2017-2018-1 20155339 实验三 实时系统
任务一 并发程序-1
实验要求：
1.学习使用Linux命令wc(1)
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
3.客户端传一个文本文件给服务器
4.服务器返加文本文件中的单词数
实验步骤
-
首先学习wc命令：查看帮助文档，Linux系统中的wc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。
-
wc命令参数：
-c 统计字节数。
-l 统计行数。
-m 统计字符数。这个标志不能与 -c 标志一起使用。
-w 统计字数。一个字被定义为由空白、跳格或换行字符分隔的字符串。
-L 打印最长行的长度。
-help 显示帮助信息
--version 显示版本信息
-
使用wc命令：
-
实现mywc
1.定义一个结构体，包括这几个参数：字节数，字符数，行数，最大行长度，单词数。如下：
struct message{
int lines;
int words;
int max_line_length;
int size;
int chars;
}info;
2.实现-c参数功能：通过stat()函数的结构图返回值中的st_size来计算返回值；
实现-m参数功能：通过fgetc()函数一直读到文件尾，如果返回值不为空则字符数加1；
实现-l参数功能：当读取到的字节为'
' 时，则行数加1；
实现-w参数功能：当读取到的字节为' '或者' '或者'
'时，单词数加1；
- 实现mywc.c
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/stat.h>
#include<stdlib.h>
struct message{
int lines;
int words;
int max_line_length;
int size;
int chars;
}info;
void error_print(char str[]){
printf("Error:%s",str);
}
void init(char filename[]){
struct stat get_message = {};
FILE *fp;
int ret_stat = stat(filename,&get_message);
if(ret_stat == -1){
error_print(filename);
return ;
}
mode_t mode = get_message.st_mode;
int length = 0;
if(S_ISDIR(mode))
printf("Error %s is dir
0 0 0 %s",filename,filename);
else{
info.size = get_message.st_size;
fp = fopen(filename,"r");
char ch;
int flag = 0;
while((ch = fgetc(fp))!=EOF){
info.chars++;
if(ch != '
'){
length++;
}
if(ch == '
'){
info.lines ++;
if(length>info.max_line_length)
info.max_line_length = length;
length = 0;
}
if(ch == ' ' || ch == ' ' || ch == '
'){
flag = 0;
continue;
}
else{
if(flag == 0){
info.words++;
flag = 1;
}
}
}
fclose(fp);
}
}
int main(int argc,char *argv[]){
if(argc == 2){
if(argv[1][0] != '-'){
init(argv[1]);
printf("%d %d %d %s
",info.lines,info.words,info.size,argv[1]);
return 0;
}
}
else if(argc == 3){
init(argv[2]);
}
int num;
while((num = getopt(argc,argv,"lwmcL"))!=-1){
switch(num){
case 'l':
printf("%d
",info.lines);
break;
case 'w':
printf("%d
",info.words);
break;
case 'm':
printf("%d
",info.chars);
break;
case 'c':
printf("%d
",info.size);
break;
case 'L':
printf("%d
",info.max_line_length);
break;
}
}
if(argc != 2 && argv[1][0] != '-')
printf("%s
",argv[2]);
return 0;
}
-
测试mywc.c
-
实现客户端和服务器的通信
-
客户端代码：
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/stat.h>
#include<stdlib.h>
#include<netinet/in.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#define HELLO_WORLD_SERVER_PORT 155339
#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
", 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!
");
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!
");
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!
");
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!
", argv[1]);
exit(1);
}
//bzero(argv[2], sizeof(argv[2]));
if((fp = fopen(argv[2],"r"))==NULL)
{
printf("Failure to open %s
",argv[2]);
exit(0);
}
char buffer[BUFFER_SIZE];
bzero(buffer, sizeof(buffer));
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
");
}
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
");
}
}
printf("发送%s完毕
",argv[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));
int length ;
length = recv(client_socket, buffer, sizeof(buffer), 0);
buffer[0]=atoi(buffer[0]);
buffer[1]=atoi(buffer[1]);
buffer[2]=atoi(buffer[2]);
if (length < 0)
{
printf("Recieve Data From Server %s Failed!
