西电2015网络程序设计大作业

1、精选优质文档-倾情为你奉上西安电子科技大学网络程序设计实验报告班级： 姓名： 学号： 专心-专注-专业实验一：1. linux平台上的TCP并发服务一、实验内容掌握基本套接字函数使用方法、TCP 协议工作原理、并发服务原理和编程方法。实验内容：在 linux 平台上实现 1 个 TCP 并发服务器，至少可以为 10 个客户端同时提供服务。（1） 基于 TCP 套接字编写服务器端程序代码，然后编译和调试；（2） 服务器程序要达到：可以绑定从终端输入的 IP 地址和端口；可以显示每一个进程的进程号；可以显示当前并发执行的进程数量；可以根据客户机要求的服务时间确定进程的生存时间。（3） 基于 TCP

2、 套接字编写客户端程序代码，然后编译和调试；（4） 客户端程序要达到：可以从终端输入服务器的 IP 地址和端口；可以从终端输入对服务器的服务时间要求。（5） 联调服务器和客户端，服务器每收到一个连接就新建一个子进程，在子进程中接收客户端的服务时间请求，根据所请求的时间进行延时，然后终止子进程。如：客户端请求服务 10s，则服务器的子进程运行 10s，然后结束。（6） 服务器要清除因并发服务而产生的僵尸进程。二、分析及设计要实现并发的服务器，也就是要求在同一段时间内，服务器能处理多个不同的客户端的请求，并且要区分出它们各自差别，然后做到区别对待这里只要用各自的进程的fd来区分各自的身份。不过这里

3、因为水平有限，没有实现各个客户端各自定一个服务时间，服务时间是按照客户端连接到退出的这段时间，也就是要客户端主动退出。三、详细实现服务器端：负责接收客户端的信息，然后在区分各个客户端的前提下，将信息复述出来。以下是各种参数的初始定义；生成服务端进程套接字及初始化；调用bind()和listen()函数来绑定套接字地址和句柄以及坚挺服务请求；select()函数可以设置超时，是长期没有文件描述符就绪时，进程可以跳出阻塞状态；之后的各种情况跳转判断，请看附录的详细代码客户端：各种参数以及初始化，因为客户端逻辑功能较少，因此参数的个数也不及服务器端的多；调用connect()函数，将该套接字和服务器

4、套接字相连接；从命令行读入信息；其余代码见附录。四、实验结果实验二：进程间的协调通信一、实验内容掌握进程的概念、进程间通信的基本原理、集成间通信的主要类型和各自的特点。实验内容：在 linux 平台上实现 1 个父进程、2 个子进程，利用管道和共享内存实现两个子进程之间数据快速传送。（1） 创建一个进程，再创建一对管道、一块共享内存（大于 64kB）；（2） 通过 fork（）函数生成 2 个子进程；（3） 调试程序，确定父、子进程之间可以双向通信；（4） 调试程序，确定两个子进程之间可以通过父进程中转实现双向通信；（5） 调试程序，确定两个子进程都可访问共享内存；（6） 实现两个子进程之间无

5、冲突地访问共享内存。传送的数据块不小于 32kB，为了能够看到演示效果，读/写每个字节后都延时 0.5ms。二、分析及设计管道：管道又可以分为无名管道和命名管道，两者的用途是不一样的。无名管道 PIPE：主要用于具有亲缘关系的进程之间的通信，无名管道的通信是单向的，只能由一段到另外一段； 无名管道是临时性的，完成通信后将自动消失。一般采用先创建无名管道，再创建子进程， 使子进程继承父进程的管道文件描述符，从而实现父子进程间的通信；在非亲缘关系管道之间，如果想利用无名管道进行通信，则需要借助另外的文件描述符传递机制。有名管道 FIFO：有名管道是一个实际存在的特殊文件，利用有名管道可以实现同主机

6、任意进程之间的数据交互。这里只需要无名管道，它只能在父子进程间传递信息，因此要求在两个子进程之间通信， 必须以父进程为媒介，进程 1 将信息传给父类，然后由父类将信息传给进程 2，以此来完成两子进程的一次通信。共享内存：通常由一个进程创建，其余进程对这块内存区进行读写。得到共享内存有两种方式： 映射/dev/mem 设备和内存映像文件。前一种方式不给系统带来额外的开销，但在现实中并不常用，因为它控制存取的是实际的物理内存；常用的方式是通过 shmXXX 函数族来实现共享内存：如果一个进程通过 fork 创建了子进程，则子进程继承父进程的共享内存，既而可以直接对共享内存使用，不过子进程可以自身脱

