2017-2018-1 20155202 实验三实时系统

本次实验分3节，但是由于实验条件有限，所以只进行了两节实验，第三节实验取消。

任务一

学习使用Linux命令wc(1)
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
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

任务二

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

实验操作

任务一：实现过程一共分为三步：

实现wc功能
实现客户端给服务器传文件功能
在客户端调用wc函数统计传过来的文件的单词个数

wc命令参数：

用wc命令做到只打印统计数字不打印文件名：cat test.txt |wc -l

-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。
-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。
-help 显示帮助信息
--version 显示版本信息

思路：创建一个字节流，将文件传入数据流，并且记录单词数，再传入客户端
单词数判定：空格和之前有ascll码不为零的数合起来算一个。

运行结果：

代码展示

服务器代码：

#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
/*
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
*/
#define HELLO_WORLD_SERVER_PORT    6666 
#define LENGTH_OF_LISTEN_QUEUE 20
#define BUFFER_SIZE 1024
#define FILE_NAME_MAX_SIZE 512

int main(int argc, char **argv)
{
    //设置一个socket地址结构server_addr,代表服务器internet地址, 端口
    struct sockaddr_in server_addr;
    bzero(&server_addr,sizeof(server_addr)); //把一段内存区的内容全部设置为0
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr = htons(155202);
    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socket
    int server_socket = socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if( server_socket < 0)
    {
        printf("Create Socket Failed!");
        exit(1);
    }
    
    //把socket和socket地址结构联系起来
    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);
    }
    while (1) //服务器端要一直运行
    {
        //定义客户端的socket地址结构client_addr
        struct sockaddr_in client_addr;
        socklen_t length = sizeof(client_addr);

        //接受一个到server_socket代表的socket的一个连接
        //如果没有连接请求,就等待到有连接请求--这是accept函数的特性
        //accept函数返回一个新的socket,这个socket(new_server_socket)用于同连接到的客户的通信
        //new_server_socket代表了服务器和客户端之间的一个通信通道
        //accept函数把连接到的客户端信息填写到客户端的socket地址结构client_addr中
        int new_server_socket = accept(server_socket,(struct sockaddr*)&client_addr,&length);
        if ( new_server_socket < 0)
        {
            printf("Server Accept Failed!
");
            break;
        }
        
        char buffer[BUFFER_SIZE];
        bzero(buffer, BUFFER_SIZE);
        length = recv(new_server_socket,buffer,BUFFER_SIZE,0);
        if (length < 0)
        {
            printf("Server Recieve Data Failed!
");
            break;
        }
        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));
//        int fp = open(file_name, O_RDONLY);
//        if( fp < 0 )
        FILE * fp = fopen(file_name,"r");
        if(NULL == fp )
        {
            printf("File:	%s Not Found
", file_name);
        }
        else
        {
            bzero(buffer, BUFFER_SIZE);
            int file_block_length = 0;
//            while( (file_block_length = read(fp,buffer,BUFFER_SIZE))>0)
            while( (file_block_length = fread(buffer,sizeof(char),BUFFER_SIZE,fp))>0)
            {
                printf("file_block_length = %d
",file_block_length);
                //发送buffer中的字符串到new_server_socket,实际是给客户端
                if(send(new_server_socket,buffer,file_block_length,0)<0)
                {
                    printf("Send File:	%s Failed
", file_name);
                    break;
                }
                bzero(buffer, BUFFER_SIZE);
            }
//            close(fp);
            fclose(fp);
            printf("File:	%s Transfer Finished
",file_name);
        }
        //关闭与客户端的连接
        close(new_server_socket);
    }
    //关闭监听用的socket
    close(server_socket);
    return 0;
}

客户端代码：

#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
/*
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
*/

#define HELLO_WORLD_SERVER_PORT    6666 
#define BUFFER_SIZE 1024
#define FILE_NAME_MAX_SIZE 512

#define INADDR_ANY 155202     //20155202张旭学号
int main(int argc, char **argv)
{
    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internet地址, 端口
    struct sockaddr_in client_addr;
    bzero(&client_addr,sizeof(client_addr)); //把一段内存区的内容全部设置为0
    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);    //0表示让系统自动分配一个空闲端口
    //创建用于internet的流协议(TCP)socket,用client_socket代表客户机socket
    int client_socket = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if( client_socket < 0)
    {
        printf("Create Socket Failed!
");
        exit(1);
    }
    //把客户机的socket和客户机的socket地址结构联系起来
    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, 端口
    struct sockaddr_in server_addr;
    bzero(&server_addr,sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    if(inet_aton(argv[1],&server_addr.sin_addr) == 0) //服务器的IP地址来自程序的参数
    {
        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,连接成功后client_socket代表了客户机和服务器的一个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, FILE_NAME_MAX_SIZE+1);
    printf("Please Input File Name On Server:	");
    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
    send(client_socket,buffer,BUFFER_SIZE,0);

