2019-2020信息安全系统设计基础 20175306 20175309 20175322 实验三 并发程序
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:\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!\n", 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.\n",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\n", file_name);
// 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:\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 Client IP Successful!\n", 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!\n");
exit(0);
}
while(fscanf(fp2,"%s",s)!=EOF)
words++;
fclose(fp2);
//printf("%d words.\n",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]\n", 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\n", 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!\n", 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!\n", file_name);
printf("The File has %d words.\n",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\n",file_name);
return 0;
}
while((t=fgetc(in))!=EOF)
{
if(t=='\n'||t==' '||t=='\r') {
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]\n", 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\n", buf);
write(newsock, buf, strlen(buf));//服务器回显
}
else if(s == 0)
{
printf("client quit\n");
}
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\n", 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\n", 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\n", file_name);
FILE *fp = fopen(file_name, "w");
if(NULL == fp)
{
printf("File: %s Can Not Open To Write\n", 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!\n", file_name);
break;
}
bzero(buffer, BUFFER_SIZE);
}
printf("Receive File: %s From Client Successful!\n", file_name);
fclose(fp);
int words=0;
char s[100];
FILE *fp2;
if((fp2=fopen(file_name,"r"))==NULL)
{
printf("ERROR!\n");
exit(0);
}
while(fscanf(fp2,"%s",s)!=EOF)
words++;
fclose(fp2);
printf("%d words.\n",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。