7、离共享内存。基于共享内存的通信，不需要父进程的帮助，只要将两个子进程与申请的进程块联系起来即可；主要的问题是两个子进程之间访问共享内存的互斥问题，必须等进程 1 写完内存后，进程 2 才能读取，顺序不能乱。这里其实又设计到了进程通信的另一种方式信号量，不过这不是重点，因此只采用了最简单的方式，设置一把锁，然后两个子进程循环检查这个标志锁，然后根据锁来决定是否就可以实现这个功能。以下是共享内存的原理示意图：三、详细实现管道：调用 pipe()来生成管道：调用 fork()创建一个子进程，并实现数据写入到父进程中：其余代码略；共享内存：定义一个结构体：创建一个共享内存并且将之连接到当前进程的地址空

8、间：一个进程负责内存写入：(读进程类似)Process_Write()和Process_Read()代码偏长，详见附录；四、实验结果管道：共享内存：其实可以看到进程间运行还是有些问题，You wrote多次出现。这个问题需要跟完善的信号操作来实现完全的按序执行。实验三：Windows平台上的TCP并发服务一、实验内容编程内容与实验1相同，操作系统为windows。了解Windows与Linux平台编程环境的差异，掌握Winsock编程接口及编程方法。二、分析及设计Berkeley套接字刚开始时4.2BSD Unix操作系统(与1983年发布)的一套应用程序接口， 设计之初就是为了实现TCP/I

9、P协议。Berkeley套接字应用程序接口形成了事实上的网络套接字的标准。而微软当时为了迅速占据市场以及招聘人才，全盘套用了Unix的网络编程实现，其中就包括了Berkeley套接字。不过由于Unix和Windows的内核实现是有差别的，Berkeley套接字在Windows上的运行效率并不高，因此后来Windows推出了Winsock，并且为了预防AT&T 申请专利，它被实现为一个与网络协议无关的网络编程接口。Winsock的实现一般在Berkeley套接字函数上加了前缀WSA用以区分。这个实验的具体实现其实和实验1没有实质上的区别，差别在于同样的功能要用不同的函数来实现。这个程序实

10、现的比较简单，服务器和客户端只有一次交换信息。三、具体实现(具体阐述与linux的异同) 服务器端：windwows下的socket编程函数库：各个参数及初始化：不同之处：同样是bind(),listen():其余代码略；客户端：connect()函数：使用完函数库，需要释放：四、实现结果心得体会：网络程序设计这门课是一门非常非常实用的课，可惜开课的时间不太合适，刚开始时， 网络方面的知识实在是非常的欠缺，因此现在看来非常基础的socket，在那时是根本无法理解的，而后来随着课程的推进，各种实验上机接踵而来，也无法抽出时间来好好学习网络编程，浪费了很多时间，这让我感到很可惜，错过了学习这门课的

11、最好时候。不过在这一段时间的补充学习，我还是追回来一点内容，至少不是两眼一蒙，不会啥都不认识了。Winsock的内容继承了Windows编程的一贯特点，艰涩难懂至少对于还没入门的我是这种感觉的。强烈希望能够网络程序这门课放到大三下学期！附录：实 验 一 ： 服务器端：#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <sys/time.h> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #i

12、nclude <netinet/in.h> #include <sys/select.h> #include <errno.h>#define SERVER_IP "127.0.0.1"#define SERVER_PORT 8000#define MAX_RECV_LEN 1024/发送信息的最大长度#define MAX_CLIENT_NUM 30/并发数量#define BACK_LOG 20/等待队列static int running = 1;int main(int argc, char *argv)int sock_fd =

13、 -1;/套接字文件描述符int ret = -1;struct sockaddr_in serv_addr; /服务器地址struct sockaddr_in cli_addr; /客户端地址socklen_t serv_addr_len = 0;socklen_t cli_addr_len = 0;int client_fdMAX_CLIENT_NUM; /客户端队列，用于区分各个客户端，并区分服务char recv_bufMAX_RECV_LEN;/缓冲区int new_conn_fd = -1;/新进程的fd int i = 0;int max_fd = -1; int num = -

