实验三 并发程序
实验三-并发程序-1
实验内容：
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1.学习使用Linux命令wc(1)。
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2.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。
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客户端传一个文本文件给服务器。
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服务器返加文本文件中的单词数。
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实验步骤：
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学习使用Linux命令wc
- 首先，我们使用man wc查看wc命令：
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wc指令功能：统计指定文件中的字节数、字数、行数，并将统计结果显示输出。
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wc指令格式：wc [选项] 文件...
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wc指令描述：其中word字长是由空格分隔的非零长度序列。
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wc命令参数：
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-c 统计字节数。
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-l 统计行数。
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-m 统计字符数。这个标志不能与 -c 标志一起使用。
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-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。
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-L 打印最长行的长度。
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wc实现代码：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main(int argc ,char *argv[])
{
char ch;
FILE *fp;
long count=0;
char s[21];
if ((fp=fopen(argv[1],"r+"))==NULL)
{
fprintf(stderr,"不能打开文件\"%s\"\n",argv[1]);
exit(EXIT_FAILURE);
}
while(fscanf(fp,"%s",s)!=EOF)
{
if((s[0]>='a'&&s[0]<='z')||(s[0]<='Z'&&s[0]>='A'))
count++;
}
fclose(fp);
printf("File %s has %ld characters\n",argv[1],count);
return 0;
}
- 可以使用
wc -w命令统计字数，但是字的定义是“空白、跳格或换行字符分隔的字符串”，和单词数不完全相同。
服务器端与客户端实现代码
- 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 175213
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 175213
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：
实验三-并发程序-2
实验内容：
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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：
-
在开始前，需要了解一下同步和互斥的区别：
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1.互斥是指某一资源同时只允许一个访问者对其进行访问，具有唯一性和排它性。但互斥无法限制访问者对资源的访问顺序，即访问是无序的。
-
2.同步是指在互斥的基础上（大多数情况），通过其它机制实现访问者对资源的有序访问。
-
3.同步其实已经实现了互斥，所以同步是一种更为复杂的互斥。
-
4.互斥是一种特殊的同步。
-
-
所以服务器代码需要增加两个功能：
-
增加多线程。
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使用同步互斥。
-
服务器端与客户端实现代码
- 服务器端
#include<netinet/in.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<pthread.h>
#define HELLO_WORLD_SERVER_PORT 175213
#define LENGTH_OF_LISTEN_QUEUE 20
#define BUFFER_SIZE 1024
#define FILE_NAME_MAX_SIZE 512
void *process_client(void *new_server_socket);
int mywc(char file_name[])
{
char ch;
int flag=0,num=0;
int choose;
FILE *fp;
printf("统计单词个数还是实现“wc -w”?(1or2)\n");
scanf("%d",&choose);
if((fp = fopen(file_name,"r"))==NULL)
{
printf("Failure to open %s\n",file_name);
exit(0);
}
if(choose==1)
{
while((ch=fgetc(fp))!=EOF)
{
if(ch==' ' || ch=='\n' || ch=='\t' || ch=='\!' || ch=='\?' || ch=='\"' || ch=='\.' || ch== '\,' || ch=='\:' || ch=='\(' || ch=='\)' || ch=='\;' || ch=='\-')
{
flag=0;
}
else
{
if(flag==0)
{
flag=1;
num++;
}
}
}
}
else if(choose==2)
{
while((ch=fgetc(fp))!=EOF)
{
if(ch==' ' || ch=='\n' || ch=='\t' || ch=='\r')
