设计一个跨平台的即时通讯系统(采用华为云ECS服务器作为服务端 )

【摘要】 这篇文章介绍了ECS服务器从购买、配置，部署、设计代码的整个流程。以即时聊天系统的项目案例设计，整体介绍了ECS弹性云服务器的一个运用场景。 选择云服务器ECS的优势在于：无需自建机房，无需采购以及配置硬件设施，分钟级交付，快速部署，缩短应用上线周期。使用也很简单，一个远程终端连接上去就行。

即时通信软件的出现使人与人之间的交流相处变得更加便捷。好友即使远隔千里，依旧可以互相通信，使得友谊得以长存；亲人即便因工作相隔很远，依然可以多多联系，以便家人安心，自己舒心；正是即时通信系统使得信息走向便捷化的道路，人与人之间的交流沟通更是方便。反过来也是信息交流的不可或缺，使得即时通信系统更加具备研究价值，互联网对其的重视从不减少，反倒是与日俱增，人们对其的功能构想更是丰富多样，更是推动了互联网大环境的发展。

这篇文章就设计一个简单的即时通讯软件，也就是类似于QQ这种聊天软件，通过这个软件设计实现过程来了解TCP网络编程知识点、客户端设计思路、公网服务器部署方式等知识；本身软件并不复杂，实现的都是一些基本功能，主要是通过这套软件的设计过程来对应介绍相关的知识点。

软件整体包含了一个客户端、一个服务器。客户端采用QT设计，支持跨平台运行，服务器采用Linux系统运行，为了方便实现公网聊天，不局限于局域网，服务器采用了华为云的ECS弹性服务器，系统选择了ubuntu18.04 64位 。 服务器端存储数据的数据库采用华为云的mySQL云数据，华为云MySQL数据的使用方式在上篇文章里讲过了。客户端的数据库采用SQLITE，数据都是存储在本地的，存储一些聊天记录等信息。

下面是客户端的界面效果:

（1）这是客户端登录界面。客户端可以无限运行，一个客户端就登录一个账号。

（2）这个截图清晰些

（3）这是登录之后的窗口

（4）这是两个好友登录之后，聊天的效果。登录需要登录服务器。

接下来就从服务器的购买、部署、开始介绍整体软件的设计。

华为云的ECS云服务器现在购买也挺便宜的，刚好赶上618活动。

官网地址:

鼠标光标放在左上角的产品字样上如何把已经做好的网页放在服务器是，会弹出一个列表，介绍可以使用购买的产品。

可以看到，ECS服务器挺火的，HOT字样都打上了。

云服务器本身就类似一台远程电脑，配上公网IP，可以随时远程上去操作。有了这个服务器就很方便了，可以24小时不关机，也不用关心耗电问题，不用关心维护问题，只要自己代码没问题，就能一直稳定运行的跑。

如果初次使用服务器，也可以去免费领取一个的使用权，这个还是很方便的。

领取地址:

就在华为云的首页，可以看到免费试用产品。

现在有点晚了，服务器已经被领取完了，每天早上9点半会发放。

我之前已经领取过了，所以这里就不管了。

领取也很简单，下面贴一下当初领取时的过程记录。

（1）首先点击你想要的配置和类型领取

（2）选择配置。如果有选择，当然选择最高配置。

（3）选择操作系统，这里截图上选择的是ubuntu20.04 64位，也有ubuntu18.04可以选择，还有其他系统，具体看自己的需求。

（4）这里设置服务器的root登录密码，最好在这里就一次设置好，后面也不用再去修改。

（5）接下来就是按照流程点击下一步即可。

（6）在订单详情页面会看到资源正在创建，需要等待一段时间就会成功。

服务器买了之后，可以点击右上角的控制台按钮，去查看自己的服务器了。

在控制台页面，点击资源管理，可以看到自己有哪些实例可以使用，分别在什么区域。

点击进去自己的服务器详情页面。

服务器创建之后已经绑定了公网IP地址，这些就不用自己再次设置了。

接下来还需要设置一下安全组规则，开放一下外网访问的端口，如果不设置，不开放端口，外网无法访问服务器里的服务，这也是防火墙安全的控制手段。

点击添加规则按钮，设置自己需要开放的IP地址网段，端口范围就行了。

接下来点击页面上的远程登录按钮，登录一下服务器。

登录方式有多种，先选择一个默认方式，先体验一下，看看自己的服务器。

输入密登录即可。

登录之后进入命令行终端，熟悉的命令行出现了。

到此，一台全新的服务器已经搞定了，接下来就可以编写代码运行了。

在网页上直接登录，操作起来始终不方便，我在windows下一般使用SecureCRT 登录服务器。

服务器支持SSH协议登录，登录是很方便。

只需要知道服务器的公网IP地址、系统的用户名、系统密码即可。

公网地址就在服务器详情页面可以看到。用户名就是root，密码就是自己创建服务器时设置的密码。

下面就看一下登录效果:

