CN111314480B - 负载自适应跨平台文件传输协议分布式服务实现方法 - Google Patents

负载自适应跨平台文件传输协议分布式服务实现方法 Download PDF

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本发明涉及数据传输通讯技术领域，特别涉及一种负载自适应跨平台文件传输协议分布式服务实现方法。文件传输协议的设计包括固定报文头、变长报文头和报文体，还包括分布式文件传输服务，固定报文头包括报文主类型，报文子类型，协议编号，消息分类，报文体标识，变长报文长度，报文体为按块划分的二进制的文件内容。该文件传输协议的分布式服务实现方法，分布式文件传输服务包括文件发送传输和文件接收传输，文件发送传输、文件接收传输均包括文件传输进程模块和安全代理进程模块。本发明采用私有二进制协议，能够依据文件块灵活传输以持久化存储文件，方便进行分布式设计及扩展，文件传输效率高、安全性高。

Description

负载自适应跨平台文件传输协议分布式服务实现方法
技术领域
本发明涉及数据传输通讯技术领域，特别涉及一种负载自适应跨平台文件传输协议及其分布式服务实现方法。
背景技术
文件传输协议(FTP)是国际互联网上使用非常广泛的一种通讯协议。它是由支持国际互联网文件传输的各种规则所组成的集合，用于管理计算机之间的文件传送，国际互联网用户可以把文件从一个主机拷贝到另一个主机上。FTP文件传输协议是TCP/IP协议组中的协议之一。具体的，FTP协议包括两个组成部分，其一为FTP服务器，其二为FTP客户端。其中 FTP服务器用来存储文件，用户可以使用FTP客户端通过FTP协议访问位于FTP服务器上的资源。在开发网站的时候，通常利用FTP协议把网页或程序传到Web服务器上。
但是，传统的FTP协议存在以下缺点：首先，传统的FTP协议不考虑文件自身的内容，一味使用ASCII模式传输数据是不合理的，这种传输模式甚至会造成文件损坏。其次，工作方式设计不合理，文件传输协议(FTP)可以在主动模式(PORT)或被动模式(PASV)下工作，这决定了数据链接建立的方式。在主动模式下，客户端首先向服务器端发送IP地址和端口号，然后等待服务器端建立TCP链接。在被动模式下，客户端同样首先建立到服务器的链接，但服务器端会开启一个端口(1024到5000之间)，等待客户端传输数据。甚至是客户端会侦听服务器端。第三，目前文件传输设计在密码安全策略上不完善，在FTP客户端和服务器端，数据以明文的形式传输，任何对通讯路径上的路由具有控制能力的人，都可以通过嗅探获取你的密码和数据。我们当然可以使用SSL封装FTP，但FTP是通过建立多次链接进行数据传输的，我们即便是保护了密码安全，也很难保护数据传输的安全性。第四，基于传统文件传输协议设计的文件传输服务器在扩展性以及灵活性上要差一些，尤其在分布式支持上更是不太友好，文件传输效率低下。所以，现在急需开发一种文件传输效率高、数据安全性高、可分布式扩展的文件传输协议。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够依据文件块灵活传输以及持久化存储文件，方便进行分布式设计以及扩展，文件传输效率及安全性高的负载自适应跨平台文件传输协议及其分布式服务实现方法。
本发明为实现上述目的采用的技术方案是：一种负载自适应跨平台文件传输协议，所述文件传输协议的设计包括固定报文头、变长报文头和报文体，还包括分布式文件传输服务，所述固定报文头包括报文主类型，报文子类型，字段可进行扩展的协议编号，字段可以进行扩展的消息分类，用于标识报文是否有报文体的报文体标识，用于表示变长报文头长度的变长报文长度，所述报文体为按块划分的二进制的文件内容。
上述的负载自适应跨平台文件传输协议，所述变长报文头的属性包括报文体长度，文件发送端的用户id，文件接收端的用户id列表，错误代码，报文交易标识，文件长度，文件名称，文件块大小，文件md5，文件id，文件块索引。
上述的负载自适应跨平台文件传输协议，所述报文子类型包括发送文件请求报文，发送文件应答报文，文件取消请求报文，文件取消响应报文，文件接收请求报文，文件接收响应报文，文件块发送报文，文件接收数量反馈报文，文件块请求报文，文件发送结束报文，文件接收结束报文。
