一种高效文件传输系统的设计与实现

王琦 韩安 贾政 王毓辉

【摘要】本文就企业集约化管理的需求，信息化集成平台的应用推广，使用集成平台处理业务、数据、信息已经渗透到企业安全、生产各个环节。数据、文件之间共享被越来越多的集成应用系统所使用，如实时监测数据文本、图文图纸、资料文件等。在企业信息化集成平台的使用过程中，文件传输的效率起着有至关重要的作用。系统的实现，为公司综合调度数据集成、企业信息化文件共享提供了有效的基础支撑。

【关键词】传输系统;集成信息化;校验码;事件;监听机制

引言

目前，随着企业集约化管理的需求，使用集成平台处理业务、数据、信息已经渗透到企业安全、生产各个环节。数据、文件之间共享被越来越多的集成应用系统所使用，如实时监测数据文本、图文图纸、资料文件等，需要构建一套企业集成类信息化平台，对作业现场各子系统数据进行集成与应用，达到实时监视与集中调度的目标。在某些应用场景下，数据在传输过程中需要考虑上传的及时性与数据的连续性，以保证对现场环境的实时监视，以保证对预警和故障的及时处理;同时在应用分析过程中，需要对现场数据的连续性分析，以保证数据的完整性和数据分析结果的准确性。

常规的文件传输系统更适应于下行多于上行传输的场景。而在企业的信息化集成平台上，客户端对上传文件的需求更为强烈。客户端存在有大量的文件需要上传至服务器，以实现数据处理、解析与存储备份及文件归档存储与备份等。常规的文件传输系统有以下缺点：一、上行与下行不对等，更注重下行传输;二、传输权限不易控制，权限认证手段种类繁多，步骤繁琐，例如FTP模式;三、对于大量小文件和频繁传输的场景，文件传输效率低下，多数情况下需要验证请求再传输。

1.实现目标

本文针对现有企业生产过程实时监测与应用平台中，基层单位小文件，多客户端，安全高效频繁传输的应用需求，设计一种基于TCP协议的远程高效文件传输系统，达到数据及时、高效、稳定传输，主要实现基于文件夹、文件创建事件的监听触发上传机制;一次握手，終身传输机制;自定义分发机制，满足多种业务应用;分块多线程传输机制提高传输效率;分级故障诊断等系统功能，同时该系统的核心技术亦可作为企业网盘的核心技术。

2.设计实现

系统基于TCP/IP技术，采用Socket方式进行设计，面向SOA的架构思路，利用windows服务实现在服务端提供服务，定义好数据传输方式，传输协议，数据格式，同时通过ip地址和端口进行服务访问。客户端通过连接服务器指定的端口进行消息交互。程序拓扑结构如图1所示。

图1 系统架构图

系统设计实现主要利用.Net Remoting技术，在windows 服务中注册文件传输服务，客户端利用Windows应用程序实现，在实现中利用分布式的设计思想，便于程序与系统功能扩展。

.NET远程处理（.NET Remoting）是微软 .NET Framework 中的一种网络通信技术，提供了一种允许对象通过应用程序域与另一对象进行交互的框架。可以使用 SOAP 以外的协议来通信，而在服务端和客户端之间所操作的方法近乎相同，客户端可以不必考虑使用的协议，即可访问服务端所开放的对象。

在Remoting中是通过通道（channel）来实现两个应用程序域之间对象的通信的。

客户端通过Remoting访问通道以获得服务端对象，再通过代理解析为客户端对象，远程对象代码运行在服务器上，然后客户端再通过Remoting连接服务器，获得该服务对象并通过序列化在客户端运行。

3.研究内容

3.1 统一权限认证体系的设计与实现

建立统一的权限认证体系，以控制文件传输权限，权限认证主要通过客户端调用服务器接口进行权限认证，如果正常登陆，则进行文件同步及创建监听事件。

3.2 大文件分块传输与算法设计

针对大文件传输特殊性要求，需要考虑对文件进行分块多线程进行传输，因此需要设定文件块大小的阈值，如512kb，小于等于512K时为小文件，反之为大文件;大文件分为多块之后，在传输之前每块均提取自身校验码;同时向服务器发送对应的文件基本信息及分块信息，校验码与文件均进行传输;同时系统根据文件分块个数分配多个线程的传输;单块数据传输后，仍使用同样的算法提取校验码，与原始校验码对比验证以确定当前数据块是否正确接收。各分块传输完成后，根据文件块索引，实现文件合并。

