Linux下電騾aMule Kademlia網絡構建分析I
（如下分析基於ubuntu aMule 2.3.1進行。） node
aMule代碼的下載和編譯
爲了能儘可能縮短aMule代碼的下載、編譯及編譯運行所依賴的環境的創建所耗費的時間，並儘快啓動對於它的研究學習，而直接使用了ubuntu的代碼下載及編譯工具。具體的代碼下載及編譯方法以下： shell
apt-get source amule sudo apt-get build-dep amule cd amule-2.3.1 dpkg-buildpackage -rfakeroot -uc -b
Kademlia網絡的啓動
首先來看一下aMule的Kademlia網絡啓動的UI操做。 bootstrap
步驟一：點擊左上角的那個啓動按鈕，會彈出以下這樣的一個dialog： ubuntu
步驟二：點擊對話框中的「是(Y)」按鈕，就會啓動一個線程來下在dat文件，並彈出以下的一個對話框： 網絡
接着咱們看一下aMule的代碼，來了解一下這樣一個過程的具體實現。從何處入手呢？我想那個URL的定義應該是個不錯的入口。搜索那個URL在何處定義。在amule-2.3.1/src/Preferences.cpp中有以下的幾行： app
s_MiscList.push_back( new Cfg_Bool( wxT("/eMule/DropSlowSources"), s_DropSlowSources, false ) );
s_MiscList.push_back( new Cfg_Str( wxT("/eMule/KadNodesUrl"),s_KadURL, wxT("http://download.tuxfamily.org/technosalad/utils/nodes.dat") ) );
s_MiscList.push_back( new Cfg_Str( wxT("/eMule/Ed2kServersUrl"),s_Ed2kURL, wxT("http://gruk.org/server.met.gz") ) );
不難理解，那個URL是某個preference item的默認值，而那個item的key正如上面的代碼所示的那樣，爲"/eMule/KadNodesUrl"，那個item的值保存在靜態變量s_KadURL中。 dom
搜索"/eMule/KadNodesUrl"，搜不到任何引用的地方。 tcp
再來搜s_KadURL。能夠看到在amule-2.3.1/src/Preferences.h文件中有以下的幾行： 函數
// server.met and nodes.dat urls
static const wxString& GetKadNodesUrl() { return s_KadURL; }
static void SetKadNodesUrl(const wxString& url) { s_KadURL = url; }
setter/getter函數。那就接着搜引用了這兩個函數的地方。引用了GetKadNodesUrl()的，在amule-2.3.1/src/ServerWnd.cpp的CServerWnd::CServerWnd(wxWindow* pParent /*=NULL*/, int splitter_pos)構造函數中：
CastChild( ID_SRV_SPLITTER, wxSplitterWindow )->SetSashGravity(0.5f); CastChild( IDC_NODESLISTURL, wxTextCtrl )->SetValue(thePrefs::GetKadNodesUrl()); CastChild( IDC_SERVERLISTURL, wxTextCtrl )->SetValue(thePrefs::GetEd2kServersUrl());而後是SetKadNodesUrl()，其中一個引用到該函數的地方爲amule-2.3.1/src/KadDlg.cpp：
void CKadDlg::OnBnClickedUpdateNodeList(wxCommandEvent& WXUNUSED(evt))
{
if ( wxMessageBox( wxString(_("Are you sure you want to download a new nodes.dat file?\n")) +
_("Doing so will remove your current nodes and restart Kademlia connection.")
