2019-2020信息安全系统设计基础 20175306 20175309 20175322 实验三 实时系统

Posted 2020-11-22 20175309lyh

实验目的及步骤

并发程序-1

要求：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

 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

（1）学习使用Linux命令wc(1)
首先使用“找男人”命令学习wc命令，即man wc命令查看wc命令

可以晓得wc命令是用来统计指定文件中的字节数、字数、行数并将统计结果直接输出
直接使用wc+文件名.txt命令就可以了。

（2）基于Socket程序设计实现wc服务端和客户端的文件传输
原理：

客户端代码：

#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 165235  
#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);  
    }  


    // 打开文件并读取文件数据  
        FILE *fp = fopen(file_name, "r");  
        if(NULL == fp)  
        {  
            printf("File:%s Not Found
", file_name);  
        }  
        else  
        {  
            bzero(buffer, BUFFER_SIZE);  
            int length = 0;  
            // 每读取一段数据，便将其发送给服务器，循环直到文件读完为止  
            while((length = fread(buffer, sizeof(char), BUFFER_SIZE, fp)) > 0)  
            {  
                if(send(client_socket_fd, buffer, length, 0) < 0)  
                {  
                    printf("Send File:%s Failed./n", file_name);  
                    break;  
                }  
                bzero(buffer, BUFFER_SIZE);  
            }  

            // 关闭文件  

            fclose(fp);  
            printf("File:%s Transfer Successful!
", file_name);  
        char s[50]; 
        scanf("%s",s);
        send(client_socket_fd,"OK",BUFFER_SIZE,0);
        recv(client_socket_fd,buffer,BUFFER_SIZE,0);    
        printf("%d words.
",atoi(buffer));
    }  

    close(client_socket_fd);  
    return 0;  
} 

服务器端

#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 165235  
#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;  
} 

测试截图

并发程序-2

要求：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。
基本步骤:
服务端创建ServerSocket绑定端口号，循环调用accept()方法。
客户端创建一个socket并请求和服务器端连接。
服务器端接受客户端请求，创建socket与该客户建立连接。
两个socket在一个单独的线程上通话。
服务器端继续等待新的连接，当有一个新的客户端与服务端连接，就创建一个新的socket并在这个线程里面通信。
而且编译的时候要添加-lpthread选项声明需要链接线程库，就创建一个新的socket并在这个线程里面通信。

新增一个头文件head.h

#ifndef HEAD_H
#define HEAD_H
int wcfunc(char *file_name);
#endif

客户端:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include "head.h"
#define BUFFER_SIZE 1024  
#define FILE_NAME_MAX_SIZE 512 

static void usage(const char* proc)
{
    printf("%s[server_ip][server_port]
", proc);
}

//./client server_ip, server_port
int main(int argc, char* argv[])
{
    if(argc != 3)
    {
        usage(argv[0]);
        return 1;
    }
    //1.创建sock
    int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(sock < 0)
    {
        perror("socket");
        return 2;
    }
    //2.connect
    struct sockaddr_in server;
    server.sin_family = AF_INET;
    server.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
    //将点分十进制的字符串转换成能在网络上传输的网络号
    server.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    //调用connect,第一个参数是客户端的socket套接字，第二个参数是服务器端套接字
    if(connect(sock, (struct sockaddr*)&server, sizeof(server)) < 0)
    {
        perror("connect");
        return 2;
    }
    /*//先写后读
    char buf[1024];
    while(1)
    {
        printf("Please enter# ");
        fflush(stdout);
        //读取标准输入键盘中的数据
        ssize_t s = read(0, buf, sizeof(buf) - 1);
        if(s > 0)
        {
            buf[s - 1] = 0;
            //将buf中的内容写到套接字中
            write(sock, buf, strlen(buf));
            //读取服务器的响应
            ssize_t _s = read(sock, buf, sizeof(buf)-1);
            if(_s > 0)
            {
                buf[_s] = 0;
                printf("server ech0# %s
", buf);
            }
        }
    }*/
    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));  
    if(send(sock, buffer, BUFFER_SIZE, 0) < 0)  
    {
    perror("Send File Name Failed!");
    exit(1);  
    }
    FILE *fp = fopen(file_name, "r");  
    if(NULL == fp)  
    {  
        printf("File: %s Not Found!
", file_name);  
    }  
    else  
    {  
        bzero(buffer, BUFFER_SIZE);  
        int length = 0;  
        while((length = fread(buffer, sizeof(char), BUFFER_SIZE, fp)) > 0)
        {
            if(send(sock, buffer, length, 0) < 0)  
            {  
                printf("Send File: %s Failed!/n", file_name);  
                break;  
            }  
            bzero(buffer, BUFFER_SIZE);  
        }  
    printf("Send File: %s Successful!
", file_name);
    printf("The File has %d words.
",wcfunc(file_name));     
    }
    fclose(fp);
    close(sock);
    return 0;
}

int wcfunc(char *file_name)
{
    int t;
    int w = 0;
    int state = 0;
    FILE *in;
    if((in = fopen(file_name,"r"))==NULL)
    {
        printf("wc %s:no this file or dir
",file_name);
        return 0;
    }
    while((t=fgetc(in))!=EOF)
    {
        
        if(t=='
'||t==' '||t=='
') {
                    state = 0;
                    continue;
            } else {
                    if(state == 0) {
                    state = 1;
                    w++;
                }
                    continue;
            }
    }
    return w;
}

