2018-2019-1 20165230 实验三 实时系统
实验内容
-
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
实验步骤
一、并发程序-1
知识点
- wc命令
- socket编程
- tcp文件传输
实验过程
- 使用man查看wc
从帮助文档可知
| 命令参数 | 作用 |
|---|---|
| -c | 统计字节 |
| -m | 统计字符 |
| -l | 统计行数 |
| -L | 打印最长行的长度 |
| -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。 |
- Mywc代码实现：
#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);/*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);
}
}
//计算键盘输入内容的相关信息，即参数中没有指定要打开的文件
void EmptyFile(){
char ch;
int flag = 0;
int length = 0;
while((ch = getchar())!=EOF){
info.chars++;
info.size += sizeof(ch); //字节累加
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;
}
}
}
}
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{ //未指定打开文件，类似 wc -lmwcL
EmptyFile();
}
}
else if(argc == 1){ //未指定打开文件和要输出的参数，（默认输出 -lwc）
EmptyFile();
printf("%d %d %d
",info.lines,info.words,info.size);
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;
}
mywc实现截图
- 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 155314
#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: ");
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
", 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!
", 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.
",atoi(buffer));
}
close(client_socket_fd);
return 0;
}
- 服务器端代码
#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 155314
#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
", file_name);
// 打开文件，准备写入
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
// 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: %s Write Failed
", file_name);
break;
}
bzero(buffer, BUFFER_SIZE);
}
// 接收成功后，关闭文件，关闭socket
printf("Receive File: %s From Client IP Successful!
", 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!
");
exit(0);
}
while(fscanf(fp2,"%s",s)!=EOF)
words++;
fclose(fp2);
//printf("%d words.
",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;
}
实验截图
二、并发程序-2
实验过程
-
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
- 客户端代码不变
- 互斥锁：互斥锁是用加锁的方式来控制对公共资源的操作(一旦开始进行就不会被打断的操作)
在同一时刻只有一个线程能够对互斥锁进行操作；只有上锁的进程才可以对公共资源进行访问，除该进程之外，其他进程只能等到上锁进程解锁才能对公共资源进行操作。 - 修改服务器代码，使之成为多线程服务器。
#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 20165230
#define LENGTH_OF_LISTEN_QUEUE 20
#define BUFFER_SIZE 1024
#define FILE_NAME_MAX_SIZE 512
#define MAX 10000000
int main()
{
// 声明并初始化一个服务器端的socket地址结构
……
// 绑定socket和socket地址结构
if((bind(server_socket_fd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)))==-1)
{
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)//调用pthread_create不断创建新进程接受客户端连接请求
{
// 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;
}
int client_p=pthread_create(&pid, NULL, process_client,(void *) &new_server_socket);
pthread_t pid;
if(pthread_create(&pid, NULL, process_client,(void *) &new_server_socket) < 0){
exit(1);
}
// 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
/*打开文件并计数代码部分省略*/
…………
// 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; }
编译时需要使用-lpthread，否则报错：“对‘pthread_create’未定义的引用”
gcc -pthread server2.c -o server2
运行截图
分析原因
- 单线程容易实现，但是一次只允许一个客户端连接。
- 多线程更复杂，但是一次允许多个客户端，工作效率更高。
- 单线程保证单用户的安全性，但多线程保证任务的高效性。
实验中的问题及解决过程
- 使用socket编程的时候，发现用书上的知识无法直接传输文件，结合老师讲过的web编程，客户端使用send和recv实现文件传输，但是运行的时候报错，出现段错误（核心已转储）
- 问题解决：检查发现存在地址越界的错误，将代码改过之后，代码运行成功。
- 统计出的结果与预想结果不一样，总会存在误差，
- 问题解决：查找资料显示，是因为将测试文件编辑的时候，从Windows到Linux粘贴的过程中，会产生一些看不见的非法字符，使用od -tc xxx就能看出来，但实际上，这些字符在统计的时候是不会被统计到的，因此，结果总有偏差。
新学到的知识点
锁
- 在主线程中初始化锁为解锁状态
pthread_mutex_t mutex;
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
- 在编译时初始化锁为解锁状态
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;//锁初始化
- 访问对象时的加锁操作与解锁操作
pthread_mutex_lock(&mutex)//加锁
pthread_mutex_unlock(&mutex)//释放锁
信号量
- 锁有一个很明显的缺点，那就是它只有两种状态：锁定与不锁定。
信号量本质上是一个非负数的整数计数器，它也被用来控制对公共资源的访问。当公共资源增加的时候，调用信号量增加函数sem_post()对其进行增加，当公共资源减少的时候，调用函数sem_wait()来减少信号量。其实是可以把锁当作一个0-1信号量的。
它们是在/usr/include/semaphore.h中进行定义的，信号量的数据结构为sem_t, 本质上，它是一个long型整数
在使用semaphore之前，我们需要先引入头文件#include <semaphore.h>
初始化信号量：int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
成功返回0，失败返回-1 - sem：指向信号量结构的一个指针
- pshared： 不是0的时候，该信号量在进程间共享，否则只能为当前进程的所有线程们共享
- value：信号量的初始值
- 信号量减1操作，当sem=0的时候该函数会堵塞
int sem_wait(sem_t *sem);
成功返回0，失败返回-1