簡單遠程執行命令程序開發
是時候用戶socket干點正事呀，我們來寫一個遠程執行命令的程序，寫一個socket client端在windows端發送指令，一個socket server在Linux端執行命令並返回結果給客戶端
執行命令的話，肯定是用我們學過的subprocess模塊啦，但注意注意注意：
res = subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),shell=True,stderr=subprocess.PIPE,stdout=subprocess.PIPE)
命令結果的編碼是以當前所在的系統為准的，如果是windows，那么res.stdout.read()讀出的就是GBK編碼的，在接收端需要用GBK解碼，且只能從管道里讀一次結果
ssh server
import socket import subprocess ip_port = ('127.0.0.1', 8080) tcp_socket_server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) tcp_socket_server.bind(ip_port) tcp_socket_server.listen(5) while True: conn, addr = tcp_socket_server.accept() print('客戶端', addr) while True: cmd = conn.recv(1024) if len(cmd) == 0: break print("recv cmd",cmd) res = subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'), shell=True, stdout=subprocess.PIPE, stdin=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE) stderr = res.stderr.read() stdout = res.stdout.read() print("res length",len(stdout)) conn.send(stderr) conn.send(stdout)
ssh client
import socket ip_port = ('127.0.0.1', 8080) s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) res = s.connect_ex(ip_port) while True: msg = input('>>: ').strip() if len(msg) == 0: continue if msg == 'quit': break s.send(msg.encode('utf-8')) act_res = s.recv(1024) print(act_res.decode('utf-8'), end='')
嘗試執行ls、pwd命令,你驚喜的發現，拿到了正確的結果！
but 莫開心太早，此時執行一個結果比較長的命令，比如top -bn 1， 你發現依然可以拿到結果，但如果再執行一條df -h的話，就發現，你拿到並不是df命令的結果，而是上一條top命令的部分結果。為啥捏？為啥捏？為啥捏？
是因為，top命令的結果比較長，但客戶端只recv(1024), 可結果比1024長呀，那怎么辦，只好在服務器端的IO緩沖區里把客戶端還沒收走的暫時存下來，等客戶端下次再來收，所以當客戶端第2次調用recv(1024)就會首先把上次沒收完的數據先收下來，再收df命令的結果。
那怎么解決呢？ 有些同學說，直接把recv(1024)改大不就好了，改成5000\10000或whatever. 可我的親，這么干的話，並不能解決實際問題，因為你不可能提前知道對方返回的結果數據大下，無論你改成多大，對方的結果都有可能比你設置的大，另外這個recv並不是真的可以隨便改特別大的，有關部門建議的不要超過8192，再大反而會出現影響收發速度和不穩定的情況
同志們，這個現象叫做粘包，就是指兩次結果粘到一起了。它的發生主要是因為socket緩沖區導致的，來看一下
你的程序實際上無權直接操作網卡的，你操作網卡都是通過操作系統給用戶程序暴露出來的接口，那每次你的程序要給遠程發數據時，其實是先把數據從用戶態copy到內核態，這樣的操作是耗資源和時間的，頻繁的在內核態和用戶態之前交換數據勢必會導致發送效率降低， 因此socket 為提高傳輸效率，發送方往往要收集到足夠多的數據后才發送一次數據給對方。若連續幾次需要send的數據都很少，通常TCP socket 會根據優化算法把這些數據合成一個TCP段后一次發送出去，這樣接收方就收到了粘包數據。
粘包問題只存在於TCP中，Not UDP
還是看上圖，發送端可以是一K一K地發送數據，而接收端的應用程序可以兩K兩K地提走數據，當然也有可能一次提走3K或6K數據，或者一次只提走幾個字節的數據，也就是說，應用程序所看到的數據是一個整體，或說是一個流（stream），一條消息有多少字節對應用程序是不可見的，因此TCP協議是面向流的協議，這也是容易出現粘包問題的原因。而UDP是面向消息的協議，每個UDP段都是一條消息，應用程序必須以消息為單位提取數據，不能一次提取任意字節的數據，這一點和TCP是很不同的。怎樣定義消息呢？可以認為對方一次性write/send的數據為一個消息，需要明白的是當對方send一條信息的時候，無論底層怎樣分段分片，TCP協議層會把構成整條消息的數據段排序完成后才呈現在內核緩沖區。
例如基於tcp的套接字客戶端往服務端上傳文件，發送時文件內容是按照一段一段的字節流發送的，在接收方看了，根本不知道該文件的字節流從何處開始，在何處結束
所謂粘包問題主要還是因為接收方不知道消息之間的界限，不知道一次性提取多少字節的數據所造成的。
總結
- TCP（transport control protocol，傳輸控制協議）是面向連接的，面向流的，提供高可靠性服務。收發兩端（客戶端和服務器端）都要有一一成對的socket，因此，發送端為了將多個發往接收端的包，更有效的發到對方，使用了優化方法（Nagle算法），將多次間隔較小且數據量小的數據，合並成一個大的數據塊，然后進行封包。這樣，接收端，就難於分辨出來了，必須提供科學的拆包機制。 即面向流的通信是無消息保護邊界的。
- UDP（user datagram protocol，用戶數據報協議）是無連接的，面向消息的，提供高效率服務。不會使用塊的合並優化算法，, 由於UDP支持的是一對多的模式，所以接收端的skbuff(套接字緩沖區）采用了鏈式結構來記錄每一個到達的UDP包，在每個UDP包中就有了消息頭（消息來源地址，端口等信息），這樣，對於接收端來說，就容易進行區分處理了。 即面向消息的通信是有消息保護邊界的。
- tcp是基於數據流的，於是收發的消息不能為空，這就需要在客戶端和服務端都添加空消息的處理機制，防止程序卡住，而udp是基於數據報的，即便是你輸入的是空內容（直接回車），那也不是空消息，udp協議會幫你封裝上消息頭，實驗略
基於UDP的命令執行程序
上面說了，udp不存在粘包問題，我們看一下實例
udp server