", argv[1]);
}
else
{
printf("%d %d %d %S
",buffer[0],buffer[1],buffer[2],argv[2]);
}
bzero(buffer, BUFFER_SIZE);
// 传输完毕，关闭socket
fclose(fp);
close(client_socket);
return 0;
}
- 服务器代码：
#include<netinet/in.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/stat.h>
#include<stdlib.h>
#define HELLO_WORLD_SERVER_PORT 155339
#define LENGTH_OF_LISTEN_QUEUE 20
#define BUFFER_SIZE 1024
#define FILE_NAME_MAX_SIZE 512
struct message{
int lines;
int words;
int max_line_length;
int size;
int chars;
}info;
void error_print(char str[]){
printf("Error:%s",str);
}
void init(char filename[]){
struct stat get_message = {};
FILE *fp;
int ret_stat = stat(filename,&get_message);/*用stat函数读取filenmae文件的信息，并将结果写到get_message结构体中*/
if(ret_stat == -1){//stat函数不出错则进行信息输出
error_print(filename);
return ;
}
mode_t mode = get_message.st_mode; //接收文件信息，用于下面判断是不是目录
int length = 0;
if(S_ISDIR(mode)) //如果是目录，输出错误
printf("Error %s is dir
0 0 0 %s",filename,filename);
else{
info.size = get_message.st_size; //文件字节大小 wc -c
fp = fopen(filename,"r"); //以只读方式打开指定文件
char ch;
int flag = 0;
while((ch = fgetc(fp))!=EOF){ //一直读到文件尾
info.chars++; //字符数加1 wc -m
if(ch != '
'){
length++; //记录当前行的长度 wc -L
}
if(ch == '
'){
info.lines ++; //行数加1 wc -l
if(length>info.max_line_length)
info.max_line_length = length; //更新最大长度
length = 0;
}
if(ch == ' ' || ch == ' ' || ch == '
'){
flag = 0; //计算单词数 wc -w
continue;
}
else{
if(flag == 0){
info.words++; //计算单词数 wc -w
flag = 1;
}
}
}
fclose(fp);
}
}
int mywc(int argc,char *argv[]){
if(argc == 2){
if(argv[1][0] != '-'){
init(argv[1]);
//printf("%d %d %d %s
",info.lines,info.words,info.size,argv[1]);
return 0;
}
}
else if(argc == 3){
init(argv[2]);
}
int num;
while((num = getopt(argc,argv,"lwmcL"))!=-1){
switch(num){
case 'l':
printf("%d
",info.lines);
break;
case 'w':
printf("%d
",info.words);
break;
case 'm':
printf("%d
",info.chars);
break;
case 'c':
printf("%d
",info.size);
break;
case 'L':
printf("%d
",info.max_line_length);
break;
}
}
if(argc != 2 && argv[1][0] != '-') //一定要判断，否则会越界
printf("%s
",argv[2]);
return 0;
}
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!
");
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!
", HELLO_WORLD_SERVER_PORT);
exit(1);
}
// server_socket用于监听
if (listen(server_socket, LENGTH_OF_LISTEN_QUEUE))
{
printf("Server Listen Failed!
");
exit(1);
}
// 服务器端一直运行用以持续为客户端提供服务
// 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;
int length = sizeof(client_addr);
int new_server_socket = accept(server_socket, (struct sockaddr*)&client_addr, &length);
printf("连接到客户端
");
if (new_server_socket < 0)
{
printf("Server Accept Failed!
");
}
FILE *fp;
if((fp = fopen("1.txt","w"))==NULL)
{
printf("Failure to open recvfile
");
exit(0);
}
//接受来自客户端的文件
char buffer[BUFFER_SIZE];
bzero(buffer, sizeof(buffer));
length=0;
while( length = recv(new_server_socket, buffer, BUFFER_SIZE, 0) )
{
if(length<0)
{
printf("接受文件出错
");
exit(0);
}
if(fwrite(buffer,sizeof(char),length,fp)<length)
{
printf("写文件失败
");
}
bzero(buffer, BUFFER_SIZE);
}
fclose(fp);
printf("成功接受文件
");
char a[1]="1.txt";
mywc(2,a);
bzero(buffer, BUFFER_SIZE);
sprintf(buffer[0],%d,info.lines);
sprintf(buffer[1],%d,info.words);
sprintf(buffer[2],%d,info.size);
// 发送buffer中的字符串到new_server_socket,实际上就是发送给客户端
if (send(new_server_socket, buffer, sizeof(buffer), 0) < 0)
{
printf("Send number Failed!
