2018-2019 1 20165203 实验三 实时系统

2018-2019 1 20165203 实验三 并发程序

任务一

实验内容

1. 学习使用Linux命令wc(1)
2. 基于Linux Socket程序设计实现wc
   服务器(端口号是你学号的后6位)和客户端
   客户端传一个文本文件给服务器
   服务器返加文本文件中的单词数

上方提交代码
附件提交测试截图，至少要测试附件中的两个文件

实验过程

• 使用man wc查看wc命令的基本用法
  

• 由命令使用手册可以得知

-c：统计字节数
-l：统计行数
-m：统计字符数，且不能与-c参数一起使用
-w：统计字数，一个字被定义为由空白、跳格或换行字符分割的字符串
-L：打印最长行的长度
......  

• 自己尝试用C语言编写了wc函数

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(int argc, char *argv[]){
    int count=0;
    char s[100];
    FILE *fp;
    if((fp=fopen(argv[1],"r"))==NULL){
        printf("Open the file failure.
");
        exit(0);
    }
    while(fscanf(fp,"%s",s)!=EOF)
        count++;
    fclose(fp);
    if(count == 1)
    {
	printf("There is %d word in the text.
",count);
    }
    else
    {
        printf("There are %d words in the text.
",count);
    }
    return 0;
}

• 运行结果如图所示
  
• 关于socket编程，我们需要了解socket通信的过程。
  通过学习，我们了解到实现socket通信，服务端和客户端需要完成3次握手过程，这也是我们之后编写server和client的重点。
• 程序如下：
  server.c

#include<netinet/in.h>  // sockaddr_in  
#include<sys/types.h>   // socket  
#include<sys/socket.h>  // socket  
#include<stdio.h>       // printf  
#include<stdlib.h>      // exit  
#include<string.h>      // bzero  

#define SERVER_PORT 165203  
#define LENGTH_OF_LISTEN_QUEUE 20  
#define BUFFER_SIZE 1024
#define FILE_NAME_MAX_SIZE 512  

int main(void)  
{  
    // 声明并初始化一个服务器端的socket地址结构  
    struct sockaddr_in server_addr;  
    bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));  
    server_addr.sin_family = AF_INET;  
    server_addr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY);  
    server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);  

    // 创建socket，若成功，返回socket描述符  
    int server_socket_fd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);  
    if(server_socket_fd < 0)  
    {  
        perror("Create Socket Failed:");  
        exit(1);  
    }  
    int opt = 1;  
    setsockopt(server_socket_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));  

    // 绑定socket和socket地址结构  
    if(-1 == (bind(server_socket_fd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr))))  
    {  
        perror("Server Bind Failed:");  
        exit(1);  
    }  

    // socket监听  
    if(-1 == (listen(server_socket_fd, LENGTH_OF_LISTEN_QUEUE)))  
    {  
        perror("Server Listen Failed:");  
        exit(1);  
    }  

    while(1)  
    {  
        // 定义客户端的socket地址结构  
        struct sockaddr_in client_addr;  
        socklen_t client_addr_length = sizeof(client_addr);  

        // 接受连接请求，返回一个新的socket(描述符)，这个新socket用于同连接的客户端通信  
        // accept函数会把连接到的客户端信息写到client_addr中  
        int new_server_socket_fd = accept(server_socket_fd, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_addr_length);  
        if(new_server_socket_fd < 0)  
        {  
            perror("Server Accept Failed:");  
            break;  
        }  

       // recv函数接收数据到缓冲区buffer中  
        char buffer[BUFFER_SIZE];  
        bzero(buffer, BUFFER_SIZE);  
        if(recv(new_server_socket_fd, buffer, BUFFER_SIZE, 0) < 0)  
        {  
            perror("Server Recieve Data Failed:");  
            break;  
        }  

