2019-2020-1 20175202 20175204 20175216 《信息安全系统设计基础》实验三 并发程序

2019-2020-1 20175202 《信息安全系统设计基础》实验三 并发程序

实验小组成员 20175202葛旭阳 20175204张湲祯 20175216张雪原

《信息安全系统设计基础》实验三【并发程序】

实验小组成员：20175202 葛旭阳 20175204 张湲祯 20175216 张雪原

任务一【并发程序-1】

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

二、实验步骤：
1.学习使用man wc命令；

wc指令功能：统计指定文件中的字节数、字数、行数，并将统计结果显示输出。
wc指令格式：wc [选项] 文件...
wc指令描述：其中word字长是由空格分隔的非零长度序列。
wc命令参数：
-c 统计字节数。
-l 统计行数。
-m 统计字符数。这个标志不能与 -c 标志一起使用。（字的定义是“空白、跳格或换行字符分隔的字符串”，和单词数不完全相同）
-w 统计字数。一个字被定义为由空白、跳格或换行字符分隔的字符串。
-L 打印最长行的长度。

2.在虚拟机中同时打开两个终端，一个作为客户端，一个作为服务器端；
3.将文件test1.txt和文件test2.txt复制到虚拟机中；
4.编译并运行客户端和服务器端代码；
5.首先运行服务器端代码，连接到服务器；
6.运行客户端代码，发送请求；
7.输入要请求的.txt文件名。
8.服务器端代码如下：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>

#define MYPORT 175202

void main(){
    int serverfd, clientfd;
    struct sockaddr_in my_addr;
    struct sockaddr_in remote_addr;

    char buffer[BUFSIZ];
    memset(&my_addr, 0, sizeof(my_addr));
    my_addr.sin_family=AF_INET;
    my_addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;
    my_addr.sin_port=htons(MYPORT);

    if((serverfd=socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0))==-1){
        perror("socket");
    }
    
    if(bind(serverfd, (struct sockaddr *)&my_addr, sizeof(struct sockaddr))<0){
        perror("bind");
    }
    listen(serverfd, 5);
    int addrlen=sizeof(struct sockaddr_in);
    while(1){
        if((clientfd=accept(serverfd, (struct sockaddr *)&remote_addr, &addrlen))<0){
            perror("accept");
    }
    printf("accept client %s
", inet_ntoa(remote_addr.sin_addr));
    int len, i;
    long wordscount=0;
    int flag=1;
    while(1){
        if((len=recv(clientfd, buffer, 1024, 0))>0){
            for(i=0; i<len; i++){
                if(flag==0){
                    switch(buffer[i]){
                        case ' ':
                            wordscount++;
                            break;
                        case '
':
                            wordscount++;
                            break;
                        case '
':
                            wordscount++;
                            break;
                        default:
                            break;
                    }
                }
            if(buffer[i]== ' ' || buffer[i]=='
' || buffer[i]=='
') flag=1;
            else flag=0;
            }
        }
        if(len<1024) break;
    }
    send(clientfd, &wordscount, sizeof(long), 0);
    close(clientfd);
    }
    close(serverfd);
}

9.客户端代码如下：

#include <stdio.h>  
#include <sys/types.h>  
#include <sys/socket.h>  
#include <netinet/in.h>  
#include <arpa/inet.h>  
#include <string.h>

#define MYPORT 175202

void main(){
    int clientfd;
    struct sockaddr_in remote_addr;
    char buffer[BUFSIZ];
    memset(&remote_addr, 0 , sizeof(remote_addr));
    remote_addr.sin_family=AF_INET;
    remote_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1");
    remote_addr.sin_port=htons(MYPORT);

    if((clientfd=socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0))<0){  
        perror("socket");  
    }

    if(connect(clientfd, (struct sockaddr *)&remote_addr, sizeof(struct sockaddr))<0){
        perror("connect");
    }

    int len;
    FILE *fp;
    char path[20];
    gets(path);
    fp=fopen(path, "r");
    char readch;
    int i=0;
    while((readch=fgetc(fp))!=EOF){
        if(i<1024){
            buffer[i]=readch;
            i++;
        }
        else{
            i=0;
            int n=send(clientfd, buffer, 1024, 0);
        }
    }
    fclose(fp);
    if(i!=0) 
        send(clientfd, buffer, i, 0);
    long wordscount;
    recv(clientfd, &wordscount, sizeof(long), 0);
    printf("%ld
", wordscount);
    close(clientfd);
}

二、实验结果截图：

任务二 【并发程序-2】

一、实验任务：
1.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；
2.上方提交代码；
3.下方提交测试；
4.对比单线程版本的性能，并分析原因。

二、实验步骤：
1.在虚拟机中同时打开两个终端，一个作为客户端，一个作为服务器端；
2.将文件test1.txt和文件test2.txt复制到虚拟机中；
3.编译并运行客户端和服务器端代码；
4.首先运行服务器端代码，连接到服务器；
5.运行客户端代码，发送请求；
6.输入要请求的.txt文件名;
7.服务器端代码如下：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>