点击接受并保存。

输入用户名、密码即可登录上去。

到此，采用SSH协议、利用终端软件成功登录了服务器，接下来就可以正常的开发了。

(1) 服务器设计:

登录认证： 服务器从客户端接收账户和密码，创建线程比对数据库中该用户账号、密码，比对成功，则返回用户信息给客户端，确认可进行登录。

客户端连接信息保存： 用户在客户端成功登录后，其所属账号、IP以及端口号被记录在数据库的连接信息表中以便管理。此时用户状态被置为1。反之，用户在客户端退出时，其账号、IP被连接信息表清除，此时用户状态被置为0.

用户注册： 当新用户使用时，用户需要填写用户名和密码。此时用户注册信息将存入数据库中，以备下次登录所需[10]。

增加好友： 服务触发增加好友的事件请求后，会即时将其账号信息存录数据库中进行管理。

删除好友： 服务器触发删除好友的事件请求后，会即时清除数据库中该用户的账户信息。

查找好友： 服务器一旦触发查找好友的事件请求时，会即时比对数据库中信息表的好友信息，该账号信息存在就可成功找到。

修改好友： 服务器触发好友信息修改的事件请求后，会即时更新该用户的账户信息。

好友通信： 服务器触发触发通信的事件请求时，会即时查询数据库中好友连接信息，再由此信息返回好友的ip地址及端口号给用户。

(2) 客户端设计:

用户注册： 用户在通信系统的客户端登录界面上输入账号、密码。接着，用户可单击按钮进行注册操作。此时，注册信息会即时发送给服务器，录入数据库进行管理。注册完，关闭客户端。下次登录时，用户通过客户端与服务器连接，查找账户信息，服务器判定账户信息正确，即表明注册成功。

用户登录： 用户点击“登录”按钮，根据客户端输入的账号信息判定其是否为空。若为空，程序运行不执行下述操作：向服务器发送登录请求。若不为空，程序运行即刻执行下述操作：向服务器发送登录请求。

好友在线状况： 客户端收到来自服务器的好友在线信息，好友联系人列表会发现此用户信息，表明该用户处于在线状态。用户可双击任一在线好友，双方即可进行交流。

一对一聊天： 用户双击联系人列表中任一在线友人。这时，客户端会给服务器发请求。服务器收到请求后，即时给客户端发送有关好友ip地址和端口号的连接信息。最终，双方实现信息交互。双方在聊天框中交流，客户端还含有好友聊天记录功能即消息管理。

群组聊天： 用户点击“群组”图标，客户端就会发送事件请求给服务器。服务器触发事件请求后，即时给客户端发送群聊的连接信息，此连接信息与群聊ip地址和端口号有关。最终，多人通信的用户通过客户端聊天界面实现信息交互。

为了方便拷贝代码到服务器上去，我这里采用NFS服务器的方式拷贝，在服务器上搭建NFS服务器，共享一个目录出来，本地linux系统挂载，将代码这些文件拷贝过去。

（1）服务器端需要先安装服务器。
root@ecs-348470:~# sudo apt-get install nfs-kernel-server
（2）创建一个work目录方便当做共享目录使用
root@ecs-348470:~# mkdir work
（3）编写NFS配置文件
再编写NFS服务的配置文件/etc/exports， 填入配置信息。/home/work *(rw,no_root_squash,sync,no_subtree_check,insecure)  （4）然后启动服务器即可/etc/init.d/nfs-kernel-server start #启动 NFS 服务

本地我使用的是ubuntu18.04系统，挂载服务器的路径，将群聊代码拷贝上去。

wbyq@wbyq:~nbsp;sudo mount -t nfs -o nolock 122.112.212.171:/home/work /home/wbyq/mnt/[sudo] wbyq 的密码： 
wbyq@wbyq:~nbsp;cd mnt/wbyq@wbyq:~/mntnbsp;ls
wbyq@wbyq:~/mntnbsp;sudo cp /mnt/hgfs/linux-share-dir/socket_app/* ./
wbyq@wbyq:~/mntnbsp;ls
client_app.c  server_app.c
wbyq@wbyq:~/mnt$

这是服务器的第一版群聊代码，采用多线程方式处理客户端的连接请求。群聊模式下，服务器上主要是连接客户端之后，将消息转发给其余的客户端。

**代码已经拷贝上去: **

群聊服务器版本代码实现如下:

