2019-2020-1 20175209王梓鸿 实验三 并发程序

实验三 并发程序

实验三-并发程序-1

实验内容：

• 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。

  • 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：

• 学习使用Linux命令wc

  • 首先，我们使用man -k wc查看wc命令的系统调用：
    

  • 接下来用man 1 wc 查看wc指令：
    

• 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。

• wc指令格式：wc [选项] 文件...

• wc指令描述：其中word字长是由空格分隔的非零长度序列。

• 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。

• 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 175209

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
", 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 '
':
                            wordscount++;
                            break;
                        case '
':
                            wordscount++;
                            break;
                        default:
                            break;
                    }
                }
            if(buffer[i]== ' ' || buffer[i]=='
' || buffer[i]=='
') 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 175209

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
", wordscount);
    close(clientfd);
}

• 运行结果：

实验三-并发程序-2

实验内容：

• 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：

  • 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。

  • 使用同步互斥。

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>
#include <pthread.h>

#define MYPORT 175209
pthread_mutex_t counter_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
int serverfd, clientfd;
char buffer[BUFSIZ];

void *wc(void *m){
    pthread_mutex_lock( &counter_mutex );
    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 '
':
                            wordscount++;
                            break;
                        case '
':
                            wordscount++;
                            break;
                        default:
                            break;
                    }
                }
                if(buffer[i]== ' ' || buffer[i]=='
' || buffer[i]=='
') 
                    flag=1;
                else 
                    flag=0;
            }
        }
        if(len<1024) 
            break;
    }
    send(clientfd, &wordscount, sizeof(long), 0);
    close(clientfd);
    pthread_mutex_unlock( &counter_mutex );
    return NULL;
}
void main(){
    pthread_t t;
    char arg[30];

    struct sockaddr_in my_addr;
    struct sockaddr_in remote_addr;

    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
", inet_ntoa(remote_addr.sin_addr));
        pthread_create(&t, NULL, &wc, NULL);
        pthread_join(&t, NULL);
    }
    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 175209

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
", wordscount);
    close(clientfd);
}

• 运行结果

• 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：

  • 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）。

  • 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。

• 单线程与多线程的优缺点分析：

  • 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。

  • 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。

实验三-并发程序-3

实验内容：

• 交叉编译多线程版本服务器并部署到实验箱中。

• PC机作客户端测试wc服务器。

• 提交测试截图。

实验步骤：

• 在超级终端中用“mkdir /arm_20175209”建立实验箱中程序运行目录“arm_20175209”;

• 在超级终端中运行“mount -t nfs -o nolock 宿主机IP:/home/wzh/20175209/信息安全系统/wzh/Experiment3/Server2 /arm_20175209”通过NFS把宿主机中的“Server2” 映射到目标机中的“/arm_20175209”

• 超级终端中运行"cd /arm_20175209"

• 超级终端中运行"./armServer2", 提交运行截图，并深入理解交叉编译

• 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。