上述的负载自适应跨平台文件传输协议，所述分布式文件传输服务包括文件发送传输和文件接收传输，所述文件发送传输、文件接收传输均包括可在对个计算机上部署的文件传输进程模块和安全代理进程模块，所述文件传输进程模块由低向上分为文件持久层和文件管理层。
上述的负载自适应跨平台文件传输协议，所述安全代理进程模块包括代理功能和安全功能，所述文件管理层包括日志管理模块、元数据管理模块、缓存管理模块和异步读写模块。
一种负载自适应跨平台文件传输协议的分布式服务实现方法，包括如下步骤：
a、文件发送传输
1)启动文件传输主线程，在启动主进程的同时启动元数据处理线程，此后两个线程将并发执行；
2)文件传输主线程打开数据文件流，并开辟缓存空间，同时元数据处理线程加载元数据信息，并开始监听线程命令队列；
3)文件传输主线程监听指定端口，等待客户端请求；
4)客户端连接文件传输服务，文件传输主线程在接收客户端连接请求之后建立与客户端的连接；
5)客户端向文件传输服务发送文件发送请求，文件传输服务在接收到客户端连接请求之后，为文件申请文件id并对客户端的连接请求进行响应；
6)客户端在接收到文件传输服务的响应之后，将文件id存储，之后发送的报文都带着此文件id，开始将文件分块发送至文件传输服务；
7)文件传输服务再接收到客户端发送的文件块之后将文件块进行缓存并异步的批量的写入数据文件；
8)客户端在发送完所有的文件之后会向文件传输服务发送文件发送完成命令，文件传输服务在接收到完成命令之后会将文件块持久化到数据文件中，并向元数据处理线程队列中提交命令，元数据处理线程在接收到此命令后会将文件的元数据信息写入元数据文件中；
b、文件接收传输
1)启动文件传输主线程，在启动主进程的同时启动元数据处理线程，此后两个线程将并发执行；
2)文件传输主线程打开数据文件流，并开辟缓存空间，同时元数据处理线程加载元数据信息，并开始监听线程命令队列；
3)文件传输主线程监听指定端口，等待客户端请求；
4)客户端连接文件传输服务，文件传输主线程在接收客户端连接请求之后建立与客户端的连接；
5)客户端向文件传输服务发送文件接收请求，文件传输服务在接收到客户端请求之后，向元数据处理线程发送查询元数据信息命令，元数据处理线程在接收到查询命令之后，查询文件的元数据信息，并将结果返回给文件传输服务主线程，文件传输服务主线程将文件元数据信息返回给客户端，客户端接收的元数据信息需要进行校验确定该文件是否为要请求接收的文件，如果是准备进行接收；
6)文件传输服务主线程，将文件分块发送至客户端；
7)客户端接收到文件块并持久化到本地存储中，在接收完毕后向文件传输服务发送接收完成命令；
8)文件传输服务接收到文件完成命令后进行相应的内存处理，完成对整个文件的发送过程。
本发明负载自适应跨平台文件传输协议及其分布式服务实现方法的有益效果是：本发明中的文件传输协议为私有二进制协议，依据文件大小将需要传输的文件按照固定文件块进行划分，从而可提升文件传输效率以及灵活性，并支持负载均衡，减轻后台服务压力。本发明中的文件传输服务实现方法，实现了跨平台以及分布式的部署，并在安全方面做了处理，保证了文件在传输过程中的安全性。本发明采用私有二进制协议，能够依据文件块灵活传输以及持久化存储文件，方便进行分布式设计以及扩展，文件传输效率高、安全性高，值得广泛推广应用。
附图说明
图1为文件发送传输服务流程图；
图2为文件接收传输服务流程图；
图3为分布式文件传输服务架构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明；
如图1、2、3所示，一种负载自适应跨平台文件传输协议，文件传输协议的设计包括固定报文头、变长报文头和报文体，还包括分布式文件传输服务。其中，固定报文头为固定大小的报文，为了减少报文头容量尽量少占用传输带宽，按照bit对报文头各个属性进行划分，分为如下属性：报文主类型、报文子类型、协议编号、消息分类、报文体标识、用于表示变长报文头长度的变长报文长度等。其中，协议编号目前仅支持一种，该字段可进行扩展。报文体标识用于标识报文是否有报文体，文件传输大部分报文是用来做传输过程中的交互使用，不需要报文体，仅在传输具体文件块的时候才需要报文体。消息分类目前仅支持一种，普通消息，该字段可进行扩展。报文主类型为文件传输类型，其他情况用来扩展使用；报文体为按块划分的二进制的文件内容。