#include #include #include #include           /* See NOTES */#include #include #include #include #include #include #include #include /*
创建服务器：
1. 创建socket套接字
2. 绑定端口号(给进程固定端口号和IP地址)--65535之内。
3. 设置监听的队列
4. 等待客户端连接
./app 8080
*/int server_fd;/*
发出的消息结构
*/struct send_pack{
	char name[50];
	char data[100];
	char type; //0x1 表示上线，0x2表示下线 0x0表示正常聊天数据};/*
保存连接上服务器的客户端信息
*/struct client_info{
	int client_fd;
	struct client_info *next;};struct client_info *LIST_HEAD=NULL;pthread_rwlock_t rwlock;struct client_info *List_CreateHead(struct client_info *head);void List_del(struct client_info *head,int client_fd);void List_add(struct client_info *head,int client_fd);/*信号处理函数*/void sighandler_func(int sig){
	/*4. 完毕套接字*/
	close(server_fd);
	printf("进程正常退出....
");
	exit(0);}/*
函数功能:线程处理子函数
*/void *func_start(void *arg){
	int client_fd=*(int*)arg;
	free(arg);
	//写加锁
	pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
	//添加节点
	List_add(LIST_HEAD,client_fd);
	//解锁
	pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
	
	int cnt;
	struct send_pack data_pack;
	struct client_info *tmp_head;
	int poll_stat;
	struct pollfd poll_fd;
	poll_fd.fd=client_fd;
	poll_fd.events=POLLIN;
	while(1)
	{
		poll_stat=poll(&poll_fd,1,-1);
		if(poll_stat>0)
		{
			cnt=read(client_fd,&data_pack,sizeof(struct send_pack));
			if(cnt==0)
			{
				//写加锁
				pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
				//删除节点
				List_del(LIST_HEAD,client_fd);
				//解锁
				pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
				
				data_pack.type=2;//下线提醒
				
				pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);
				tmp_head=LIST_HEAD;
				while(tmp_head->next)
				{
					tmp_head=tmp_head->next;
					if(tmp_head->client_fd!=client_fd)
					{
						write(tmp_head->client_fd,&data_pack,sizeof(struct send_pack));
					}
				}
				//解锁
				pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
				break;
			}
			//加锁
			pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);
			tmp_head=LIST_HEAD;
			while(tmp_head->next)
			{
				tmp_head=tmp_head->next;
				if(tmp_head->client_fd!=client_fd)
				{
					write(tmp_head->client_fd,&data_pack,sizeof(struct send_pack));
				}
			}
			//解锁
			pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
		}
		else if(poll_stat<0)
		{
			perror("poll函数监听失败.
");
			break;
		}
	}
	
	/*6. 关闭连接*/
	close(client_fd);
	pthread_exit(NULL);}int main(int argc,char **argv){
	if(argc!=2)
	{
		printf("./app <创建绑定的服务器端口号>
");
		return 0;
	}
	/*初始化读写锁*/
	pthread_rwlock_init(&rwlock,NULL);
	
	/*绑定需要捕获的信号*/
	signal(SIGINT,sighandler_func);
	/*创建链表头*/
	LIST_HEAD=List_CreateHead(LIST_HEAD);
	
	/*1. 创建socket套接字*/
	server_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
	if(server_fd<0)
	{
		printf("server:创建socket套接字失败.
");
		return 0;
	}
	/*2. 绑定端口号*/
	struct sockaddr_in server_addr;
	server_addr.sin_family=AF_INET;
	server_addr.sin_port=htons(atoi(argv[1]));//把 16 位值从主机字节序转换成网络字节序
	server_addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;//表示本地所有IP地址
	if(bind(server_fd,(const struct sockaddr *)&server_addr,sizeof(struct sockaddr_in)))
	{
		printf("server:绑定端口号失败.
");
		return 0;
	}
	/*3. 设置监听队列*/
	listen(server_fd,100);
	
	/*4. 等待客户端连接*/
	struct sockaddr_in client_addr;
	socklen_t addrlen;
	pthread_t thread_id;
	int *client_fd;
	while(1)
	{
		addrlen=sizeof(struct sockaddr_in);
		client_fd=malloc(sizeof(int));
		*client_fd=accept(server_fd,(struct sockaddr *)&client_addr,&addrlen);
		if(*client_fd<0)
		{
			printf("server:处理客户连接失败.
");
			return 0;
		}
		printf("客户端的IP地址:%s
",inet_ntoa(client_addr.sin_addr));
		printf("客户端的端口号:%d
",ntohs(client_addr.sin_port));
		/*创建新的线程*/
		if(pthread_create(&thread_id,NULL,func_start,client_fd))
		{
			printf("线程创建失败.
");
			break;
		}
		/*设置线程的分离属性*/
		pthread_detach(thread_id);
	}
	close(server_fd);
	return 0;}/*
创建链表头
*/struct client_info *List_CreateHead(struct client_info *head){
	if(head==NULL)
	{
		head=malloc(sizeof(struct client_info));
	}
	return head;}/*
添加节点
*/void List_add(struct client_info *head,int client_fd){
	struct client_info *p=head;
	struct client_info *new_node;
	while(p->next)
	{
		p=p->next;
	}
	new_node=malloc(sizeof(struct client_info));
	if(new_node==NULL)printf("内存空间申请失败.
");
	new_node->client_fd=client_fd;
	new_node->next=NULL;
	p->next=new_node;}/*
删除链表节点
*/void List_del(struct client_info *head,int client_fd){
	struct client_info *p=head;
	struct client_info *old;
	while(p->next)
	{
		old=p;
		p=p->next;
		if(p->client_fd==client_fd)
		{
			old->next=p->next;
			free(p);
			break;
		}
	}}

