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Linux下BT客户端的设计 　　摘 要:设计一个Linux下的BitTorent客户端,具体的实现分为五个大的模块:B编码分析模块,BitTorrent种子分析模块,BitTorrent客户端和Tracker服务器通信模块,BitTorrent客户端和BitTorrent客户端间的通信模块(peer to peer),运行日志模块,详细说明了模块的架构。 　　关键词:BitTorrent(BT);内容分发系统 　　中图分类号:TP 　　文献标识码:A 　　文章编号:1672-3198(2010)12-0295-03 　　 　　1 引言 　　BitTorrent(简称BT)是一个内容分发协议,每个下载者在下载的同时不断向其他下载者上传自己已下载的数据。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已经发展成为一种主要的互联网应用。本文尝试在Linux下设计一个轻量级的BT客户端软件,以快速文件传输为主要目的。 　　2 系统模块功能结构分析 　　根据BitTorrent协议,文件发布者会根据要发布的文件生成提供一个.torrent文件,即种子文件。.torrent文件本质上是文本文件,包含Tracker信息和文件信息两部分。Tracker信息主要是BT下载中需要用到的Tracker服务器的地址和针对Tracker服务器的设置,文件信息是根据对目标文件的计算生成的。它的主要原理是需要把提供下载的文件虚拟分成大小相等的块,块大小必须为2k的整数次方,并把每个块的索引信息和Hash验证码写入.torrent文件中,所以,.torrent文件就是被下载文件的“索引”。 　　下载时,BT客户端首先解析.torrent文件得到Tracker地址,然后连接Tracker服务器。Tracker服务器回应下载者的请求,提供下载者其他下载者(包括发布者)的IP。下载者再连接其他下载者,根据.torrent文件,两者分别告知对方自己已经有的块,然后交换对方所没有的数据。此时不需要其他服务器参与。 　　下载者每得到一个块,需要算出下载块的Hash验证码与.torrent文件中的对比,如果一样则说明块正确,不一样则需要重新下载这个块。这种规定是为了解决下载内容准确性的问题。 　　由此可见,在BT客户端设计中,最主要的部分是: 　　(1)对种子文件即.torrent文件的内容的解析,以获知Tracker地址和下载文件信息; 　　(2)与解析得来的Tracker服务器联系,获取其他下载者信息; 　　(3)与其他下载者互通有无。 　　其中,“与其他下载者交换数据”的部分又是最为重要的一环,它包含要处理的事务是最多的。除了这三个最主要部分外,还有需要的其他一些功能,比如对程序运行过程中出现的错误怎样处理,程序运行情况的记录等等。 　　根据对软件的总体分析,整个模块结构如图1所示。 　　 　　图1 系统模块结构图 　　各个模块的功能如下。 　　(1)种子解析:主要工作包括对元信息文件的解码;根据本地数据文件的信息进行bencoding编码,制作元信息文件。 　　(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。 　　“与peer交换数据”模块是软件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。本模块负责管理由各个peer结点构成的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。 　　(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,又不利于保护硬盘。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。本模块负责维护一个缓冲区,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。本模块负责管理位图,对位图的