2017-2018-1 《信息安全系统设计基础》实验三报告
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任务一 C语言模拟wc命令
使用man wc命令查看wc命令的基本用法：
可知wc命令的功能为：统计指定文件中的字节数、字数、行数等，并将统计结果显示输出。常用的参数为：
- -c：统计字节数
- -l：统计行数
- -m：统计字符数，且不能与-c参数一起使用
- -w：统计字数，一个字被定义为由空白、跳格或换行字符分割的字符串
- -L：打印最长行的长度
- ......
但是，如果我们想统计某文件中出现过某个特定单词的行数，只用wc命令是无法完成的。我们可以借助管道将wc命令与其他命令（如grep）串联起来：
grep and test.txt | wc -l
上面命令实现了查找test.txt中所有出现过“and”这个单词的行，并统计行数。
再进一步，如果想精确到个数（比如一行出现两次，算作2），可以加上参数-o选项（only），表示只选中那些匹配的地方，结果为：
基于以上分析，代码如下：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
void wc_func(char *file,int ism,int isw,int isl);
int main(int argc ,char *argv[])
{
int ism,isw,isl,opt;
ism = isw = isl = 0;
int count = 0;
while((opt=getopt(argc,argv,"mwl"))!=-1)
{
count++;
switch(opt)
{
case 'm':
ism=1;
break;
case 'w':
isw=1;
break;
case 'l':
isl=1;
break;
case '?':
printf("请查看该指令说明文档 %c
",optopt);
exit(0);
}
}
if(count==0)
{
ism=isw=isl=1;
}
if(optind==argc)
{
printf("wc error: have no file!
");
}
for(;optind<argc;optind++)
{
wc_func(argv[optind],ism,isw,isl);
}
}
void wc_func(char *file,int ism,int isw,int isl)
{
int t,m,w,l;
int state = 0;
FILE *in;
if((in = fopen(file,"r"))==NULL)
{
printf("wc %s:no this file or dir
",file);
return;
}
w=m=l=0;
while((t=fgetc(in))!=EOF)
{
/*if(t==' '||t==' ')
{
w++;
}
else if(t=='
')
{
l++;
}*/
if(t == '
') {
l++;
state = 0;
continue;
} else if(t == ' ') {
state = 0;
continue;
} else if(t == '
') {
state = 0;
continue;
} else {
if(state == 0) {
state = 1;
w++;
}
continue;
}
m++;
}
if(isl)
printf("%-5d",l);
if(isw)
printf("%-5d",w);
if(ism)
printf("%-5d",m);
printf("%-10s
",file);
}
运行结果如下：
任务二 实现传送文本文件的服务器和客户端
虽然在网络安全编程基础课程上学习过网络编程的相关知识，但基于的是Windows。将其移植到Linux下时需要注意以下几个方面：
- 头文件
Windows下winsock.h或winsock2.h；
Linux下netinet/in.h（包括大部分），unistd.h（包括close函数），sys/socket.h。
- 初始化
windows下需要用WSAStartup启动Ws2_32.lib；
linux下不需要。
- 关闭socket
windows下使用closesocket()；
linux下使用close()。
- 类型
windows下SOCKET；
linux下int。
- 多线程（下一个任务会用到）
windows下包含process.h，使用_beginthread和_endthread；
linux下包含pthread.h，使用pthread_create和pthread_exit。
- ......
以上是我在移植过程中遇到的问题，需格外注意。更多情况可参考Socket程序从windows移植到linux的注意事项等相关文章。
基于客户端与服务器的通信流程，可分别写出创建服务器和客户端，以及客户端和服务器连接的代码：
/*创建服务器：*/
int start_server(int port, int type){
//建立服务器套接字
int ss = socket(AF_INET, type, 0);
if(ss < 0){
printf("create socket error
");
return -1;
}
//设置服务器地址
struct sockaddr_in server_addr; //服务器地址结构
bzero(&server_addr, sizeof(struct sockaddr_in)); //清零
server_addr.sin_family = AF_INET; //协议族
server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); //ip地址
server_addr.sin_port = htons(port); //端口
//绑定地址结构到套接字描述符
if(bind(ss, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0){
printf("bind error
");
return -1;
}
//TCP
if(SOCK_STREAM == type){
//设置侦听
if(listen(ss, LISTEN_SIZE) < 0){
printf("listen error
");
return -1;
}
printf("tcp server start
");
}
else
printf("udp server start
");
return ss;
}
int create_tcp_server(int port){
start_server(port, SOCK_STREAM);
}
int create_udp_server(int port){
start_server(port, SOCK_DGRAM);
}
/*接受客户端连接：*/
socklen_t addrlen = sizeof(struct sockaddr);
struct sockaddr_in client_addr; //客户端地址结构
client_sock = accept(ss, (struct sockaddr*)&client_addr, &addrlen);
if(client_sock < 0){
printf("accept error
");
}
printf("accept success
");
/*客户端：*/
int connectsock(char* server_ip, int server_port, int type){
int sock_fd = socket(AF_INET, type, 0);
if(-1 == sock_fd){
printf("create socket error
");
return -1;
}
struct sockaddr_in server_addr;
//设置服务器地址
bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
server_addr.sin_port = htons(server_port);
inet_pton(AF_INET, server_ip, &server_addr.sin_addr);
//连接服务器
if(-1 == connect(sock_fd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(struct sockaddr_in))){
printf("connect server error
");
return -1;
}
printf("connect server success
");
return sock_fd;
}
int connect_tcp(char* server_ip, int server_port){
return connectsock(server_ip, server_port, SOCK_STREAM);
}
int connect_udp(char* server_ip, int server_port){
return connectsock(server_ip, server_port, SOCK_DGRAM);
}
搭建好客户端和服务器，接下来考虑如何传输文件。
传输数据需要用到缓冲区。客户端首先输入文件名，并判断该文件是否存在。若不存在，则返回错误提示；存在，则发送至服务器。服务器接收到数据后，创建一个同样名称的文件。至此，完成了最基础的一步。
传输文件内容的思路上面类似，但需注意：文件名称一般很短，但文件内容大小并不确定。所以不要奢望一次性传输完所有的数据，而应设置循环，以固定大小传输数据，一直到传输结束。
传输数据部分的代码如下：
/*客户端：*/
char file_name[FILE_NAME_MAX_SIZE+1];
bzero(file_name, FILE_NAME_MAX_SIZE+1);
printf("Please Input File Name On Server: ");
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: %s Not Found
", 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
",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: %s Failed
", file_name);
break;
}
bzero(buffer, BUFFER_SIZE);
}
}
printf("Send File: %s To Server[%s] Finished
",file_name, argv[1]);
printf("The File has %d words.