在服务器上编译运行代码:

root@ecs-348470:~/work# gcc server_app.c -o tcp_server -lpthread
root@ecs-348470:~/work# ls
server_app.c  tcp_server
root@ecs-348470:~/work# ./tcp_server 8899

运行服务器群聊代码，在本地ubuntu系统再运行客户端代码，测试通信效果：

在设计过程中，为了测试，代码写了两份，一份命令的行的聊天客户端，一份QT设计带界面的完整版本。

**下面这是命令行版本的群聊客户端代码: **

#include #include #include #include #include #include           /* See NOTES */#include #include #include #include #include #include #include /*
客户端：
1. 创建socket套接字
2. 连接指定的服务器
*/int client_fd;/*信号处理函数*/void sighandler_func(int sig){
	/*4. 完毕套接字*/
	close(client_fd);
	printf("进程正常退出....
");
	exit(0);}/*
发出的消息结构
*/struct send_pack{
	char name[50];
	char data[100];
	char type; //0x1 表示上线，0x2表示下线 0x0表示正常聊天数据};void *func_start(void *arg){
	/*1. 通信*/
	int client_fd=*(int*)arg;
	struct send_pack data;
	int cnt;
	int poll_stat;
	struct pollfd poll_fd;
	poll_fd.fd=client_fd;
	poll_fd.events=POLLIN;	
	while(1)
	{
		poll_stat=poll(&poll_fd,1,-1);
		if(poll_stat>0)
		{
			cnt=read(client_fd,&data,sizeof(struct send_pack));
			if(cnt==sizeof(struct send_pack))
			{
				if(data.type==0)
				{
					printf("%s:%s
",data.name,data.data);
				}
				else if(data.type==1)
				{
					printf("%s 用户上线.
",data.name);
				}
				else if(data.type==2)
				{
					printf("%s 用户下线.
",data.name);
				}
			}
			else if(cnt==0)
			{
				printf("服务器断开连接.
");
				break;
			}
		}
		else if(poll_stat<0)
		{
			perror("poll函数执行错误.
");
			break;
		}
	}
	pthread_exit(NULL);}int main(int argc,char **argv){
	if(argc!=4)
	{
		printf("./app <服务器IP地址> <服务器端口号> <用户名>
");
		return 0;
	}
	
	/*绑定需要捕获的信号*/
	signal(SIGINT,sighandler_func);
	
	/*1. 创建socket套接字*/
	client_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
	if(client_fd<0)
	{
		printf("client:创建socket套接字失败.
");
		return 0;
	}
	/*2. 连接服务器*/
	struct sockaddr_in server_addr;
	server_addr.sin_family=AF_INET;
	server_addr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));//把 16 位值从主机字节序转换成网络字节序
	server_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);//服务器IP地址
	if(connect(client_fd,(const struct sockaddr *)&server_addr,sizeof(struct sockaddr_in)))
	{
		printf("client: 连接服务器失败.
");
		return 0;
	}
	
	/*3. 创建子线程*/
	pthread_t thread_id;
	if(pthread_create(&thread_id,NULL,func_start,&client_fd))
	{
		printf("线程创建失败.
");
		return 0;
	}
	/*4. 设置线程的分离属性*/
	pthread_detach(thread_id);
	
	struct send_pack data_pack;
	strcpy(data_pack.name,argv[3]); //赋值用户名
	data_pack.type=1;//上线提示
	/*上线提示*/
	write(client_fd,&data_pack,sizeof(struct send_pack));
	
	/*进行正常聊天*/
	data_pack.type=0;//正常聊天
	while(1)
	{
		gets(data_pack.data);
		write(client_fd,&data_pack,sizeof(struct send_pack));
	}
	
	/*5. 完毕套接字*/
	close(client_fd);
	return 0;}

这是聊天过程运行效果:

(1) 左边是华为云ECS服务器，右边是本地ubuntu系统运行客户端

（2）群聊天过程演示

这是QT设计的带私聊、群聊的客户端版本。界面子文件、资源文件、代码文件都较多，就不全部贴出了。和上面的区别就是加了界面，加了一些功能如何把已经做好的网页放在服务器是，核心实现思路差不多。