2018-2019-1 20165315 实验三 实时系统

2018-2019-1 20165315 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

实验步骤

• 使用man wc命令查看wc(1)

wc命令详解：

• 语法：wc [选项] 文件

• 选项含义

  • -c：统计字节数
  • -l：统计行数
  • -w：统计字数

• wc代码实现

void my_wc(socket_counter *my_counter){
    pthread_mutex_lock( &counter_mutex );
    int len, i;
    long wordscount=0;
    int flag=1;
    while(1)
    {
        if((len=recv(my_counter->send_socket, my_counter->buffer, 1024, 0))>0)
        {
            for(i=0; i<len; i++)
            {
                if(flag==0)
                {
                    switch(my_counter->buffer[i])
                    {
                        case ' ':
                            wordscount++;
                            break;
                        case '\n':
                            wordscount++;
                            break;
                        case '\r':
                            wordscount++;
                            break;
                        default:
                            break;
                    }
                }
                if(my_counter->buffer[i]== ' ' || my_counter->buffer[i]=='\n' || my_counter->buffer[i]=='\r')
                    flag=1;
                else
                    flag=0;
            }
        }
        if(len<1024) break;
    }
    send(my_counter->send_socket, &wordscount, sizeof(long), 0);
    close(my_counter->send_socket);
    pthread_mutex_unlock( &counter_mutex );
}

• 实现文件传输功能

结合我们在网络安全编程基础中学习的内容，我们知道客户端和服务器的通信过程如下：

• 完善代码

服务器端：

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

#define MYPORT 165315

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\n", 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 '\n':
wordscount++;
break;
case '\r':
wordscount++;
break;
default:
break;
}
}
if(buffer[i]== ' ' || buffer[i]=='\n' || buffer[i]=='\r') flag=1;
else flag=0;
}
}
if(len<1024) break;
}
send(clientfd, &wordscount, sizeof(long), 0);
close(clientfd);
}
close(serverfd);
}

客户端：

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

#define MYPORT 165315

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\n", wordscount);
close(clientfd);
}

运行结果

客户端：

服务器端：

任务二 多线程实现wc功能

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，对比单线程版本的性能，并分析原因

实验步骤

• 客户端代码不需要改变，只需要改变服务器代码
• 服务器代码需要增加两个功能
  • 增加多线程
  • 使用同步互斥
• 代码实现

服务器端：

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")
pthread_mutex_t counter_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

#define MY_PORT 165315

typedef struct socket_counter
{
    SOCKET send_socket;
    char buffer[1024];
}socket_counter;

void my_wc(socket_counter *my_counter);
int main()
{
    SOCKET listen_socket;//声明Socket接口变量
    struct sockaddr_in my_addr;//声明Socket地址变量
    int dummy,rev_length;
    //char buffer[1024];
    char file_name[100];
    pthread_t t;
    socket_counter *my_counter;

    WSADATA wsaDate;

    WSAStartup(MAKEWORD(1,1),&wsaDate);//启动版本

    listen_socket=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//声明为IPV4的TCP

    my_addr.sin_family=AF_INET;//IPV4
    my_addr.sin_port=htons(MY_PORT);//端口
    my_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);//可以连接任一电脑

    dummy = sizeof(SOCKADDR);
    memset(file_name,0,sizeof(file_name));

    if( bind(listen_socket,(struct sockaddr*)&my_addr,sizeof(struct sockaddr))<0)//绑定本地IP与Socket
    {
       printf("Server Bind error!\n");
    }

    if(listen(listen_socket,5)<0)//等待序列，默认队列最多为5个请求
    {
        printf("Server Listen error!\n");
    }

