Django结合websocket和paramiko操作Linux

前言

怎样优雅的运行Linux命令并实时的显示结果，就像Xshell一样呢？那就要属WebSSH了。基于Web的SSH有很多，基于Python的SSH也有很多，这些都是直接通信，中间没有额外管理。但是以Django为中转桥梁结合websocket和paramiko实现的，网上就很少了。下面是我结合网上参考后的实现图和原理讲解：

项目展示

所需技术

websocket 目前市面上大多数的 webssh 都是基于 websocket 协议完成的
django-channels django 的第三方插件, 为 django 提供 websocket 支持
xterm.js 前端模拟 shell 终端的一个库
paramiko python 下对 ssh2 封装的一个库

如何将所需技术整合起来

xterm.js 在浏览器端模拟 shell 终端, 监听用户输入通过 websocket 将用户输入的内容上传到 django
django 接受到用户上传的内容, 将用户在前端页面输入的内容通过 paramiko 建立的 ssh 通道上传到远程服务器执行
paramiko 将远程服务器的处理结果返回给 django
django 将 paramiko 返回的结果通过 websocket 返回给用户
xterm.js 接收 django 返回的数据并将其写入前端页面
lrzsz 基于zmodem协议实现的文件传输

流程图

整个数据流：用户打开浏览器--》浏览器发送websocket请求给Django建立长连接--》Django与要操作的服务器建立SSH通道，实时的将收到的用户数据发送给SSH后的主机，并将主机执行的结果数据返回给浏览器

操作物理机或者虚拟机的时候我们可以使用Paramiko模块来建立SSH长连接隧道，Paramiko模块建立SSH长连接通道的方法如下：

# 实例化SSHClient
ssh_client = paramiko.SSHClient()
# 当远程服务器没有本地主机的密钥时自动添加到本地，这样不用在建立连接的时候输入yes或no进行确认
ssh_client.set_missing_host_key_policy(paramiko.AutoAddPolicy())
# 用key进行认证
if ssh_key:
	pass
else:
    # 用账号密码的方式进行认证
    ssh_client.connect(username=user, password=password, hostname=host, port=port, timeout=timeout)

# 打开ssh通道，建立长连接
transport = ssh_client.get_transport()
self.channel = transport.open_session()
# 获取ssh通道，并设置term和终端大小
self.channel.get_pty(term=term, width=pty_width, height=pty_height)
# 激活终端，正常登陆
self.channel.invoke_shell()
# 一开始展示Linux欢迎相关内容,后面不进入此方法
for i in range(2):
    recv = self.channel.recv(1024).decode('utf-8')
    self.message['status'] = 0
    self.message['message'] = recv
    message = json.dumps(self.message)
    self.websocker.send(message)
    self.res += recv

# 创建3个线程将服务器返回的数据发送到django websocket（1个线程都可以）
Thread(target=self.websocket_to_django).start()
# Thread(target=self.websocket_to_django).start()
# Thread(target=self.websocket_to_django).start()

连接建立，可以通过如下方法给SSH通道接收数据和发送数据：

self.channel.recv(nbytes)
self.channel.send(data)

当然SSH返回的数据也可以通过如下方法持续的输出给Websocket：

while not self.channel.exit_status_ready():
    data = self.channel.recv(40960)
    if not len(data):
        return

    # SSH返回的数据需要转码为utf-8，否则json序列化会失败
    data = data.decode('utf-8')
    self.message['status'] = 0
    self.message['message'] = data
    self.res += data
    message = json.dumps(self.message)
    self.websocker.send(message)

有了这些信息，实现WebSSH浏览器操作物理机或者虚拟机就不算困难了。

WebSSH动态调整终端窗口大小

如果我中途调整了浏览器的大小，显示就乱了，这该怎么办？好办，终端窗口的大小需要浏览器和后端返回的Terminal大小保持一致，单单调整页面窗口大小或者后端返回的Terminal窗口大小都是不行的，那么从这两个方向来说明该如何动态调整窗口的大小。

首先Paramiko模块建立的SSH通道可以通过resize_pty来动态改变返回Terminal窗口的大小，使用方法如下：

def resize_pty(self, cols, rows):
    self.ssh_channel.resize_pty(width=cols, height=rows)

然后Django的Channels每次接收到前端发过来的数据时，判断一下窗口是否有变化，如果有变化则调用上边的方法动态改变Terminal输出窗口的大小

我在实现时会给传过来的数据加个status，如果status不是0，则调用resize_pty的方法动态调整窗口大小，否则就正常调用执行命令的方法，代码如下：

def receive(self, text_data=None, bytes_data=None):
    if text_data is None:
        self.ssh.django_bytes_to_ssh(bytes_data)
    else:
        data = json.loads(text_data)
        if type(data) == dict:
            status = data['status']
            if status == 0:
                data = data['data']

                self.ssh.shell(data)
            else:
                cols = data['cols']
                rows = data['rows']
                self.ssh.resize_pty(cols=cols, rows=rows)

