *ok_len = i; return -1; } } // piece消息的长度也是变化的 else if( i+5 <=len && buff[i+4]==7 ) { c[0] = buff[i]; c[1] = buff[i+1]; c[2] = buff[i+2]; c[3] = buff[i+3]; length = char_to_int(c); // 消息长度占4字节,消息本身占length个字节 if( i+4+length <= len ) i += 4+length; else { *ok_len = i; return -1; } } else { // 处理未知类型的消息 if(i+4 <= len) { c[0] = buff[i]; c[1] = buff[i+1]; c[2] = buff[i+2]; c[3] = buff[i+3]; length = char_to_int(c); // 消息长度占4字节,消息本身占length个字节 if(i+4+length <= len) { i += 4+length; continue; } else { *ok_len = i; return -1; } } // 如果也不是未知消息类型,则认为目前接收的数据还不是一个完整的消息 *ok_len = i; return -1; } } *ok_len = i; return 1;}int process_handshake_msg(Peer *peer,unsigned char *buff,int len){ if(peer==NULL || buff==NULL) return -1; if(memcmp(info_hash,buff+28,20) != 0) { peer->state = CLOSING; // 丢弃发送缓冲区中的数据 discard_send_buffer(peer); clear_btcache_before_peer_close(peer); close(peer->socket); return -1; } memcpy(peer->id,buff+48,20); (peer->id)[20] = '\0'; if(peer->state == INITIAL) { peer->state = HANDSHAKED; create_handshake_msg(info_hash,peer_id,peer); } if(peer->state == HALFSHAKED) peer->state = HANDSHAKED; peer->start_timestamp = time(NULL); return 0;}int process_keep_alive_msg(Peer *peer,unsigned char *buff,int len){ if(peer==NULL || buff==NULL) return -1; peer->start_timestamp = time(NULL); return 0;}int process_choke_msg(Peer *peer,unsigned char *buff,int len){ if(peer==NULL || buff==NULL) return -1; if( peer->state!=CLOSING && peer->peer_choking==0 ) { peer->peer_choking = 1; peer->last_down_timestamp = 0; peer->down_count = 0; peer->down_rate = 0; } peer->start_timestamp = time(NULL); return 0;}int process_unchoke_msg(Peer *peer,unsigned char *buff,int len){ if(peer==NULL || buff==NULL) return -1; if( peer->state!=CLOSING && peer->peer_choking==1 ) { peer->peer_choking = 0; if(peer->am_interested == 1) create_req_slice_msg(peer); else { peer->am_interested = is_interested(&(peer->bitmap), bitmap); if(peer->am_interested == 1) create_req_slice_msg(peer); else printf("Received unchoke but Not interested to IP:%s \n",peer->ip); } peer->last_down_timestamp = 0; peer->down_count = 0; peer->down_rate = 0; } peer->start_timestamp = time(NULL); return 0;}int process_interested_msg(Peer *peer,unsigned char *buff,int len){ if(peer==NULL || buff==NULL) return -1; if( peer->state!=CLOSING && peer->state==DATA ) { peer->peer_interested = is_interested(bitmap, &(peer->bitmap)); if(peer->peer_interested == 0) return -1; if(peer->am_choking == 0) create_chock_interested_msg(1,peer); } peer->start_timestamp = time(NULL); return 0;}int process_uninterested_msg(Peer *peer,unsigned char *buff,int len){ if(peer==NULL || buff==NULL) return -1; if( peer->state!=CLOSING && peer->state==DATA ) { peer->peer_interested = 0; cancel_requested_list(peer); } peer->start_timestamp = time(NULL); return 0;}int process_have_msg(Peer *peer,unsigned char *buff,int len){ int rand_num; unsigned char c[4]; if(peer==NULL || buff==NULL) return -1; srand(time(NULL)); rand_num = rand() % 3; if( peer->state!=CLOSING && peer->state==DATA ) { c[0] = buff[5]; c[1] = buff[6]; c[2] = buff[7]; c[3] = buff[8]; if(peer->bitmap.bitfield != NULL) set_bit_value(&(peer->bitmap),char_to_int(c),1); if(peer->am_interested == 0) { peer->am_interested = is_interested(&(peer->bitmap), bitmap); // 由原来的对peer不感兴趣变为感兴趣时,发interested消息 if(peer->am_interested == 1) create_chock_interested_msg(2,peer); } else { // 收到三个have则发一个interested消息 if(rand_num == 0) create_chock_interested_msg(2,peer); } } peer->start_timestamp = time(NULL); return 0;}int process_cancel_msg(Peer *peer,unsigned char *buff,int len){ unsigned char c[4]; int index, begin, length; if(peer==NULL || buff==NULL) return -1; c[0] = buff[5]; c[1] = buff[6]; c[2] = buff[7]; c[3] = buff[8]; index = char_to_int(c); c[0] = buff[9]; c[1] = buff[10]; c[2] = buff[11]; c[3] = buff[12]; begin = char_to_int(c); c[0] = buff[13]; c[1] = buff[14]; c[2] = buff[15]; c[3] = buff[16]; length = char_to_int(c); Request_piece *p, *q; p = q = peer->Requested_piece_head; while(p != NULL) { if( p->index==index && p->begin==begin && p->length==length ) { if(p == peer->Requested_piece_head) peer->Requested_piece_head = p->next; else q->next = p->next; free(p); break; } q = p; p = p->next; } peer->start_timestamp = time(NULL); return 0;}int