//    int fp = open(file_name, O_WRONLY|O_CREAT);
//    if( fp < 0 )
    FILE * fp = fopen(file_name,"w");
    if(NULL == fp )
    {
        printf("File:	%s Can Not Open To Write
", file_name);
        exit(1);
    }
    
    //从服务器接收数据到buffer中
    bzero(buffer,BUFFER_SIZE);
    int length = 0;
    while( length = recv(client_socket,buffer,BUFFER_SIZE,0))
    {
        if(length < 0)
        {
            printf("Recieve Data From Server %s Failed!
", argv[1]);
            break;
        }
//        int write_length = write(fp, buffer,length);
        int write_length = fwrite(buffer,sizeof(char),length,fp);
        if (write_length<length)
        {
            printf("File:	%s Write Failed
", file_name);
            break;
        }
        bzero(buffer,BUFFER_SIZE);    
    }
    printf("Recieve File:	 %s From Server[%s] Finished
",file_name, argv[1]);
    
    fclose(fp);
    //关闭socket
    close(client_socket);
    return 0;
}

实验二：

C语言如何在线程间实现同步和互斥

线程之间的同步和互斥解决的问题是线程对共同资源进行访问。Posix有两种方式：

信号量和互斥锁；信号量适用同时可用的资源为多个的情况；互斥锁适用于线程可用的资源只有一个的情况

1、互斥锁：互斥锁是用加锁的方式来控制对公共资源的原子操作(一旦开始进行就不会被打断的操作)
互斥锁只有上锁和解锁两种状态。互斥锁可以看作是特殊意义的全局变量，因为在同一时刻只有一个线程能够对互斥锁进行操作；只有上锁的进程才可以对公共资源进行访问，其他进程只能等到该进程解锁才可以对公共资源进行操作。
互斥锁操作函数：

pthread_mutex_init();//初始化 
pthread_mutex_lock();//上锁                            参数：pthread_mutex_t *mutex 
pthread_mutex_trylock();//判断上锁                 参数：pthread_mutex_t *mutex

解锁如下：

pthread_mutex_unlock();//解锁                        参数：pthread_mutex_t *mutex

pthread_mutex_release();//消除互斥锁             参数：pthread_mutex_t *mutex

互斥锁分为快速互斥锁、递归互斥锁、检错互斥锁；在 init 的时候确定
int pthread_mutex_t(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutex_t mutexattr);
    第一个参数：进行操作的锁
    mutexattr：锁的类型，默认快速互斥锁（阻塞）

2、信号量：信号量本质上是一个计数器，在操作系统做用于PV原子操作；

P操作使计数器－1；V操作使计数器+1.
在互斥操作中可以是使用一个信号量；在同步操作中需要使用多个信号量，并设置不同的初始值安排它们顺序执行

sem_init();                                                  // 初始化操作     
sem_wait();      // P操作，计数器减一；阻塞        参数：sem_t *sem 
sem_trywait();   // P操作，计数器减一；非阻塞      参数：sem_t *sem 
sem_post();     // V操作，计数器加一                   参数：sem_t *sem 
sem_destroy();   // 销毁信号量                                参数：sem_t *sem 
sem_init(sem_t *sem, int pshared, int value); 
pshared用于指定多少个进程共享；value初始值

通过研究Linux的进程同步机制和信号量，实现生产者消费者问题的并发控制

测试代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#define N 2   // 消费者或者生产者的数目
#define M 10 // 缓冲数目
int in = 0;   // 生产者放置产品的位置
int out = 0; // 消费者取产品的位置
int buff[M] = {0}; // 缓冲初始化为0， 开始时没有产品
sem_t empty_sem; // 同步信号量， 当满了时阻止生产者放产品
sem_t full_sem;   // 同步信号量， 当没产品时阻止消费者消费
pthread_mutex_t mutex; // 互斥信号量， 一次只有一个线程访问缓冲
int product_id = 0;   //生产者id
int prochase_id = 0; //消费者id
/* 打印缓冲情况 */
void print()
{
    int i;
    for(i = 0; i < M; i++)
       printf("%d ", buff[i]);
    printf("
");
}
/* 生产者方法 */ 
void *product()
{
    int id = ++product_id;
 
    while(1)
    {
       // 用sleep的数量可以调节生产和消费的速度，便于观察
       sleep(1);
       //sleep(1);
       
       sem_wait(&empty_sem);
       pthread_mutex_lock(&mutex);
       
       in = in % M;
       printf("product%d in %d. like: 	", id, in);
       
       buff[in] = 1;  
       print();  
       ++in;
       
       pthread_mutex_unlock(&mutex);
       sem_post(&full_sem);  
    }
}
/* 消费者方法 */
void *prochase()
{
    int id = ++prochase_id;
    while(1)
    {
       // 用sleep的数量可以调节生产和消费的速度，便于观察
       sleep(1);
    //sleep(1);
       
       sem_wait(&full_sem);
       pthread_mutex_lock(&mutex);
       
       out = out % M;
       printf("prochase%d in %d. like: 	", id, out);
       
       buff[out] = 0;
       print();
       ++out;
       
       pthread_mutex_unlock(&mutex);
       sem_post(&empty_sem);
    }
}
int main()
{
    pthread_t id1[N];
    pthread_t id2[N];
    int i;
    int ret[N];
 