, _("Continue?"), wxICON_EXCLAMATION | wxYES_NO, this) == wxYES ) {
wxString strURL = ((wxTextCtrl*)FindWindowById( IDC_NODESLISTURL ))->GetValue();
thePrefs::SetKadNodesUrl(strURL);
theApp->UpdateNotesDat(strURL);
}
}
看看wxMessageBox中的那段文字，是多麼的親切啊。而這個OnBnClickedUpdateNodeList()是經過一個表，而被註冊爲事件的處理函數的： 工具
BEGIN_EVENT_TABLE(CKadDlg, wxPanel) EVT_TEXT(ID_NODE_IP1, CKadDlg::OnFieldsChange) EVT_TEXT(ID_NODE_IP2, CKadDlg::OnFieldsChange) EVT_TEXT(ID_NODE_IP3, CKadDlg::OnFieldsChange) EVT_TEXT(ID_NODE_IP4, CKadDlg::OnFieldsChange) EVT_TEXT(ID_NODE_PORT, CKadDlg::OnFieldsChange) EVT_TEXT_ENTER(IDC_NODESLISTURL ,CKadDlg::OnBnClickedUpdateNodeList) EVT_BUTTON(ID_NODECONNECT, CKadDlg::OnBnClickedBootstrapClient) EVT_BUTTON(ID_KNOWNNODECONNECT, CKadDlg::OnBnClickedBootstrapKnown) EVT_BUTTON(ID_KADDISCONNECT, CKadDlg::OnBnClickedDisconnectKad) EVT_BUTTON(ID_UPDATEKADLIST, CKadDlg::OnBnClickedUpdateNodeList) END_EVENT_TABLE()
總結一下，aMule中Kademlia網絡啓動的UI操做。在APP啓動的時候，初始化全部的UI組件。在amule-2.3.1/src/ServerWnd.cpp中CServerWnd的構造過程當中，建立了一個wxTextCtrl組件，其ID爲IDC_NODESLISTURL，其值被設置爲KadNodesUrl。在步驟一點擊啓動按鈕時，會觸發該按鈕的事件，並執行CKadDlg::OnBnClickedUpdateNodeList()函數，在這個方法中，會彈出一個如咱們步驟一執行以後所看到的那個wxMessageBox。咱們確認後，CKadDlg::OnBnClickedUpdateNodeList()函數經過ID查找到UI組建，並獲取到其值，也就是KadNodesUrl，並從這個URL下載dat文件。
那KadNodesDat文件的下在過程又是怎樣的呢？能夠看到在CKadDlg::OnBnClickedUpdateNodeList()函數中有執行到theApp->UpdateNotesDat(strURL)，這個函數在amule-2.3.1/src/amule.cpp中定義：
void CamuleApp::UpdateNotesDat(const wxString& url)
{
wxString strTempFilename(theApp->ConfigDir + wxT("nodes.dat.download"));
CHTTPDownloadThread *downloader = new CHTTPDownloadThread(url, strTempFilename, theApp->ConfigDir + wxT("nodes.dat"), HTTP_NodesDat, true, false);
downloader->Create();
downloader->Run();
}
先構造一個臨時文件名，而後經過CHTTPDownloadThread，起一個線程，下載或更新
KadNodesDat文件
(amule-2.3.1/src/HTTPDownload.cpp)：
CHTTPDownloadThread::CHTTPDownloadThread(const wxString& url, const wxString& filename, const wxString& oldfilename, HTTP_Download_File file_id,
bool showDialog, bool checkDownloadNewer)
#ifdef AMULE_DAEMON
: CMuleThread(wxTHREAD_DETACHED),
#else
: CMuleThread(showDialog ? wxTHREAD_JOINABLE : wxTHREAD_DETACHED),
#endif
m_url(url),
m_tempfile(filename),
m_result(-1),
m_file_id(file_id),
m_companion(NULL)
{
if (showDialog) {
#ifndef AMULE_DAEMON
CHTTPDownloadDialog* dialog = new CHTTPDownloadDialog(this);
dialog->Show(true);
m_companion = dialog;
#endif
}
// Get the date on which the original file was last modified
// Only if it's the same URL we used for the last download and if the file exists.