import socket import subprocess ip_port = ('127.0.0.1', 9003) bufsize = 1024 udp_server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) udp_server.bind(ip_port) while True: # 收消息 cmd, addr = udp_server.recvfrom(bufsize) print('用戶命令----->', cmd,addr) # 邏輯處理 res = subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'), shell=True, stderr=subprocess.PIPE, stdin=subprocess.PIPE, stdout=subprocess.PIPE) stderr = res.stderr.read() stdout = res.stdout.read() # 發消息 udp_server.sendto(stdout + stderr, addr) udp_server.close()
udp client
from socket import * import time ip_port = ('127.0.0.1', 9003) bufsize = 1024 udp_client = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM) while True: msg = input('>>: ').strip() if len(msg) == 0: continue udp_client.sendto(msg.encode('utf-8'), ip_port) data, addr = udp_client.recvfrom(bufsize) print(data.decode('utf-8'), end='')
粘包的解決辦法
問題的根源在於，接收端不知道發送端將要傳送的字節流的長度，所以解決粘包的方法就是圍繞，如何讓發送端在發送數據前，把自己將要發送的字節流總大小讓接收端知曉，然后接收端來一個死循環接收完所有數據
普通青年版
服務器端
import socket,subprocess ip_port=('127.0.0.1',8080) s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) s.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1) s.bind(ip_port) s.listen(5) while True: conn,addr=s.accept() print('客戶端',addr) while True: msg=conn.recv(1024) if not msg:break res=subprocess.Popen(msg.decode('utf-8'),shell=True,\ stdin=subprocess.PIPE,\ stderr=subprocess.PIPE,\ stdout=subprocess.PIPE) err=res.stderr.read() if err: ret=err else: ret=res.stdout.read() data_length=len(ret) conn.send(str(data_length).encode('utf-8')) data=conn.recv(1024).decode('utf-8') if data == 'recv_ready': conn.sendall(ret) conn.close()
客戶端
import socket,time s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) res=s.connect_ex(('127.0.0.1',8080)) while True: msg=input('>>: ').strip() if len(msg) == 0:continue if msg == 'quit':break s.send(msg.encode('utf-8')) length=int(s.recv(1024).decode('utf-8')) s.send('recv_ready'.encode('utf-8')) send_size=0 recv_size=0 data=b'' while recv_size < length: data+=s.recv(1024) recv_size+=len(data) #為什么不直接寫1024？ print(data.decode('utf-8'))
為何low？
程序的運行速度遠快於網絡傳輸速度，所以在發送一段字節前，先用send去發送該字節流長度，這種方式會放大網絡延遲帶來的性能損耗
剛才上面 在發送消息之前需先發送消息長度給對端，還必須要等對端返回一個ready收消息的確認，不等到對端確認就直接發消息的話，還是會產生粘包問題(承載消息長度的那條消息和消息本身粘在一起)。 有沒有優化的好辦法么？
文藝青年版一
思考一個問題，為什么不能在發送了消息長度(稱為消息頭head吧)給對端后，立刻發消息內容(稱為body吧)，是因為怕head 和body 粘在一起，所以通過等對端返回確認來把兩條消息中斷開。
可不可以直接發head + body,但又能讓對端區分出哪個是head，哪個是body呢？我靠、我靠，感覺智商要漲了。
想到了，把head設置成定長的呀，這樣對端只要收消息時，先固定收定長的數據，head里寫好，后面還有多少是屬於這條消息的數據，然后直接寫個循環收下來不就完了嘛！唉呀媽呀，我真機智。
可是、可是如何制作定長的消息頭呢？假設你有2條消息要發送，第一條消息長度是 3000個字節，第2條消息是200字節。如果消息頭只包含消息長度的話，那兩個消息的消息頭分別是
len(msg1) = 4000 = 4字節 len(msg2) = 200 = 3字節 你的服務端如何完整的收到這個消息頭呢？是recv(3)還是recv(4)服務器端怎么知道？用盡我所有知識，我只能想到拼接字符串的辦法了，打比方就是設置消息頭固定100字節長，不夠的拿空字符串去拼接。
server
import socket,json import subprocess ip_port = ('127.0.0.1', 8080) tcp_socket_server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) tcp_socket_server.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1) #一行代碼搞定，寫在bind之前 tcp_socket_server.bind(ip_port) tcp_socket_server.listen(5) def pack_msg_header(header,size): bytes_header = bytes(json.dumps(header),encoding="utf-8") fill_up_size = size - len(bytes_header) print("need to fill up ",fill_up_size) header['fill'] = header['fill'].zfill(fill_up_size) print("new header",header) bytes_new_header = bytes(bytes(json.dumps(header),encoding="utf-8")) return bytes_new_header while True: conn, addr = tcp_socket_server.accept() print('客戶端', addr) while True: cmd = conn.recv(1024) if len(cmd) == 0: break print("recv cmd",cmd) res = subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'), shell=True, stdout=subprocess.PIPE, stdin=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE) stderr = res.stderr.read() stdout = res.stdout.read() print("res length",len(stdout)) msg_header = { 'length':len(stdout + stderr), 'fill':'' } packed_header = pack_msg_header(msg_header,100) print("packed header size",packed_header,len(packed_header)) conn.send(packed_header) conn.send(stdout + stderr)
client
import socket import json ip_port = ('127.0.0.1', 8080) s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) res = s.connect_ex(ip_port) while True: msg = input('>>: ').strip() if len(msg) == 0: continue if msg == 'quit': break s.send(msg.encode('utf-8')) response_msg_header = s.recv(100).decode("utf-8") response_msg_header_data = json.loads(response_msg_header) msg_size = response_msg_header_data['length'] res = s.recv(msg_size) print("received res size ",len(res)) print(res.decode('utf-8'), end='')
文藝青年版二
為字節流加上自定義固定長度報頭也可以借助於第三方模塊struct，用法為
import json,struct #假設通過客戶端上傳1T:1073741824000的文件a.txt #為避免粘包,必須自定制報頭 header={'file_size':1073741824000,'file_name':'/a/b/c/d/e/a.txt','md5':'8f6fbf8347faa4924a76856701edb0f3'} #1T數據,文件路徑和md5值 #為了該報頭能傳送,需要序列化並且轉為bytes head_bytes=bytes(json.dumps(header),encoding='utf-8') #序列化並轉成bytes,用於傳輸 #為了讓客戶端知道報頭的長度,用struck將報頭長度這個數字轉成固定長度:4個字節 head_len_bytes=struct.pack('i',len(head_bytes)) #這4個字節里只包含了一個數字,該數字是報頭的長度 #客戶端開始發送 conn.send(head_len_bytes) #先發報頭的長度,4個bytes conn.send(head_bytes) #再發報頭的字節格式 conn.sendall(文件內容) #然后發真實內容的字節格式 #服務端開始接收 head_len_bytes=s.recv(4) #先收報頭4個bytes,得到報頭長度的字節格式 x=struct.unpack('i',head_len_bytes)[0] #提取報頭的長度 head_bytes=s.recv(x) #按照報頭長度x,收取報頭的bytes格式 header=json.loads(json.dumps(header)) #提取報頭 #最后根據報頭的內容提取真實的數據,比如 real_data_len=s.recv(header['file_size']) s.recv(real_data_len)
使用struct模塊實現方式如下
server
import socket,struct,json import subprocess phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1) #就是它，在bind前加 phone.bind(('127.0.0.1',8080)) phone.listen(5) while True: conn,addr=phone.accept() while True: cmd=conn.recv(1024) if not cmd:break print('cmd: %s' %cmd) res=subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'), shell=True, stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE) err=res.stderr.read() print(err) if err: back_msg=err else: back_msg=res.stdout.read() headers={'data_size':len(back_msg)} head_json=json.dumps(headers) head_json_bytes=bytes(head_json,encoding='utf-8') conn.send(struct.pack('i',len(head_json_bytes))) #先發報頭的長度 conn.send(head_json_bytes) #再發報頭 conn.sendall(back_msg) #在發真實的內容 conn.close()
client
from socket import * import struct,json ip_port=('127.0.0.1',8080) client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM) client.connect(ip_port) while True: cmd=input('>>: ') if not cmd:continue client.send(bytes(cmd,encoding='utf-8')) head=client.recv(4) #先收4個bytes，這里4個bytes里包含了報頭的長度 head_json_len=struct.unpack('i',head)[0] #解出報頭的長度 head_json=json.loads(client.recv(head_json_len).decode('utf-8')) #拿到報頭 data_len=head_json['data_size'] #取出報頭內包含的信息 #開始收數據 recv_size=0 recv_data=b'' while recv_size < data_len: recv_data+=client.recv(1024) recv_size+=len(recv_data) print(recv_data.decode('utf-8')) #print(recv_data.decode('gbk')) #windows默認gbk編碼