        // 然后从buffer(缓冲区)拷贝到file_name中  
        char file_name[FILE_NAME_MAX_SIZE+1];  
        bzero(file_name, FILE_NAME_MAX_SIZE+1);  
        strncpy(file_name, buffer, strlen(buffer)>FILE_NAME_MAX_SIZE?FILE_NAME_MAX_SIZE:strlen(buffer));  
        printf("%s
", file_name);  

    // 打开文件，准备写入  
        FILE *fp = fopen(file_name, "w");  
        if(NULL == fp)  
        {  
            printf("File:	%s Can Not Open To Write
", file_name);  
            exit(1);  
        }  

    // 从客户端接收数据到buffer中  
        // 每接收一段数据，便将其写入文件中，循环直到文件接收完并写完为止  
        bzero(buffer, BUFFER_SIZE);  
        int length = 0;  
        while((length = recv(new_server_socket_fd, buffer, BUFFER_SIZE, 0)) > 0)  
        {  
        if(strcmp(buffer,"OK")==0) break;
            if(fwrite(buffer, sizeof(char), length, fp) < length)  
            {  
                printf("File:	%s Write Failed
", file_name);  
                break;  
            }  
            bzero(buffer, BUFFER_SIZE);  
        }  


    // 接收成功后，关闭文件，关闭socket  
        printf("Receive File:	%s From Client IP Successful!
", file_name);  
        fclose(fp);


    // 统计文件单词个数，并发送给客户端
    int words=0;
    char s[100];
    FILE *fp2;
    if((fp2=fopen(file_name,"r"))==NULL){
        printf("ERROR!
");
        exit(0);
    }
    while(fscanf(fp2,"%s",s)!=EOF)
        words++;
    fclose(fp2);
    //printf("%d words.
",words);


    sprintf(buffer,"%d",words);

    send(new_server_socket_fd,buffer,BUFFER_SIZE,0);

    //send(new_server_socket_fd,&words,sizeof(words),0);
    close(new_server_socket_fd);  



        // 关闭与客户端的连接  

    }  
    // 关闭监听用的socket  
    close(server_socket_fd);  
    return 0;  
} 

client.c

#include<netinet/in.h>   // sockaddr_in  
#include<sys/types.h>    // socket  
#include<sys/socket.h>   // socket  
#include<stdio.h>        // printf  
#include<stdlib.h>       // exit  
#include<string.h>       // bzero  

#define SERVER_PORT 165203 
#define BUFFER_SIZE 1024  
#define FILE_NAME_MAX_SIZE 512  

int main()  
{  
    // 声明并初始化一个客户端的socket地址结构  
    struct sockaddr_in client_addr;  
    bzero(&client_addr, sizeof(client_addr));  
    client_addr.sin_family = AF_INET;  
    client_addr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY);  
    client_addr.sin_port = htons(0);  

    // 创建socket，若成功，返回socket描述符  
    int client_socket_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);  
    if(client_socket_fd < 0)  
    {  
        perror("Create Socket Failed:");  
        exit(1);  
    }  

    // 绑定客户端的socket和客户端的socket地址结构 非必需  
    if(-1 == (bind(client_socket_fd, (struct sockaddr*)&client_addr, sizeof(client_addr))))  
    {  
        perror("Client Bind Failed:");  
        exit(1);  
    }  

    // 声明一个服务器端的socket地址结构，并用服务器那边的IP地址及端口对其进行初始化，用于后面的连接  
    struct sockaddr_in server_addr;  
    bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));  
    server_addr.sin_family = AF_INET;  
    if(inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &server_addr.sin_addr) == 0)  
    {  
        perror("Server IP Address Error:");  
        exit(1);  
    }  
    server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);  
    socklen_t server_addr_length = sizeof(server_addr);  

    // 向服务器发起连接，连接成功后client_socket_fd代表了客户端和服务器的一个socket连接  
    if(connect(client_socket_fd, (struct sockaddr*)&server_addr, server_addr_length) < 0)  
    {  
        perror("Can Not Connect To Server IP:");  
        exit(0);  
    }  