14、1;struct timeval timeout;fd_set read_set; fd_set write_set; fd_set select_read_set;FD_ZERO(&read_set); FD_ZERO(&write_set); FD_ZERO(&select_read_set);for (i = 0; i < MAX_CLIENT_NUM; i+)client_fdi = -1;/初始化memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr);/初始化memset(&cli_addr, 0, sizeof(

15、cli_addr);sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); /生成TCP/IP协议的套接字if (sock_fd < 0)perror("Fail to socket");/套接字生成失败exit(1);serv_addr.sin_family = AF_INET;/TCP/IP协议族serv_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);/ 端 口 号 ，8000 serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP);/格式化(本地)IP地址unsign

16、ed int value = 1;if (setsockopt(sock_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (void *)&value, sizeof(value) < 0)perror("Fail to setsockopt"); exit(1);serv_addr_len = sizeof(serv_addr);if (bind(sock_fd, (struct sockaddr*)&serv_addr, serv_addr_len) < 0)/绑定套接字地址和句柄perror("Fail to bind

17、"); exit(1);if (listen(sock_fd, BACK_LOG) < 0)/调用listen()perror("Fail to listen"); exit(1);char buf1024; max_fd = sock_fd; int len;FD_SET(sock_fd, &read_set); while (running)timeout.tv_sec = 5;/等待时间timeout.tv_usec = 0;max_fd = sock_fd;for (i = 0; i < MAX_CLIENT_NUM; i+)if (m

18、ax_fd < client_fdi)max_fd = client_fdi;select_read_set = read_set;ret = select(max_fd + 1, &select_read_set, NULL, NULL, &timeout);/设置超时，/当长期没有文件描述符就绪时,跳出阻塞状态if (ret = 0)/队列为空printf("timeoutn");else if (ret < 0)/ 出错printf("error occurn");elseif (FD_ISSET(sock_fd, &a

19、mp;select_read_set)printf("new client comesn"); len = sizeof(cli_addr);new_conn_fd = accept(sock_fd, (struct sockaddr*)&cli_addr, &len); if (new_conn_fd < 0)perror("Fail to accept"); exit(1);elsefor (i = 0; i < MAX_CLIENT_NUM; i+)if (client_fdi = -1)client_fdi = new

20、_conn_fd; FD_SET(new_conn_fd, &read_set);break;if (max_fd < new_conn_fd)max_fd = new_conn_fd;elsefor (i = 0; i < MAX_CLIENT_NUM; i+)memset(recv_buf, 0, MAX_RECV_LEN);if (FD_ISSET(client_fdi, &select_read_set)num = read(client_fdi, recv_buf, MAX_RECV_LEN); if (num < 0)printf("Cl

21、ient(%d) leftn", client_fdi); FD_CLR(client_fdi, &read_set); close(client_fdi);client_fdi = -1;else if (num > 0)recv_bufnum = '0'printf("Recieve client(%d) datan", client_fdi);/输出服务器fdprintf("Data:%snn",recv_buf);/输出信息 if (num = 0)printf("Client(%d) exitn

22、", client_fdi); FD_CLR(client_fdi, &read_set); close(client_fdi);client_fdi = -1;return 0;客户端：#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <sys/time.h> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #includ

23、e <netinet/in.h> #include <sys/select.h>#define SERVER_IP "127.0.0.1"#define SERVER_PORT 8000#define MAX_RECV_LEN 1024static int running = 1;int main(int argc, char *argv)int sock_fd = -1; int ret = -1;struct sockaddr_in serv_addr; struct sockaddr_in cli_addr; socklen_t serv_ad

24、dr_len = 0;memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr);sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (sock_fd < 0)perror("Fail to socket"); exit(1);serv_addr.sin_family = AF_INET; serv_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT); serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP);serv_addr_len = s

25、izeof(serv_addr);if (connect(sock_fd, (struct sockaddr *)&serv_addr, serv_addr_len) < 0)/与服务器套接字相连接perror("Fail to connect"); exit(1);char buf1024; int num = 0; while (running)num = read(STDIN_FILENO, buf, MAX_RECV_LEN); if (num > 0)bufnum = '0'printf("buf: %sn"