图2 文件分块传输逻辑图

3.3 文件转换库的设计

在某些特殊情况下，需要考虑规定接收文件的格式，比如图片类仅支持bmp、jpg、png和gif;客户端能够获取格式规定，并对本地的相关文件实现文件转换算法，例如传输图片文件时，客户端生成tiff格式的文件，则必须将该文件转换为bmp、jpg、png或gif中的一种才可以上传。对于客户端本身操作的文件，不符合格式的文件都可以通过算法转换为标准格式的文件。

因此在文件版传输版本过程中，需要考虑文件转换库的设计，即记录客户端文件名称、文件特征码、文件扩展名、服务端文件名称、转换后文件特征码、文件扩展名，服务器在启动过程中，扫描服务器某目录下的文件列表名称及校验码，与客户端对应目录文件校验码进行第一次比对，对服务器端不存在或不一致的文件名及校验码进行同步上传，文件信息比对主要用在客户端启动时，其他时间主要通过文件夹或文件事件进行同步更新。

3.4 敏捷传输机制的设计

在传统的传输设计过程中，主要通过时间轮询的方式判断某目录下文件是否发生了变化，同时对于某些文件处于变化状态中，然后进行对应的事件，在这种情况下既不利于文件的及时传输与数据的更新，也不利于程序的设计实现，变化中的状态文件需要加锁进行处理，否则会造成文件半个的传输或者传输异常。

系统在设计过程中采用C#中的FileSystem Watcher组件，实现对文件系统的监视，当目录或者文件发生增加、修改、删除等事件完成时，进行相关的事件驱动，快速地启动业务处理。系统主要针对FileSystemWatcher的Changed，Created，Deleted，Renamed等FileSystemEventArgs事件，实现当客户端创建目录或文件时，通过文件夹或文件创建成功事件，激发客户端通过服务器端接口创建对应目录或文件;当客户端更改目录时，通过文件夹更改成功事件，激发客户端通过服务器端接口更改对应目录;当客户端删除目录时，通过文件夹删除成功事件，激发客户端通过服务器端接口删除对应目录及目录中文件;

3.5 故障处理及重传方法的设计

系统基于网络传输，在传输过程中，难免因为网络故障而导致的传输网络中断，在公司集成化信息平台中，需要考虑不间断运行，因此需要及时对网络传输进行诊断，并提供一定的定位功能，可通过提示窗、控制台输出、日志记录等多种功能提供故障定位信息，例如网络中断异常、文件转换失败等故障均有记录可查，可辅助解决故障，同时根据故障状态或故障类型将故障划分类别，根据持续时间进行分级报警，进行窗體闪烁或语音报警提醒。

在传输过程中，网络中断，在传输中间过程会导致部分文件的中断或不完整，在服务器端通过文件校验对文件块进行检查，当发现文件块出现传输错误则向客户端发出错误回执，进行重发。

3.6 断点续传的设计

由于实时监测平台数据完整性要求，需要对传输的数据保持完整性，因此需要考虑文件时间戳标识对文件进行本地化存储，当发生网络中断时，文件暂存到本地，网络通断时，根据文件列表，依据文件的创建时间进行顺序上传，以保证数据有序性。

4.功能测试

测试环境采用局域网内的三台机器，一台作为服务器，两台作为客户端，分别实现对服务端与客户端程序部署。

4.1 测试准备

（1）建立客户端信息目录库：客户端目录库存储服务器地址、登录账号、密码、共享路径、是否自定验证登陆。如在客户端程序配置文件中服务器地址（192.168.1.1）、登陆账户（ABC）、密码（加密源码：123456）、共享路径为D：＼F1;D：＼F2。