if (checkDownloadNewer && thePrefs::GetLastHTTPDownloadURL(file_id) == url) {
wxFileName origFile = wxFileName(oldfilename);
if (origFile.FileExists()) {
AddDebugLogLineN(logHTTP, CFormat(wxT("URL %s matches and file %s exists, only download if newer")) % url % oldfilename);
m_lastmodified = origFile.GetModificationTime();
}
}
wxMutexLocker lock(s_allThreadsMutex);
s_allThreads.insert(this);
}
CMuleThread::ExitCode CHTTPDownloadThread::Entry()
{
if (TestDestroy()) {
return NULL;
}
wxHTTP* url_handler = NULL;
AddDebugLogLineN(logHTTP, wxT("HTTP download thread started"));
const CProxyData* proxy_data = thePrefs::GetProxyData();
bool use_proxy = proxy_data != NULL && proxy_data->m_proxyEnable;
讓人不得不感慨，aMule項目真是與wxWidgets綁定的太緊了。在aMule的整個代碼中，對於wxWdigets API的調用真的是無處不在。
KadNodesDat下載以後，aMule對它又是如何處理的呢？這個文件在整個的Kademlia網絡的構建過程當中究竟又起到一個什麼樣的做用呢？
再瞅一眼amule-2.3.1/src/HTTPDownload.cpp文件，能夠看到有一個OnExit() 函數：
void CHTTPDownloadThread::OnExit()
{
#ifndef AMULE_DAEMON
if (m_companion) {
CMuleInternalEvent termEvent(wxEVT_HTTP_SHUTDOWN);
wxPostEvent(m_companion, termEvent);
}
#endif
// Notice the app that the file finished download
CMuleInternalEvent evt(wxEVT_CORE_FINISHED_HTTP_DOWNLOAD);
evt.SetInt((int)m_file_id);
evt.SetExtraLong((long)m_result);
wxPostEvent(wxTheApp, evt);
wxMutexLocker lock(s_allThreadsMutex);
s_allThreads.erase(this);
}
不難判斷，這個函數在文件下載完成以後調用。它產生一個類型爲wxEVT_CORE_FINISHED_HTTP_DOWNLOAD的事件並post出去。而該事件最終將會被傳遞給CamuleApp::OnFinishedHTTPDownload(CMuleInternalEvent& event)(文件amule-2.3.1/src/amule-gui.cpp中)：
// HTTPDownload finished EVT_MULE_INTERNAL(wxEVT_CORE_FINISHED_HTTP_DOWNLOAD, -1, CamuleGuiApp::OnFinishedHTTPDownload)而此處引用的CamuleGuiApp::OnFinishedHTTPDownload()函數則在文件amule-2.3.1/src/amule.cpp中定義：
void CamuleApp::OnFinishedHTTPDownload(CMuleInternalEvent& event)
{
switch (event.GetInt()) {
case HTTP_IPFilter:
ipfilter->DownloadFinished(event.GetExtraLong());
break;
case HTTP_ServerMet:
serverlist->DownloadFinished(event.GetExtraLong());
break;
case HTTP_ServerMetAuto:
serverlist->AutoDownloadFinished(event.GetExtraLong());
break;
case HTTP_VersionCheck:
CheckNewVersion(event.GetExtraLong());
break;
case HTTP_NodesDat:
if (event.GetExtraLong() == HTTP_Success) {
wxString file = ConfigDir + wxT("nodes.dat");
if (wxFileExists(file)) {
wxRemoveFile(file);
}
if ( Kademlia::CKademlia::IsRunning() ) {
Kademlia::CKademlia::Stop();
}
wxRenameFile(file + wxT(".download"),file);
Kademlia::CKademlia::Start();
theApp->ShowConnectionState();
} else if (event.GetExtraLong() == HTTP_Skipped) {
AddLogLineN(CFormat(_("Skipped download of %s, because requested file is not newer.")) % wxT("nodes.dat"));
} else {
AddLogLineC(_("Failed to download the nodes list."));
}
break;
#ifdef ENABLE_IP2COUNTRY
case HTTP_GeoIP:
theApp->amuledlg->IP2CountryDownloadFinished(event.GetExtraLong());
// If we updated, the dialog is already up. Redraw it to show the flags.
