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作者：郝玉鍇
FTP服務是目前廣泛應用的因特網(wǎng)應用服務之一，為了在國產(chǎn)嵌入式實時操作系統(tǒng)平臺上開發(fā)FTP服務，采用多線程并發(fā)服務器的體系結(jié)構(gòu)設計了一種嵌入式FTP服務器，實現(xiàn)了包括對RFC959標準定義的訪問控制命令、傳輸參數(shù)命令和FTP服務命令在內(nèi)的常用命令的處理和響應功能，并且對該嵌入式FTP服務器的功能和性能進行了測試。
0 引言
FTP（文件傳輸協(xié)議）是一種用于從網(wǎng)絡中一臺主機向另外一臺主機傳輸文件的協(xié)議，屬于Internet上最早提供的應用服務之一，通常將文件傳輸服務稱為FTP服務。FTP服務不受計算機類型及操作系統(tǒng)的限制，只要建立FTP鏈接的雙方都支持FTP協(xié)議，就可以方便地通過網(wǎng)絡進行遠程文件的下載、上傳和刪除等操作。
根據(jù)RFC959描述，F(xiàn)TP的目標是：促進程序/數(shù)據(jù)文件的共享；鼓勵（通過程序）使用遠程計算機；使用戶不必面對不同主機上不同文件系統(tǒng)的差異；對數(shù)據(jù)進行高效可靠的傳輸。本文在國產(chǎn)嵌入式實時操作系統(tǒng)的平臺上，在已有TCP協(xié)議支持的基礎上，設計開發(fā)滿足RFC959要求的FTP服務器，功能支持對FTP客戶端常用命令的正確響應，性能滿足嵌入式環(huán)境的要求。
1 文件傳輸過程
1.1 FTP工作模式
FTP服務采用典型的客戶端/服務器工作模式，在網(wǎng)絡遠端提供FTP服務的計算機稱為FTP服務器，與用戶的客戶端通過TCP進行鏈接。FTP服務器通過2個并行的TCP鏈接來提供服務，一個是控制鏈接，一個是數(shù)據(jù)鏈接�？刂奇溄邮冀K等待客戶與服務器之間的通信，該鏈接將客戶命令從客戶端傳給服務器，并傳回服務器的應答。數(shù)據(jù)鏈接則是每當一個文件在客戶端和服務器之間傳輸前，才進行創(chuàng)建，只用于數(shù)據(jù)傳輸目的。
客戶端與服務器及其連接情況如圖1所示。
1.2 FTP工作流程
在典型的FTP客戶機和服務器的鏈接建立及交互過程中，一般需要經(jīng)歷以下幾個步驟：
（1）在服務器端運行FTP服務器端程序，等待用戶發(fā)出鏈接請求，在客戶端運行FTP客戶端程序。
�。�2）當FTP 客戶端發(fā)起FTP 會話嘗試鏈接服務器時，客戶端首先發(fā)起建立與FTP服務器21端口之間的控制鏈接，通過該TCP鏈接發(fā)送用戶名和密碼給服務器端。
�。�3）客戶端為所在的數(shù)據(jù)鏈接選擇一個臨時的端口號，并通過控制鏈接將該端口號發(fā)送給服務器。
�。�4）當需要進入文件傳輸階段，客戶端和服務器通過“數(shù)據(jù)鏈接”來傳輸文件，通過“控制鏈接”來傳輸命令。
�。�5）當數(shù)據(jù)傳輸完畢后，關(guān)閉用于建立數(shù)據(jù)鏈接的端口，直到下次數(shù)據(jù)鏈接發(fā)起時重新打開，而控制鏈接在整個FTP會話期間一直處于打開狀態(tài)。
2 FTP 服務器設計
選擇不同的服務器模式將會影響到整個設計和實現(xiàn)階段，并且很大程度影響著服務器的性能。FTP服務器的內(nèi)部設計可以根據(jù)需要和平臺軟硬件的性能綜合考慮，選擇設計不同的服務器模式。
2.1 服務器結(jié)構(gòu)
服務器的結(jié)構(gòu)主要有循環(huán)服務器和并發(fā)服務器2種，其中并發(fā)服務器又可以細分為單線程并發(fā)服務器和多線程并發(fā)服務器。
2.1.1 循環(huán)服務器
循環(huán)服務器適用于簡單的應用協(xié)議，與客戶端采用停止-等待的通信方式，使用單個線程循環(huán)運行，每次只能處理一個客戶端的請求，但是它的設計、編碼、調(diào)試和后續(xù)維護相對并發(fā)服務器都比較簡單。
2.1.2 單線程并發(fā)服務器
單線程并發(fā)服務器是由單個服務器線程預先為多個客戶端打開TCP鏈接，當有任意的客戶端請求到達時，服務器線程由阻塞態(tài)轉(zhuǎn)為運行態(tài)來處理該客戶端請求并發(fā)送響應，在此期間阻塞其他客戶端請求。完成一個客戶端請求后，服務器線程再次阻塞以等待其他的任意客戶端的請求。單線程并發(fā)服務器適用于操作系統(tǒng)創(chuàng)建新的線程開銷很大的情況下。
2.1.3 多線程并發(fā)服務器
多線程并發(fā)服務器設計使用多個進程及多個線程，服務器首先執(zhí)行一個主線程，在熟知的端口上打開一個鏈接，等待客戶端消息，當客戶端請求到來時，主線程創(chuàng)建子線程來處理該客戶請求，此時主線程不與客戶端直接通信，而是由每個子線程并發(fā)地來與各自對應的客戶端進行通信。當子線程完成客戶請求的響應并發(fā)送給客戶端之后，子線程退出，而此時主線程一直在等待其他的客戶鏈接請求。
2.2 方案選擇
服務器結(jié)構(gòu)的方案選擇主要取決于服務器的應用場景、期望達到的性能以及方案實現(xiàn)的難易程度。
循環(huán)服務器的結(jié)構(gòu)容易實現(xiàn)但是需要客戶端等待來獲取服務，難以滿足多個客戶的需求，服務器效率性能低下；單線程服務器結(jié)構(gòu)需要服務器線程反復地在它打開的鏈接上等待客戶端請求，需要每次循環(huán)地檢查網(wǎng)絡鏈接狀況和文件系統(tǒng)處理文件的狀態(tài)，查詢完成后才能夠刷新數(shù)據(jù)顯示，因此造成不必要的延遲；多線程并發(fā)服務器同時和多個客戶端進行通信，由操作系統(tǒng)分配各個線程的處理器時間，比較適合FTP服務器的對每個客戶端一直存在控制鏈接和需要時建立數(shù)據(jù)鏈接的特點。綜合上述分析，本課題中FTP服務器采用多線程并發(fā)服務器結(jié)構(gòu)的方案是比較合理的。
