20155322 2017-2018-1《信息安全系统设计》实验三：实时系统
实验三 实时系统
任务一
任务详情：
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学习使用Linux命令wc
-
基于Linux Socket程序设计实现wc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
任务过程：
实现wc命令
- Linux系统中的wc(Word Count)命令的功能为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。
- 命令格式：
wc [选项]文件... - 命令功能：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。该命令统计指定文件中的字节数、字数、行数。如果没有给出文件名，则从标准输入读取。wc同时也给出所指定文件的总统计数。
- 命令格式：
- 在这里我简单的设计实现了wc的统计字节数、字数、行数功能的函数。
- 用数组存储字节数、字数、行数功能
- 通过fgetc读取字符，通过My_wc函数实现判断
void excute(FILE *fp,char file_name[]){
//FILE *fp;
char c;
int i,j;
int res_current[3];
int res_total[3];
for(i=0;i<3;i++)
{
res_current[i]=0;
res_total[i]=res_current[i];
}
j=0;
while(++j<2)
{
if((fp=fopen(file_name,"r"))==NULL)
{
printf("Can not open the file %s\n",file_name);
exit(0);
}
c=fgetc(fp);
while(c!=EOF)
{
my_wc(res_current,c);
c=fgetc(fp);
}
fclose(fp);
printf(" %d %d %d %s\n",res_current[0],res_current[1],res_current[2],file_name);
for(i=0;i<3;i++)
{
res_total[i]+=res_current[i];
res_current[i]=0;
}
}
printf(" %d %d %d total\n",res_total[0],res_total[1],res_total[2]);
}
void my_wc(int res_current[],char c)
{
int flag;
res_current[2]++;
if(c=='\n')
{
res_current[0]++;
}
if(c=='\t' || c== ' ' || c=='\n')
{
if(flag==0)
{
res_current[1]++;
flag=1;
}
}
else
flag=0;
}
实现服务器/客户端
这里我直接在网上选择了一个合适的服务器和客户端代码进行实现wc功能的改造：
服务器的实现：
#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 155322
#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;
}
客户端实现：
#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 155322
#define BUFFER_SIZE 1024
#define FILE_NAME_MAX_SIZE 512
extern int flag=1;
void excute(FILE *fp,char file_name[]);
void my_wc(int res_current[],char c);
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);
}
printf("%s\n",file_name);
// 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);
return 0;
}
结合二者完成实验
- 将wc函数加入客户端，当客户端收到文件的时候，调用excute函数执行mywc功能：
前面代码略……
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);
}
printf("%s\n",file_name);
excute(fp,file_name);
// 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);
return 0;
}
实现截图
任务二
任务详情：
-
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
任务过程：
理解同步和互斥机制概念：
- 同步：又称直接制约关系，是指多个线程（或进程）为了合作完成任务，必须严格按照规定的 某种先后次序来运行。
- 实例：线程 T2 中的语句 y 要使用线程 T1 中的语句 x 的运行结果，所以只有当语句 x 执行完成之后语句 y 才可以执行。我们可以使用信号量进行同步：
semaphore S=0; // 初始化信号量
T1() {
...
x; // 语句x
V(S); // 告诉线程T2，语句x已经完成
...
}
T2() {
...
P(S); // 检查语句x是否运行完成
y; // 检查无误，运行y语句
...
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
- 互斥：又称间接制约关系，是指系统中的某些共享资源，一次只允许一个线程访问。当一个线程正在访问该临界资源时，其它线程必须等待。
- 实例：打印机就是一种临界资源，而访问打印机的代码片段称为临界区，故每次只允许一个线程进入临界区。—— 我们同样可以使用信号量解决互斥问题，只需把临界区置于 P(S) 和 V(S) 之间，即可实现两线程对临界资源的互斥访问。
semaphore S=1; // 初始化信号量
T1() {
...
P(S);
线程T1的临界区; // 访问临界资源
V(S);
...
}
T2() {
...
P(S);
线程T2的临界区; // 访问临界资源
V(S);
...
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
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11
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16
17
- 多线程：
- pthread学习：
man pthread
- pthread学习：
实现代码
稍后贴
代码调试中的问题和解决过程
- openssl头文件无法使用
本周结对学习情况
- 结对学习内容：
实验二 固件程序设计