theApp->amuledlg->Refresh();
break;
#endif
}
}
回憶一下上面CamuleApp::UpdateNotesDat()中建立CHTTPDownloadThread對象時，傳遞的file_id HTTP_NodesDat。
對於咱們的Kademlia網絡啓動而言，自是主要關注上面CamuleGuiApp::OnFinishedHTTPDownload()函數的case HTTP_NodesDat了。也正是在這個case中，Kademlia相關的一些設施被建立出來。能夠看到，在這個case block中，所作的事情主要爲：
1. 若是HTTP下載沒有成功，則打印出log，並退出。
2. 對於HTTP下載成功的狀況。
(1)、先檢查是否有舊的"nodes.dat"文件，若是有，則移除該文件。
(2)、檢查Kademlia是否正在運行，若是是，則停掉Kademlia。
(3)、將下載到的文件重命名爲"nodes.dat"。
(4)、調用Kademlia::CKademlia::Start()，啓動Kademlia。
(5)、調用theApp->ShowConnectionState()，顯示鏈接狀態。
Kademlia命名空間中的都是和Kademlia網絡有關的東西。總算是找到了Kademlia模塊的入口了。在Kademlia::CKademlia::Start()中初始化整個的Kademlia相關的東西，其實現以下：
在文件amule-2.3.1/src/kademlia/kademlia/Kademlia.h中：
static void Start() { Start(new CPrefs); }
static void Start(CPrefs *prefs);
在文件amule-2.3.1/src/kademlia/kademlia/Kademlia.cpp中：
void CKademlia::Start(CPrefs *prefs)
{
if (instance) {
// If we already have an instance, something is wrong.
delete prefs;
wxASSERT(instance->m_running);
wxASSERT(instance->m_prefs);
return;
}
// Make sure a prefs was passed in..
if (!prefs) {
return;
}
AddDebugLogLineN(logKadMain, wxT("Starting Kademlia"));
// Init jump start timer.
m_nextSearchJumpStart = time(NULL);
// Force a FindNodeComplete within the first 3 minutes.
m_nextSelfLookup = time(NULL) + MIN2S(3);
// Init status timer.
m_statusUpdate = time(NULL);
// Init big timer for Zones
m_bigTimer = time(NULL);
// First Firewall check is done on connect, init next check.
m_nextFirewallCheck = time(NULL) + (HR2S(1));
// Find a buddy after the first 5mins of starting the client.
// We wait just in case it takes a bit for the client to determine firewall status..
m_nextFindBuddy = time(NULL) + (MIN2S(5));
// Init contact consolidate timer;
m_consolidate = time(NULL) + (MIN2S(45));
// Look up our extern port
m_externPortLookup = time(NULL);
// Init bootstrap time.
m_bootstrap = 0;
// Init our random seed.
srand((uint32_t)time(NULL));
// Create our Kad objects.
instance = new CKademlia();
instance->m_prefs = prefs;
instance->m_indexed = new CIndexed();
instance->m_routingZone = new CRoutingZone();
instance->m_udpListener = new CKademliaUDPListener();
// Mark Kad as running state.
m_running = true;
}
在這個函數中，主要作的事就是，1. 初始化了一堆時間；2. 建立了幾個對象：CKademlia、CIndexed、CRoutingZone和CKademliaUDPListener。CKademlia是整個Kademlia網絡的主控類。Kademlia網絡的全部功能，都經過這個class暴露給外部，外部也只經過這個類來訪問Kademlia網絡。這讓人想起了外觀模式(Facade Pattern)。
先來看一下CRoutingZone的建立過程(amule-2.3.1/src/kademlia/routing/RoutingZone.cpp)：
CRoutingZone::CRoutingZone()
{
// Can only create routing zone after prefs
// Set our KadID for creating the contact tree
me = CKademlia::GetPrefs()->GetKadID();
AddLogLineNS(wxT("CRoutingZone KadID: ") + me.ToBinaryString(false));
// Set the preference file name.