WebSSH通过lrzsz上传下载文件

当使用Xshell或者SecureCRT终端工具时，我的所有文件传输工作都是通过lrzsz来完成的，主要是因为其简单方便，不需要额外打开sftp之类的工具，通过命令就可轻松搞定，在用了WebSSH之后一直在想，这么便捷的操作WebSSH能够实现吗？

答案是肯定的，能实现！这要感谢这个古老的文件传输协议：zmodem

zmodem采用串流的方式传输文件，是xmodem和ymodem协议的改良进化版，具有传输速度快，支持断点续传、支持完整性校验等优点，成为目前最流行的文件传输协议之一，也被众多终端所支持，例如Xshell、SecureCRT、item2等

优点之外，zmodem也有一定的局限性，其中之一便是只能可靠地传输大小不超过4GB的文件，但对于大部分场景下已够用，超大文件的传输一般也会寻求其他的传输方式

lrzsz就是基于zmodem协议实现的文件传输，linux下使用非常方便，只需要一个简单的命令就可以安装，例如centos系统安装方式如下：

yum install lrzsz

安装完成后就可以通过rz命令上传文件，或者sz命令下载文件了，这么说上传或下载其实不是很准确，在zmodem协议中，使用receive接收和send发送来解释更为准确，无论是receive还是send都是由服务端来发起的

rz的意思为recevie zmodem，服务端来接收数据，对于客户端来说就是上传

sz的意思是send zmodem，服务端来发送数据，对于客户端来说就是下载

文件的传输需要服务端和客户端都支持zmodem协议，服务端通过安装lrzsz实现了对zmodem协议的支持，Xshell和SecureCRT也支持zmodem协议，所以他们能通过rz或sz命令实现文件的上传和下载，那么Web浏览器要如何支持zmodem协议呢？

我们所使用的终端工具xterm.js在3.x版本提供过zmodem扩展插件，但很可惜 xterm v4 版本后去掉了 zmodem 插件，只能直接使用 zmodem.js 实现，但是不知道什么原因，登陆 webssh 后，第一次输出命令回车后会卡顿一下才出数据，v3.14.5 就不会卡顿，v3.14.5还可以也可以直接使用 zmodem.js，所以这里使用 v3.14.5，终端功能方面v3 和 v4 我没发现有什么多大的差别。zmodem调用系统rzsz命令实现文件上传下载了

需要注意的是zmodem是个二进制协议，只支持二进制流，所以通过websocket传输的数据必须是二进制的，在django的channel中可以通过指定发送消息的类型为bytes_data来实现websocket传输二进制数据，这是后端实现的核心：

websocket.send(bytes_data=data)

又深入研究了zmodem协议是如何实现识别的，发现了zmodem的实现原理

在服务器上执行sz命令后，会先输出b'**\x18B0800000000022d\r\x8a'这样的内容，标识文件下载开始，当文件下载结束后会输出b'OO'，取这两个特殊标记之间的二进制流组合成文件，就是要下载的完整文件

rz命令类似，会在开始时输出b'rz waiting to receive.**\x18B0100000023be50\r\x8a'标记，知道了这个规则，就好区分用户上传和下载文件了：

zmodemszstart = b'rz\r**\x18B00000000000000\r\x8a'
zmodemszend = b'**\x18B0800000000022d\r\x8a'
zmodemrzstart = b'rz waiting to receive.**\x18B0100000023be50\r\x8a'
zmodemrzend = b'**\x18B0800000000022d\r\x8a'
zmodemcancel = b'\x18\x18\x18\x18\x18\x08\x08\x08\x08\x08'

while not self.channel.exit_status_ready():
    if self.zmodemOO:
        # 文件开始下载
        self.zmodemOO = False
        data = self.channel.recv(2)
        if not len(data):
            return
        # 文件下载结束
        if data == b'OO':
            self.websocker.send(bytes_data=data)
            continue
        else:
            data = data + self.channel.recv(40960)
    else:
        data = self.channel.recv(40960)
        if not len(data):
            return

    if self.zmodem:
        if zmodemszend in data or zmodemrzend in data:
            self.zmodem = False
            if zmodemszend in data:
                self.zmodemOO = True
        if zmodemcancel in data:
            self.zmodem = False
        self.websocker.send(bytes_data=data)
    else:
        if zmodemszstart in data or zmodemrzstart in data:
            self.zmodem = True
            self.websocker.send(bytes_data=data)
        else:
            # SSH返回的数据需要转码为utf-8，否则json序列化会失败
            data = data.decode('utf-8')
            self.message['status'] = 0
            self.message['message'] = data
            self.res += data
            message = json.dumps(self.message)
            self.websocker.send(message)
        except:
            self.close()

总结

完整代码，我已经放到GitHub上了，忘记了可以参考！

SawyerLan/webssh