    // 输入文件名，并放到缓冲区buffer中等待发送  
    char file_name[FILE_NAME_MAX_SIZE+1];  
    bzero(file_name, FILE_NAME_MAX_SIZE+1);  

    printf("Please Input File Name On Client:	");
    scanf("%s", file_name);  

    char buffer[BUFFER_SIZE];  
    bzero(buffer, BUFFER_SIZE);  
    strncpy(buffer, file_name, strlen(file_name)>BUFFER_SIZE?BUFFER_SIZE:strlen(file_name));  

    // 向服务器发送buffer中的数据  
    if(send(client_socket_fd, buffer, BUFFER_SIZE, 0) < 0)  
    {  
        perror("Send File Name Failed:");  
        exit(1);  
    }  

测试结果如图所示

任务二

实验内容

使用多线程实现wc服务器并使用同步互斥机制保证计数正确
上方提交代码
下方提交测试
对比单线程版本的性能，并分析原因

实验过程

首先，学习多线程：

• 多线程：是指从软件或者硬件上实现多个线程并发执行的技术。
• 多线程是为了同步完成多项任务，不是为了提高运行效率，而是为了提高资源使用效率来提高系统的效率。

经过学习后，代码如下：

Server.c

#include<netinet/in.h>   
#include<sys/types.h>   
#include<sys/socket.h>   
#include<stdio.h>   
#include<stdlib.h>   
#include<string.h>   
#include<pthread.h>  
#define HELLO_WORLD_SERVER_PORT    165203  
#define LENGTH_OF_LISTEN_QUEUE     20  
#define BUFFER_SIZE                1024  
#define FILE_NAME_MAX_SIZE         512  
void *process_client(void *new_server_socket);
int mywc(char file_name[])
{
    char ch;
    int flag=0,num=0;
    int choose=1;
    FILE *fp;

    scanf("%d",&choose);
    if((fp = fopen(file_name,"r"))==NULL)
    {
        printf("Failure to open %s
",file_name);
        exit(0);
    }

    while((ch=fgetc(fp))!=EOF)
    {
        if(ch==' ' || ch=='
' || ch=='	' ||  ch=='!' || ch=='?' || ch=='"' || ch=='.' || ch== '\,' || ch==':' || ch=='(' || ch==')' || ch==';' || ch=='-')
        {
            flag=0;
        }
        else
        {
            if(flag==0)
            {
                flag=1;
                num++;
            }
        }              
    }
    printf("%d %s
",num,file_name);
    fclose(fp);
    return num;
}
int main(int argc, char **argv)  
{  
 
// 设置一个socket地址结构server_addr,代表服务器internet的地址和端口  
    struct sockaddr_in   server_addr;  
    bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));  
    server_addr.sin_family = AF_INET;  
    server_addr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY);  
    server_addr.sin_port = htons(HELLO_WORLD_SERVER_PORT);  
 
// 创建用于internet的流协议(TCP)socket，用server_socket代表服务器向客户端提供服务的接口  
    int server_socket = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);  
    if (server_socket < 0)  
    {  
        printf("Create Socket Failed!
");  
        exit(1);  
    }  

// 把socket和socket地址结构绑定   
    if (bind(server_socket, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)))  
    {  
        printf("Server Bind Port: %d Failed!
", HELLO_WORLD_SERVER_PORT);  
        exit(1);  
    }  

// server_socket用于监听   
    if (listen(server_socket, LENGTH_OF_LISTEN_QUEUE))  
    {  
        printf("Server Listen Failed!
");  
        exit(1);  
    }  
// 服务器端一直运行用以持续为客户端提供服务   
      
    while(1)
    {
// 定义客户端的socket地址结构client_addr，当收到来自客户端的请求后，调用accept  
// 接受此请求，同时将client端的地址和端口等信息写入client_addr中  
        struct sockaddr_in client_addr;  
        socklen_t length = sizeof(client_addr);  