m_filename = theApp->ConfigDir + wxT("nodes.dat");
Init(NULL, 0, CUInt128((uint32_t)0));
}
void CRoutingZone::Init(CRoutingZone *super_zone, int level, const CUInt128& zone_index)
{
// Init all Zone vars
// Set this zone's parent
m_superZone = super_zone;
// Set this zone's level
m_level = level;
// Set this zone's CUInt128 index
m_zoneIndex = zone_index;
// Mark this zone as having no leafs.
m_subZones[0] = NULL;
m_subZones[1] = NULL;
// Create a new contact bin as this is a leaf.
m_bin = new CRoutingBin();
// Set timer so that zones closer to the root are processed earlier.
m_nextSmallTimer = time(NULL) + m_zoneIndex.Get32BitChunk(3);
// Start this zone.
StartTimer();
// If we are initializing the root node, read in our saved contact list.
if ((m_superZone == NULL) && (m_filename.Length() > 0)) {
ReadFile();
}
}
void CRoutingZone::ReadFile(const wxString& specialNodesdat)
{
if (m_superZone != NULL || (m_filename.IsEmpty() && specialNodesdat.IsEmpty())) {
wxFAIL;
return;
}
bool doHaveVerifiedContacts = false;
// Read in the saved contact list
try {
uint32_t numContacts = 0;
uint32_t validContacts = 0;
CFile file;
if (CPath::FileExists(specialNodesdat.IsEmpty() ? m_filename : specialNodesdat) && file.Open(m_filename, CFile::read)) {
// Get how many contacts in the saved list.
// NOTE: Older clients put the number of contacts here...
// Newer clients always have 0 here to prevent older clients from reading it.
numContacts = file.ReadUInt32();
uint32_t fileVersion = 0;
if (numContacts == 0) {
if (file.GetLength() >= 8) {
fileVersion = file.ReadUInt32();
if (fileVersion == 3) {
uint32_t bootstrapEdition = file.ReadUInt32();
if (bootstrapEdition == 1) {
// this is a special bootstrap-only nodes.dat, handle it in a separate reading function
ReadBootstrapNodesDat(file);
file.Close();
return;
}
}
if (fileVersion >= 1 && fileVersion <= 3) {
numContacts = file.ReadUInt32();
}
}
} else {
// Don't read version 0 nodes.dat files, because they can't tell the kad version of the contacts stored.
AddLogLineC(_("Failed to read nodes.dat file - too old. This version (0) is not supported anymore."));
numContacts = 0;
}
DEBUG_ONLY( unsigned kad1Count = 0; )
if (numContacts != 0 && numContacts * 25 <= (file.GetLength() - file.GetPosition())) {
for (uint32_t i = 0; i < numContacts; i++) {
CUInt128 id = file.ReadUInt128();
uint32_t ip = file.ReadUInt32();
uint16_t udpPort = file.ReadUInt16();
uint16_t tcpPort = file.ReadUInt16();
uint8_t contactVersion = 0;
contactVersion = file.ReadUInt8();
CKadUDPKey kadUDPKey;
bool verified = false;
if (fileVersion >= 2) {
kadUDPKey.ReadFromFile(file);
verified = file.ReadUInt8() != 0;