", wc_func(file_name));
fclose(fp);
/*服务器：*/
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: %s Can Not Open To Write
", 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!
", argv[1]);
break;
}
int write_length = fwrite(buffer,sizeof(char),len,fp);
if (write_length<len)
{
printf("File: %s Write Failed
", file_name);
break;
}
bzero(buffer,BUFFER_SIZE);
}
printf("File: %s Transfer Finished!
",file_name);
fclose(fp);
按照要求，在服务器端调用计算单词数的函数，并返回给客户端即可。
【注：完成代码已上传至码云】
任务三 多线程实现传送文本文件的服务器和客户端
通过man -k命令查看与创建进程相关的函数：
我们可以找到“pthread_create()”函数，使用man 3 pthread_create命令可以得知其用法：
说明：
- thread：线程标识符；
- attr：线程属性设置；
- start_routine：线程函数的起始地址；
- arg：传递给start_routine的参数；
- 返回值：成功，返回0；出错，返回-1。
- 注意：pthread库不是Linux系统默认的库，连接时需要使用静态库libpthread.a，所以在线程函数在编译时，需要使用“-lpthread”链接库函数。
因此，服务器需要循环检测是否有新的连接。如果有，则调用pthread_create()函数创建新的进程，并执行相关代码。这部分的代码如下：
while(1){
//接受客户端连接
socklen_t addrlen = sizeof(struct sockaddr);
struct sockaddr_in client_addr; //客户端地址结构
int client_sock = accept(ss, (struct sockaddr*)&client_addr, &addrlen);
if(client_sock < 0){
printf("accept error
");
}
printf("accept success
");
pthread_t pid;
if(pthread_create(&pid, NULL, process_client, &client_sock) < 0){
printf("pthread_create error
");
}
}
创建了新的线程，接下来就可以传送文件了。过程与任务二类似。
【注：完成代码已上传至码云】
任务四 使用PC机和实验箱模拟客户端服务器并测试（未完成）
实验感想与体会
- 此次实验首先在Linux下实现了客户端与服务器传送文本文件，并模拟wc命令统计文本文件中的单词数。但一次只能为一个客户端提供服务的迭代网络是不现实的，因此，在任务二中创建了一个并发服务器，它为每一个客户端创建一个单独的逻辑流。这就允许服务器同时为多个客户端服务，提高了其使用价值。
- 在完成任务三的过程中遇到了重重困难。本打算在自己笔记本上完成，也方便后续学习，但参考指导书《实验开发环境使用说明-12.04》中“解决上网与本地网络调试冲突”的相关讲解完成配置后，实验箱与主机仍然无法ping通。想到之前实验一在实验室的PC机上完成得比较顺利，于是改用实验室的PC机，但找不到正确的端口，更换了PC机和实验箱后仍然解决不了，只能作罢。
- 近期学习效率低下，每周一章的任务常常不能按时完成，总需要后期抽时间补充。回想上学期学习Java时，虽然也是一周学习一章，但并没有觉得如此吃力，花十几个小时就能完成当周的任务。尤其这次实验结束，花费大量时间也没有解决问题，心情失落的同时，不禁怀疑自己的自学能力。且不说与老师的要求相差甚远，这种学习效率与状态连自己都不能接受。课本内容较上学期更难更深是一方面，但更多的是自身的问题。比如没有合理分配时间，做到门门课程兼顾；比如将精力浪费在一些无关紧要的事情上，等等。
- 课下了解到，不少同学也遇到了类似的问题。能及时赶上老师的进度还好，一旦某一阵略有松懈没跟上节奏，就容易产生恶性循环，落下越来越多的内容。老师一直以来采取的都是自学为主，教学为辅的方式，这一点无可厚非，我认为自学能力可以让人终生受益。不怕自学的过程中遇到困难，怕就怕在总是遇到无法解决的困难而逐渐放弃。
- 前几天不慎扭伤了脚，不能在寝室、主楼和图书馆之间随意跑的日子还真不适应，只能躺着休息，因此对好多任务都心有余而力不足...多亏朋友们悉心的照顾还有及时涂药，脚在一天天康复，落下的事情也要一点点补回来。那么，就先从努力按时完成本周学习任务开始吧：）