2017-2018-1 20155302 实验三 实时系统
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
man wc 指令来查询wc命令参数
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 8000
#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 Server:\\t");
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，准备写入
FILE *fp = fopen(file_name, "w");
if(NULL == fp)
{
printf("File:\\t%s Can Not Open To Write\\n", file_name);
exit(1);
}
// 从服务器接收数据到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(client_socket_fd, buffer, BUFFER_SIZE, 0)) > 0)
{
if(fwrite(buffer, sizeof(char), length, fp) < length)
{
printf("File:\\t%s Write Failed\\n", file_name);
break;
}
bzero(buffer, BUFFER_SIZE);
}
// 接收成功后，关闭文件，关闭socket
printf("Receive File:\\t%s From Server IP Successful!\\n", file_name);
close(fp);
close(client_socket_fd);
char *argv[]={"wc","-w",file_name,0};
execvp("wc",argv);
return 0;
}
服务器代码：
#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 8000
#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\\n", file_name);
// 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\\n", file_name);
}
else
{
bzero(buffer, BUFFER_SIZE);
int length = 0;
// 每读取一段数据，便将其发送给客户端，循环直到文件读完为止
while((length = fread(buffer, sizeof(char), BUFFER_SIZE, fp)) > 0)
{
if(send(new_server_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!\\n", file_name);
}
// 关闭与客户端的连接
close(new_server_socket_fd);
}
// 关闭监听用的socket
close(server_socket_fd);
return 0;
}
实验截图：
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
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
同步与互斥的相关概念：
线程的同步和互斥
{ 同步
{
同步：指的是多任务（线程）按照约定的顺序相互配合完成一件事情
同步机制基于信号量提出，信号量来决定线程是继续运行还是阻塞等待
P---V操作
信号量是一种受保护的变量（信号量的值是非负整数）
{
初始化
P操作（申请资源）// 信号量 - 1
V操作（释放资源）// 信号量 + 1
}
}
互斥
{
互斥：保证共享数据资源操作的完整性
}
}
线程间互斥
{
互斥锁主要是用来保护临界资源（任何时候最多只能有一个线程能访问该资源）
#include<phtread.h>
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, pthread_mutexattr_t *attr); // 初始化互斥锁
mutex: 互斥锁
attr: 互斥锁属性 // NULL表示缺省属性
返回值：成功： 0
出错：返回错误号
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex); // 申请互斥锁
mutex: 互斥锁
返回值：成功： 0
出错：-1
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex); // 释放互斥锁
mutex: 互斥锁
返回值：成功： 0
出错：返回错误号
}
互斥锁：
互斥锁是一种通过简单的加锁的方法来控制对共享资源的存取，用于解决线程间资源访问的唯一性问题。互斥锁有上锁和解锁两种状态，在同一时刻只能有一个线程掌握某个互斥的锁，拥有上锁状态的线程可以对共享资源进行操作。若其他线程希望对一个已经上了锁的互斥锁上锁，则该线程会被挂起，直到上锁的线程释放掉互斥锁为止。
操作互斥锁的基本函数有：1.pthread_mutex_init ——互斥锁初始化；2.pthread_mutex_lock——互斥锁上锁（阻塞版）；3.pthread_mutex_trtylock——互斥锁上锁（非阻塞版）；4.pthread_mutex_unlock——互斥锁解锁；5.pthread_mutex_destory——消除互斥锁。
线程互斥锁的数据类型是pthread_mutex_t,在使用前，要对其进行初始化，有以下两种方法：
静态初始化：可以把常量PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER赋给静态分配的互斥锁变量；
动态初始化：在申请内存之后，通过pthread_mutex_init进行初始化，在释放内存前需要调用pthread_mutex_destroy。
客户端代码：
char file_name[FILE_NAME_MAX_SIZE+1];
bzero(file_name, FILE_NAME_MAX_SIZE+1);
printf("Please Input File Name On Server:\\t");
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);
FILE * fp = fopen(file_name,"r");
if(NULL == fp )
{
printf("File:\\t%s Not Found\\n", file_name);
exit(1);
}
else
{
bzero(buffer, BUFFER_SIZE);
int file_block_length = 0;
while( (file_block_length = fread(buffer,sizeof(char),BUFFER_SIZE, fp))>0)
{
//printf("file_block_length = %d\\n",file_block_length);
//发送buffer中的字符串到服务器
if(send(client_socket,buffer,file_block_length,0)<0)
{
printf("Send File:\\t%s Failed\\n", file_name);
break;
}
bzero(buffer, BUFFER_SIZE);
}
}
printf("Send File:\\t %s To Server[%s] Finished\\n",file_name, argv[1]);
printf("The File has %d words.\\n", wc_func(file_name));
fclose(fp);
服务器代码：
char file_name[FILE_NAME_MAX_SIZE+1];
bzero(file_name, FILE_NAME_MAX_SIZE+1);
char buffer[BUFFER_SIZE];
bzero(buffer,BUFFER_SIZE);
recv(new_server_socket,file_name,BUFFER_SIZE,0);
FILE * fp = fopen(file_name,"w");
if(NULL == fp )
{
printf("File:\\t%s Can Not Open To Write\\n", file_name);
exit(1);
}
//从客户端接收数据到buffer中
bzero(buffer,BUFFER_SIZE);
int len = 0;
while( len = recv(new_server_socket,buffer,BUFFER_SIZE,0))
{
if(len < 0)
{
printf("Recieve Data From Client %s Failed!\\n", argv[1]);
break;
}
int write_length = fwrite(buffer,sizeof(char),len,fp);
if (write_length<len)
{
printf("File:\\t%s Write Failed\\n", file_name);
break;
}
bzero(buffer,BUFFER_SIZE);
}
printf("File:\\t%s Transfer Finished!\\n",file_name);
fclose(fp);
实验截图：
实验感想：
单线程程序：只有一个线程，代码顺序执行，容易出现代码阻塞（页面假死）
多线程程序：有多个线程，线程间独立运行，能有效地避免代码阻塞，并且提高程序的运行性能
对于单核，除了可以避免假死，时间上不一定能节省，但对于多核cpu，可能就真的可以实现并行计算，那样效率就大大提高了。