if (verified) {
doHaveVerifiedContacts = true;
}
}
// IP appears valid
if (contactVersion > 1) {
if(IsGoodIPPort(wxUINT32_SWAP_ALWAYS(ip),udpPort)) {
if (!theApp->ipfilter->IsFiltered(wxUINT32_SWAP_ALWAYS(ip)) &&
!(udpPort == 53 && contactVersion <= 5 /*No DNS Port without encryption*/)) {
// This was not a dead contact, inc counter if add was successful
if (AddUnfiltered(id, ip, udpPort, tcpPort, contactVersion, kadUDPKey, verified, false, false)) {
validContacts++;
}
}
}
} else {
DEBUG_ONLY( kad1Count++; )
}
}
}
file.Close();
AddLogLineN(CFormat(wxPLURAL("Read %u Kad contact", "Read %u Kad contacts", validContacts)) % validContacts);
#ifdef __DEBUG__
if (kad1Count > 0) {
AddDebugLogLineN(logKadRouting, CFormat(wxT("Ignored %u kad1 %s in nodes.dat file.")) % kad1Count % (kad1Count > 1 ? wxT("contacts"): wxT("contact")));
}
#endif
if (!doHaveVerifiedContacts) {
AddDebugLogLineN(logKadRouting, wxT("No verified contacts found in nodes.dat - might be an old file version. Setting all contacts verified for this time to speed up Kad bootstrapping."));
SetAllContactsVerified();
}
}
if (validContacts == 0) {
AddLogLineC(_("No contacts found, please bootstrap, or download a nodes.dat file."));
}
} catch (const CSafeIOException& DEBUG_ONLY(e)) {
AddDebugLogLineN(logKadRouting, wxT("IO error in CRoutingZone::readFile: ") + e.what());
}
}
void CRoutingZone::StartTimer()
{
// Start filling the tree, closest bins first.
m_nextBigTimer = time(NULL) + SEC(10);
CKademlia::AddEvent(this);
}
爲何要從CRoutingZone對象的建立開始看起呢？主要是由於，在這個class中處理了從網絡下載的"nodes.dat"文件。CRoutingZone建立的主要過程爲，建立了一個CRoutingBin對象，初始化了一些咱們如今看仍是不明覺厲的變量，並解析了從網絡下載的"nodes.dat"文件。
此處咱們能夠看一下"nodes.dat"文件的文件結構(ReadFile()中)。這個文件是一個純二進制文件。這個版本的代碼處理了多個版本的文件，不一樣版本的文件也就有着不一樣的文件結構。
先是文件頭的結構，主要分爲以下的幾種：
1. Version 0的文件：文件開頭是一個32位的無符號整型值，表示文件中保存的聯繫人的個數。這個版本的代碼徹底拋棄Version 0的文件不做處理。
2. Version 1, Version 2：文件開頭是一個值爲0的32位無符號整型值。緊隨其後的是一個32位的無符號整型值，表示文件的版本號。再後面是一個32位長的無符號整型值，表示聯繫人的個數。
3. Version 3：文件開頭是一個值爲0的32位無符號整型值。緊隨其後的是一個32位的無符號整型值，表示文件的版本號。再後面的是bootstrap信息，先是bootstrap的版本號。
若是bootstrap版本號爲1，則緊隨其後的是Bootstrap節點信息，一直到達文件尾。
若是bootstrap版本號不爲1，則在bootstrap版本號後面跟着的是聯繫人的個數。
4. 其餘版本的文件，不能處理。
而後是聯繫人的結構。Version 1，Version 2，Version 3 bootstrap版本不爲1時，在聯繫人的個數後面都會有一連串的聯繫人信息。聯繫人的信息保存有兩種結構：
1. Version 1：128位也就是16字節的KadID->32位的IP地址->16位的UDP端口號->16位的TCP端口號->8位的聯繫人版本號。
2. Version 二、Version 3128位也就是16字節的KadID->32位的IP地址->16位的UDP端口號->16位的TCP端口號->8位的聯繫人版本號->64位8字節的KadUDPKey，內含4個字節的key和4個字節的IP->8位的Verified。
OK，從文件中解析出了一個個Contact的信息，那以後要怎麼處理呢？在CRoutingZone::ReadFile()中能夠看到，它首先會對Contact作一個過濾。若是一個contact不是dead的，則會爲相應的Contact建立一個CContact對象，並保存起來。
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