26、, buf);num = write(sock_fd, buf, num); if (num < 0)printf("write failedn"); exit(1);if (strncmp(buf, "exit", strlen("exit") = 0)printf("Client exitn"); close(sock_fd);return 0;return 0;实验二： 管道：#include<stdio.h> #include<unistd.h> #include<str

27、ing.h>int main()int p12,p22;/两个管道int pid1,pid2;/用于区分两个进程char *str = "HelloWorld"char buf1128,buf2128; /缓冲区memset(buf1,'0',128); / 初 始 化memset(buf2,'0',128);if(pipe(p1) = -1) / 生 成 管 道printf("function pipe() calls failed."); return -1;if(pipe(p2) = -1)printf(&qu

28、ot;function pipe() calls failed."); return -1;if(pid1=fork() = -1)/创建一个子进程printf("function fork() calls failed.n"); return -1;else if(pid1 = 0)/在子进程1中printf("In child1 : pid=%dn",getpid(); write(p11,str,strlen(str); /向无名管道中写入strelse /在父进程中printf("In father : pid=%dn&quo

29、t;,getpid(); read(p10,buf1,strlen(str);/读取无名管道printf("In father : buf=%sn",buf1); write(p21,buf1,strlen(str);if(pid2=fork() = -1)/创建一个子进程printf("function fork() calls failed.n"); return -1;else if(pid2 = 0)/在子进程2中read(p20,buf2,strlen(str);printf("In child2 : pid=%dn",ge

30、tpid(); printf("In child2 : buf=%sn",buf2);共 享 内 存 ： #include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.h>#include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h>#define TEXT_SZ 1024/缓存区大小void *shm = NULL;/分配的共享内存的原始首地址struct shared_use_st *shared =NULL;int shmid;/共享内存标

31、识符struct shared_use_stint written;/作为一个标志，1表示可读，0表示可写char textTEXT_SZ;/记录写入和读取的文本;int main()int pid1,pid2;/创建共享内存shmid = shmget(key_t)1234, sizeof(struct shared_use_st), 0666|IPC_CREAT); if(shmid = -1)fprintf(stderr, "shmget failedn"); exit(EXIT_FAILURE);/将共享内存连接到当前进程的地址空间shm = shmat(shmid

32、, 0, 0);shared = (struct shared_use_st*)shm; shared->written = 0;printf("nMemory attached at %Xn", (int)shm); pid1 = fork();/写进程if(pid1 = 0)if(shm = (void*)-1)fprintf(stderr, "shmat failedn"); exit(EXIT_FAILURE);Process_Write();pid2 = fork();/读进程if(pid2 = 0)if(shm = (void*)-1)

33、fprintf(stderr, "shmat failedn"); exit(EXIT_FAILURE);Process_Read();return 0;void Process_Read()while(1)/读取共享内存中的数据/没有进程向共享内存定数据有数据可读取if(shared->written != 0)printf("You wrote: %s", shared->text); sleep(rand() % 3);/读取完数据，设置written使共享内存段可写shared->written = 0;/输入了end，退出循环

34、（程序） if(strncmp(shared->text, "end", 3) = 0)break;else/有其他进程在写数据，不能读取数据sleep(1);/把共享内存从当前进程中分离if(shmdt(shm) = -1)fprintf(stderr, "shmdt failedn"); exit(EXIT_FAILURE);/删除共享内存if(shmctl(shmid, IPC_RMID, 0) = -1)fprintf(stderr, "shmctl(IPC_RMID) failedn");exit(EXIT_FAILU

35、RE); exit(EXIT_SUCCESS);void Process_Write()/设置共享内存char bufferBUFSIZ + 1;/用于保存输入的文本while(1)/向共享内存中写数据/数据还没有被读取，则等待数据被读取,不能向共享内存中写入文本while(shared->written = 1)sleep(1); printf("Waiting.n");/向共享内存中写入数据sleep(2);printf("Enter some text: "); fgets(buffer, BUFSIZ, stdin); strncpy(sh

36、ared->text, buffer, TEXT_SZ);/写完数据，设置written使共享内存段可读shared->written = 1;/输入了end，退出循环（程序） if(strncmp(buffer, "end", 3) = 0)break;/把共享内存从当前进程中分离if(shmdt(shm) = -1)fprintf(stderr, "shmdt failedn"); exit(EXIT_FAILURE);sleep(2); exit(EXIT_SUCCESS);实 验 三 ： 服务器端：#include <iostr