process_bitfield_msg(Peer *peer,unsigned char *buff,int len){ unsigned char c[4]; if(peer==NULL || buff==NULL) return -1; if(peer->state==HANDSHAKED || peer->state==SENDBITFIELD) { c[0] = buff[0]; c[1] = buff[1]; c[2] = buff[2]; c[3] = buff[3]; if( peer->bitmap.bitfield != NULL ) { free(peer->bitmap.bitfield); peer->bitmap.bitfield = NULL; } peer->bitmap.valid_length = bitmap->valid_length; if(bitmap->bitfield_length != char_to_int(c)-1) { peer->state = CLOSING; // 丢弃发送缓冲区中的数据 discard_send_buffer(peer); clear_btcache_before_peer_close(peer); close(peer->socket); return -1; } peer->bitmap.bitfield_length = char_to_int(c) - 1; peer->bitmap.bitfield = (unsigned char *)malloc(peer->bitmap.bitfield_length); memcpy(peer->bitmap.bitfield,&buff[5],peer->bitmap.bitfield_length); // 如果原状态为已握手,收到位图后应该向peer发位图 if(peer->state == HANDSHAKED) { create_bitfield_msg(bitmap->bitfield,bitmap->bitfield_length,peer); peer->state = DATA; } // 如果原状态为已发送位图,收到位图后可以准备交换数据 if(peer->state == SENDBITFIELD) { peer->state = DATA; } // 判断peer是否对我们感兴趣 peer->peer_interested = is_interested(bitmap,&(peer->bitmap)); // 判断对peer是否感兴趣,若是则发送interested消息 peer->am_interested = is_interested(&(peer->bitmap), bitmap); if(peer->am_interested == 1) create_chock_interested_msg(2,peer); } peer->start_timestamp = time(NULL); return 0;}int process_request_msg(Peer *peer,unsigned char *buff,int len){ unsigned char c[4]; int index, begin, length; Request_piece *request_piece, *p; if(peer==NULL || buff==NULL) return -1; if(peer->am_choking==0 && peer->peer_interested==1) { c[0] = buff[5]; c[1] = buff[6]; c[2] = buff[7]; c[3] = buff[8]; index = char_to_int(c); c[0] = buff[9]; c[1] = buff[10]; c[2] = buff[11]; c[3] = buff[12]; begin = char_to_int(c); c[0] = buff[13]; c[1] = buff[14]; c[2] = buff[15]; c[3] = buff[16]; length = char_to_int(c); // 错误的slice请求 if( begin%(16*1024) != 0 ) { return 0; } // 查看该请求是否已存在,若已存在,则不进行处理 p = peer->Requested_piece_head; while(p != NULL) { if(p->index==index && p->begin==begin && p->length==length) { break; } p = p->next; } if(p != NULL) return 0; // 将请求加入到请求队列中 request_piece = (Request_piece *)malloc(sizeof(Request_piece)); if(request_piece == NULL) { printf("%s:%d error",__FILE__,__LINE__); return 0; } request_piece->index = index; request_piece->begin = begin; request_piece->length = length; request_piece->next = NULL; if( peer->Requested_piece_head == NULL ) peer->Requested_piece_head = request_piece; else { p = peer->Requested_piece_head; while(p->next != NULL) p = p->next; p->next = request_piece; } //printf("*** add a request FROM IP:%s index:%-6d begin:%-6x ***\n", // peer->ip,index,begin); } peer->start_timestamp = time(NULL); return 0;}int process_piece_msg(Peer *peer,unsigned char *buff,int len){ unsigned char c[4]; int index, begin, length; Request_piece *p; if(peer==NULL || buff==NULL) return -1; if(peer->peer_choking==0) { c[0] = buff[0]; c[1] = buff[1]; c[2] = buff[2]; c[3] = buff[3]; length = char_to_int(c) - 9; c[0] = buff[5]; c[1] = buff[6]; c[2] = buff[7]; c[3] = buff[8]; index = char_to_int(c); c[0] = buff[9]; c[1] = buff[10]; c[2] = buff[11]; c[3] = buff[12]; begin = char_to_int(c); p = peer->Request_piece_head; while(p != NULL) { if(p->index==index && p->begin==begin && p->length==length) break; p = p->next; } if(p == NULL) {printf("did not found matched request\n"); return -1;} if(peer->last_down_timestamp == 0) peer->last_down_timestamp = time(NULL); peer->down_count += length; peer->down_total += length; write_slice_to_btcache(index,begin,length,buff+13,length,peer); create_req_slice_msg(peer); } peer->start_timestamp = time(NULL); return 0;}int parse_response(Peer *peer){ unsigned char btkeyword[20]; unsigned char keep_alive[4] = { 0x0, 0x0, 0x0, 0x0 }; int index; unsigned char *buff = peer->in_buff; int len = peer->buff_len; if(buff==NULL || peer==NULL) return -1; btkeyword[0] = 19; memcpy(&btkeyword[1],"BitTorrent protocol",19); // BitTorrent协议关键字 // 分别处理12种消息 for(index = 0; index < len; ) { if( (len-index >= 68) && (memcmp(&buff[index],btkeyword,20) == 0) ) { process_handshake_msg(peer,buff+index,68); index += 68; } else if( (len-index >= 4) && (memcmp(&buff[index],keep_alive,4) == 0)){ process_keep_alive_msg(peer,buff+index,4); index += 4; } else if( (len-index >= 5) && (buff[index+4] == CHOKE) ) { process_choke_msg(peer,buff+index,5); index += 5; } else if( (len-index >= 5) && (buff[index+4] == UNCHOKE) ) { process_unchoke_msg(peer,buff+index,5); index += 5; } else if( (len-index >= 5) && (buff[index+4] == INTERESTED) ) { process_interested_msg(peer,buff+index,5); index += 5; } else if( (len-index >= 5) && (buff[index+4] == UNINTERESTED) ) { process_uninterested_msg(peer,buff+index,5); index += 5; } else if( (len-index >= 9) && (buff[index+4] == HAVE) ) { process_have_msg(peer,buff+index,9); index += 9; } else if( (len-index >= 5) && (buff[index+4] == BITFIELD) ) { process_bitfield_msg(peer,buff+index,peer->bitmap.bitfield_length+5); index += peer->bitmap.bitfield_length + 5; } else if( (len-index >= 17) && (buff[index+4] == REQUEST) ) { process_request_msg(peer,buff+index,17); index += 17; } else if( (len-index >= 13) && (buff[index+4] == PIECE) ) { unsigned char c[4]; int length; c[0] = buff[index]; c[1] = buff[index+1]; c[2] = buff[index+2]; c[3] = buff[index+3]; length = char_to_int(c) - 9; process_piece_msg(peer,buff+index,length+13); index += length + 13; // length+13为piece消息的长度 } else if( (len-index >= 17) && (buff[index+4] == CANCEL) ) { process_cancel_msg(peer,buff+index,17); index += 17; } else if( (len-index >= 7) && (buff[index+4] == PORT) ) { index += 7; } else { // 如果是未知的消息类型,则跳过不予处理 unsigned char c[4]; int length; if(index+4 <= len) { c[0] = buff[index]; c[1] = buff[index+1]; c[2] = buff[index+2]; c[3] = buff[index+3]; length = char_to_int(c); if(index+4+length <= len) { index += 4+length; continue; } } // 如果是一条错误的消息,清空接收缓冲区 peer->buff_len = 0; return -1; } } // end for // 接收缓冲区中的消息处理完毕后,清空接收缓冲区 peer->buff_len = 0; return 0;}int parse_response_uncomplete_msg(Peer *p,int ok_len){ char *tmp_buff; int tmp_buff_len; // 分配存储空间,并保存接收缓冲区中不完整的消息 tmp_buff_len = p->buff_len - ok_len; if(tmp_buff_len <= 0) return -1; tmp_buff = (char *)malloc(tmp_buff_len); if(tmp_buff == NULL) { printf("%s:%d error\n",__FILE__,__LINE__); return -1; } memcpy(tmp_buff,p->in_buff+ok_len,tmp_buff_len); // 处理接收缓冲区中前面完整的消息 p->buff_len = ok_len; parse_response(p); // 将不完整的消息拷贝到接收缓冲区的开始处 memcpy(p->in_buff,tmp_buff,tmp_buff_len); p->buff_len = tmp_buff_len; if(tmp_buff != NULL) free(tmp_buff); return 0;}// 当下载完一个piece时,应该向所有的peer发送have消息int prepare_send_have_msg(){ Peer *p = peer_head; int i; if(peer_head == NULL) return -1; if(have_piece_index[0] == -1) return -1; while(p != NULL) { for(i = 0; i < 64; i++) { if(have_piece_index[i] != -1) { create_have_msg(have_piece_index[i],p); } else { break; } } p = p->next; } for(i = 0; i < 64; i++) { if(have_piece_index[i] == -1) { break; } else { have_piece_index[i] = -1; } } return 0;}// 主动创建发送给peer的消息,而不是等收到某个消息再作出响应int create_response_message(Peer *peer){ if(peer==NULL) return -1; if(peer->state == INITIAL) { create_handshake_msg(info_hash,peer_id,peer); peer->state = HALFSHAKED; return 0; } if(peer->state == HANDSHAKED) { if(bitmap == NULL) return -1; create_bitfield_msg(bitmap->bitfield,bitmap->bitfield_length,peer); peer->state = SENDBITFIELD; return 0; } // 发送piece消息,即发送下载文件的内容 if( peer->am_choking==0 && peer->Requested_piece_head!=NULL ) { Request_piece *req_p = peer->Requested_piece_head; int ret = read_slice_for_send(req_p->index,req_p->begin,req_p->length,peer); if(ret < 0 ) { printf("read_slice_for_send ERROR\n");} else { if(peer->last_up_timestamp == 0) peer->last_up_timestamp = time(NULL); peer->up_count += req_p->length; peer->up_total += req_p->length; peer->Requested_piece_head = req_p->next; //printf("********* sending a slice TO:%s index:%-5d begin:%-5x *********\n", //peer->ip,req_p->index,req_p->begin); free(req_p); return 0; } } // 如果3分钟没有收到任何消息关闭连接 time_t now = time(NULL); // 获取当前时间 long interval1 = now - peer->start_timestamp; if( interval1 > 180 ) { peer->state = CLOSING; discard_send_buffer(peer); // 丢弃发送缓冲区中的数据 clear_btcache_before_peer_close(peer); close(peer->socket); } // 如果45秒没有发送和接收消息,则发送一个keep_alive消息 long interval2 = now - peer->recet_timestamp; if( interval1>45 && interval2>45 && peer->msg_len==0) create_keep_alive_msg(peer); return 0;}void discard_send_buffer(Peer *peer){ struct linger lin; int lin_len; lin.l_onoff = 1; lin.l_linger = 0; lin_len = sizeof(lin); if(peer->socket > 0) { setsockopt(peer->socket,SOL_SOCKET,SO_LINGER,(char *)&lin,lin_len); }}

