2017-2018-1 20155339 实验三 实时系统

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'\n' 时，则行数加1；
实现-w参数功能：当读取到的字节为'\t'或者' '或者'\n'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\n0\t0\t0\t%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 != '\n'){  
  
                                length++;    
                        }  
                        if(ch == '\n'){  
                                info.lines ++;   
                                if(length>info.max_line_length)  
                                        info.max_line_length = length;    
                                length = 0;  
                        }  
                        if(ch == '\t' || ch == ' ' || ch == '\n'){  
                                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\n",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\n",info.lines);  
                                break;  
                        case 'w':  
                                printf("%d\n",info.words);  
                                break;  
                        case 'm':  
                                printf("%d\n",info.chars);  
                                break;  
                        case 'c':  
                                printf("%d\n",info.size);  
                                break;  
                        case 'L':  
                                printf("%d\n",info.max_line_length);  
                                break;  
                }  
        }  
        if(argc != 2 && argv[1][0] != '-')   
                printf("%s\n",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\n", 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!\n");  
        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!\n");  
        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!\n");  
        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!\n", argv[1]);  
        exit(1);  
    }  

      
    //bzero(argv[2], sizeof(argv[2]));    
    if((fp = fopen(argv[2],"r"))==NULL)
    {
         printf("Failure to open %s\n",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\n");
            }
            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\n");
        }
    }
    printf("发送%s完毕\n",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!\n", argv[1]);   
        }  
        else
        {
        printf("%d %d %d %S\n",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\n0\t0\t0\t%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 != '\n'){  
  
                                length++;   //记录当前行的长度 wc -L  
                        }  
                        if(ch == '\n'){  
                                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 == '\t' || ch == ' ' || ch == '\n'){  
                                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\n",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\n",info.lines);  
                                break;  
                        case 'w':  
                                printf("%d\n",info.words);  
                                break;  
                        case 'm':  
                                printf("%d\n",info.chars);  
                                break;  
                        case 'c':  
                                printf("%d\n",info.size);  
                                break;  
                        case 'L':  
                                printf("%d\n",info.max_line_length);  
                                break;  
                }  
        }  
        if(argc != 2 && argv[1][0] != '-')  //一定要判断，否则会越界  
                printf("%s\n",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!\n");  
        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!\n", HELLO_WORLD_SERVER_PORT);  
        exit(1);  
    }  

// server_socket用于监听   
    if (listen(server_socket, LENGTH_OF_LISTEN_QUEUE))  
    {  
        printf("Server Listen Failed!\n");  
        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\n");
        if (new_server_socket < 0)  
        {  
            printf("Server Accept Failed!\n");  
              
        }
        FILE *fp;
        if((fp = fopen("1.txt","w"))==NULL)
        {
            printf("Failure to open recvfile\n");
            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\n");
                exit(0);
            }
            
            if(fwrite(buffer,sizeof(char),length,fp)<length)
            {
                printf("写文件失败\n");
            }
            bzero(buffer, BUFFER_SIZE);
        }
        fclose(fp);
        printf("成功接受文件\n");
	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!\n");  
             
        } 
        printf("完成wc功能，并已返回给客户端\n");
        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\n0\t0\t0\t%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 != '\n'){  
  
                                length++;   //记录当前行的长度 wc -L  
                        }  
                        if(ch == '\n'){  
                                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 == '\t' || ch == ' ' || ch == '\n'){  
                                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\n",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\n",info.lines);  
                                break;  
                        case 'w':  
                                printf("%d\n",info.words);  
                                break;  
                        case 'm':  
                                printf("%d\n",info.chars);  
                                break;  
                        case 'c':  
                                printf("%d\n",info.size);  
                                break;  
                        case 'L':  
                                printf("%d\n",info.max_line_length);  
                                break;  
                }  
        }  
        if(argc != 2 && argv[1][0] != '-')  //一定要判断，否则会越界  
                printf("%s\n",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!\n");  
        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!\n", HELLO_WORLD_SERVER_PORT);  
        exit(1);  
    }  

// server_socket用于监听   
    if (listen(server_socket, LENGTH_OF_LISTEN_QUEUE))  
    {  
        printf("Server Listen Failed!\n");  
        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\n");
        if (new_server_socket < 0)  
        {  
            printf("Server Accept Failed!\n");  
              
        }
	if(pthread_create(&pid, NULL, process_client,(void *) &new_server_socket) < 0){
              printf("pthread_create error\n");
        }
	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\n");
            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\n");
                exit(0);
            }
            
            if(fwrite(buffer,sizeof(char),length,fp)<length)
            {
                printf("写文件失败\n");
            }
            bzero(buffer, BUFFER_SIZE);
        }
        fclose(fp);
        printf("成功接受文件\n");
	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!\n");  
             
        } 
        printf("完成wc功能，并已返回给客户端\n");
        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。