    // 初始化同步信号量
    int ini1 = sem_init(&empty_sem, 0, M); 
    int ini2 = sem_init(&full_sem, 0, 0);  
    if(ini1 && ini2 != 0)
    {
       printf("sem init failed 
");
       exit(1);
    } 
    //初始化互斥信号量 
    int ini3 = pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
    if(ini3 != 0)
    {
       printf("mutex init failed 
");
       exit(1);
    } 
    // 创建N个生产者线程
    for(i = 0; i < N; i++)
    {
       ret[i] = pthread_create(&id1[i], NULL, product, (void *)(&i));
       if(ret[i] != 0)
       {
        printf("product%d creation failed 
", i);
        exit(1);
       }
    }
    //创建N个消费者线程
    for(i = 0; i < N; i++)
    {
       ret[i] = pthread_create(&id2[i], NULL, prochase, NULL);
       if(ret[i] != 0)
       {
        printf("prochase%d creation failed 
", i);
        exit(1);
       }
    }
    //销毁线程
    for(i = 0; i < N; i++)
    {
       pthread_join(id1[i],NULL);
       pthread_join(id2[i],NULL);
    }
    exit(0); 
}

运行结果：

代码展示

服务器

#include <stdio.h>  
#include <stdlib.h>  
#include <string.h>  
#include <unistd.h>  
#include <sys/types.h>  
#include <sys/socket.h>  
#include <netinet/in.h>  
#include <arpa/inet.h>  
#include <pthread.h>  
  
#define PORT 20155202         //张旭学号 
#define BACKLOG 5  
#define MAXDATASIZE 1000  
  
void process_cli(int connfd, struct sockaddr_in client);  
void *function(void* arg);  
struct ARG {  
int connfd;  
struct sockaddr_in client;  
};  
  
main()  
{  
int listenfd,connfd;  
pthread_t  tid;  
struct ARG *arg;  
struct sockaddr_in server;  
struct sockaddr_in client;  
socklen_t  len;  
  
if ((listenfd =socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {  
perror("Creatingsocket failed.");  
exit(1);  
}  
  
int opt =SO_REUSEADDR;  
setsockopt(listenfd,SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));  
  
bzero(&server,sizeof(server));  
server.sin_family=AF_INET;  
server.sin_port=htons(PORT);  
server.sin_addr.s_addr= htonl (INADDR_ANY);  
if (bind(listenfd,(struct sockaddr *)&server, sizeof(server)) == -1) {  
perror("Bind()error.");  
exit(1);  
}  
  
if(listen(listenfd,BACKLOG)== -1){  
perror("listen()error
");  
exit(1);  
}  
  
len=sizeof(client);  
while(1)  
{  
if ((connfd =accept(listenfd,(struct sockaddr *)&client,&len))==-1) {  
perror("accept() error
");  
exit(1);  
}  
arg = (struct ARG *)malloc(sizeof(struct ARG));  
arg->connfd =connfd;  
memcpy((void*)&arg->client, &client, sizeof(client));  
  
if(pthread_create(&tid, NULL, function, (void*)arg)) {  
perror("Pthread_create() error");  
exit(1);  
}  
}  
close(listenfd);  
}  
  
void process_cli(int connfd, struct sockaddr_in client)  
{  
int num;  
char recvbuf[MAXDATASIZE], sendbuf[MAXDATASIZE], cli_name[MAXDATASIZE];  
  
printf("Yougot a connection from %s. 
 ",inet_ntoa(client.sin_addr) );  
num = recv(connfd,cli_name, MAXDATASIZE,0);  
if (num == 0) {  
close(connfd);  
printf("Clientdisconnected.
");  
return;  
}  
cli_name[num - 1] ='';  
printf("Client'sname is %s.
",cli_name);  
  