flag=0;
else
{
if(flag==0)
{
flag=1;
num++;
}
}
}
}
printf("单词个数为：%d\n",num);
fclose(fp);
return num;
}
int main(int argc, char **argv)
{
// set socket's address information
// 设置一个socket地址结构server_addr,代表服务器internet的地址和端口
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(HELLO_WORLD_SERVER_PORT);
// create a stream socket
// 创建用于internet的流协议(TCP)socket，用server_socket代表服务器向客户端提供服务的接口
int server_socket = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (server_socket < 0)
{
printf("Create Socket Failed!\n");
exit(1);
}
// 把socket和socket地址结构绑定
if (bind(server_socket, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)))
{
printf("Server Bind Port: %d Failed!\n", HELLO_WORLD_SERVER_PORT);
exit(1);
}
// server_socket用于监听
if (listen(server_socket, LENGTH_OF_LISTEN_QUEUE))
{
printf("Server Listen Failed!\n");
exit(1);
}
// 服务器端一直运行用以持续为客户端提供服务
while(1)
{
// 定义客户端的socket地址结构client_addr，当收到来自客户端的请求后，调用accept
// 接受此请求，同时将client端的地址和端口等信息写入client_addr中
struct sockaddr_in client_addr;
socklen_t length = sizeof(client_addr);
int new_server_socket = accept(server_socket, (struct sockaddr*)&client_addr, &length);
printf("连接到客户端\n");
if (new_server_socket < 0)
{
printf("Server Accept Failed!\n");
}
//添加进程相关代码
pthread_t pid;
if(pthread_create(&pid, NULL, process_client,(void *) &new_server_socket) < 0){
printf("pthread_create error\n");
}
}
// close(server_socket);
}
void *process_client(void *new_server_socket)
{
int sockid=*(int *)new_server_socket;
FILE *fp;
//接受来自客户端的文件
char buffer[BUFFER_SIZE];
char file_name[FILE_NAME_MAX_SIZE];
bzero(buffer, sizeof(buffer));
int length=0;
if(recv(sockid,buffer,BUFFER_SIZE, 0)==-1)
{
printf("接受文件名%s失败\n",buffer);
}
strcpy(file_name,buffer);
strcat(file_name,"-server");
if((fp = fopen(file_name,"w"))==NULL)
{
printf("Failure to open %s\n",file_name);
exit(0);
}
while( length = recv(sockid, buffer, BUFFER_SIZE, 0))
{
if(length<0)
{
printf("接受文件出错\n");
exit(0);
}
if(fwrite(buffer,sizeof(char),length,fp)<length)
{
printf("写文件失败\n");
}
bzero(buffer, BUFFER_SIZE);
}
fclose(fp);
printf("接受文件完毕\n");
int number=0;
number=mywc(file_name);
bzero(buffer, BUFFER_SIZE);
buffer[0]=number+48;
bzero(buffer, sizeof(buffer));
printf("File Transfer Finished!\n");
close(new_server_socket);
}
- 客户端
#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
#define HELLO_WORLD_SERVER_PORT 175213
#define BUFFER_SIZE 1024
#define FILE_NAME_MAX_SIZE 512
int mywc(char file_name[],int choose);
int main(int argc, char **argv)
{
FILE *fp;
if (argc != 2)
{
printf("Usage: ./%s ServerIPAddress\n", argv[0]);
exit(1);
}
// 设置一个socket地址结构client_addr, 代表客户机的internet地址和端口
struct sockaddr_in client_addr;
bzero(&client_addr, sizeof(client_addr));
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); // auto allocated, 让系统自动分配一个空闲端口
// 创建用于internet的流协议(TCP)类型socket，用client_socket代表客户端socket
int client_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (client_socket < 0)
{
printf("Create Socket Failed!\n");
exit(1);
}
// 把客户端的socket和客户端的socket地址结构绑定
if (bind(client_socket, (struct sockaddr*)&client_addr, sizeof(client_addr)))
{
printf("Client Bind Port Failed!\n");
exit(1);
}
// 设置一个socket地址结构server_addr,代表服务器的internet地址和端口
struct sockaddr_in server_addr;
bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family = AF_INET;
// 服务器的IP地址来自程序的参数
if (inet_aton(argv[1], &server_addr.sin_addr) == 0)
{
printf("Server IP Address Error!\n");
exit(1);
}
server_addr.sin_port = htons(HELLO_WORLD_SERVER_PORT);
socklen_t server_addr_length = sizeof(server_addr);
// 向服务器发起连接请求，连接成功后client_socket代表客户端和服务器端的一个socket连接
if (connect(client_socket, (struct sockaddr*)&server_addr, server_addr_length) < 0)
{
printf("Can Not Connect To %s!\n", argv[1]);
exit(1);
}
char file_name[FILE_NAME_MAX_SIZE + 1];
bzero(file_name, sizeof(file_name));
printf("Please Input File Name.\t");
scanf("%s", file_name);
if((fp = fopen(file_name,"r"))==NULL)
{
printf("Failure to open %s\n",file_name);
exit(0);
}
char buffer[BUFFER_SIZE];
bzero(buffer, sizeof(buffer));
strcpy(buffer,file_name);
if(send(client_socket,buffer,BUFFER_SIZE,0)==-1)
{
printf("发送文件名失败\n");
}
char ch;
int i=0;
while((ch=fgetc(fp))!=EOF)
{
buffer[i++]=ch;
if(i>=BUFFER_SIZE)
{
if((send(client_socket, buffer, BUFFER_SIZE, 0))==-1)
{
printf("发送文件失败\n");
}
bzero(buffer, sizeof(buffer));
i=0;
}
}
if(i<BUFFER_SIZE)
{
if((send(client_socket, buffer, i, 0))==-1)
{
printf("发送文件失败\n");
}
}
printf("发送%s完毕\n",file_name);
mywc(file_name,1);
mywc(file_name,2);
// 向服务器发送buffer中的数据，此时buffer中存放的是客户端需要接收的文件
//以下接收服务器发来的单词个数
bzero(buffer, sizeof(buffer));
fclose(fp);
close(client_socket);
return 0;
}
int mywc(char file_name[],int choose)
{
FILE *fp;
char ch;
int flag=0,num=0;
if((fp = fopen(file_name,"r"))==NULL)
{
printf("Failure to open %s\n",file_name);
exit(0);
}
if(choose==1)
{
while((ch=fgetc(fp))!=EOF)
{
if(ch==' ' || ch=='\n' || ch=='\t' || ch=='\!' || ch=='\?' || ch=='\"' || ch=='\.' || ch== '\,' || ch=='\:' || ch=='\(' || ch=='\)' || ch=='\;' || ch=='\-')
{
flag=0;
}
else
{
if(flag==0)
{
flag=1;
num++;
}
}
}
}
else if(choose==2)
{
while((ch=fgetc(fp))!=EOF)
{
if(ch==' ' || ch=='\n' || ch=='\t' || ch=='\r')
flag=0;
else
{
if(flag==0)
{
flag=1;
num++;
}
}
}
}
printf("单词个数为：%d_用方式%d计算\n",num,choose);
fclose(fp);
return num;
}
- 运行结果
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需要注意的是：
因为pthread库不是Linux系统默认的库，连接时需要使用库libpthread.a,所以在使用pthread_create创建线程时，在编译中要加-lpthread参数:gcc server.c -lpthread -o server加上这个以后编译成功！ -
单线程与多线程的区别：
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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）。
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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。
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单线程与多线程的优缺点分析：
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多线程优缺点：同步应用程序的开发比较容易，但由于需要在上一个任务完成后才能开始新的任务，所以其效率通常比多线程应用程序低。如果完成同步任务所用的时间比预计时间长，应用程序可能会不响应。多线程处理可以同时运行多个过程。
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单线程优缺点：单线程的也就是程序执行时，所跑的程序路径（处理的东西）是连续顺序下来的，必须前面的处理好，后面的才会执行到。
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实验三-并发程序-3
实验内容：
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交叉编译多线程版本服务器并部署到实验箱中。
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PC机作客户端测试wc服务器。
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提交测试截图。
实验步骤：
- 运行截图
学习到的知识点：
- 了解了多线程的优点：多线程技术使程序的响应速度更快 ,因为用户界面可以在进行其它工作的同时一直处于活动状态。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。