    while(1)
    {
        my_counter->send_socket=accept(listen_socket,NULL,&dummy);//listen函数创建等待队列后，accept函数处理客户端发来的连接请求
        if(my_counter->send_socket==-1)
        {
            printf("Server Accept failed!\n");
            break;
        }
        printf("Accept success!\n");
        pthread_create(&t, NULL, &my_wc,my_counter);
        pthread_join(&t, NULL);
    }
    closesocket(listen_socket);//依次关闭连接
    WSACleanup();//清除
    return 0;
}
void my_wc(socket_counter *my_counter){
    pthread_mutex_lock( &counter_mutex );
    int len, i;
    long wordscount=0;
    int flag=1;
    while(1)
    {
        if((len=recv(my_counter->send_socket, my_counter->buffer, 1024, 0))>0)
        {
            for(i=0; i<len; i++)
            {
                if(flag==0)
                {
                    switch(my_counter->buffer[i])
                    {
                        case ' ':
                            wordscount++;
                            break;
                        case '\n':
                            wordscount++;
                            break;
                        case '\r':
                            wordscount++;
                            break;
                        default:
                            break;
                    }
                }
                if(my_counter->buffer[i]== ' ' || my_counter->buffer[i]=='\n' || my_counter->buffer[i]=='\r')
                    flag=1;
                else
                    flag=0;
            }
        }
        if(len<1024) break;
    }
    send(my_counter->send_socket, &wordscount, sizeof(long), 0);
    close(my_counter->send_socket);
    pthread_mutex_unlock( &counter_mutex );
}

客户端：

#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>
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")

#define MY_PORT 165315
#define DEST_IP "127.0.0.1"
int main()
{
    SOCKET con_socket;
    struct sockaddr_in remote_addr;
    char buffer[1024];
    char file_name[100];
    char readch;
    int i;

    WSADATA wsaDate;

    WSAStartup(MAKEWORD(1,1),&wsaDate);

    memset(file_name,0,sizeof(file_name));
    memset(buffer,0,sizeof(buffer));

    remote_addr.sin_family=AF_INET;
    remote_addr.sin_port=htons(MY_PORT);
    remote_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(DEST_IP);

    con_socket=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if(con_socket==-1)
    {
        printf("Client socket failed!");
        exit(0);
    }

    printf("Please Input File Name:\n");
    scanf("%s", file_name);

    if(connect(con_socket,(struct sockaddr*)&remote_addr,sizeof(struct sockaddr))==-1)
    {
        printf("Client connet failed!");
    }
    else
    {
        FILE *fp=fopen(file_name,"r");
        if(fp==NULL)
        {
            printf("%s File not Found!\n",file_name);
        }
        else
        {
            while((readch=fgetc(fp))!=EOF)
            {
                if(i<1024)
                {
                    buffer[i]=readch;
                    i++;
                }
                else
                {
                    i=0;
                    int n=send(con_socket, buffer, 1024, 0);
                    if(n==-1)
                    {
                        printf("Send File Error!\n");
                    }
                }
            }
            fclose(fp);
            printf("File:%s Transfer Finished!\n", file_name);
        }
        fclose(fp);
        long wordscount;
        recv(con_socket, &wordscount, sizeof(long), 0);
        printf("%ld\n", wordscount);
    }
    closesocket(con_socket);

    WSACleanup();
    return 0;
}

实验分析

相比单线程，多线程运行时可以同时多个客户端一起给服务器传文件效率更高

实验结果

实验中出现的问题

• 客户端始终无法与服务器端连接上

解决过程：
经过反复调试代码排查，发现竟然是客户端和服务器端的端口号设置的不同导致的（客户端设置的是165315，服务器端设置的是5315），这样的小错误耗费了大半个小时的时间，实在是非常不值得...

• 编译过程没有问题，但是在在运行过程中出现段错误（Segmentation Fault）

解决过程：
经过上网查询，在一篇博客中找到了错误的原因：指针使用错误

实验感想

本次实验重点在实现Linux下wc指令的功能，即统计文本单词的数量，并分别用单线程和多线程、客户端和服务器端之间的传输实现，有一定难度，结合了网络安全编程基础的知识，这让我更加感受到了这学期课程之间的融会贯通。在同组同学的相互帮助之下，借鉴了网路安全编程基础的代码，终于成功实现，也是有一定成就感的。
但是在实验过程中，也犯了大大小小很多错误，导致差点想放弃，但是在同组同学的鼓励下，我们还是坚持到了最后，坚持就是胜利！