while (num =recv(connfd, recvbuf, MAXDATASIZE,0)) {  
recvbuf[num] ='';  
printf("Receivedclient( %s ) message: %s",cli_name, recvbuf);  
int i;  
for (i = 0; i <num - 1; i++) {  
if((recvbuf[i]>='a'&&recvbuf[i]<='z')||(recvbuf[i]>='A'&&recvbuf[i]<='Z'))  
{  
recvbuf[i]=recvbuf[i]+ 3;  
if((recvbuf[i]>'Z'&&recvbuf[i]<='Z'+3)||(recvbuf[i]>'z'))  
recvbuf[i]=recvbuf[i]- 26;  
}  
sendbuf[i] =recvbuf[i];  
}  
sendbuf[num -1] = '';  
send(connfd,sendbuf,strlen(sendbuf),0);  
}  
close(connfd);  
}  
  
void *function(void* arg)  
{  
struct ARG *info;  
info = (struct ARG*)arg;  
process_cli(info->connfd,info->client);  
free (arg);  
pthread_exit(NULL);  
}

客户端：

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

#define PORT 20155202  //张旭学号
#define BACKLOG 5
#define MAXDATASIZE 1000
void process_cli(int  connfd, struct sockaddr_in client);

main()
{
int  listenfd, connfd;
pid_t  pid;
struct  sockaddr_in  server;
struct sockaddr_in  client;
int  len;

if ((listenfd =socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {
perror("Creatingsocket failed.");
exit(1);
}

int opt =SO_REUSEADDR;
setsockopt(listenfd,SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));
bzero(&server,sizeof(server));
server.sin_family=AF_INET;
server.sin_port=htons(PORT);
server.sin_addr.s_addr= htonl (INADDR_ANY);
if (bind(listenfd,(struct sockaddr *)&server, sizeof(server)) == -1) {
perror("Bind()error.");
exit(1);
}

if(listen(listenfd,BACKLOG)== -1){
perror("listen() error
");
exit(1);
}
len=sizeof(client);

while(1)
{
if ((connfd =accept(listenfd,(struct sockaddr *)&client,&len))==-1) {
perror("accept() error
");
exit(1);
}
if ((pid=fork())>0){
close(connfd);
continue;
}
else if (pid==0) {
close(listenfd);
process_cli(connfd, client);
exit(0);
}
else {
printf("fork()error
");
exit(0);
}
}
close(listenfd);
}

void process_cli(int connfd, struct sockaddr_in client)
{
int num;
char  recvbuf[MAXDATASIZE], sendbuf[MAXDATASIZE], cli_name[MAXDATASIZE];
printf("Yougot a connection from %s. ",inet_ntoa(client.sin_addr) );
num = recv(connfd,cli_name, MAXDATASIZE,0);
if (num == 0)
{
close(connfd);
printf("Client disconnected.
");
return;
}
cli_name[num - 1] ='';
printf("Client'sname is %s.
",cli_name);

while (num =recv(connfd, recvbuf, MAXDATASIZE,0)) {
recvbuf[num] ='';
printf("Receivedclient( %s ) message: %s",cli_name, recvbuf);
int i = 0;
for (i = 0;i < num - 1; i++) {
if((recvbuf[i]>='a'&&recvbuf[i]<='z')||(recvbuf[i]>='A'&&recvbuf[i]<='Z'))
{
recvbuf[i]=recvbuf[i]+ 3;
if((recvbuf[i]>'Z'&&recvbuf[i]<='Z'+3)||(recvbuf[i]>'z'))
recvbuf[i]=recvbuf[i]- 26;
}
sendbuf[i] =recvbuf[i];
}
sendbuf[num - 1]= '';

send(connfd,sendbuf,strlen(sendbuf),0);
}
close(connfd);
}

实验感想：

单线程并没有比多线程省时间：原因：

线程本身由于创建和切换的开销，采用多线程不会提高程序的执行速度，反而会降低速度，但是对于频繁IO操作的程序，多线程可以有效的并发。
对于包含不同任务的程序,可以考虑每个任务使用一个线程。这样的程序在设计上相对于单线程做所有事的程序来说，更为清晰明了，比如生产、消费者问题。

代码托管

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原文地址：https://www.cnblogs.com/zx20155202/p/7853576.html

2017-2018-1 20155202 实验三 实时系统

2017-2018-1 20155202 实验三 实时系统

任务一

任务二

实验操作

wc命令参数：

思路：创建一个字节流，将文件传入数据流，并且记录单词数，再传入客户端

单词数判定：空格和之前有ascll码不为零的数合起来算一个。

运行结果：

代码展示

服务器代码：

客户端代码：

实验二：

C语言如何在线程间实现同步和互斥

线程之间的同步和互斥解决的问题是线程对共同资源进行访问。Posix有两种方式：

2、信号量：信号量本质上是一个计数器，在操作系统做用于PV原子操作；

通过研究Linux的进程同步机制和信号量，实现生产者消费者问题的并发控制

运行结果：

代码展示

服务器

客户端：

实验感想：

单线程并没有比多线程省时间：原因：

代码托管

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