// 接受一个从client端到达server端的连接请求,将客户端的信息保存在client_addr中  
// 如果没有连接请求，则一直等待直到有连接请求为止，这是accept函数的特性，可以  
// 用select()来实现超时检测   
// accpet返回一个新的socket,这个socket用来与此次连接到server的client进行通信  
// 这里的new_server_socket代表了这个通信通道  
        int new_server_socket = accept(server_socket, (struct sockaddr*)&client_addr, &length);  

        if (new_server_socket < 0)  
        {  
            printf("Server Accept Failed!
");  
              
        }
        //添加进程相关代码
        pthread_t pid;
        if(pthread_create(&pid, NULL, process_client,(void *) &new_server_socket) < 0){
              printf("pthread_create error
");
        }
        
    }

}
void *process_client(void *new_server_socket)
{
        int sockid=*(int *)new_server_socket;
        FILE *fp;
        //接受来自客户端的文件
        char buffer[BUFFER_SIZE]; 
        char file_name[FILE_NAME_MAX_SIZE];
        bzero(buffer, sizeof(buffer));  
        int length=0;
        if(recv(sockid,buffer,BUFFER_SIZE, 0)==-1)
        {
            printf("接受文件名%s失败
",buffer);
        }
        strcpy(file_name,buffer);
        strcat(file_name,"-server");
        if((fp = fopen(file_name,"w"))==NULL)
        {
            printf("Failure to open %s
",file_name);
            exit(0);
        }
        while( length = recv(sockid, buffer, BUFFER_SIZE, 0))
        {
            if(length<0)
            {
                printf("接受文件出错
");
                exit(0);
            }
            
            if(fwrite(buffer,sizeof(char),length,fp)<length)
            {
                printf("写文件失败
");
            }
            bzero(buffer, BUFFER_SIZE);
        }
        fclose(fp);
        printf("文件传输成功");
    int number=0;
        number=mywc(file_name);
        bzero(buffer, BUFFER_SIZE);  
        buffer[0]=number+48;
// 发送buffer中的字符串到new_server_socket,实际上就是发送给客户端  
        /*if (send(new_server_socket, buffer, sizeof(buffer), 0) < 0)  
        {  
            printf("Send number Failed!
");  
             
        }  
        printf("发送单词个数完毕
");*/
        bzero(buffer, sizeof(buffer));  
        printf("File Transfer Finished!
");    
        close(new_server_socket);  
} 

client代码如下：

#include<netinet/in.h>                         // for sockaddr_in  
#include<sys/types.h>                          // for socket  
#include<sys/socket.h>                         // for socket  
#include<stdio.h>                              // for printf  
#include<stdlib.h>                             // for exit  
#include<string.h>                             // for bzero  
  
#define HELLO_WORLD_SERVER_PORT       165206  
#define BUFFER_SIZE                   1024  
#define FILE_NAME_MAX_SIZE            512  
int mywc(char file_name[],int choose);
int main(int argc, char **argv)  
{  
    FILE *fp;
    if (argc != 2)  
    {  
        printf("Usage: ./%s ServerIPAddress
", argv[0]);  
        exit(1);  
    }  

// 设置一个socket地址结构client_addr, 代表客户机的internet地址和端口  
    struct sockaddr_in client_addr;  
    bzero(&client_addr, sizeof(client_addr));  
    client_addr.sin_family = AF_INET; // internet协议族  
    client_addr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY); // INADDR_ANY表示自动获取本机地址  
    client_addr.sin_port = htons(0); // auto allocated, 让系统自动分配一个空闲端口  

// 创建用于internet的流协议(TCP)类型socket，用client_socket代表客户端socket  
    int client_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);  
    if (client_socket < 0)  
    {  
        printf("Create Socket Failed!
");  
        exit(1);  
    }  

// 把客户端的socket和客户端的socket地址结构绑定   
    if (bind(client_socket, (struct sockaddr*)&client_addr, sizeof(client_addr)))  
    {  
        printf("Client Bind Port Failed!
");  
        exit(1);  
    }  