（2）服务器初始化：设定好存放路径，如：G：＼Data。在服务器上创建好实际路径，并将路径名称保存在配置文件中，加载转换对应的校验码库列表（主要与客户端转换后文件对比分析）。

（3）客户端初始化：监听共享路径为D：＼F1;D：＼F2下文件或者目录操作事件，同时在启动过程中，通过输入用户名、密码完成权限认证后，实现本地目录下文件监听。

4.2 过程测试

（1）初始自动同步：客户端登陆验证完成后，进行对应（举例D：＼F1;D：＼F2下）目录对应的服务器目录进行文件校验码的获取，如服务器对应G：＼Data＼ABC＼F1目录下有一个文件D1.DOC，对应的文件校验码为AFCD1238，文件大小为1.32M，一个文件D2.DOC，对应的文件校验码为ABCD1238，文件大小为500K，F2目录不存在，则根据事件创建F2目录，则服务器上G：＼Data＼ABC＼F2目录;客户端D：＼F1下有文件D1.DOC，对应的文件校验码为AFFF1238，文件大小为1.32M，一个文件D2.DOC，对应的文件校验码为ABCD1238，文件大小为500K。D：＼F2有一个P1.TIFF文件，根据对应的文件名和校验码进行判断，本次上传F1下的D1.DOC和F2下的P1.TIFF文件;

（2）文件传输：对于F1下的D1.DOC文件：根据前文示例，将512kb作为划分文件大小的标准，大于512kb的文件，按照每块512kb大小将整个文件分割成三个文件块之后再传输，传输完成后合成，进行保存，同时可根据服务器线程管理，启动线程资源分配，如服务器共有1000个接收线程，有空闲上传线程2个，则分配2个线程进行并行上传，服务器空闲线程为0，如先传递先两个512KB文件，文件传输完毕，则通知服务器线程回收，服务器空闲线程大于2，则单独分配1个空闲线程进行剩余数据块的传输，传输完成后，回收线程，所有块均传输完成后，合并所有块，完成大文件传输。对于F2下的P1.TIFF文件进行上传转换，采用SaveAs方式进行文件另存，同时将文件校验码记录到对应库中，以便于重传判别。

（3）故障处理及重传：传输过程中，通过停止网卡工作或断开网线方式进行，系统进行网络传输中断提醒，当中断故障持续5分钟，进行使用日志提醒或提示窗;故障持续时间超过10分钟则报警升级，通过语音报警箱进行提醒;同时对某一个特殊类型文件进行转换上传时，当文件转换失败进行记录可查。

（4）其他测试：网络中断以后，文件本地化暂存的断点续传测试，文件进行本地化暂存，当网络通以后，进行文件顺序上传。客户端对应目录下的文件、目录创建、删除、更新事件，服务端相关事件的响应。

（5）退出：当客户程序退出时，与服务端消息交互，服务端进行对应退出信息的记录，以防止客户端用户在文件数据传输过程中非法操作的追踪。

4.3 测试结果

通过测试，该文件传输系统高效的进行了文件的传输，解决了传统传输模式效率、稳定性及可控性问题，该系统更适合大量小文件频繁传输，有利于在企业集约化监测监管信息化平台中的数据共享集成。同时，服务端文件传输块的设计根据程序运行过程进行实时调整，以保证大文件所占比率在整个文件传输系统中的5%以下，从而避免过多的文件切块传输与合并另存，提高文件传输效率。

5.总结

本文就一种高效文件传输系统的设计与实现展开论述，系统就企业集约化监测监管信息化平台中的数据、文件之间共享建立了稳定高效的传输通道，在项目应用起着有至关重要的作用。在后期系统完善中尚需要考虑服务器端的可靠性，同时实现基于SOAP的多种协议的传输以满足越过代理服务器，实现SOCKET等被屏蔽的功能，以及建立统一的管理平台，支持多语言及远程管理功能。

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作者简介：王琦（1971—），硕士，高级工程师，同煤集团机电副总工程师，主要从事矿山机电、信息化研究与应用工作。