本实施例中报文子类型分为如下几种：
Figure BDA0002392263400000041
本实施例中变长报文头包含如下属性：
Figure BDA0002392263400000042
分布式文件传输服务包括文件发送传输和文件接收传输，文件发送传输、文件接收传输均包括可在对个计算机上部署的文件传输进程模块和安全代理进程模块。
其中，文件传输进程模块可在多个计算机上部署，为分布式文件传输服务的核心组件。文件传输进程模块自低向上分为：文件持久层和文件管理层两个部分。
文件持久层为文件数据提供存储管理，在进程启动之前约定好一个合适大小的文件块(一般为1024字节的整数倍)，在客户端发送文件时，依据要发送的文件的大小选择不同文件块对应的文件传输进程进行处理。
文件管理层为文件数据提供日志、读写、元数据、缓存管理，分为四个模块：日志管理模块、元数据管理模块、缓存管理模块和异步读写模块。日志管理模块：提供日志输出功能，方便服务器日常运维快速查错。元数据管理模块：为文件数据提供持久化管理功能，元数据模块包括：文件长度、文件MD5、文件块位置信息、文件名等文件信息。这些信息方便在服务重启时，以及收发文件时重组文件数据。缓存管理模块：为了提高文件传输效率，在内存中对文件块进行缓存，从而减少硬盘访问的次数。异步读写模块：采用异步而非传统的同步读写方式，在很大程度上提升文件读写的性能。
本实施例中安全代理进程提供两个主要功能：代理和安全。代理功能：该进程为客户端连接文件传输服务进程提供代理，客户端的请求以及文件数据将经由此进程转发至文件传输服务，反之文件传输服务进程的文件数据也经由安全代理进程转发给客户端。安全保证：安全代理进程与客户端和文件传输服务进程之间采用基于SSL技术的安全socket代理进行通信，保证请求、指令数据以及文件数据在传输过程中的安全性。
一种负载自适应跨平台文件传输协议的分布式服务实现方法，包括如下步骤：
a、文件发送传输
1)启动文件传输主线程，在启动主进程的同时启动元数据处理线程，此后两个线程将并发执行；
2)文件传输主线程打开数据文件流，并开辟缓存空间(大小可在配置文件中指定)，同时元数据处理线程加载元数据信息，并开始监听线程命令队列；
3)文件传输主线程监听指定端口(可在配置文件中配置)，等待客户端请求；
4)客户端连接文件传输服务，文件传输主线程在接收客户端连接请求之后建立与客户端的连接；
5)客户端向文件传输服务发送文件发送请求，文件传输服务在接收到客户端连接请求之后，为文件申请文件id并对客户端的连接请求进行响应；
6)客户端在接收到文件传输服务的响应之后，将文件id存储，之后发送的报文都带着此文件id，开始将文件分块发送至文件传输服务；
7)文件传输服务再接收到客户端发送的文件块之后将文件块进行缓存并异步的批量的写入数据文件；
8)客户端在发送完所有的文件之后会向文件传输服务发送文件发送完成命令，文件传输服务在接收到完成命令之后会将文件块持久化到数据文件中，并向元数据处理线程队列中提交命令，元数据处理线程在接收到此命令后会将文件的元数据信息写入元数据文件中。
b、文件接收传输
1)启动文件传输主线程，在启动主进程的同时启动元数据处理线程，此后两个线程将并发执行；
2)文件传输主线程打开数据文件流，并开辟缓存空间(大小可在配置文件中指定)，同时元数据处理线程加载元数据信息，并开始监听线程命令队列；
3)文件传输主线程监听指定端口(可在配置文件中配置)，等待客户端请求；
4)客户端连接文件传输服务，文件传输主线程在接收客户端连接请求之后建立与客户端的连接；
5)客户端向文件传输服务发送文件接收请求，文件传输服务在接收到客户端请求之后，向元数据处理线程发送查询元数据信息命令，元数据处理线程在接收到查询命令之后，查询文件的元数据信息，并将结果返回给文件传输服务主线程，文件传输服务主线程将文件元数据信息返回给客户端，客户端接收的元数据信息需要进行校验确定该文件是否为要请求接收的文件，如果是准备进行接收；
6)文件传输服务主线程，将文件分块发送至客户端；
7)客户端接收到文件块并持久化到本地存储中，在接收完毕后向文件传输服务发送接收完成命令；
8)文件传输服务接收到文件完成命令后进行相应的内存处理，完成对整个文件的发送过程。