");
}
printf("完成wc功能，并已返回给客户端
");
bzero(buffer, sizeof(buffer));
fclose(fp);
close(new_server_socket);
close(server_socket);
return 0;
}
- 运行结果
任务二 并发程序-2
实验要求
- 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
实验步骤
- 首先了解是线程，线程是进程中的独立执行单元，对于操作系统而言，它通过调度线程来使应用程序工作，一个进程中至少包含一个线程，我们把该线程成为主线程。线程与进程之间的关系可以理解为：线程是进程的执行单元，操作系统通过调度线程来使应用程序工作；而进程则是线程的容器，它由操作系统创建，又在具体的执行过程中创建了线程。
- 考虑多个线程访问一个数据，每个线程在访问数据之前都会先访问该互斥量，如果该互斥量已经加锁则阻塞，不然就对该互斥量加锁再去访问实际的数据。当有多线程因为互斥量加锁被阻塞时，一旦锁释放了，这些阻塞的线程都会运行起来，此时，第一个线程再去加锁互斥量访问数据，其他线程只能再次等待。
- 此处我们的线程执行的方法需要参数，则就需要使用pthread_create()函数。该函数头文件
#include <pthread.h>,函数原型：
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,void *(*start_routine) (void *), void *arg);,其中第一个参数：指向线程标示符pthread_t的指针,
第二个参数：设置线程的属性,
第三个参数：线程运行函数的起始地址,
第四个参数：运行函数的参数。 - 多线程服务器2代码：
#include<netinet/in.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/stat.h>
#include<stdlib.h>
#define HELLO_WORLD_SERVER_PORT 155339
#define LENGTH_OF_LISTEN_QUEUE 20
#define BUFFER_SIZE 1024
#define FILE_NAME_MAX_SIZE 512
struct message{
int lines;
int words;
int max_line_length;
int size;
int chars;
}info;
void error_print(char str[]){
printf("Error:%s",str);
}
void init(char filename[]){
struct stat get_message = {};
FILE *fp;
int ret_stat = stat(filename,&get_message);/*用stat函数读取filenmae文件的信息，并将结果写到get_message结构体中*/
if(ret_stat == -1){//stat函数不出错则进行信息输出
error_print(filename);
return ;
}
mode_t mode = get_message.st_mode; //接收文件信息，用于下面判断是不是目录
int length = 0;
if(S_ISDIR(mode)) //如果是目录，输出错误
printf("Error %s is dir
0 0 0 %s",filename,filename);
else{
info.size = get_message.st_size; //文件字节大小 wc -c
fp = fopen(filename,"r"); //以只读方式打开指定文件
char ch;
int flag = 0;
while((ch = fgetc(fp))!=EOF){ //一直读到文件尾
info.chars++; //字符数加1 wc -m
if(ch != '
'){
length++; //记录当前行的长度 wc -L
}
if(ch == '
'){
info.lines ++; //行数加1 wc -l
if(length>info.max_line_length)
info.max_line_length = length; //更新最大长度
length = 0;
}
if(ch == ' ' || ch == ' ' || ch == '
'){
flag = 0; //计算单词数 wc -w
continue;
}
else{
if(flag == 0){
info.words++; //计算单词数 wc -w
flag = 1;
}
}
}
fclose(fp);
}
}
int mywc(int argc,char *argv[]){
if(argc == 2){
if(argv[1][0] != '-'){
init(argv[1]);
//printf("%d %d %d %s
",info.lines,info.words,info.size,argv[1]);
return 0;
}
}
else if(argc == 3){
init(argv[2]);
}
int num;
while((num = getopt(argc,argv,"lwmcL"))!=-1){
switch(num){
case 'l':
printf("%d
",info.lines);
break;
case 'w':
printf("%d
",info.words);
break;
case 'm':
printf("%d
",info.chars);
break;
case 'c':
printf("%d
",info.size);
break;
case 'L':
printf("%d
",info.max_line_length);
break;
}
}
if(argc != 2 && argv[1][0] != '-') //一定要判断，否则会越界
printf("%s
",argv[2]);
return 0;
}
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);
pthread_t pid;
// 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!
");
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!
", HELLO_WORLD_SERVER_PORT);
exit(1);
}
// server_socket用于监听
if (listen(server_socket, LENGTH_OF_LISTEN_QUEUE))
{
printf("Server Listen Failed!
");
exit(1);
}
// 服务器端一直运行用以持续为客户端提供服务
// 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;
int length = sizeof(client_addr);
int new_server_socket = accept(server_socket, (struct sockaddr*)&client_addr, &length);
printf("连接到客户端
");
if (new_server_socket < 0)
{
printf("Server Accept Failed!
");
}
if(pthread_create(&pid, NULL, process_client,(void *) &new_server_socket) < 0){
printf("pthread_create error
");
}
void *process_client(void *new_server_socket)
{
int sockid=*(int *)new_server_socket;
FILE *fp;
if((fp = fopen("1.txt","w"))==NULL)
{
printf("Failure to open recvfile
");
exit(0);
}
//接受来自客户端的文件
char buffer[BUFFER_SIZE];
bzero(buffer, sizeof(buffer));
length=0;
while( length = recv(new_server_socket, buffer, BUFFER_SIZE, 0) )
{
if(length<0)
{
printf("接受文件出错
");
exit(0);
}
if(fwrite(buffer,sizeof(char),length,fp)<length)
{
printf("写文件失败
");
}
bzero(buffer, BUFFER_SIZE);
}
fclose(fp);
printf("成功接受文件
");
char a[1]="1.txt";
mywc(2,a);
bzero(buffer, BUFFER_SIZE);
sprintf(buffer[0],%d,info.lines);
sprintf(buffer[1],%d,info.words);
sprintf(buffer[2],%d,info.size);
// 发送buffer中的字符串到new_server_socket,实际上就是发送给客户端
if (send(new_server_socket, buffer, sizeof(buffer), 0) < 0)
{
printf("Send number Failed!
");
}
printf("完成wc功能，并已返回给客户端
");
bzero(buffer, sizeof(buffer));
fclose(fp);
close(new_server_socket);
close(server_socket);
return 0;
}
}
结果截图
对比单线程的版本的性能，并分析原因。
回答：单线程更容易实现，多线程允许多个客户端同时连接一个服务器，而单线程只允许同一时间情况下，一个客户端连接这个服务器，这使得效率大大较低，时间损失多，内存消耗不少，效率低，客户端需要等待，而多线程允许多个客户端同时连接多线程运行效率更高，节约了很多内存和时间。