37、eam> #include <stdio.h>#include <windows.h>/一定要包含该头文件using namespace std;#pragma comment(lib, "WS2_32.lib") /windwows下的socket编程函数库int main()WSADATA wsaData;WORD sockVersion = MAKEWORD(2, 2);/windows网络编程库的版本号信息,最新是2.2 SOCKET sListen = 0;/TCP通信的socket数据结构sockaddr_in sin = 0 ;/

38、创建一个socket编程类型的网络地址数据结构这个用于本地sockaddr_in remoteAddr = 0 ;/创建一个socket编程类型的网络地址数据结构这个用于储存远程主机的/IP地址和端口号char szText = "TCP Server Demo" int nAddrLen = 0;nAddrLen = sizeof(sockaddr_in);/计算这个sockaddr_in数据结构的大小/fill sinsin.sin_port = htons(4567);/设置本地（这里指服务端）计算机要打开的端口sin.sin_family = AF_INET;/设置

39、网络通信的网络协议族类型sin.sin_addr.S_un.S_addr = INADDR_ANY;/设置本地计算机的IP地址，一般INADDR_ANY在程序运行时/会自动计算成本地的IP地址的/init wsaif (WSAStartup(sockVersion, &wsaData) != 0)/WSAStartup函数是在程序中初始化并加载Windows网络/编程库的ws2_32.dll动态库文件。cout << "initlization failed!" << endl;exit(0);/如果WSAStartup返回值为1的话就表示w

40、s2_32.dll文件有问题，程序退出sListen = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP); /在本机上创建一个socket/使用bind函数绑定本机的ip和打开端口到本机创建的socket结构上，并初始化该socket/重点说明一个在服务器上是用bind函数来初始化socket，在客户机上是用connect函数来 初始化socket的喔if (bind(sListen, (LPSOCKADDR)&sin, sizeof(sin) = SOCKET_ERROR)cout << "bind failed!"

41、 << endl;return 0;/如果socket绑定失败返回程序0并退出程序if (listen(sListen, 2) = SOCKET_ERROR) /listen是用来打开本地计算机的端口，参数2表示客户端同/时连接服务器的数量，这里是说可以同时有2个客户端连接/到本机打开的端口cout << "listen failed!" << endl;return 0;/如果打开本地端口失败就返回0并退出程序SOCKET sClient = INADDR_ANY;/再服务器上再创建一个socket结构，用来储存与一个客户端进行通信连/

42、接的连接实例int num = 0; while (true)/accept函数是用来创建一个TCP通信连接实例的，他使用一个远程计算机的IP地址和 本地计算机上创建的一个/socket，这两个信息来创建一个本地计算机到远程计算机的一个TCP通信连接实例的socket，sClient就是当前/程序中的这个连接实例的socket 了。注accept函数也可以直接理解为接受一个客户机的连接请求。sClient = accept(sListen, (SOCKADDR*)&remoteAddr, &nAddrLen);if (sClient = INVALID_SOCKET)听状态co

43、ut << "accept failed!" << endl;continue;/如果本地计算机（服务器）接受一个客户端连接请求失败就退出监elsenum+;cout <<"NO."<<num<< " accept successed!" << endl;/send函数是在TCP连接建立之后，就来发送数据的。其中sClient是存放有一个连接 实例的socket结构来/的。这个服务器上的send函数的socket参数和客户机上的socket参数是不同的喔， 记住这

44、里的socket参数是通过/accept函数创建的喔。不是用connet函数和bind函数创建喔。一定要记住这个sClient是一个关键来的。然后/szText就是我们想要发送的数据了。这里我们向连接到该服务器的客户端发送了一个“TCP Server Demo”的信息。send(sClient, szText, strlen(szText), 0);closesocket(sClient);/关闭这个用accept函数建立socket对象，关闭与remoteAddr连接通信。/remoteAddr这结构理包含了有远程计算机的IP和端口号信息，当客户机/使用connect函数发送一个连接请求时，被accept函数接受并处理后，远/程计算机的IP地址和端口信息就被填到了remoteAddr这个结构中去/了。closesocket(sListen);/关闭本地计算机（服务器）上的由bind函数创建的socket对象， 关闭本机/ 打 开 的 端 口 ， 关 闭 服 务 器 WSACle