// 设置一个socket地址结构server_addr,代表服务器的internet地址和端口  
    struct sockaddr_in  server_addr;  
    bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));  
    server_addr.sin_family = AF_INET;  

// 服务器的IP地址来自程序的参数   
    if (inet_aton(argv[1], &server_addr.sin_addr) == 0)  
    {  
        printf("Server IP Address Error!
");  
        exit(1);  
    }                                                                                                               
    server_addr.sin_port = htons(HELLO_WORLD_SERVER_PORT);  
    socklen_t server_addr_length = sizeof(server_addr);  
    // 向服务器发起连接请求，连接成功后client_socket代表客户端和服务器端的一个socket连接  
    if (connect(client_socket, (struct sockaddr*)&server_addr, server_addr_length) < 0)  
    {  
        printf("Can Not Connect To %s!
", argv[1]);  
        exit(1);  
    }  

    char file_name[FILE_NAME_MAX_SIZE + 1];  
    bzero(file_name, sizeof(file_name));  
    printf("请输入文件名:");  
    scanf("%s", file_name);  
    if((fp = fopen(file_name,"r"))==NULL)
    {
         printf("Failure to open %s
",file_name);
         exit(0);
    }
    
    char buffer[BUFFER_SIZE];  
    bzero(buffer, sizeof(buffer));  
    strcpy(buffer,file_name);
    if(send(client_socket,buffer,BUFFER_SIZE,0)==-1)
    {
        printf("发送文件名失败
");
    }
    char ch;
    int i=0;
    while((ch=fgetc(fp))!=EOF)
    {
        buffer[i++]=ch;
        if(i>=BUFFER_SIZE)
        {
            if((send(client_socket, buffer, BUFFER_SIZE, 0))==-1)
            {
                printf("发送文件失败
");
            }
            bzero(buffer, sizeof(buffer));
            i=0;
        }
    }
    if(i<BUFFER_SIZE)
    {
        if((send(client_socket, buffer, i, 0))==-1)
        {
            printf("发送文件失败
");
        }
    }

    printf("%s传输成功
",file_name);
    mywc(file_name,1);

    // 向服务器发送buffer中的数据，此时buffer中存放的是客户端需要接收的文件 
    //以下接收服务器发来的单词个数
    bzero(buffer, sizeof(buffer));

// 传输完毕，关闭socket   
    
    fclose(fp);  
    close(client_socket);  
    return 0;  

}  
 int mywc(char file_name[],int choose)
  {
       FILE *fp;
       char ch;
        int flag=0,num=0;
            if((fp = fopen(file_name,"r"))==NULL)
             {
                  printf("Failure to open %s
",file_name);
                   exit(0);
                }
             
                    while((ch=fgetc(fp))!=EOF)
                     {
                          if(ch==' ' || ch=='
' || ch=='	' ||  ch=='!' || ch=='?' || ch=='"' || ch=='.' || ch== '\,' || ch==':' || ch=='(' || ch==')' || ch==';'     || ch=='-')
                          {
                          flag=0;
                          }
                          else
                          {
                          if(flag==0)
                          {
                          flag=1;
                          num++;
                          }
                          
                          }

                    }

        printf("%d %s
",num,file_name);        
    fclose(fp);
                return num;
}

运行结果如图所示

代码码云连接

实验中遇到的问题及解决方案

问题：在完成任务二时，出现了无法使用本机地址连接的问题。

解决：后来，在同学的帮助下，了解到：Linux系统中默认的库并没有pthread库，所以，我们在编译时，需要加上该库的参数，即gcc server.c -lpthread -o server,这样既可成功编译连接。

实验感想

本次实验，也许是我们之前刚刚完成网络安全编程实验的缘故，本次实验的Socket编程对于我们来说变得没有那么困难，而且在编程的过程中，自己也对于某些计算机网络知识诸如三次握手等概念有了更深一层次的理解。
最近繁杂的事情有点儿多，总感觉时间安排的没有之前的合理，所以，自己在接下来还要腾出时间复习之前的内容。