服务器端

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#define BUFFER_SIZE 1024
#define FILE_NAME_MAX_SIZE 512
static void Usage(char* proc)
{
    printf("%s[local_ip], [local_port]
", proc);
}
int startup(char* _ip, int _port)
{
    int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(sock < 0)
    {
        perror("socket");
        return 1;
    }
    struct sockaddr_in local;//初始化协议地址
    local.sin_family = AF_INET;
    local.sin_port = htons(_port);
    local.sin_addr.s_addr = inet_addr(_ip);
    //将套接字和tcp服务绑定（服务端ip地址）
    if(bind(sock, (struct sockaddr*)&local, sizeof(local)) < 0)
    {
        perror("bind");
        exit(3);
    }
    //监听这个套接字，监听指定端口，第二个参数表示可以排队连接的最大个数
    if(listen(sock, 5) < 0)
    {
        perror("listen");
    }
    return sock;
}
void* handle(void* argc)
{
    int newsock = (int)argc;
    char buf[1024];
    while(1)
    {
        int s = read(newsock, buf, sizeof(buf) - 1);
        if(s > 0)
        {
            buf[s] = 0;
            printf("client# %s
", buf);
            write(newsock, buf, strlen(buf));//服务器回显
        }
        else if(s == 0)
        {
            printf("client quit
");
        }
        else
        {
            break;
        }
    }
    close(newsock);
}
//argv[]指针数组，指向各个参数
int main(int argc, char* argv[])
{
    if(argc != 3)
    {
        Usage(argv[0]);
        return 2;
    }
    int listen_sock = startup(argv[1], atoi(argv[2]));
    //printf("sock:%d
", listen_sock);
    //需要让子进程的子进程去提供服务
    //父进程继续监听
    char buf[1024];
    while(1)
    {
        struct sockaddr_in client;
        socklen_t len = sizeof(client);
        int newsock = accept(listen_sock, (struct sockaddr*)&client, &len);
        if(newsock < 0)
        {
            perror("accept");
            continue;
        }
        //将网络中的数据转换为主机用户可以看懂的数据
        printf("get a new client %s:%d
", inet_ntoa(client.sin_addr), ntohs(client.sin_port));
        //创建一个新的线程去服务
        //主线程只负责监听工作
        pthread_t tid;
        //pthread_create(&tid, NULL, handle, (void*)newsock);
        pthread_detach(tid);

    /*char buffer[BUFFER_SIZE]; 
    bzero(buffer, BUFFER_SIZE); 
    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);  
        FILE *fp = fopen(file_name, "w");  
        if(NULL == fp)  
        {  
        printf("File: %s Can Not Open To Write
", file_name);  
        exit(1);  
        }  
    bzero(buffer, BUFFER_SIZE);  
        int length = 0;  
        while((length = recv(newsock, 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);  
    }  
        printf("Receive File: %s From Client Successful!
", file_name);  
        fclose(fp);

    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);
    char sendbuf[50];
    sprintf(sendbuf,"%d",words);
    send(newsock,sendbuf,50,0);
        close(newsock);*/
    }
    close(listen_sock);
    return 0;
}

实验结果截图：

对比单线程版本，多线程响应时间比单线程短，速度更快，可以更好的利用CPU。因为单线程必须按顺序一个一个执行，前面线程的没有执行完是无法执行下一个的；而多线程可以分析CPU是否有空余，判断是否可以同时执行多个线程，这样既缩短了时间，又更好的利用了CPU。

并发程序-3

要求：交叉编译多线程版本服务器并部署到实验箱中
PC机作客户端测试wc服务器
提交测试截图

前面两个实验完成的很顺利，没想到最后一个出现了问题，就是实验箱和主机ping不通，大概调试了半个多小时也无果，最后不得不抱憾而去。我们也很疑惑，因为第一次实验的时候我们只用了一次就搞定了，完成的非常顺利，这一次就不奏效了，换箱子、换网线都无法得以解决，我们也十分苦恼这件事情。

实验感想

本次实验是并发程序，分三个步骤进行，第一个让我们用命令wc查看文件中的单词数，和我们最近正在学习的sockets编程有很多相似的地方，都是客服端与服务器共同进行。第二个是在第一个的基础上实现多进程，前面两个都不算困难，只要代码正确就可以在自己电脑上完成。而第三部分是在实验箱上完成，我们遇到了很大的困难，经过一步一步的排除，仍未完成，实验箱与电脑一直处于ping不通的状态。通过这次实验，我们学会了使用Linux命令wc，在这次实验中遇到的问题，我们也会总结反思，在下次实验中会仔细研究并找到电脑和实验箱不能连接的原因。