本发明提供的文件传输协议为私有二进制协议，依据文件大小将需要传输的文件按照固定文件块进行划分，从而提升文件传输效率以及灵活性，并支持负载均衡，减轻后台服务压力。基于此协议设计了文件传输服务，实现了跨平台以及分布式的部署，并在安全方面做了处理，保证文件在传输过程中的安全性。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修改，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种负载自适应跨平台文件传输协议分布式服务实现方法，其特征在于：所述文件传输协议包括固定报文头、变长报文头和报文体，所述固定报文头包括报文主类型，报文子类型，字段可进行扩展的协议编号，字段可以进行扩展的消息分类，用于标识报文是否有报文体的报文体标识，用于表示变长报文头长度的变长报文长度，所述报文体为按块划分的二进制的文件内容，所述变长报文头的属性包括报文体长度，文件发送端的用户id，文件接收端的用户id列表，错误代码，报文交易标识，文件长度，文件名称，文件块大小，文件md5，文件id，文件块索引，所述实现方法包括如下步骤：
a、文件发送传输
1)启动文件传输主线程，在启动主进程的同时启动元数据处理线程，此后两个线程将并发执行；
2)文件传输主线程打开数据文件流，并开辟缓存空间，同时元数据处理线程加载元数据信息，并开始监听线程命令队列；
3)文件传输主线程监听指定端口，等待客户端请求；
4)客户端连接文件传输服务，文件传输主线程在接收客户端连接请求之后建立与客户端的连接；
5)客户端向文件传输服务发送文件发送请求，文件传输服务在接收到客户端连接请求之后，为文件申请文件id并对客户端的连接请求进行响应；
6)客户端在接收到文件传输服务的响应之后，将文件id存储，之后发送的报文都带着此文件id，开始将文件分块发送至文件传输服务；
7)文件传输服务再接收到客户端发送的文件块之后将文件块进行缓存并异步的批量的写入数据文件；
8)客户端在发送完所有的文件之后会向文件传输服务发送文件发送完成命令，文件传输服务在接收到完成命令之后会将文件块持久化到数据文件中，并向元数据处理线程队列中提交命令，元数据处理线程在接收到此命令后会将文件的元数据信息写入元数据文件中；
b、文件接收传输
1)启动文件传输主线程，在启动主进程的同时启动元数据处理线程，此后两个线程将并发执行；
2)文件传输主线程打开数据文件流，并开辟缓存空间，同时元数据处理线程加载元数据信息，并开始监听线程命令队列；
3)文件传输主线程监听指定端口，等待客户端请求；
4)客户端连接文件传输服务，文件传输主线程在接收客户端连接请求之后建立与客户端的连接；
5)客户端向文件传输服务发送文件接收请求，文件传输服务在接收到客户端请求之后，向元数据处理线程发送查询元数据信息命令，元数据处理线程在接收到查询命令之后，查询文件的元数据信息，并将结果返回给文件传输服务主线程，文件传输服务主线程将文件元数据信息返回给客户端，客户端接收的元数据信息需要进行校验确定该文件是否为要请求接收的文件，如果是准备进行接收；
6)文件传输服务主线程，将文件分块发送至客户端；
7)客户端接收到文件块并持久化到本地存储中，在接收完毕后向文件传输服务发送接收完成命令；
8)文件传输服务接收到文件完成命令后进行相应的内存处理，完成对整个文件的发送过程。
2.根据权利要求1所述的一种负载自适应跨平台文件传输协议分布式服务实现方法，其特征在于：所述报文子类型包括发送文件请求报文，发送文件应答报文，文件取消请求报文，文件取消响应报文，文件接收请求报文，文件接收响应报文，文件块发送报文，文件接收数量反馈报文，文件块请求报文，文件发送结束报文，文件接收结束报文。
3.根据权利要求2所述的一种负载自适应跨平台文件传输协议分布式服务实现方法，其特征在于：所述分布式服务包括文件发送传输和文件接收传输，所述文件发送传输、文件接收传输均包括可在对个计算机上部署的文件传输进程模块和安全代理进程模块，所述文件传输进程模块由低向上分为文件持久层和文件管理层。
4.根据权利要求3所述的一种负载自适应跨平台文件传输协议分布式服务实现方法，其特征在于：所述安全代理进程模块包括代理功能和安全功能，所述文件管理层包括日志管理模块、元数据管理模块、缓存管理模块和异步读写模块。
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