#define MYPORT 165318
pthread_mutex_t counter_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
int serverfd, clientfd;
char buffer[BUFSIZ];

void *wc(void *m){
    pthread_mutex_lock( &counter_mutex );
    int len, i;
    long wordscount=0;
    int flag=1;
    while(1){
        if((len=recv(clientfd, buffer, 1024, 0))>0){
            for(i=0; i<len; i++){
                if(flag==0){
                    switch(buffer[i]){
                        case ' ':
                            wordscount++;
                            break;
                        case '
':
                            wordscount++;
                            break;
                        case '
':
                            wordscount++;
                            break;
                        default:
                            break;
                    }
                }
                if(buffer[i]== ' ' || buffer[i]=='
' || buffer[i]=='
') 
                    flag=1;
                else 
                    flag=0;
            }
        }
        if(len<1024) 
            break;
    }
    send(clientfd, &wordscount, sizeof(long), 0);
    close(clientfd);
    pthread_mutex_unlock( &counter_mutex );
    return NULL;
}
void main(){
    pthread_t t;
    char arg[30];

    struct sockaddr_in my_addr;
    struct sockaddr_in remote_addr;

    memset(&my_addr, 0, sizeof(my_addr));
    my_addr.sin_family=AF_INET;
    my_addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;
    my_addr.sin_port=htons(MYPORT);

    if((serverfd=socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0))==-1){
        perror("socket");
    }

    if(bind(serverfd, (struct sockaddr *)&my_addr, sizeof(struct sockaddr))<0){
        perror("bind");
    }
    listen(serverfd, 5);
    int addrlen=sizeof(struct sockaddr_in);
    while(1){
        if((clientfd=accept(serverfd, (struct sockaddr *)&remote_addr, &addrlen))<0){
            perror("accept");
        }
        printf("accept client %s
", inet_ntoa(remote_addr.sin_addr));
        pthread_create(&t, NULL, &wc, NULL);
        pthread_join(&t, NULL);
    }
    close(serverfd);
}

8.客户端代码如下：

#include <stdio.h>  
#include <sys/types.h>  
#include <sys/socket.h>  
#include <netinet/in.h>  
#include <arpa/inet.h>  
#include <string.h>

#define MYPORT 165318

void main(){
    int clientfd;
    struct sockaddr_in remote_addr;
    char buffer[BUFSIZ];
    memset(&remote_addr, 0 , sizeof(remote_addr));
    remote_addr.sin_family=AF_INET;
    remote_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1");
    remote_addr.sin_port=htons(MYPORT);

    if((clientfd=socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0))<0){  
        perror("socket");  
    }

    if(connect(clientfd, (struct sockaddr *)&remote_addr, sizeof(struct sockaddr))<0){
        perror("connect");
    }

    int len;
    FILE *fp;
    char path[20];
    gets(path);
    fp=fopen(path, "r");
    char readch;
    int i=0;
    while((readch=fgetc(fp))!=EOF){
        if(i<1024){
            buffer[i]=readch;
            i++;
        }
        else{
            i=0;
            int n=send(clientfd, buffer, 1024, 0);
        }
    }
    fclose(fp);
    if(i!=0) 
        send(clientfd, buffer, i, 0);
    long wordscount;
    recv(clientfd, &wordscount, sizeof(long), 0);
    printf("%ld
", wordscount);
    close(clientfd);
}

9.对比单线程的版本的性能，并分析原因:
单线程容易实现，但是一次只允许一个客户端连接。
多线程更复杂，但是一次允许多个客户端，工作效率更高。
单线程保证单用户的安全性，但多线程保证任务的高效性。

三、实验结果截图：

任务三 【并发程序-3】

一、实验任务：
1.交叉编译多线程版本服务器并部署到实验箱中；
2.PC机作客户端测试wc服务器；
3.提交测试截图。

二、实验步骤：
1.参考实验1在Ubuntu中对服务器代码交叉编译。
2.将实验箱与电脑连接好，配置好网络模式并能ping通；
3.打开虚拟机命令行终端，配置/etc/exports；
sudo vim /etc/exports
NFS允许挂载的目录及权限在文件/etc/exports中进行了定义。需要把/home/linux/sy3目录共享出来，那么我们只需要在/etc/exports文件末添加如下一行：
/home/linux/sy3 *(rw,sync,no_root_squash,no_subtree_check)
保存并推出，随后重启服务：
sudo /etc/init.d/nfs-kernel-server restart
4.在超级终端中mount -t nfs -o nolock 192.168.0.230（宿主机IP）:/home/linux/sy3；
5.最后运行程序。

三、实验结果截图：

实验总结

本次实验首先遇到了很多问题：一、在做实验二时，编译服务器端的代码不通过，出现如下问题；
后来发现原因是pthread库不是Linux系统默认的库，优先使用gcc createThread.c -lpthread -o createThread，随后再使用gcc编译，解决了问题。
二、再做实验三时，实验箱和电脑ping不通，无法完成部署；

后发现是因为重启虚拟机后没有把网络配置改成桥接所致，修改后，成功ping通。
三、在运行多线程时，无法打开多个客户端。因为在分配给Ubuntu虚拟机时只分配一个单核处理器，改为多个处理器多核就可以正常运行。

在本次实验让我更加熟悉了实验箱的运用和操作步骤，也对socket编程从只有浅显理论知识上升到了实践层面，对单线程和多线程运行有了更直观的认识与了解，之后的两次实验我也会像这样一样认真对待，争取有更大的收获！