(7)其他模块见完整代码

(8)main.c

#include 
#include
#include
#include
#include
#include "data.h"#include "tracker.h"#include "bitfield.h"#include "torrent.h"#include "parse_metafile.h"#include "signal_hander.h"#include "policy.h"#include "log.h"// #define DEBUGint main(int argc, char *argv[]){ int ret; if(argc != 2) { printf("usage:%s metafile\n",argv[0]); exit(-1); } // 设置信号处理函数 ret = set_signal_hander(); if(ret != 0) { printf("%s:%d error\n",__FILE__,__LINE__); return -1; } // 解析种子文件 ret = parse_metafile(argv[1]); if(ret != 0) { printf("%s:%d error\n",__FILE__,__LINE__); return -1; } // 初始化非阻塞peer init_unchoke_peers(); // 创建用于保存下载数据的文件 ret = create_files(); if(ret != 0) { printf("%s:%d error\n",__FILE__,__LINE__); return -1; } // 创建位图 ret = create_bitfield(); if(ret != 0) { printf("%s:%d error\n",__FILE__,__LINE__); return -1; } // 创建缓冲区 ret = create_btcache(); if(ret != 0) { printf("%s:%d error\n",__FILE__,__LINE__); return -1; } // 负责与所有Peer收发数据、交换消息 download_upload_with_peers(); // 做一些清理工作,主要是释放动态分配的内存 do_clear_work(); return 0;}

(9)makefile

CC=gccCFLAGS= -Iinclude -Wall  -g -DDEBUGLDFLAGS=-L./lib -Wl,-rpath=./lib -Wl,-rpath=/usr/local/libttorrent: main.o parse_metafile.o tracker.o bitfield.o sha1.o message.o peer.o data.o policy.o torrent.o bterror.o log.o signal_hander.o	$(CC) -o $@ $(LDFLAGS) $^ -ldlclean:	rm -rf *.o ttorrent

 

4、编译运行

$make$ ./ttorrent Bt_Music.torrent

在终端下执行make生成可执行程序ttorrent,下载到种子文件torrent。

在可执行程序的当前目录下会出现下载的文件:

 

三、总结

(1)上述内容均来自以前书籍,仅是为了保存记忆以文字形式记录于此。

(2)若有建议,请留言,在此先感谢!

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